Оксидативни стрес је стање у организму у коме постоји неравнотежа између стварања слободних радикала и њиховог неутралисања од стране антиоксидативне заштите организма, односно када прооксиданси (слободни радикали) надвладају механизме антиоксидативне заштите организма. Најчешће настаје у условима када у организму постоји повећана продукција слободних радикала и смањена способност организма за њихову неутрализацију, односно када је стање равнотеже између прооксиданас и антиоксиданаса померено у правцу прооксиданаса.
За оксидативни стрес се може рећи да је он нормална појава, односно да је присутан и код здравих особа јер је уско повезан са старењем.. Процес оксидације је део регулаторног биохемијског функционисања наших тела у процесу стварања енергије која нам је неопходна за живот. Током ових процеса стварају се слободни радикали који имају своје физиолошке позитивне функције Ferreira AR, Bonatto F, Pasquali MA, Polydor M. Halliwell B. Oxydants and human disease: some mew consepts FFASEBJ.1 358-364;1987 .
Проблем настаје када се поремети фина равнотежа и када откажу природни механизми одбране па ниво слободних радикала почне да превазилази капацитет организма да их неутралише, што мења оксидативни статус и тело улази у зону повећаног оксидативног стреса, или стање високог ризика за настајање најразличитијих поремећаја и болести.
Штетно дејство слободних радикала у оксидативном стресу, према схватању савремене медицине, огледа се у настанку многих акутних и хроничних болести који се клинички манифестују као акутни и хронични запаљењски процеси (реуматоидни артритис, васкулитис), неуролошки поремећаји (Алцхајмерова болест, Паркинсонова болест, цереброваскуларна оштећења, мишићна дистрофија), кардиоваскуларни поремећаји (хипертензија и хипертензивна болест срца, атеросклероза), фиброза плућа, катаракта, малигне болести, али и многа друга стања која се називају прерано старење.
Основни појмови
Слободни радикали су нестабилни молекули, велике реактивности, који у организму ступају у хемијске реакције са деловима ћелије (протеинима, липидима, угљеним хидратима, молекулима ДНК) при чему доводе до биохемијских, структурних, функционалних поремећаја.
Антиоксиданси су материје које помажу организму да смањи оштећења настала дејством слободних радикала.
Ендогени извори радикала
У унутрашње (ендогене) изворе односно унутрашње утицаје који изазивају повећано стварање слободних радикала у организму спадају; стрес, имунска одбрана, запаљења, повреде, велико физичко оптерећење. Главни извори ендогених радикала у наведеним утицајима деле се на ензимске и неензимске; Ензимски извори Неензимскi извори NAD(P)H ОКСИДАЗЕ NADPH + 2O2 — NAD(P)¯ + H+ + 2O2.¯ КСАНТИН ОКСИДАЗЕ АЗОТ-МОНОКСИД СИНТАЗЕ МИЈЕЛОПЕРОКСИДАЗЕ H2O2 + Cl- +H+ — HOCl + H2O ЛИПОКСИГЕНЕЗЕ ДИСАЊЕ У МИТОХОНДРИЈАМА ТРАНЗИЦИОНИ МЕТАЛИ ДРУГИ ОКСИНАНСИ (LOO.) Егзогени извори радикала
У спољне (егзогене) изворе односно спољне утицаје који изазивају повећано стварање слободних радикала у организму спадају; дувански дим, лекови, начин исхране, нека терапијска и околна зрачења-{Hoyt A, Luukkonen J, Juutilainen J, Naarala J. .}- па чак и физичка активност .
center|400px ЕНДОГЕНИ И ЕГЗОГЕНИ ИЗВОРИ РАДИКАЛА
Слободно радикалска болест
Ова болест подразумева поремећај у организму у чијој етиологији примарну улогу имају слободни радикали, а за коју постоји обиље околности и доказа. Највероватније да слободни радикали делујући као посредне супстанце у инфламаторни процесима, можда чак и као неуромодулатори, утичу на појаву болести. Willoughby, P. A. and Giroud, J. P., Eds., University Park Press, Baltimore, .
Ипак, постоје и заштитни механизми који су довољни да активне врсте радикала користе за неке нормалне физиолошке процесе. Скоро сигурно је да ту спада и антимикробна одбране и ксенобиотички метаболизам.
