Oksidatiivinen stressi: määritelmä, syyt ja antioksidanttien todellinen hyöty

Vuonna 1994 suuressa tutkimuksessa, johon osallistui 29 133 suomalaista tupakoijaa, oli tarkoitus selvittää, vähentävätkö kaksi antioksidanttia, joista toinen oli beetakaroteeni, keuhkosyöpää. Beetakaroteenia käyttävillä tulos oli päinvastainen: keuhkosyöpätapauksia oli 18 % enemmän. Tämä epäonnistuminen tiivistää oksidatiivisen stressin paradoksin: se on todellinen ja biologian kannalta keskeinen ilmiö, jota ei kuitenkaan voi hallita vain nielemällä antioksidantteja. Määritelmä, vapaiden radikaalien hyödyllinen tehtävä, syyt, mittaamisen vaikeus, tutkimustulokset ja todella hyväksytyt väitteet: nämä asiat on hyvä tietää.

Mitä oksidatiivinen stressi on?

Elimistömme käyttää happea energian tuottamiseen. Samalla muodostuu jatkuvasti reaktiivisia happiyhdisteitä : superoksidianionia, vetyperoksidia (vetyperoksidiliuoksesta tuttua yhdistettä) tai hydroksyyliradikaalia. Osa niistä on vapaita radikaaleja eli hyvin reaktiivisia molekyylejä, joissa on pariton elektroni.

Oksidatiivisen stressin käsite muotoiltiin vuonna 1985. Se tarkoittaa näiden hapettavien yhdisteiden ja antioksidatiivisen puolustuksen epätasapainoa hapettavien yhdisteiden eduksi. Nykyisin tutkijat erottavat kaksi tilannetta. Vähäisestä kuormituksesta puhutaan ”oksidatiivisena eustressinä”: hapettavat yhdisteet toimivat viesteinä. Voimakkaasta kuormituksesta puhutaan ”oksidatiivisena distressinä”: yhdisteet vaurioittavat lipidejä, proteiineja ja DNA:ta.

Ovatko vapaat radikaalit aina haitallisia?

Eivät. Yli 40 entsyymiä tuottaa niitä hallitusti, etenkin NADPH-oksidaasit ja mitokondrioiden hengitysketju. Erittäin pieninä, nanomolaarisina pitoisuuksina vetyperoksidi toimii viestinviejänä. Se säätelee aineenvaihduntaa ja auttaa soluja sopeutumaan. Myös valkosolumme käyttävät näitä molekyylejä mikrobien tuhoamiseen.

Liikunta tarjoaa havainnollisen esimerkin. 39 nuorella miehellä tehdyssä tutkimuksessa neljän viikon harjoittelu paransi insuliiniherkkyyttä, mutta vain ilman antioksidantteja. Kun päivässä käytettiin 1 000mg C-vitamiinia ja 400 IU E-vitamiinia, tämä hyöty katosi, samoin antioksidatiivisen puolustuksen geenien aktivoituminen. Pieni, hetkellinen oksidatiivinen kuormitus stimuloi puolustusta: tätä periaatetta kutsutaan hormeesiksi.

Mitkä ovat oksidatiivisen stressin syyt?

Osa hapettavien yhdisteiden tuotannosta on normaalia ja jatkuvaa. Epätasapaino syntyy, kun tuotanto lisääntyy voimakkaasti tai puolustus heikkenee. Useimmin mainittuja tekijöitä ovat:

• tupakointi;
• ilmansaasteet ja liiallinen UV-altistus;
• alkoholi;
• krooninen tulehdus;
• pitkään koholla oleva verensokeri;
• voimakas ja tavanomaisesta poikkeava fyysinen rasitus.

Tupakointi on hyvin dokumentoitu esimerkki. 10 tupakoijan veressä lipidien hapettumistuotteiden eli F2-isoprostaanien pitoisuus oli yli kaksinkertainen 10 tupakoimattomaan verrattuna (242 vastaan 103 pmol/L). Kun tupakointi oli ollut tauolla kaksi viikkoa, pitoisuus laski selvästi, 250:stä 156 pmol/L:aan.

Oksidatiivinen stressi: millaisia oireita?

