Lo stress ossidativo è uno stress a livello cellulare
Lo stress ossidativo è un fenomeno biochimico naturale dell'organismo che, se sovraespresso, può portare a uno squilibrio a livello cellulare che si estende a tutto il corpo. Lo stress ossidativo può essere visto attraverso una reazione redox (riduzione-ossidazione). Si tratta di una reazione chimica in cui uno o più elettroni vengono trasferiti, in tutto o in parte, da un atomo a un altro. In questa reazione, l'agente che dona elettroni viene ossidato e l'agente che accetta elettroni viene ridotto.
In pratica, lo stress ossidativo significa che le cellule sono esposte a una quantità eccessiva di reazioni di ossidazione. Questo squilibrio è causato dalla presenza di troppi fattori ossidanti nell'organismo o da una diminuzione della capacità antiossidante dell'organismo, cioè della riserva di fattori riducenti. Idealmente, esiste un equilibrio tra questi fattori che supporta l'omeostasi naturale.
In condizioni di stress ossidativo, aumenta la quantità di radicali reattivi e liberi dell'ossigeno (aumento del numero di specie reattive dell'ossigeno o ROS). Le molecole contenenti atomi di ossigeno possiedono un elettrone libero e spaiato, il che le rende molto instabili e di breve durata. La formazione di radicali liberi dell'ossigeno nell'organismo è normale, ma in grandi quantità diventano dannosi per la salute. Lo stress ossidativo prolungato incrementa la morte cellulare, che, in casi estremi, può portare a necrosi nei tessuti.
I radicali dell'ossigeno sono prodotti nel corpo in metabolismo energetico mitocondriale (respirazione cellulare), enzimi del citocromo P450 epatico e molti altri eventi ossidativi cellulari. Le fonti esterne di radicali dell'ossigeno includono l'inquinamento atmosferico, le radiazioni, il fumo, molti farmaci come i chemioterapici e gli xenobiotici, o altre sostanze estranee all'organismo. Lo stress ossidativo è causato anche dalle citochine in varie condizioni infiammatorie e, ad esempio, dalle infezioni batteriche.. Le specie reattive dell'ossigeno più comuni sono l'anione superossido (O2-), i perossidi come il perossido di idrogeno (H2O2), il radicale idrossile (OH), i radicali alcossidi (RO), i radicali perossidi (RO) e il perossinitrito (ONOO-) (vedi immagine sotto).
Fonte dell'immagine: Herb, M., & Schramm, M. (2021). Funzioni dei ROS nei macrofagi e nell'immunità antimicrobica. Antiossidanti 10 (2): 313.
Il sovraccarico di radicali liberi dell'ossigeno è stato collegato a molte malattie diverse a causa dei loro effetti negativi a livello cellulare (perossidazione lipidica, cioè irrancidimento dei grassi, danni alle proteine e danni al DNA). Lo stress ossidativo gioca un ruolo significativo nel sviluppo di malattie coronariche, depressione, varie malattie autoimmuni, infezioni, cancro e molte malattie neurodegenerative come Parkinson malattia, tra gli altri. Un eccessivo stress ossidativo prolungato è anche associato a stanchezza e affaticamento persistente.
Stress ossidativo e accorciamento dei telomeri
Il telomero è una sequenza di DNA che si trova alla fine di tutti i cromosomi. La sua funzione è quella di proteggere il cromosoma e le cellule, tra l'altro, dallo stress ossidativo e dalla degenerazione. Ogni cellula eucariotica ha 46 cromosomi e un totale di 92 telomeri alle loro estremità. I telomeri si occupano di tutte le divisioni cellulari e di copiare le informazioni sul DNA nella nuova cellula. È noto anche che i telomeri si accorciano sempre leggermente a ogni divisione - possono dividersi circa 50-70 volte, dopodiché le cellule non sono più in grado di dividersi ma muoiono (il cosiddetto limite di Hayflick).
Elizabeth Blackburn, premio Nobel e dottore australiano in biologia molecolare che studia i telomeri da decenni, ha scoperto nelle sue ricerche che lo stress a lungo termine accelera l'accorciamento dei telomeri. Lo stress psicologico sembra aumentare lo stress ossidativo a livello cellulare.. In un ampio studio pubblicato nel 2010, Blackburn ha scoperto che la meditazione può rallentare l'invecchiamento. Nei meditatori di lunga durata sono stati osservati bassi livelli di stress ossidativo e livelli più elevati di attività dell'enzima telomerasi, che previene l'accorciamento dei telomeri..
Immagine: Accorciamento dei telomeri, lunghezza dei telomeri e telomerasi.
Fonte: Vaiserman, A., & Krasnienkov, D. (2021). La lunghezza dei telomeri come marcatore dell'età biologica: stato dell'arte, problemi aperti e prospettive future. Frontiere della genetica 11: 1816.
Tuttavia, i radicali liberi dell'ossigeno non sono solo una minaccia per la salute. In determinate situazioni, essi proteggono anche da varie infezioni e agiscono quindi come parte del sistema immunitario.. Stress ossidativo a breve termine possono anche proteggere l'organismo dall'invecchiamento dovuto a mitotomia.
