Oxidační stres je stres na úrovni buněk
Oxidační stres je přirozený biochemický jev v těle, který při nadměrné expresi může vést k nerovnováze na buněčné úrovni, která se rozšíří do celého těla. Na oxidační stres lze nahlížet prostřednictvím redoxní reakce (redukce-oxidace). Jedná se o chemickou reakci, při níž dochází k přenosu jednoho nebo více elektronů, a to zcela nebo zčásti, z jednoho atomu na druhý. Při takové reakci dochází k oxidaci činidla, které elektrony donuje, a k redukci činidla, které elektrony přijímá.
Oxidační stres v praxi znamená, že buňky jsou vystaveny příliš velkému množství oxidačních reakcí. Tato nerovnováha je způsobena přítomností příliš velkého množství oxidačních faktorů v těle nebo snížením antioxidační kapacity organismu, tj. zásoby redukčních faktorů. V ideálním případě mezi nimi existuje rovnováha, která podporuje přirozenou homeostázu.
Při oxidačním stresu se zvyšuje množství reaktivních a volných kyslíkových radikálů (zvýšený počet reaktivních forem kyslíku neboli ROS). Molekuly obsahující atomy kyslíku mají lichý a volný elektron, což je činí velmi nestabilními a krátkodobými. Tvorba volných kyslíkových radikálů v těle je normální, ale ve velkém množství se stávají zdraví škodlivými. Dlouhodobý oxidační stres izvyšuje odumírání buněk, což může v extrémních případech vést k k nekróze tkání.
Kyslíkové radikály vznikají v těle při mitochondriálním energetickém metabolismu (buněčné dýchání), jaterní enzymy cytochromu P450 a mnoho dalších buněčných oxidačních dějů. Mezi vnější zdroje kyslíkových radikálů patří znečištěné ovzduší, záření, kouř, mnoho léků, jako je chemoterapie a xenobiotika, nebo jiné tělu cizí látky. Oxidační stres způsobují také cytokiny při různých zánětlivých stavech a například bakteriálních infekcích.. Nejčastějšími reaktivními formami kyslíku jsou superoxidový aniont (O2-), peroxidy, jako je peroxid vodíku (H2O2), hydroxylový radikál (OH), alkoxidové radikály (RO), peroxidové radikály (RO) a peroxynitrit (ONOO-) (viz obrázek níže).
Zdroj obrázku: Herb, M., & Schramm, M. (2021). Funkce ROS v makrofázích a antimikrobiální imunitě. Antioxidanty 10 (2): 313.
Přetížení volnými kyslíkovými radikály je spojováno s mnoha různými onemocněními kvůli jejich nepříznivým účinkům na buněčné úrovni (peroxidace lipidů, tj. žluknutí tuků, poškození bílkovin a poškození DNA). Oxidační stres hraje významnou roli při rozvoji ischemické choroby srdeční, deprese, různá autoimunitní onemocnění, infekce, rakovina a mnoho dalších neurodegenerativní onemocnění jako např. Parkinsonova choroba ., mimo jiné. Dlouhodobý nadměrný oxidační stres je také spojen s únavou a přetrvávající únavou.
Oxidační stres a zkracování telomer
Telomera je sekvence DNA na konci všech chromozomů. Její funkcí je chránit chromozomy a buňky mimo jiné před oxidativním stresem a degenerací. Každá eukaryotická buňka má 46 chromozomů a na jejich koncích celkem 92 telomer. Telomery se starají o veškeré dělení buněk a kopírování informací DNA do nové buňky. Je také známo, že telomery se při každém dělení vždy mírně zkracují - mohou se rozdělit asi 50-70krát, poté se již buňky nejsou schopny dělit, ale odumírají (tzv. Hayflickova hranice).
Elizabeth Blackburnová, nositelka Nobelovy ceny a australská doktorka molekulární biologie, která se telomerami zabývá již desítky let, ve svém výzkumu zjistila, že dlouhodobý stres zkracování telomer urychluje. Zdá se, že psychický stres zvyšuje oxidační stres na buněčné úrovni. V rozsáhlé studii publikované v roce 2010 Blackburnová zjistila, že meditace může zpomalit stárnutí. U dlouhodobě meditujících osob byla pozorována nízká úroveň oxidačního stresu a vyšší aktivita enzymu telomerázy, která zabraňuje zkracování telomer..
Obrázek: Úbytek telomer, délka telomer a telomeráza.
Zdroj:: Vaiserman, A., & Krasnienkov, D. (2021). Délka telomer jako marker biologického věku: současný stav, otevřené otázky a budoucí perspektivy. Frontiers in Genetics 11: 1816.
Volné kyslíkové radikály však nepředstavují pouze hrozbu pro zdraví. V určitých situacích také chrání před různými infekcemi a působí tak jako součást imunitního systému.. Krátkodobý oxidační stres mohou také chránit tělo před stárnutím v důsledku mitohormeze.