Sillä ei ole erityisiä oireita. Oksidatiivinen stressi on biokemiallinen tila, ei sairaus: se ei itsessään ilmene tunnistettavana oireena. Se kuitenkin liittyy moniin sairauksiin, kuten ateroskleroosiin, keuhkoahtaumatautiin tai Alzheimerin tautiin, olematta aina niiden syy.

Käsitteen muotoillut tutkija varoittaa itsekin käyttämästä termiä ”ilman selvää yhteyttä hapetus-pelkistyskemiaan”. Suhtaudu varauksella epämääräisiin oireluetteloihin, jotka yhdistetään testeihin tai ”vapaita radikaaleja torjuviin” tuotteisiin.

Voiko omaa oksidatiivista stressiä mitata?

Vaikeasti. Merkkiaineita on hyvin paljon, mutta monet perustuvat heikosti spesifisiin menetelmiin. Luotettavat menetelmät puolestaan ovat liian monimutkaisia rutiinikäyttöön, eikä mitään merkkiainetta ole validoitu diagnoosin välineeksi. EFSA on käynyt väitteitä koskevissa ohjeissaan läpi tärkeimmät merkkiaineet:

Laboratoriossa tarjottava ”oksidatiivisen stressin” tutkimus antaa siis osittaisen tilannekuvan, jota on vaikea tulkita yksilön kohdalla.

Antioksidantit kapseleina: mitä suuret tutkimukset osoittavat?

Tulokset ovat pettymys ja toisinaan huolestuttavia. Vuoden 2012 Cochrane-katsaus kokosi 78 satunnaistettua tutkimusta ja 296 707 tervettä tai sairasta osallistujaa. Kaiken kaikkiaan antioksidanttilisät (beetakaroteeni, A-, C- ja E-vitamiini sekä seleeni) eivät muuttaneet kuolleisuutta. 56 laadukkaammassa tutkimuksessa ne jopa lisäsivät sitä hieman (+4 %). Lisäys koski beetakaroteenia (+5 %) ja E-vitamiinia (+3 %); C-vitamiinilla ja seleenillä ei ollut merkitsevää vaikutusta.

Kaksi tutkimusta ovat jääneet erityisesti mieleen. Suomalaisilla tupakoijilla 20mg beetakaroteenia päivässä lisäsi keuhkosyöpätapauksia 18 % ja kuolleisuutta 8 %. 35 533 miehellä 400 IU E-vitamiinia päivässä lisäsi eturauhassyövän riskiä 17 %. Vuonna 2022 yhdysvaltalainen asiantuntijaryhmä USPSTF suositteli, ettei beetakaroteenia eikä E-vitamiinia käytetä sydän- ja verisuonitautien tai syöpien riskin pienentämiseen.

Yksi poikkeus: ikään liittyvä silmänpohjan rappeuma

Yksi alue on poikkeus. Henkilöillä, joilla on jo ikään liittyvä silmänpohjan rappeuma, vuoden 2023 Cochrane-katsaus (26 tutkimusta) päättelee, että useita antioksidanttivitamiineja yhdistävät lisät todennäköisesti hidastavat etenemistä vakavaan muotoon (riski pienenee noin neljänneksen). Tulos perustuu pääasiassa yhteen suureen yhdysvaltalaistutkimukseen ja koskee silmälääkärin seurannassa olevia potilaita, ei väestöä yleisesti.

Miksi nämä epäonnistumiset?

Ensinnäkin siksi, että käsitteen määritelleen tutkijan mukaan tärkein puolustus perustuu antioksidanttientsyymeihin paljon enemmän kuin pieniin antioksidanttimolekyyleihin, kuten vitamiineihin. Toiseksi hapettavat yhdisteet toimivat myös viesteinä: niiden valikoimaton neutralointi voi estää hyödyllistä sopeutumista. Lopuksi kliiniset tutkimukset eivät ole vahvistaneet laboratoriossa heränneitä odotuksia. Tutkijat suuntaavat nyt kohti kohdennetumpia lähestymistapoja.

Elimistön tuottamat antioksidantit

Soluillamme on kokonainen puolustusverkosto. Siihen kuuluu entsyymejä, kuten superoksididismutaasi, katalaasi ja glutationiperoksidaasit, joista viimeksi mainitut tarvitsevat seleeniä. Mukana on myös molekyylejä, etunenässä glutationi.

