Antioksidantit ja elimistön hapetustressi – liikaa vai liian vähän?

HAPETUSSTRESSI ON SOLUTASON STRESSIÄ

Oksidatiivinen stressi eli hapetusstressi on epätasapainotila elimistössä, joka ulottuu solutasolle. Hapetusstressiä voidaan tarkastella hapetus-pelkistysreaktion (engl. redox) kautta. Kyseessä on kemiallinen reaktio, jossa yksi tai useampi elektroni siirtyy kokonaan tai osittain atomilta toiselle. Tällaisessa reaktiossa elektroneja luovuttava aine hapettuu ja elektroneja vastaanottava aine pelkistyy.

Käytännössä tämä tarkoittaa hapetustressin tapauksessa sitä, että solut altistuvat liiaksi hapetusreaktiolle. Tämä epätasapainotila aiheutuu siitä, että elimistössä ilmenee liikaa hapettavia tekijöitä tai elimistön antioksidanttikapasiteetti eli pelkistävien tekijöiden reservi on alentunut. Ideaalitilanteessa näiden välillä vallitsee tasapaino, joka tukee luonnollista homeostaasia.

Hapetusstressissä reaktiivisten ja vapaiden happiradikaalien (engl. Reactive Oxygen Species, ROS) määrä lisääntyy. Nämä happiatomeita sisältävät molekyylit sisältävät parittoman ja vapaan elektronin, mikä tekee niistä hyvin epävakaita ja lyhytikäisiä. Vapaiden happiradikaalien muodostuminen elimistössä on normaalia, mutta nämä muuttuvat suurina määrinä terveydelle haitallisiksi. Pitkittynyt hapetusstressi lisää solukuolemaa, mikä voi äärimmäisessä tapauksessa johtaa kudoksissa nekroosiin eli kuolioon.

Happiradikaaleja syntyy elimistössä muun muassa mitokondrioiden energia-aineenvaihdunnassa (soluhengitys), maksan sytokromi P450-entsyymien toiminnan yhteydessä ja monissa muissa solutason hapetustapahtumissa. Ulkoisia happiradikaalien lähteitä ovat muun muassa ilmansaasteet, säteily, savu, monet lääkeaineet kuten solunsalpaajat ja ksenobiootit eli muut elimistölle vieraat aineet. Hapetusstressiä aiheuttavat myös erilaisissa tulehdustiloissa ilmenevät sytokiinit ja esimerkiksi bakteeri-infektiot. Tavallisimpia reaktiivisia happiradikaaleja ovat superoksidianioni (O2−), peroksidit kuten vetyperoksidi (H2O2), hydroksyyliradikaali (OH), alkoksidarikaalit (RO) ja peroksynitriitti (ONOO-) (ks. kuva alla).

Vapaiden happiradikaalien aiheuttama liikakuormitus on yhdistetty moniin erilaisiin sairauksiin näiden solutasolla esiintyvien haitallisten vaikutusten vuoksi (lipidiperoksidaatio eli rasvojen härskiintyminen, proteiinivauriot ja DNA-vauriot). Hapetusstressillä on merkittävä rooli muun muassa sepelvaltimotaudin, masennuksen, erilaisten autoimmuunisairauksien, infektioiden, syövän ja monien neurodegeneratiivisten sairauksien kuten Parkinsonin taudin synnyssä. Pitkäaikainen liiallinen hapetusstressi on yhdistetty myös uupumiseen ja jatkuvaan väsymykseen.

HAPETUSSTRESSI JA TELOMEERIEN LYHENTYMINEN

Telomeeri on tietynlainen DNA-jakso kaikkien kromosomien päässä. Sen tehtävänä on kromosomin ja solujen suojaaminen muun muassa hapetusstressiä ja rappeutumista vastaan. Jokaisessa aitotumallisessa solussa on 46 kromosomia ja näiden päissä on yhteensä 92 telomeeriä. Telomeerit pitävät huolen siitä, että solun jakautuessa kaikki DNA-informaatio kopioidaan uuteen soluun. Telomeerin tiedetään myös aina hieman lyhenevän jokaisella jakautumiskerralla – ne kykenevät jakautumaan noin 50–70 kertaa, minkä jälkeen solut eivät enää kykene jakautumaan vaan kuolevat (ns. Hayflickin raja).

Telomeerejä vuosikymmeniä tutkinut Nobel-voittaja ja australialainen molekyylibiologian tohtori Elizabeth Blackburn on havainnut tutkimuksissaan, että pitkäaikainen stressi nopeuttaa telomeerien lyhenemistä. Psykologinen stressi näyttää lisäävän hapetusstressiä solutasolla. Blackburn havaitsi vuonna 2010 julkaistussa laajassa tutkimuskatsauksessaan, että meditaatio voi hidastaa ikääntymistä. Pitkään meditaatiota harjoittaneilla on havaittu alhaiset hapetusstressitasot ja korkeampi telomeraasientsyymin aktiivisuustaso, jotka estävät telomeerien lyhenemistä.

Vapaat happiradikaalit eivät ole kuitenkaan pelkästään uhka terveydelle. Ne suojaavat tietyissä tilanteissa myös erilaisilta infektioilta ja toimivat täten osana immuunijärjestelmää. Lyhytaikainen hapetusstressi saattaa myös suojata elimistöä ikääntymiseltä mitohormeesin ansiosta (lue asiasta tarkemmin Hormeesi-artikkelista).

