Stress Ossidativo

Origine e azione dei radicali liberi nell'organismo

Cos'e` lo stress ossidativo?

Il corpo umano e` costantemente soggetto all'azione dei radicali liberi, molecole estremamente reattive che si originano sia da sorgenti endogene, come il metabolismo aerobico, che da sorgenti esogene, come le contaminazioni ambientali o il fumo di sigaretta. Il metabolismo ossidativo e` essenziale per la sopravvivenza delle cellule, ma l'effetto secondario di questa dipendenza e` la produzione dei radicali liberi che, se non neutralizzati preventivamente dalle difese antiossidanti dell'organismo, causano mutamenti ossidativi a carico delle macromolecole biologiche. Tale condizione, caratterizzata da un disequilibrio ossido-riduttivo nelle cellule e nei fluidi biologici verso potenziali ossidanti, prende il nome di stress ossidativo. Esistono numerose evidenze che mostrano un coinvolgimento diretto o indiretto dello stress ossidativo nei processi cellulari alla base dell'insorgenza delle malattie degenerative.

Origine e natura dei radicali liberi

reactive oxygen species ROS
University of Oslo
L'ossigeno e` vitale per molti organismi ma, paradossalmente, e` anche fonte di molecole in grado di indurre un insulto ossidativo a macromolecole biologiche come DNA, carboidrati, lipidi e proteine. L'insulto ossidativo piu` precisamente, risulta essere mediato da specie reattive dell'ossigeno o composti dell'ossigeno. Tra i piu` noti ricordiamo l'anione superossido, il perossido di idrogeno (acqua ossigenata) il radicale idrossilico, quello perossilico e il radicale nitrossido.
Guarda questo schema delle forme reattive dell'ossigeno (ROS)

Sistemi di difesa: il network antiossidante

Lo stato redox viene definito come l'equilibrio dinamico presente nelle cellule e nei fluidi biologici tra specie ossidanti e antiossidanti. Questa definizione implica che in condizione fisiologiche, le cellule possiedano dei sofisticati sistemi di controllo in grado di modulare in maniera efficace l'equilibrio ossido-riduttivo endogeno. La regolazione avviene in modo continuo secondo meccanismi non ancora perfettamente delineati. Se tale equilibrio viene alterato in modo consistente verso potenziali ossidativi, si genera una condizione definita "stress ossidativo", che puo` danneggiare irreversibilmente la funzionalita` cellulare portando all'insorgenza di patologie, in particolare cardiovascolari e neoplastiche

L'organismo umano, ha sviluppato un complesso sistema di protezione contro le specie reattive dell'ossigeno e dell'azoto. Questo sistema include alcuni antiossidanti presenti nell'organismo (endogeni) ed altri provenienti dalla dieta (esogeni). Le difese antiossidanti endogene, di natura enzimatica e non enzimatica, sono presenti nei differenti tessuti e fluidi biologici. Il sistema biologico umano presenta una complessita` di sostanze che cooperano in maniera sinergica nell'orchestrare il network antiossidante. Questo viene modulato sia da sostanze antiossidanti endogene che da sostanze antiossidanti esogene (contenute in alimenti e bevande), la cui attivita` comporta un efficiente protezione contro l'attacco di specie ossidanti. Le principali sostanze endogene di natura enzimatica, che garantiscono una protezione a livello cellulare, sono:

  1. La superossido dismutasi (metallo-proteine contenenti Mn) che elimina l'anione superossido O2- bloccando il processo di formazione dei radicali liberi dell'ossigeno
  2. La Catalasi, idroperossidasi (emoproteina con 4 gruppi eme ossidati) presente negli eritrociti e nei perossisomi di altre cellule. Demolisce l'acqua ossigenata generando acqua e ossigeno.
  3. Glutatione perossidasi (emoproteine con un solo gruppo eme) presente nel citosol, nei mitocondri e nel nucleo. Fa parte di un gruppo di enzimi contenenti selenio. Riduce l'acqua ossigenata e altri perossidi lipidici in acqua e lipidi. Richiede glutatione ridotto (GSH) come co-substrato. Il GSH e` un tripeptide presente nelle cellule.
Esistono poi sostanze di natura non enzimatica localizzate principalmente nel plasma e si dividono in antiossidanti chelanti che legano ioni metallici (es. acido urico), l'albumina che lega il rame, la ceruloplasmina e lattoferrina.

