Oksüdatiivne stress on raku tasandil stress
Oksüdatiivne stress on kehas loomulik biokeemiline nähtus, mis liigse avaldumise korral võib viia rakutasandi tasakaalustamatuseni, mis laieneb kogu kehale. Oksüdatsioonistressi võib vaadelda redoksreaktsiooni (reduktsioon-oksüdatsioon) kaudu. See on keemiline reaktsioon, mille käigus üks või mitu elektroni kantakse täielikult või osaliselt ühelt aatomilt teisele üle. Sellises reaktsioonis oksüdeeritakse elektroni loovutavat ainet ja redutseeritakse elektroni vastuvõtvat ainet.
Praktikas tähendab oksüdatiivne stress seda, et rakud puutuvad liiga palju kokku oksüdatsioonireaktsiooniga. See tasakaalustamatus on põhjustatud liiga paljude oksüdeerivate tegurite olemasolust organismis või organismi antioksüdantide võimsuse, st redutseerivate tegurite reservi vähenemisest. Ideaalis on nende vahel tasakaal, mis toetab loomulikku homöostaasi.
Oksüdatiivse stressi korral suureneb reaktiivsete ja vabade hapnikuradikaalide hulk (reaktiivsete hapnikuliikide ehk ROSide arvu suurenemine). Hapniku aatomeid sisaldavad molekulid omavad paaritu ja vaba elektroni, mis muudab nad väga ebastabiilseks ja lühikese elueaga. Vabade hapnikuradikaalide teke organismis on normaalne, kuid suures koguses muutuvad need tervisele kahjulikuks. Pikaajaline oksüdatiivne stress ii suurendab rakkude surma, mis äärmuslikel juhtudel võib viia kudede nekroosini.
Hapnikuradikaale toodetakse organismis järgmistel juhtudel mitokondriaalse energia ainevahetuse käigus (raku hingamine), maksa tsütokroom P450 ensüümid ja paljud teised raku oksüdatiivsed sündmused. Välised hapnikuradikaalide allikad on õhusaaste, kiirgus, suits, paljud ravimid, nagu keemiaravi ja ksenobiootikumid, või muud organismile võõrad ained. Oksüdatiivset stressi põhjustavad ka tsütokiinid erinevate põletikuliste seisundite ja näiteks bakteriaalsete infektsioonide puhul.. Kõige levinumad reaktiivsed hapnikuliigid on superoksiid-anioon (O2-), peroksiidid, nagu vesinikperoksiid (H2O2), hüdroksüülradikaal (OH), alkooksiidradikaal (RO), peroksiidradikaal (RO) ja peroksünitriit (ONOO-) (vt alljärgnevat pilti).
Pildi allikas: Herb, M., & Schramm, M. (2021). ROS-i funktsioonid makrofaagides ja antimikroobne immuunsus. Antioksüdandid 10 (2): 313.
Vabade hapnikuradikaalide ülekoormust on seostatud paljude erinevate haigustega nende kahjulike mõjude tõttu rakutasandil (lipiidide peroksüdatsioon, st rasvade rääsumine, valgukahjustused ja DNA kahjustused). Oksüdatiivne stress mängib olulist rolli arengus südame isheemiatõbi, depressioon, mitmesugused autoimmuunhaigused, infektsioonid, vähk ja paljud neurodegeneratiivsed haigused nagu Parkinsoni tõbi haigus, muu hulgas. Pikaajaline ülemäärane oksüdatiivne stress on seotud ka väsimus ja püsiv väsimus.
Oksüdatiivne stress ja telomeeride lühenemine
Telomeer on kõigi kromosoomide lõpus asuv DNA järjestus. Selle ülesanne on kaitsta kromosoomi ja rakke muu hulgas oksüdatiivse stressi ja degeneratsiooni eest. Igal eukarüootilisel rakul on 46 kromosoomi ja nende otstes kokku 92 telomeeri. Telomeerid hoolitsevad kogu raku jagunemise eest ja DNA info kopeeritakse uude rakku. Samuti on teada, et telomeer lüheneb alati pisut iga jagunemisega - nad võivad jaguneda umbes 50-70 korda, mille järel rakud ei ole enam võimelised jagunema, vaid surevad (nn. Hayflicki piir).
Elizabeth Blackburn, Nobeli preemia laureaat ja Austraalia molekulaarbioloogiadoktor, kes on aastakümneid telomeere uurinud, on oma uuringutes leidnud, et pikaajaline stress kiirendab telomeeride lühenemist. Psühholoogiline stress näib suurendavat oksüdatiivset stressi raku tasandil. 2010. aastal avaldatud ulatuslikus uuringus leidis Blackburn, et meditatsioon võib vananemist aeglustada. Pikaajaliste mediteerijate puhul on täheldatud madalat oksüdatiivse stressi taset ja kõrgemat telomerase ensüümi aktiivsust, mis takistab telomeeride lühenemist..
Pilt: Telomeeri kulumine, telomeeri pikkus ja telomeraas.
Allikas: Vaiserman, A., & Krasnienkov, D. (2021). Telomeeri pikkus kui bioloogilise vanuse marker: hetkeseis, lahtised küsimused ja tulevikuväljavaated. Frontiers in Genetics 11: 1816.
Vabad hapnikuradikaalid ei ohusta aga mitte ainult tervist. Teatud olukordades kaitsevad nad ka erinevate infektsioonide eest ja toimivad seega osana immuunsüsteemist.. Lühiajaline oksüdatiivne stress võivad kaitsta organismi ka vananemise eest tõttu mitohormesis.
