Oksidativni stres: vloga, mehanizem, kazalniki

Stres se šteje za nespecifičen odziv telesa na delovanje notranjih ali zunanjih dejavnikov. Ta definicija je bila uvedena v prakso G. Selye (kanadski fiziolog). Vsako dejanje ali stanje lahko sproži stres. Vendar pa je nemogoče izločiti enega faktorja in ga označiti kot glavni vzrok reakcije organizma.

Razlikovalne značilnosti

Pri analizi reakcije ni pomembna narava situacije (bodisi prijetna ali neprijetna), v kateri je organizem. Obresti so intenzivnost potrebe po prilagajanju ali prestrukturiranju v skladu s pogoji. Organizem najprej nasprotuje vplivu dražilnega sredstva na njegovo sposobnost, da se odzove in prilagodi položaju. V skladu s tem lahko sklepamo naslednje: Stres je niz prilagodljivih odzivov, ki jih telo daje v primeru faktorja. Ta pojav v znanosti imenujemo skupni adaptacijski sindrom.

Stopnje

Adaptacijski sindrom poteka v stopnjah. Najprej pride do stopnje tesnobe. Na tej stopnji organizem izraža neposredno reakcijo na učinek. Druga stopnja je odpornost. Na tej stopnji je telo najbolj učinkovito prilagojeno razmeram. Na zadnji stopnji se začne izčrpanost. Za prehod prejšnjih faz telo uporablja svoje rezerve. Skladno s tem so do zadnje stopnje znatno izčrpani. Posledično se v telesu začnejo strukturne spremembe. Vendar v mnogih primerih to ni dovolj za preživetje. Skladno s tem so nenadomestljive zaloge energije izčrpane, telo pa se ne prilagaja več.

Oksidativni stres

Antioxidni sistemi in prooksidanti pod določenimi pogoji pridejo v nestabilno stanje. Slednji elementi vključujejo vse dejavnike, ki igrajo aktivno vlogo pri večji tvorbi prostih radikalov ali drugih vrst reaktivnega kisika. Primarni mehanizmi škodljivega učinka oksidativnega stresa lahko zastopajo različni agenti. To so lahko celični dejavniki: pomanjkljivosti mitohondrijskega dihanja, specifičnih encimov. Mehanizmi oksidativnega stresa lahko zunanji. Ti vključujejo predvsem kajenje, jemanje zdravil, onesnaževanje zraka in tako naprej.

Prosti radikali

Nenehno se oblikujejo v človeškem telesu. V nekaterih primerih je to posledica nenamernih kemičnih procesov. Na primer, tvorijo se hidroksilni radikali (OH). Njihov videz je povezan s stalno izpostavljenostjo ionizirajočemu sevanju na nizki ravni in sproščanjem superoksida zaradi uhajanja elektronov in njihove transportne verige. V drugih primerih je pojav radikala posledica aktivacije fagocitov in proizvodnje dušikovega oksida s pomočjo endotelijskih celic.

Mehanizmi oksidativnega stresa

Procesi izvora prosti radikali in odgovor telesa je približno uravnotežen. To relativno ravnovesje je precej enostavno premakniti v korist radikalov. Kot rezultat, je biokemija celice motena in oksidativni stres. Večina elementov lahko prenaša zmerno stopnjo neravnovesja. To je posledica prisotnosti struktur za popravilo v celicah. Odkrivajo in odstranjujejo poškodovane molekule. Namesto slednjega pridejo novi elementi. Poleg tega so celice sposobne izboljšati zaščito z odzivanjem na oksidativni stres. Na primer podgane, dane v stanje s čistim kisikom, umrejo po nekaj dneh. Omeniti velja, da je v navadnem zraku približno 21% O₂. Če delate na živalih, ki postopoma povečujejo odmerke kisika, se bo njihova zaščita povečala. Zato lahko dosežemo, da bodo podgane lahko prenašale 100-odstotno koncentracijo O₂. Še vedno močna oksidativni stres lahko povzroči resno uničenje ali celično smrt.