MITOHORMESIS
Mitohormóza je termín používaný pro definici biologické reakce, kdy mitochondriální stres vede ke zvýšení zdraví a životaschopnosti buňky, tkáně nebo celého organismu. Mitochondriální stresová reakce aktivovaná potenciálně škodlivým podnětem vyžaduje koordinovaný dialog s buněčným jádrem (mito-jaderná komunikace). Tato spolupráce vyvolaná hormetickou odpovědí v mitochondriích se opírá o řadu signálů, z nichž nejdůležitější jsou reaktivní formy kyslíku (ROS).
Dále se na nich podílejí mitochondriální metabolity, proteotoxické signály, stresová odpověď mitochondrie-cytosol a uvolňování tzv. mitokinů hrají v tomto procesu významnou roli. Bylo zjištěno, že aktivace mitohormonů prodlužuje délku života na zvířecích modelech a zlepšuje také zdravotní rozpětí tím, že zlepšuje funkci metabolismu a imunitního systému..
Antioxidanty při vyrovnávání oxidačního stresu
Podle hypotézy oxidačního stresu se od 50. let 20. století až hluboko do 90. let 20. století věřilo, že antioxidanty jsou účinné při léčbě téměř všech onemocnění. Mělo se také za to, že oxidativní stres je podstatně spojen se stárnutím. Tato teorie se nazývá teorie stárnutí založená na volných radikálech (FRTA).. Od té doby bylo lépe pochopeno, že samotné užívání antioxidantů nezaručuje zdraví a že za mnoha nemocemi stojí oxidační stres i další základní faktory.
Antioxidanty však mají své místo ve stravě každého člověka, protože nadměrný oxidační stres a slabá antioxidační kapacita jsou pro organismus škodlivé. Antioxidanty se získávají z potravy, ale tělo má také vnitřně vytvořené antioxidanty, které obvykle postačují k vyrovnání běžného oxidačního stresu.
Nejdůležitějšími antioxidanty v potravinách jsou vitamin C, vitamin A (karotenoidy, např. beta-karoten) a vitamin E. Mezi zdraví prospěšné výzkumy týkající se antioxidantů ve stravě patří např. astaxanthin, lykopen a zelený čaj (zejména jeho epigalokatechin-3-gallát, ECGC).
Zdroj obrázku: Krumova, K. & Gonzalo, C. (2016). Přehled reaktivních kyslíkových spekter. Singletový kyslík: Oxygenní oxygenáty: aplikace v biovědách a nanovědách. 1: 1-21. London: Královská chemická společnost.
Mezi nejdůležitější vnitřní antioxidanty v těle patří superoxiddismutáza (SOD), glutathion sulfhydryl (GSH), koenzym Q10, kataláza a glutathionperoxidáza. Důležitou roli hrají také peroxydroxiny a sulfiredoxin. Další důležité endogenní antioxidanty patří kyselina alfa-lipoová, feritin, urát, bilirubin, metalothionein, L-karnitin a melatonin.
Vztah mezi oxidačním stresem a antioxidační kapacitou organismu lze přesně měřit pomocí různých laboratorních metod (viz dále).
ORAC
Takzvaná hodnota ORAC udává obsah antioxidantů v potravině nebo potravinářském výrobku. Zkratka ORAC pochází z anglických slov Oxygen Radical Absorbance Capacity (kapacita absorpce kyslíkových radikálů), což znamená schopnost redukovat volné kyslíkové radikály. Tato hodnota se zjistí například zkoumáním rostliny nebo bobule ve zkumavce (in vitro) a její reakce se superoxidovým aniontem. Hodnota ORAC je tedy orientační údaj, který nám přímo nevypovídá o antioxidačním potenciálu potraviny v organismu.
Podle různých odhadů potřebuje tělo k ochraně buněk před oxidačním stresem 3 000 až 5 000 jednotek ORAC denně.
V roce 2012 USDA stáhlo hodnotu ORAC pro potraviny z důvodu její nedostatečné zdravotní průkaznosti. Není proto jasné, zda lze hodnotu ORAC použít přímo k posouzení zdravotních přínosů potravin.
Antioxidanty ve stravě mají i jiné bohaté přínosy než jen vliv na volné kyslíkové radikály. Kombinací vlastností bobulovin, zeleniny, ovoce, koření a hub, jako je tykev, lze dosáhnout ochrany před oxidačním stresem na podporu celkového zdraví.
Měření oxidačního stresu
Oxidační stres je nerovnováha mezi produkcí volných radikálů a stávající antioxidační kapacitou (známá také jako redoxní rovnováha). Obecně platí, že snížení tvorby volných radikálů je způsobeno zvýšenou antioxidační kapacitou a odpovídající snížení antioxidační kapacity může být spojeno se zvýšenou tvorbou volných kyslíkových radikálů. Stanovením těchto koncentrací lze podrobněji zkoumat rovnováhu oxidačně-redukčních reakcí, tj. celkový stav oxidačního stresu.
Úroveň oxidačního stresu lze posoudit také pomocí dalších laboratorních studií. Nejdůležitější studie měřící oxidační stres jsou uvedeny v následující tabulce.
Tabulka: Laboratorní markery popisující oxidační stres.
|
Marker |
Akce |
Referenční rozsah a optimální rozsah |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Test FRAS (Free Radical Analytical System) |
|
|
|
///