Stresul oxidativ și efectele sale

Rezumat:

Stresul oxidativ este un dezechilibru între producţia excesivă de radicali liberi intracelulari și capacitatea antioxidantă a sistemului. Rezultatul este reprezentat de alterări oxidative care pot apărea la nivelul componentelor celulare proteice, lipidice sau la nivelul ADN-ului, fapt ce poate duce la o toxicitate crescută, mutaţii sau inducerea carcinogenezei. În mod normal stresul oxidativ este cauzat de inflamaţie, radiaţii sau de prezenţa xenobioticelor, dar poate fi de asemenea cauzat şi de o acumulare excesivă de oxidanţi rezultaţi din metabolismul celular în condiţiile unei suprasolicitări a mecanismelor antioxidante. Stresul oxidativ se pare că ar fi implicat în declanşarea ADHD-ului, bolii Parkinson, bolii Alzheimer, tumorilor maligne, sindromului de oboseală cronică, infarctului miocardic, aterosclerozei. Utilizarea antioxidanților ca metodă de prevenţie poate reduce efectul oxidanţilor intracelulari, dar cu anumite excepţii. Unii antioxidanţi pot fi folosiţi în prevenţia anumitor boli pentru categorii specificate de populaţie în funcţie de doza şi eventualele comorbidităţi. În alte cazuri, aceleaşi substanţe pot creşte efectul oxidativ sau riscul de complicaţii.

Cuvinte-cheie: stres oxidativ, radicali liberi, antioxidanți

Abstract:

Oxidative stress represents an imbalance between the production of excess oxygen radicals into the cells and the antioxidant capacity of the system. The result of such imbalance is an oxidative damage that can occur to various cell components like proteins, DNA or lipids which can lead to increased toxicity and even mutation or carcinogenesis. Usually, oxidative stress is caused by inflammation, radiation or the presence of xenobiotics, but there can be also caused by an accumulation of oxidants from cell metabolism when the antioxidant mechanisms are overwhelmed. Oxidative stress is suspected as a trigger factor in various types of disease like: ADHD, Parkinson disease, Alzheimer disease, cancerous tumors, chronic fatigue syndrome, myocardial infarction, atherosclerosis. The use of antioxidants as a prevention method might reduce the effect of the oxidants into the cell, but there are some exceptions. Some antioxidants can be used in some disease prevention for specific individuals depending on the dosage and the comorbidities. In other cases, the same substances might increase the oxidative effect or the risk of complications.

Keywords: oxidative stress, free radicals, antioxidants

Cuprins articol

1. Definiție
2. Surse de radicali liberi
3. Efectele stresului oxidativ
4. Surse de antioxidanți
5. Concluzii
6. Bibliografie

Definiție

Stresul oxidativ reprezintă dezechilibrul apărut în momentul în care există o producţie crescută de radicali liberi care depăşeşte capacitatea organismului de a o neutraliza. Alterarea reacţiilor chimice la nivel celular duce la apariţia unor radicali liberi şi peroxizi care afectează structurile intracelulare – proteine, lipide, ADN, cu perturbarea mecanismelor intrinseci de la acest nivel [1,2].

Surse de radicali liberi

Radicalii liberi sunt produşi în mod normal în organism ca urmare a influenţei unor factori externi, cum ar fi poluarea, fumul de ţigară, sau interni, ca urmare a metabolismului intracelular în situaţia în care mecanismele antioxidante sunt depăşite.

Surse exogene de oxidanţi

Fumul de ţigară:

• are în componenţă o serie de oxidanţi şi radicali liberi, precum şi compuşi organici (ex. oxidul nitric şi superoxidul nitric);
• la nivel pulmonar activează acumularea de neutrofile şi macrofage, care cresc producţia de oxidanţi la nivel local [8].

Radiaţia ionizantă:

• are ca efect transformarea radicalilor hidroxil, superoxizilor şi radicalilor organici în peroxid de hidrogen şi hidroperoxizi organici sub acţiunea oxigenului. Ulterior peroxizii reacţionează cu ionii metalici de Fe şi Cu la nivel celular prin reacţii redox cu acţiune oxidativă secundară;
• unele studii au evidenţiat faptul că expunerea fibroblaştilor la particule alfa a dus la o creştere intracelulară a oxigenului şi o producţie accelerată a peroxidului la acest nivel [3];
• radiațiile UVA declanşează reacţii oxidative prin stimularea riboflavinei, porfirinelor şi NADPH-oxidazei, cu producţia de 8-oxo-guanină ca şi principal rezultat şi scăderea nivelului glutationului intracelular cu revenirea la valori normale după încetarea expunerii.