Последице и узроци оксидативног стреса Узроци оксидативног стреса Последице оксидативног стреса Неизбалансирана исхрана Излагање животној средини Наследне болести Напорне физичке активности Повреде (трауме) Повећано стварање оксиданаса Смањена антиоксидативне заштите Неуспешно уклањање оштећења
Ефекти оксиданаса на макромолекуле Беланчевине Беланчевине имају много реактивних места где се могу јавити оштећења оксидативним стресом; Прво, агресивни радикали као што је хидроксил радикал могу разградити беланчевине у плазми, и тада се разграђени производи специфичних беланчевине могу детектовати, ако су познати, што се заснива на удруженим реакцијама на специфичним амино киселинама као што је пролин и хистидин. Друго, беланчевине могу садржати места са везаним металом која су посебно осетљива на оксидативне реакције кроз интеракцију са металима, што обично доводе до иреверзибилне модификације амино киселина које су укључене у везивање металних јона, на пример хистидина.
Наведене модификације могу створити сигналне секвенце које препознају специфичне ћелијске протеазе које деградирају такве беланчевине. Коначно, многе интраћелијске беланчевине имају реактивне сулфхидрилне групе на специфичним остацима цистеина које могу бити модификоване (оксидовани) до специфичних форми (дисулфида) који опет могу бити редуковани у метаболичким процесима. Такође неке беланчевине имају реактивни метионин који може да подлегне реверзибилној модификацији до метионин сулфоксид. Реверзибилна природа модификације цистеина и метионина указује да оксидативна модификација овог типа може имати улогу у регулаторним метаболичким догађајима у ћелији у оксидативном стресуSaltman B Oxidative stress: a radical view, Seninars Hematol. 26, 249-256, 1989.
Нуклеинске киселине Нуклеинске киселине су пентозе-фосфатни полимери који могу подлећи реакцији са хидроксил радикалом. Ове основне модификације могу бити одговорне за генетске дефекте продуковане оксидативним стресом. Оштећење ДНК се такође може проценити помоћу кидања ланаца и модификације база у ћелијама у култури које су под оксидативним стресом. Важан метаболички ефекат оштећења ДНК је брза индукција полиаденозин-дифосфат-рибоза-синтазе у једру, резултујући изразитим трошењем ћелијских резерви НАДХ.
Липиди Липидна пероксидација полинезасићених липида је процес где незасићен липид ступа у реакцију са хидроксилним радикалом при чему се издваја вода и настаје липидни радикал који потом у реакцији са кисеоником даје липидни пероксил радикал, а он са новим незасићеним липидима даје липидни пероксид. Ова оксидација погађа липиде који улазе у састав намирница озбиљно нарушавајући мирис хране. Пероксидација мембранских липида углавном се јавља као последица оксидативног стреса у интактној ћелији, али и неки састојци исхране могу директно бити уграђени у ћелијске структуре.
Патогенеза На основу многобројних истраживања сматра се да су слободни радикали одговорни за настанак акутних и хроничних поремећаја који се манифестују као запаљењски процеси, неуролошки поремећаји, кардиоваскуларни поремећаји, малигне болести.
Слободни радикали или реактивна једињења кисеоника (РОС) и реактивна једињења азота (РНС) су изразито реактивни молекули који се природно јављају као продукти нормалних ћелијских оксидативних процеса. Концентрација реактивних једињења кисеоника се може повећати до високих нивоа у неким патолошким процесима али тамо где постоји дефицит антиоксиданаса, и могу реаговати са ћелијским конституентима и изазвати оштећење, поремећај функција или пропадање ћелија.
Бројни докази повезују реактивна једињења кисеоника са патолошким оштећењима која се виђају у болестима као сто су канцер, атеросклероза, које могу настати од оштећења ДНК, оксидативне модификације протеина и измене липидне структуре. Деловањем слободних радикала активирају се многобројне структуре у ћелији при чему настаје читав низ каскадних реакција, што за последицу има и генерисање нових количина слободних радикала (настаје тзв синдром "зачараног круга").
