Oxidativ stress är stress på cellnivå
Oxidativ stress är ett naturligt biokemiskt fenomen i kroppen, som när det överuttrycks kan leda till en obalans på cellnivå som sträcker sig genom hela kroppen. Oxidationsstress kan ses genom en redoxreaktion (reduktion-oxidation). Det är en kemisk reaktion där en eller flera elektroner överförs, helt eller delvis, från en atom till en annan. I en sådan reaktion oxideras det elektronavgivande medlet och det elektronupptagande medlet reduceras.
I praktiken innebär oxidativ stress att cellerna utsätts för en alltför stor mängd av oxidationsreaktionen. Denna obalans orsakas av att det finns för många oxiderande faktorer i kroppen eller av att kroppens antioxidativa kapacitet, dvs. reserv av reducerande faktorer, minskar. I idealfallet finns det en balans mellan dessa som stödjer den naturliga homeostasen.
Under oxidativ stress ökar mängden reaktiva och fria syreradikaler (ökat antal reaktiva syreföreningar eller ROS). Molekylerna som innehåller syreatomer har en udda och fri elektron, vilket gör dem mycket instabila och kortlivade. Bildandet av fria syreradikaler i kroppen är normalt, men i stora mängder blir de hälsofarliga. Långvarig oxidativ stress iökar celldöden, vilket i extrema fall kan leda till nekros i vävnader.
Syreradikaler produceras i kroppen vid mitokondriell energimetabolism (cellulär andning), cytokrom P450-enzymer i levern och många andra cellulära oxidativa händelser. Externa källor till syreradikaler är bland annat luftföroreningar, strålning, rök, många läkemedel som kemoterapi och xenobiotika eller andra ämnen som är främmande för kroppen. Oxidativ stress orsakas också av cytokiner vid olika inflammatoriska tillstånd och till exempel bakteriella infektioner. De vanligaste reaktiva syreföreningarna är superoxidanjon (O2-), peroxider som väteperoxid (H2O2), hydroxylradikal (OH), alkoxidradikal (RO), peroxidradikal (RO) och peroxynitrit (ONOO-) (se bild nedan).
Bildkälla: Herb, M., & Schramm, M. (2021). ROS-funktioner i makrofager och antimikrobiell immunitet. Antioxidanter 10 (2): 313.
Överbelastning av fria syreradikaler har kopplats till många olika sjukdomar på grund av deras negativa effekter på cellnivå (lipidperoxidation, dvs. härskning av fett, proteinskador och DNA-skador). Oxidativ stress spelar en viktig roll i utvecklingen av kranskärlssjukdom, depression, olika autoimmuna sjukdomar, infektioner, cancer och många neurodegenerativa sjukdomar som t.ex. Parkinsons sjukdom sjukdom, bland andra. Långvarig överdriven oxidativ stress är också förknippad med trötthet och ihållande trötthet.
Oxidativ stress och förkortning av telomerer
En telomer är en DNA-sekvens i slutet av alla kromosomer. Dess funktion är att skydda kromosomen och cellerna mot bl.a. oxidativ stress och degeneration. Varje eukaryot cell har 46 kromosomer och totalt 92 telomerer i sina ändar. Telomererna tar hand om all celldelning och DNA-information kopieras till den nya cellen. Det är också känt att telomeren alltid förkortas något vid varje delning - de kan dela sig cirka 50-70 gånger, varefter cellerna inte längre kan dela sig utan dör (den så kallade Hayflick-gränsen).
Elizabeth Blackburn, nobelpristagare och australisk doktor i molekylärbiologi som har studerat telomerer i årtionden, har i sin forskning funnit att långvarig stress påskyndar förkortningen av telomerer. Psykologisk stress verkar öka den oxidativa stressen på cellnivå. I en omfattande studie som publicerades 2010 fann Blackburn att meditation kan bromsa åldrandet. Låga nivåer av oxidativ stress och högre nivåer av telomerasenzymaktivitet, som förhindrar förkortning av telomerer, har observerats hos långtidsmeditatörer.
Bild: Telomerförlust, telomerlängd och telomeras.
Källor: Vaiserman, A., & Krasnienkov, D. (2021). Telomerlängd som markör för biologisk ålder: state-of-the-art, öppna frågor och framtidsperspektiv. Gränser inom genetik 11: 1816.
Fria syreradikaler är dock inte bara ett hot mot hälsan. I vissa situationer skyddar de också mot olika infektioner och fungerar därmed som en del av immunförsvaret. Kortvarig oxidativ stress kan också skydda kroppen mot åldrande på grund av mitohormesis.