MITOHORMESIS
Mitohormesis on termin, mida kasutatakse bioloogilise reaktsiooni määratlemiseks, kus mitokondriaalne stress viib raku, koe või terve organismi tervise ja elujõulisuse suurenemiseni. Potentsiaalselt kahjustava stiimuli poolt aktiveeritud mitokondriaalne stressireaktsioon nõuab kooskõlastatud dialoogi raku tuumaga (mitonukleaarne suhtlus). See koostöö, mille indutseerib hormonaalne vastus mitokondrites, tugineb mitmesugustele signaalidele, millest kõige olulisemad on reaktiivsed hapnikuliigid (ROS).
Samuti on mitokondrilised metaboliidid, proteotoksilised signaalid, mitokondrite ja tsütosooli stressireaktsioon ja vabanevad mitokiinid mängivad selles protsessis olulist rolli. On leitud, et mitohormoosi aktiveerimine suurendab loomamudelites eluiga ning parandades ainevahetuse ja immuunsüsteemi toimimist, suurendab see ka tervise kestvust..
Antioksüdandid oksüdatiivse stressi tasakaalustamisel
Vastavalt oksüdatiivse stressi hüpoteesile usuti 1950. aastatest kuni 1990. aastateni, et antioksüdandid on tõhusad peaaegu iga haiguse ravimisel. Samuti arvati, et oksüdatiivne stress on olulisel määral seotud vananemisega. Seda nimetatakse vabade radikaalide vananemise teooriaks (FRTA).. Nüüdseks on paremini mõistetud, et antioksüdantide kasutamine üksi ei taga tervist ja et paljude haiguste aluseks on nii oksüdatiivne stress kui ka muud aluseks olevad tegurid.
Siiski on antioksüdantidel koht igaühe toitumises, sest liigne oksüdatiivne stress ja nõrk antioksüdantide võime on organismile kahjulikud. Antioksüdante saadakse toiduga, kuid organismis on ka sisemiselt toodetud antioksüdante, mis on tavaliselt piisavad, et tasakaalustada normaalset oksüdatiivset stressi.
Kõige olulisemad antioksüdandid toidus on C-vitamiin, A-vitamiin (karotenoidid, näiteks beetakaroteen) ja E-vitamiin. Toidu kaudu saadavate antioksüdantide kohta on tehtud tervist edendavaid uurimistulemusi. astaksantiin, lükopeen ja roheline tee (eriti selle epigallokatekiin-3-gallaat, ECGC).
Pildi allikas: Krumova, K. & Gonzalo, C. (2016). Ülevaade reaktiivsetest hapnikuliikidest. Singlet Oxygen: Applications in Biosciences and Nanosciences. 1: 1-21. London: Royal Society of Chemistry.
Kõige olulisemad sisemised antioksüdandid organismis on superoksiiddismutaas (SOD), glutatioonisulfhüdriil (GSH), koensüüm Q10, katalaas ja glutatioonperoksidaas. Olulist rolli mängivad ka peroksüdroksiinid ja sulfiredoksiin. Muud olulised endogeensed antioksüdandid on alfa-lipoehape, ferritiin, uraat, bilirubiin, metallotionein, L-karnitiin ja melatoniin.
Oksüdatiivse stressi ja organismi antioksüdantide sisalduse vahelist seost saab täpselt mõõta mitmesuguste laboratoorsete meetoditega (vt hiljem).
ORAC
Nn ORAC-väärtus näitab toidu või toiduaine antioksüdantide sisaldust. Akronüüm ORAC tuleneb ingliskeelsetest sõnadest Oxygen Radical Absorbce Capacity (Hapnikuradikaalide neeldumisvõime)., mis tähendab võimet vähendada vabu hapnikuradikaale. See väärtus saadakse näiteks taime või marja uurimisel katseklaasis (in vitro) ja selle reaktsiooni superoksiid-aniooniga. ORAC-väärtus on seega soovituslik näitaja, mis ei ütle meile otseselt toidu antioksüdantide potentsiaali kohta organismis.
Erinevate hinnangute kohaselt vajab organism 3000-5000 ORAC-ühikut päevas, et kaitsta rakke oksüdatiivse stressi eest.
2012. aastal tühistas USDA toiduainete ORAC-väärtuse, kuna selle kohta ei ole piisavalt tõendeid tervisele. Seetõttu on ebaselge, kas ORAC-väärtust saab otseselt kasutada toidu tervisele kasulikkuse hindamiseks.
Toidu antioksüdantidel on lisaks nende mõjule vabadele hapnikuradikaalidele ka palju muud kasu. Kombineerides marjade, köögiviljade, puuviljade, vürtside ja seente, näiteks kukeseente omadusi, saab saavutada kaitset oksüdatiivse stressi eest, mis toetab üldist tervist.
Oksüdatiivse stressi mõõtmine
Oksüdatiivne stress on tasakaalustamatus vabade radikaalide tootmise ja olemasoleva antioksüdantide võimekuse vahel (tuntud ka kui redox-tasakaal). Üldiselt on vabade radikaalide moodustumise vähenemine tingitud suurenenud antioksüdantide võimekusest ja vastav antioksüdantide võimekuse vähenemine võib olla seotud vabade hapnikuradikaalide suurenenud tootmisega. Nende kontsentratsioonide määramisega saab täpsemalt uurida oksüdatsiooni-reduktsioonireaktsioonide tasakaalu, st üldist oksüdatiivse stressi seisundit..
Oksüdatiivse stressi taset saab hinnata ka muude laboratoorsete uuringutega. Olulisemad oksüdatiivset stressi mõõtvad uuringud on esitatud alljärgnevas tabelis.
Tabel: Oksüdatiivset stressi kirjeldavad laboratoorsed markerid.
|
Marker |
Toime |
Võrdlusvahemik ja optimaalne vahemik |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
FRAS-test (vabade radikaalide analüütiline süsteem) |
|
|
|
///