Spodbujanje dejavnikov

Kot je navedeno zgoraj, telo ohranja ravnovesje prostih radikalov in zaščite. Iz tega lahko sklepamo oksidativni stres je posledica vsaj dveh razlogov. Prvi je zmanjšanje zaščite. Druga je povečati nastanek radikalov do take mere, da jih antioksidanti ne bodo mogli nevtralizirati.

Zmanjšanje zaščitne reakcije

Znano je, da je antioksidacijski sistem bolj odvisen od normalne prehrane. Zato lahko sklepamo, da je zmanjšanje zaščite v telesu posledica slabe prehrane. Po vsej verjetnosti je veliko človeških bolezni posledica pomanjkanja antioksidantnih hranil. Na primer, nevrodegeneracija je odkrita zaradi nezadostnega vnosa vitamina E pri bolnikih, katerih telo ne more ustrezno prebaviti maščob. Obstajajo tudi informacije, da je pri osebah, ki so okužene z virusom HIV, odkritje glutationa v limfocitih v zelo nizkih koncentracijah.

Kajenje

Je eden od glavnih dejavnikov, ki povzročajo oksidativni stres v pljučih in številnih drugih tkivih telesa. Dim in katran so bogati z radikali. Nekateri med njimi so sposobni napadati molekule in zmanjšati koncentracijo vitaminov E in C. Dima dražilno prizadene mikrofage pljuč, kar povzroči nastanek superoxida. V pljučih kadilcev je več nevtrofilcev kot nekadilci. Ljudje, ki zlorabljajo tobak, pogosto ne uživajo dobro in uživajo alkohola. Zato je njihova zaščita oslabljena. Kronični oksidativni stres povzroča hude motnje celičnega metabolizma.

Spremembe v telesu

Za diagnostične namene so različne označevalci oksidativnega stresa. Te ali druge spremembe v telesu kažejo na določeno območje motnje in dejavnik, ki ga je povzročil. Pri preučevanju nastanka prostih radikalov pri razvoju multiple skleroze, npr indikatorji oksidativnega stresa:

1. Malon dialdehid. Deluje kot sekundarni produkt oksidacije prostih radikalov (CPO) lipidov in ima škodljiv vpliv na strukturna in funkcionalna država membrane. To pa vodi do povečanja njihove prepustnosti za kalcijeve ione. Povečanje koncentracije malonskega dialdehida med primarno in sekundarno progresivno multiplo sklerozo potrjuje prvo stopnjo oksidativnega stresa - aktivacijo oksidacije prostih radikalov.
2. Osnova Schiffa je končni proizvod CPO proteinov in lipidov. Povečanje koncentracije Schiffovih baz potrjuje tendenco aktivacije oksidacije prostih radikalov, da postane kronična. S povečano koncentracijo maloničnega dialdehida poleg tega izdelka lahko primarno in sekundarno-progresivno sklerozo označuje začetek destruktivnega procesa. Sestoji iz drobljenja in kasnejšega uničenja membran. Povišana vsebnost Schiffovih baz tudi kaže na prvo stopnjo oksidativnega stresa.
3. Vitamin E. Je biološki antioksidant, ki interagira s prostimi radikali peroksidov in lipidov. Kot posledica reakcij nastajajo balastni produkti. Vitamin E se oksidira. Šteje se za učinkovit nevtralizator singletovega kisika. Zmanjšanje indeksa aktivnosti vitamina E v krvi kaže neravnovesje v ne-encimski povezavi sistema AO3 - v drugem sklopu razvoja oksidativnega stresa.