MITOHORMESIS
Mitohormesis är en term som används för att definiera ett biologiskt svar där mitokondriell stress leder till ökad hälsa och livskraft i en cell, vävnad eller hel organism. Den mitokondriella stressresponsen som aktiveras av ett potentiellt skadligt stimulus kräver en samordnad dialog med cellkärnan (mitonukleär kommunikation). Detta samarbete som induceras av det hormetiska svaret i mitokondrierna är beroende av en mängd olika signaler, varav de viktigaste är reaktiva syrearter (ROS).
Även mitokondriella metaboliter, proteotoxiska signaler, mitokondrie-cytosol-stressresponsen och frisättningen av mitokiner spelar en viktig roll i denna process. Aktiveringen av mitohormesis har visat sig öka livslängden i djurmodeller och det förbättrar också hälsospan genom att förbättra funktionen metabolism och immunsystemet.
Antioxidanter för att balansera oxidativ stress
Enligt hypotesen om oxidativ stress trodde man från 1950-talet fram till långt in på 1990-talet att antioxidanter var effektiva i behandlingen av nästan alla sjukdomar. Oxidativ stress ansågs också vara starkt förknippad med åldrandet. Detta kallas för Free Radical Theory of Aging (FRTA). Sedan dess har man bättre förstått att enbart användning av antioxidanter inte garanterar hälsa och att många sjukdomar har sin grund i oxidativ stress och andra underliggande faktorer.
Antioxidanter har dock en plats i allas kost, eftersom överdriven oxidativ stress och svag antioxidantkapacitet är skadligt för kroppen. Antioxidanter får man i sig via maten, men kroppen har också egenproducerade antioxidanter, som oftast är tillräckliga för att balansera normal oxidativ stress.
De viktigaste antioxidanterna i maten är vitamin C, vitamin A (karotenoider som betakaroten) och vitamin E. Hälsofrämjande forskningsresultat om antioxidanter i kosten är bland annat astaxanthin, lykopen och grönt te (särskilt dess epigallokatekin-3-gallat, ECGC).
Bild källa: Krumova, K. & Gonzalo, C. (2016). Översikt över reaktiva syreföreningar. Singlet syre: Tillämpningar inom biovetenskap och nanovetenskap 1: 1-21. London: Royal Society of Chemistry: Royal Society of Chemistry.
De viktigaste interna antioxidanterna i kroppen är superoxiddismutas (SOD), glutation sulfhydryl (GSH), koenzym Q10, katalas och glutationperoxidas. Peroxydroxiner och sulfiredoxin spelar också en viktig roll. Andra viktiga endogena antioxidanter är alfa-liponsyra, ferritin, urat, bilirubin, metallothionein, L-karnitin och melatonin.
Förhållandet mellan oxidativ stress och kroppens antioxidativa kapacitet kan mätas exakt med hjälp av en rad olika laboratoriemetoder (se senare).
ORAC
Det s.k. ORAC-värdet anger antioxidantinnehållet i ett livsmedel eller en matvara. Akronymen ORAC kommer från de engelska orden Syre-radikal absorptionsförmågavilket betyder förmågan att reducera fria syreradikaler. Värdet erhålls t.ex. genom att undersöka en växt eller ett bär i ett provrör (in vitro) och dess reaktion med en superoxidanjon. ORAC-värdet är alltså en vägledande siffra som inte direkt säger något om livsmedlets antioxidativa potential i kroppen.
Enligt olika beräkningar behöver kroppen 3.000-5.000 ORAC-enheter per dag för att skydda cellerna mot oxidativ stress.
År 2012 drog USDA tillbaka ORAC-värdet för livsmedel på grund av otillräckliga hälsoeffekter. Det är därför oklart om ORAC-värdet kan användas direkt för att bedöma hälsoeffekterna av livsmedel.
Antioxidanter i kosten har också en mängd andra fördelar än deras effekt på fria syreradikaler. Genom att kombinera egenskaperna hos bär, grönsaker, frukt, kryddor och svampar, t.ex. kalebass, kan man uppnå ett skydd mot oxidativ stress som främjar den allmänna hälsan.
Mätning av oxidativ stress
Oxidativ stress är en obalans mellan produktionen av fria radikaler och den befintliga antioxidantkapaciteten (även känd som redoxbalans). I allmänhet beror minskningen av bildningen av fria radikaler på ökad antioxidantkapacitet, och en motsvarande minskning av antioxidantkapaciteten kan vara förknippad med ökad produktion av fria syreradikaler. Genom att bestämma dessa koncentrationer kan balansen mellan oxidations-reduktionsreaktioner, dvs. det allmänna oxidativa stresstillståndet, undersökas mer i detalj.
Nivån av oxidativ stress kan också bedömas genom andra laboratoriestudier. De viktigaste studierna som mäter oxidativ stress presenteras i tabellen nedan.
Tabell över studier: Laboratoriemarkörer som beskriver oxidativ stress.
|
Markör |
Åtgärd |
Referensintervall & optimalt intervall |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
FRAS-test (analytiskt system för fria radikaler) |
|
|
|
///