Glutationi on solujemme runsain pieni rikkipitoinen molekyyli. Sen valmistus riippuu ennen kaikkea kysteiini-aminohapon saatavuudesta ja entsyymistä, jota Nrf2-tekijä säätelee. Siksi kysteiiniä tuovaa N-asetyylikysteiiniä tutkitaan esiasteena. Lue lisää artikkeleistamme, joiden aiheena ovat glutationi ja N-asetyylikysteiini (NAC). Näitä hapetus-pelkistysreaktioita on kaikkialla aineenvaihdunnassa, kuten osoittaa esimerkki parista NAD+ ja NADH.

Mitkä väitteet ovat hyväksyttyjä?

Euroopan unionissa vain seitsemästä ravintoaineesta saa esittää väitteen ”edistää solujen suojaamista hapettumisstressiltä”, jos tuote on vähintään kyseisen ravintoaineen merkittävä lähde. Tarkat sanamuodot ovat:

• ”C-vitamiini edistää solujen suojaamista hapettumisstressiltä”
• ”E-vitamiini edistää solujen suojaamista hapettumisstressiltä”
• ”Riboflaviini edistää solujen suojaamista hapettumisstressiltä” (B2-vitamiini)
• ”Sinkki edistää solujen suojaamista hapettumisstressiltä”
• ”Seleeni edistää solujen suojaamista hapettumisstressiltä”
• ”Kupari edistää solujen suojaamista hapettumisstressiltä”
• ”Mangaani edistää solujen suojaamista hapettumisstressiltä”

Vain yksi muu väite koskee hapettumisstressiä: ”Oliiviöljyn polyfenolit edistävät veren rasva-aineiden suojaamista hapettumisstressiltä”. Se on rajattu oliiviöljyyn, jossa on vähintään 5mg hydroksityrosolia ja sen johdannaisia 20 g:ssa. Glutationilla, NAC:llä, resveratrolilla tai muilla polyfenoleilla ei ole tällaista väitettä. EFSAn mukaan koeputkessa mitattu antioksidatiivinen kyky ei todista hyötyä elimistössä. Selitämme tätä myös artikkelissamme, jonka aiheena ovat resveratrolin myytit ja tosiasiat.

Usein kysyttyä

Mitä eroa on ranskankielisillä ilmaisuilla ”stress oxydatif” ja ”stress oxydant”?

Ei mitään: molemmat ranskankieliset ilmaisut tarkoittavat samaa ilmiötä. Ranskalaisissa tieteellisissä julkaisuissa suositaan usein ilmausta ”stress oxydant” ja arkikielessä ilmausta ”stress oxydatif”.

Liittyykö oksidatiivinen stressi psyykkiseen stressiin?

Samankaltaisesta nimestä huolimatta kyse on kahdesta eri käsitteestä. Oksidatiivinen stressi on solujen kemiallinen epätasapaino, psyykkinen stressi elimistön reaktio paineeseen. Jälkimmäisestä voit lukea artikkelistamme, jonka aiheena ovat stressi ja sen yhteydessä tutkitut ainesosat.

Mistä elintarvikkeista saa antioksidantteja?

Hedelmät, vihannekset, palkokasvit, pähkinät, tee ja kaakao sisältävät vitamiineja, karotenoideja ja polyfenoleja. Niiden laboratoriossa mitattu ”antioksidanttiteho”, kuten ORAC-indeksi, ei kuitenkaan kerro, mitä ne tekevät elimistössä. Monipuolisen ruokavalion hyötyä ei voi pelkistää tähän lukuun.

Lisääkö liikunta oksidatiivista stressiä?

Hetkellisesti kyllä, etenkin voimakkaassa tai tavanomaisesta poikkeavassa rasituksessa. Säännöllinen harjoittelu kuitenkin stimuloi vastavuoroisesti elimistön antioksidatiivisen puolustuksen ilmentymistä. Tämä on hyödyllistä sopeutumista, jota suuret antioksidanttivitamiiniannokset voivat vaimentaa.

Vanhentaako oksidatiivinen stressi?

Hapettumisvauriot kyllä kertyvät iän myötä, ja ajatus vapaiden radikaalien aiheuttamasta vanhenemisesta on vanha. Sitä on kuitenkin täsmennetty: hapettavat yhdisteet ovat myös hyödyllisiä viestejä, eivätkä antioksidanttilisät vähentäneet kuolleisuutta tutkimuksissa.

Oksidatiivinen stressi ja tulehdus: mikä yhteys niillä on?