Metalele grele:

• au rol în producerea de radicali liberi;
• exemple: fier, cupru, cadmiu, nichel, arsenic, plumb;
• apariţia radicalilor liberi este predominant rezultatul reacţiilor de tip Fenton sau Haber-Weiss, dar se pot produce şi reacţii directe între ionii metalici şi compuşii celulari cu efecte similare – de exemplu producţia de radicali de tip tiol. Printre metalele cele mai toxice sunt plumbul, care declanşează peroxidarea lipidelor şi creşterea concentraţiei glutation peroxidazei în ţesutul cerebral, și arsenicul, element care stă la baza producerii de peroxizi, superoxizi, oxid nitric şi care inhibă enzimele antioxidante ca glutation-transferaza, glutation-peroxidaza şi glutation-reductaza prin legarea acestora de gruparea sulfhidril. Radicalii liberi generați în urma acestor reacţii pot afecta ADN-ul, cu substituţii ale unor baze ADN de tipul: guanina cu citozina, guanina cu timina şi citozina cu timina [6].

Expunerea la ozon:

• poate afecta funcţia pulmonară chiar şi la indivizii sănătoşi;
• are ca efect creşterea infiltratului inflamator la nivelul epiteliului respirator.

Surse endogene de oxidanți

Oxidanţii se împart în:

• radicali liberi;
• non-radicali.

Principalii oxidanti care se formează intracelular sunt:

• peroxidul de hidrogen;
• superoxidul;
• radicalul peroxil;
• radicalul hidroxil;
• radicalul hidroperoxil;
• acidul hipocloric.

Radicalii liberi cum ar fi superoxidul anionic hidroxil sau alchilperoxil sunt implicaţi în oxidarea lipidică, fapt ce duce la acumularea de produşi de tipul malondialdehidei, F2-isoprostanului sau 4-hidroxi-2-nonenol. De asemenea, radicalii liberi formaţi intracelular pot afecta ADN-ul mitocondrial predominant din cauza capacităţii reduse de regenerare a acestuia. Consecinţa o reprezintă alterarea expresiei genice şi modificări structurale proteice sau enzimatice. Malondialdehida şi prezența mai multor tipuri de antioxidanți (cum ar fi metalo-enzimele, Cu, Zn-superoxid-dismutază) sunt considerate markero semnificativi ai stresului oxidativ [1,9].

Efectele stresului oxidativ

Asupra răspunsului imun:

• radicalii liberi şi oxidanţii produşi la nivelul fagocitelor (limfocitele B şi T) ca urmare a declanşării răspunsului imun au efect citotoxic asupra agenţilor patogeni, dar şi asupra ţesutului implicat;
• tipuri de oxidanţi produşi în cadrul răspunsului imun: oxid nitric, peroxinitrit, peroxid de hidrogen, acid hipocloric;
• răspunsul imun poate fi influenţat şi de prooxidanţi externi cum ar fi alergenii la persoanele susceptibile. S-a demonstrat că polenul unor specii de plante conţine NADPH-oxidază, care antrenează un răspuns inflamator la nivelul căilor aeriene cu simptomatologie specifică din cauza infiltratului cu citokine proinflamatorii, TNF-alfa şi interleukine de la nivelul celulelor epiteliale;
• apariţia şi acumularea factorilor prooxidanţi intracelulari are ca efect pe termen lung modificarea răspunsului imun prin alterarea structurii şi, implicit, a funcţiei unor proteine sau enzime cum ar fi: IFN-γ, CD14, TNF-alfa [3].

Bolile autoimune:

• apariţia radicalilor liberi poate produce modificarea expresiei unor proteine de tip self-antigen, cu creşterea răspunsului imun al acestora sau schimbarea profilului antigenic.

Neoplaziile:

• • alterarea purinei sau pirimidinei din structura ADN-ului celular la care se asociază o serie de alte reacţii producătoare de oxizi şi radicali liberi pot sta la baza apariţiei neoplaziilor. Afectarea ADN-ului poate apărea la nivelul unui singur lanţ sau la ambele lanţuri ale acestuia;
  • în condiţiile în care mecanismele intracelulare de reparare a defectelor oxidative sunt insuficiente sau perturbate la rândul lor de factorii oxidativi prezenţi, apar consecinţe definitive la nivelul unor gene sau a produşilor rezultaţi din expresia acestor gene, fapt ce antrenează mutageneza şi modificarea mecanismului apoptotic al celulei, astfel rezultând celula tumoral;
  • pe termen lung modificările se propagă şi se autoîntreţin, cu activarea permanentă a răspunsului autoimun şi acumularea de factori proinflamatori local, de exemplu: TNF-alfa, proteaze, kinaze. Aceşti factori favorizează necroza tisulară şi accelerează creşterea tisulară cu apariţia de celule noi modificate şi care menţin răspunsul imun şi propagă defectele genetice iniţiale cu multiplicare haotică şi extensivă;
  • de asemenea, stresul oxidativ produce modificări structurale ale membranelor celulare cu scăderea adezivităţii, migrarea celulelor tumorale modificate în ţesuturile învecinate sau pe cale sangvină şi limfatică la distanţă (metastazare) [8,9].