Antiossidanti scavenger o chain-breaking, interrompono la propagazione della catena perossidativa interagendo coi radicali perossilici e alcossilici. Tra questi abbiamo, nel plasma, composti a basso peso molecolare come l'acido urico, bilirubina, tioli, vitamina E, acido ascorbico, carotenoidi e coenzima Q10. Quando il plasma e` esposto al flusso di specie proossidanti provenienti ed esempio da fonti esogene (fumo di sigaretta, inquinanti atmosferici, ecc.), la prima linea di difesa che interviene nel contrastare tale insulto, e` rappresentata dall'acido ascorbico (vitamina C), seguita dai gruppi tioli, bilirubina, acido urico ed a-tocoferolo. Al contrario, quando nel plasma si presenta un insulto a carico prevalente della matrice lipidica, la prima linea di difesa e` sorretta dai tocoferoli seguiti dall'acido urico. La versatilita` del network antiossidante esalta il sinergismo tra i differenti componenti del network al fine di proteggere l'organismo umano dall'insulto mediato da specie ossidanti proventi da differenti fonti.

Patologie connesse al danno ossidativo

Lo stress ossidativo e` coinvolto in differenti condizioni patologiche e parafisiologiche come malattie cardiovascolari, cancro, malattie neurologiche, diabete, ischemia/riperfusione, invecchiamento. Tali condizioni possono essere suddivise in due gruppi: (1) nel primo gruppo sono raggruppate patologie connesse a "stress ossidativo mitocondriale", caratterizzate da uno shift pro-ossidante dello stato redox SH/S-S con riduzione nella tolleranza ai carboidrati (cancro e diabete mellito); (2) il secondo gruppo e` caratterizzato da patologie connesse a "stress infiammatorio ossidativo" ed aumentata attivita` sia del sistema NADPH ossidasi (comportando aterosclerosi e infiammazione cronica) che nel sistema xantina-ossidasico (coinvolto nell'insulto conseguente ischemia/riperfusione). Anche il processo di invecchiamento sembra essere dovuto alle dannose conseguenze dell'azione dei radicali liberi (per ossidazione lipidica, danno ossidativo al DNA, ossidazione proteica).

Nel considerare il reale significato delle reazioni ossidative che possono comparire durante un processo patologico, e` spesso difficile concludere quanto esse stiano agendo come causa iniziale dei fenomeni di malattia, se e quanto esse partecipino ai meccanismi patogenetici del danno che si sta producendo nei tessuti, oppure se esse compaiano solo come uno degli effetti finali del processo.
Eppure la comprensione del ruolo preciso ha una ricaduta immediata nell'atteggiamento terapeutico da tenere: nel primo e secondo caso le reazioni ossidative potrebbero essere contrastate, ad esempio, mediante una "dieta ad hoc" caratterizzata da un aumentato consumo di alimenti e bevande ad elevata capacita` antiossidante, ponendo attenzione al dosaggio energetico, trattamenti tecnologici degli alimenti consumati nonche` alla conoscenza della biodisponibilita` di composti per i quali si desidera aumentare il fabbisogno. Nel terzo caso, stress ossidativo come semplice effetto del processo patologico, esso acquistera` invece importanza dal punto di vista della diagnosi clinica e del monitoraggio terapeutico.

Sistemi di prevenzione del danno ossidativo

E` stato osservato come un'alimentazione ricca in frutta e verdura (alimenti normalmente caratterizzati da elevata capacita` antiossidante) vada ad espletare un effetto protettivo verso le patologie cardiovascolari, neurodegenerative e le neoplasie. Nonostante sia noto il beneficio sullo stato di salute connesso al consumo di alimenti di origine vegetale, non e` ancora del tutto chiaro quali siano i componenti (nutrienti e non nutrienti) che assolvono il ruolo protettivo nonche` il loro meccanismi di azione. Sicuramente, le difese antiossidanti endogene non sono sufficienti per contrastare completamente il danno ossidativo indotto dai radicali liberi e dunque un aiuto sostanziale in questo senso proviene dall'alimentazione. Nella dieta umana sono presenti un gran numero di composti che possiedono attivita` antiossidante e i piu` rappresentativi sono la vitamina C, la vitamina E, i carotenoidi ed i composti fenolici.
Tuttavia, la supplementazione con antiossidanti di sintesi ha fornito risultati difficilmente catalogabili in un contesto definitivo, ma che evidenzia aspetti negativi della supplementazione con antiossidanti di sintesi e nella loro combinazione. Pertanto, le fonti alimentari rappresentano ancora il sistema migliore per ottenere un effetto protettivo efficace.


Fonte: "I radicali liberi e il danno ossidativo", Mauro Serafini, Ph.D. Laboratorio di Ricerca sugli Antiossidanti Istituto Nazionale di Ricerca Alimenti e Nutrizione, Roma, Italy