Posledice

Kaj je vlogo oksidativnega stresa? Treba je omeniti, da ne prizadenejo le lipidi membran in proteinov, ampak tudi ogljikovi hidrati. Poleg tega se spremembe začnejo v hormonskih in endokrinih sistemih. Aktivnost encimske strukture limfocitov timusa se zmanjša, raven nevrotransmiterjev se dvigne, hormoni začnejo sproščati. Ko se začne stres, oksidacija nukleinskih kislin, beljakovin, ogljikovih hidratov poveča skupno vsebnost lipidov v krvi. Sproščanje adrenokortikotropnega hormona se intenzivno poveča zaradi intenzivnega dezintegracije ATP in pojavljanja cAMP. Slednji aktivira protein kinazo. To pa s sodelovanjem ATP spodbuja fosfolizo holinesteraze, ki pretvori estre holesterola v prosti holesterol. Povečanje beljakovin, RNK, DNA, biosinteza glikogena z istočasno mobilizacijo iz depotne maščobe, razpadanje v tkivih maščobnih kislin in glukoze oksidativni stres. Staranje se šteje za eno najresnejših posledic postopka. Obstaja tudi povečanje delovanja ščitničnih hormonov. Zagotavlja uravnavanje hitrosti osnovnega metabolizma - rast in diferenciacija tkiv, beljakovin, lipidov, presnove ogljikovih hidratov. Pomembna vloga je glukagon in insulin. Po mnenju nekaterih strokovnjakov glukoza deluje kot signal za aktivacijo adenilat ciklaze in cMAF za proizvodnjo insulina. Vse to vodi k intenziviranju razgradnje glikogena v mišicah in jetrih, upočasnjuje biosintezo ogljikovih hidratov in beljakovin, upočasni oksidacija glukoze. Negativno ravnovesje dušika se razvije, koncentracija holesterola in drugih lipidov v krvi se povečuje. Glikagon spodbuja nastanek glukoze in zavira njegovo razpadanje v mlečno kislino. Istočasno pa njeni prekomerni izdatki povzročijo povečanje glukoneogeneze. Ta postopek je sinteza izdelkov brez ogljikovih hidratov in glukoze. Prvi so piruvične in mlečne kisline, glicerol, pa tudi vse spojine, ki se lahko pretvorijo v piruvat ali enega od vmesnih elementov cikla trikarboksilne kisline med katabolizmom. Glavni substrati so tudi aminokisline in laktat. Ključna vloga pri preoblikovanju ogljikovih hidratov je glukoza-6-fosfat. Ta spojina upočasni proces fosforilitne cepitve glikogena. Glukoza-6-fosfat aktivira encimatski transport glukoze iz uridina difosfoglukoze v sintetizirani glikogen. Sestavina deluje tudi kot substrat za nadaljnje glikolitične transformacije. Poleg tega se poveča sinteza encimov glukoneogeneze. Zlasti je to značilno za fosfoenolpruvat-karboksinazo. Določa hitrost procesa v ledvicah in jetrih. Razmerje glukoneogeneze in glikolize se premakne v desno. Kot induktorji sinteze encimov so glukokortikoidi.

Ketonska telesa

Delujejo kot dobavitelj goriva za ledvice, mišičje. Z oksidativnim stresom, količina ketonska telesa povečuje. Delujejo kot regulator, kar preprečuje prekomerno mobilizacijo maščobnih kislin iz skladišča. To je posledica dejstva, da se v mnogih tkivih energijska lakota začne zaradi dejstva, da glukoza zaradi pomanjkanja insulina ne more prodreti v celico. Z visoko koncentracijo v plazmi maščobnih kislin se povečuje njihova absorpcija z jetri in oksidacijo, povečuje se intenzivnost sinteze trigliceridov. Vse to vodi v povečanje števila ketonskih teles.

Napredno

Znanost ve in tak pojav kot "oksidativni stres rastlin". Omeniti velja, da je vprašanje specifičnosti prilagajanja kultur različnim dejavnikom še danes sporno. Nekateri avtorji verjamejo, da je v neugodnih pogojih kompleks reakcij univerzalen. Njegova dejavnost ni odvisna od narave faktorja. Drugi strokovnjaki trdijo, da je odpornost kultur določena s posebnimi odgovori. To pomeni, da je reakcija ustrezna faktorju. Medtem se večina znanstvenikov strinja, da se skupaj z nespecifičnimi odgovori pojavijo tudi posebni. Hkrati pa slednjega ni mogoče vedno zaznati v ozadju številnih univerzalnih reakcij.