MITOORMESI
Il termine mitoormesi definisce una risposta biologica in cui lo stress mitocondriale porta a un aumento della salute e della vitalità di una cellula, di un tessuto o di un intero organismo. La risposta allo stress mitocondriale attivata da uno stimolo potenzialmente dannoso richiede un dialogo coordinato con il nucleo cellulare (comunicazione mitonucleare). Questa cooperazione indotta dalla risposta ormonale nei mitocondri si basa su una varietà di segnali, di cui i più importanti sono le specie reattive dell'ossigeno (ROS).
Inoltre, i metaboliti mitocondriali, i segnali proteotossici, la risposta allo stress mitocondriale-citosol e il rilascio di mitocine svolgono un ruolo significativo in questo processo. È stato riscontrato che l'attivazione della mitomorfia aumenta la durata della vita nei modelli animali e migliora la salute migliorando il funzionamento del metabolismo e del sistema immunitario..
Gli antiossidanti per bilanciare lo stress ossidativo
Secondo l'ipotesi dello stress ossidativo, dagli anni Cinquanta fino agli anni Novanta si riteneva che gli antiossidanti fossero efficaci nel trattamento di quasi tutte le malattie. Si pensava anche che lo stress ossidativo fosse sostanzialmente associato all'invecchiamento. Si tratta della cosiddetta teoria dei radicali liberi dell'invecchiamento (FRTA).. Da allora si è capito meglio che l'uso dei soli antiossidanti non garantisce la salute e che molte malattie sono sostenute dallo stress ossidativo e da altri fattori sottostanti.
Tuttavia, gli antiossidanti hanno un posto nella dieta di tutti, poiché un eccessivo stress ossidativo e una debole capacità antiossidante sono dannosi per l'organismo. Gli antiossidanti si ottengono dagli alimenti, ma l'organismo dispone anche di antiossidanti prodotti internamente, che di solito sono sufficienti a bilanciare il normale stress ossidativo.
I principali antiossidanti presenti negli alimenti sono la vitamina C, la vitamina A (carotenoidi come il betacarotene) e la vitamina E. I risultati delle ricerche sugli antiossidanti alimentari che promuovono la salute includono astaxantina, licopene e tè verde (in particolare l'epigallocatechina-3-gallato, ECGC).
Fonte immagine: Krumova, K. & Gonzalo, C. (2016). Panoramica delle specie reattive dell'ossigeno. Ossigeno singoletto: Applicazioni nelle bioscienze e nelle nanoscienze 1: 1-21. Londra: Royal Society of Chemistry.
I più importanti antiossidanti interni dell'organismo sono la superossido dismutasi (SOD), il glutatione solfidrilico (GSH), il coenzima Q10, la catalasi e la glutatione perossidasi. Anche le perossidossine e la sulfossidossina svolgono un ruolo importante. Altri importanti antiossidanti endogeni comprendono l'acido alfa-lipoico, la ferritina, l'urato, la bilirubina, la metallotioneina, la L-carnitina e la melatonina.
La relazione tra lo stress ossidativo e la capacità antiossidante dell'organismo può essere misurata accuratamente con diversi metodi di laboratorio (vedi più avanti).
ORAC
Il cosiddetto valore ORAC indica il contenuto di antiossidanti di un alimento o di un prodotto alimentare. L'acronimo ORAC deriva dalle parole inglesi Oxygen Radical Absorbance Capacity (capacità di assorbimento dei radicali dell'ossigeno)che indica la capacità di ridurre i radicali liberi dell'ossigeno. Il valore si ottiene, ad esempio, esaminando una pianta o una bacca in una provetta (in vitro) e la sua reazione con un anione superossido. Il valore ORAC è quindi un dato indicativo che non ci parla direttamente del potenziale antiossidante degli alimenti nell'organismo.
Secondo varie stime, l'organismo ha bisogno di 3.000-5.000 unità ORAC al giorno per proteggere le cellule dallo stress ossidativo.
Nel 2012, l'USDA ha ritirato il valore ORAC per gli alimenti a causa dell'insufficienza di prove sulla salute. Non è quindi chiaro se il valore ORAC possa essere utilizzato direttamente per valutare i benefici degli alimenti per la salute.
Gli antiossidanti alimentari hanno anche un'ampia gamma di benefici oltre al loro effetto sui radicali liberi dell'ossigeno. Combinando le proprietà di bacche, ortaggi, frutta, spezie e funghi come la zucca, si può ottenere una protezione dallo stress ossidativo a sostegno della salute generale.
Misurare lo stress ossidativo
Lo stress ossidativo è uno squilibrio tra la produzione di radicali liberi e la capacità antiossidante esistente (noto anche come equilibrio redox). In generale, la diminuzione della formazione di radicali liberi è dovuta a un aumento della capacità antiossidante, mentre una corrispondente diminuzione della capacità antiossidante può essere associata a un aumento della produzione di radicali liberi dell'ossigeno. Determinando queste concentrazioni, è possibile esaminare più in dettaglio l'equilibrio delle reazioni di ossidoriduzione, ovvero lo stato generale di stress ossidativo..
Il livello di stress ossidativo può essere valutato anche con altri studi di laboratorio. I più importanti studi di misurazione dello stress ossidativo sono presentati nella tabella seguente.
Tabella: Marcatori di laboratorio che descrivono lo stress ossidativo.
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Marcatore |
Azione |
Intervallo di riferimento e intervallo ottimale |
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Test FRAS (Sistema analitico dei radicali liberi) |
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