ANTIOKSIDANTIT HAPETUSSTRESSIN TASAPAINOTTAMISESSA

Hapetusstressihypoteesin mukaisesti uskottiin aina 1950-luvulta lähtien pitkälle 1990-luvulle saakka, että antioksidantit tehoavat hoitona lähes sairauteen kuin sairauteen. Hapetusstressin ajateltiin liittyvän oleellisesti myös ikääntymiseen. Tästä käytetään nimitystä vapaiden happiradikaalien teoria (engl. Free Radical Theory of Aging, FRTA). Sittemmin on ymmärretty paremmin, että pelkkä antioksidanttien käyttö ei takaa terveyttä ja että toisaalta monien sairauksien taustalla on hapetusstressin lisäksi myös muita taustatekijöitä.

Antioksidanteilla on kuitenkin paikkansa jokaisen ihmisen ravitsemuksessa, sillä liiallinen hapetusstressi ja heikko antioksidanttikapasiteetti on elimistölle haitallista. Antioksidantteja saadaan ravinnosta, mutta elimistössä on myös sisäisesti tuotettuja antioksidantteja, jotka ovat useimmiten riittäviä tasapainottamaan normaalia hapetusstressiä.

Tärkeimpiä ravinnosta saatavia antioksidantteja ovat C-vitamiini, A-vitamiini (karotenoidit kuten esimerkiksi beeta-karoteeni) sekä E-vitamiini. Ravintolisinä otettavista antioksidanteista terveyttä edistäviä tutkimushavaintoja löytyy muun muassa astaksantiinista, lykopeenista ja vihreästä teestä (erityisesti sen sisältämästä epigallokatekiini-3-gallaatista, ECGC).

Elimistön tärkeimpiin sisäisiin antioksidantteihin kuuluvat muun muassa superoksididismutaasi (SOD), glutationisulfhydridi (GSH), koentsyymi-Q10, katalaasi ja glutationiperoksidaasi. Myös peroksiredoksiinit ja sufiredoksiini ovat tärkeässä asemassa. Muita tärkeitä elimistön sisäisiä antioksidantteja ovat muun muassa alfalipoiinihappo, ferritiini, uraatti, bilirubiini, metallotioniini, L-karnitiini ja melatoniini.

Hapetusstressin ja elimistön antioksidanttikapasiteetin välistä suhdetta voidaan mitata tarkasti erilaisten laboratoriomenetelmien avulla (ks. myöhemmin).

ORAC

Niin kutsuttu ORAC-arvo kertoo ravinnon tai ruoka-aineen antioksidanttipitoisuudesta. ORAC-lyhenne tulee englanninkielisistä sanoista Oxygen Radical Absorbance Capacity, mikä tarkoittaa kykyä pelkistää vapaita happiradikaaleja. Arvo saadaan tutkittaessa esimerkiksi kasvia tai marjaa koeputkessa (in vitro ) ja sen reagointia superoksidianionin kanssa. ORAC-arvo on siis suuntaa antava luku, mikä ei suoraan kerro ruoka-aineen antioksidanttipotentiaalista elimistössä.

Eri arvioiden mukaan elimistö tarvitsee 3 000–5 000 ORAC-yksikköä päivässä suojaamaan soluja hapetusstressiltä.

USDA veti vuonna 2012 ORAC-arvon pois käytöstä ruoka-aineiden yhteydessä sen riittämättömän terveysnäytön vuoksi. On siis epäselvää, voidaanko ORAC-arvoa käyttää suoraan arvioimaan ruoka-aineen hyödyllisiä vaikutuksia terveyden kannalta.

Ravinnon antioksidanteilla on myös runsaasti muita vaikutuksia kuin niiden vaikutus vapaisiin happiradikaaleihin. Yhdistelemällä marjojen, vihannesten, hedelmien, maustekasvien ja sienten kuten pakurin ominaisuuksia voidaan saada aikaiseksi yleistä terveyttä tukeva suoja hapetusstressiä vastaan.

HAPETUSSTRESSIN MITTAAMINEN

Hapetustressissä on kyse epätasapainotilasta vapaiden radikaalien tuotannon ja olemassa olevan antioksidanttikapasiteetin välillä. Yleensä vapaiden radikaalien muodostumisen väheneminen johtuu lisääntyneestä antioksidanttikapasiteetista, ja vastaavasti alentunut antioksidanttikapasiteetti saattaa liittyä lisääntyneeseen vapaiden happiradikaalien tuotantoon. Nämä pitoisuudet määrittämällä voidaan tarkemmin tarkastella hapetus–pelkistys-reaktioiden tasapainoa eli yleistä hapetusstressitilaa.

Kuvan lähde: Biohakkerin stressikirja (2018). Ks. tarkemmat lähdeviitteet kys. kirjasta.

///

Käytätkö antioksidantteja hapetusstressin taklaamiseksi? Kerro meille kommenteissa!

Lue tiivistelmä antioksidanteista täältä. Hanki itsellesi Ravitsemusoppaan päivitetty versio täältä!

Biohacker's Handbook (englanninkielinen, kovakantinen)

HoloHabits Biomarker Test Kit (Nutrition & Longevity Test)

Foodin Electrolyte Powder, Unflavored (240g)