Активацијом липида, долази до активирања транскрипционог фактора-НФкБ, што последично доводи до раста нивоа хемокина и цитокина као медијатора запаљења. Ове сигналне молекуле доводе до повећане експресије адхезионих молекула (усходна регулација), како на површини ћелија ендотела (селектини), тако и на површини самих инфламаторних ћелија (интегрини). Тиме је омогућен директан контакт и везивање ћелија имунског система за површину ендотела. Након тога, ћелије имуног одговора продиру у субендотелни простор. Имуне ћелије као што су: неутрофили, еозинофили и макрофаге, поседују на својој мембрани НАДПХ оксидазу. Овај ензим у контакту са кисеоником доприноси стварању супероксидног анјона. Настали слободни радикал бива уклоњен дејством супероксид-дизмутазе током врло кратког временског периода. То је разлог што он не пенетрира кроз ћелијску мембрану. Међутим, настали водоник-пероксид лако дифундује у околне ћелијске структуре. Тиме доводи до активирања интраћелијских сигналних путева, као и до генерисања реактивних врста кисеоника. Тиме се на примарну фазу генерисања оксидативног стреса од стране слободних радикала, надовезује секундарна фаза-запаљења, која настали стрес само продубљује. Оксидативна оштећења липопротеина мале густине (ЛДЛ) реактивним једињењима кисеоника су између осталог и један од узрока атеросклерозе.
Реактивне врсте кисеоника мини|Левисова структура реактивних врста кисеоника:1 - триплетни кисеоник;2 - синглетни кисеоник; 3 - супероксид;4 - водоник пероксид;5 - хидроксилни радикал Међу реактивним врстама кисеоника (-{ROS}-), у биолошком смислу, посебно су значајне следеће врсте реактивних једињења кисеоника;-{Marijan K. ,i Marta K. Djelovanje gemfibrozila na oksidativni stres u tkivima srca i jetre Wistar i Fischer štakora, Sveučilište u Zagrebu Medicinski fakultet, Zagreb, 2009.}- O2•— - супероксид или супероксидни анјонски радикал, -{H}-2O2 - водоник-пероксид, -{OH}-•— - хидроксилни радикал, -{R}-O2• - пероксилни-радикал, -{R}-O2• - перхидроксилрадикал, -{RO-}-• - алоксилни радикал, -{ROOH}-• - хидропероксид, -{HClO-}- - хипохлоритна киселина, O3 - озон, 1-{ΔgO}-2 - синглентни кисеоник.
Супероксидни анјон радикал настаје у митохондријама редукцијом кисеоника једним електроном. Овај радикал има доминантно штетно дејство: индукује липидну пероксидацију и оштећује ћелијске мембране. У физиолошким условима не изазива токсичне ефекте јер га ензим супероксид - дисмутаза (СОД) трансформише у мање активан водоник-пероксид.
Водоник-пероксид се у ћелијама образује редукцијом молекула кисеоника са два електрона, при чему је реакција катализована бројним оксидазама. Иако се не може дефинисати као слободни радикал јер нема неспарених електрона, и представља најстабилнији интермедијарни продукт редукције кисеоника, водоник-пероксид ипак испољава неке токсичне ефекте. То се пре свега односи на поремећај у депоновању калцијума у митохондријама, са консекутивним нагомилавањем калцијума у цитосолу и губитком сулфхидрилних група беланчевина: ово је критичан догађај у генези ћелијских оштећења у оксидативном стресу. Релативно високе концентрације водоник-пероксида које се ослобађају на месту било ког запаљења али и у различитим незапаљењским ћелијама (фибробласти, хондроцити, ендотел) под дејством цитокина какви су нпр IL-1 или TNF-α. Ћелије такође имају могућности и да се штите од водоник-пероксида снажним ензимским системима: каталазом у пероксизомима и глутатион-пероксидазом у митохондријама. In: Koračеvic D i sar. .
Хидроксилни радикал је најреактивнији интермедијарни продукт делимичне редукције кисеоника. Ако се водоник-пероксид не уклони каталаза, може да реагује са феро јонима и формира потентније КСР, какав је хидроксилни радикал (Фентон реакција). Он, ин ситу, оштећује митохондријалну мембрану (изазивајући губитак продукције АТП и енергије), оштећује ДНК, оштећује мембрану ћелије модификујући мембранске беланчевине и изазива липидну пероксидацију - што је довољно за иреверзибилно уништење ћелије. In: Koračеvic D i sar. .