Ne ylläpitävät toisiaan. Tulehdussolut tuottavat hapettavia yhdisteitä mikrobien tuhoamiseksi, ja niiden ylimäärä puolestaan aktivoi tulehdusviestejä. Siksi ne liittyvät toisiinsa monissa kroonisissa sairauksissa.

Johtopäätös

Oksidatiivinen stressi on vankka käsite, mutta sitä käytetään usein väärin. Vapaat radikaalit eivät ole pelkkiä vihollisia: pieninä määrinä ne toimivat viesteinä ja stimuloivat omaa puolustustamme, etunenässä entsyymejä ja glutationia. Suuret tutkimukset osoittavat, etteivät suuret annokset kapselimuotoisia antioksidantteja suojaa ja että niistä voi joskus olla haittaa. Varmimmat keinot ovat edelleen yksinkertaisia: älä tupakoi, liiku säännöllisesti ja syö monipuolisesti. Ravintolisistä vain muutamalle ravintoaineelle on hyväksytty hapettumisstressiä koskeva väite.

Lähteet

1. Sies H (2015). Oxidative stress: a concept in redox biology and medicine. Redox Biology, 4, 180-183. doi:10.1016/j.redox.2015.01.002
2. Sies H, Jones DP (2020). Reactive oxygen species (ROS) as pleiotropic physiological signalling agents. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 21(7), 363-383. doi:10.1038/s41580-020-0230-3
3. Forman HJ, Zhang H (2021). Targeting oxidative stress in disease: promise and limitations of antioxidant therapy. Nature Reviews Drug Discovery, 20(9), 689-709. doi:10.1038/s41573-021-00233-1
4. Ristow M et al. (2009). Antioxidants prevent health-promoting effects of physical exercise in humans. Proceedings of the National Academy of Sciences, 106(21), 8665-8670. doi:10.1073/pnas.0903485106
5. Morrow JD et al. (1995). Increase in circulating products of lipid peroxidation (F2-isoprostanes) in smokers. Smoking as a cause of oxidative damage. New England Journal of Medicine, 332(18), 1198-1203. doi:10.1056/NEJM199505043321804
6. Frijhoff J et al. (2015). Clinical relevance of biomarkers of oxidative stress. Antioxidants & Redox Signaling, 23(14), 1144-1170. doi:10.1089/ars.2015.6317
7. EFSA NDA Panel (2018). Guidance for the scientific requirements for health claims related to antioxidants, oxidative damage and cardiovascular health (Revision 1). EFSA Journal, 16(1), e05136. doi:10.2903/j.efsa.2018.5136
8. Bjelakovic G et al. (2012). Antioxidant supplements for prevention of mortality in healthy participants and patients with various diseases. Cochrane Database of Systematic Reviews, (3), CD007176. doi:10.1002/14651858.CD007176.pub2
9. Alpha-Tocopherol, Beta Carotene Cancer Prevention Study Group (1994). The effect of vitamin E and beta carotene on the incidence of lung cancer and other cancers in male smokers. New England Journal of Medicine, 330(15), 1029-1035. doi:10.1056/NEJM199404143301501
10. Klein EA et al. (2011). Vitamin E and the risk of prostate cancer: the Selenium and Vitamin E Cancer Prevention Trial (SELECT). JAMA, 306(14), 1549-1556. doi:10.1001/jama.2011.1437
11. US Preventive Services Task Force, Mangione CM et al. (2022). Vitamin, mineral, and multivitamin supplementation to prevent cardiovascular disease and cancer: US Preventive Services Task Force recommendation statement. JAMA, 327(23), 2326-2333. doi:10.1001/jama.2022.8970
12. Evans JR, Lawrenson JG (2023). Antioxidant vitamin and mineral supplements for slowing the progression of age-related macular degeneration. Cochrane Database of Systematic Reviews, 9, CD000254. doi:10.1002/14651858.CD000254.pub5
13. Lu SC (2013). Glutathione synthesis. Biochimica et Biophysica Acta, 1830(5), 3143-3153. doi:10.1016/j.bbagen.2012.09.008
14. Komission asetus (EU) N:o 432/2012, annettu 16. toukokuuta 2012, elintarvikkeita koskevien sallittujen terveysväitteiden luettelosta (lyhennetty nimike). Euroopan unionin virallinen lehti, L 136, 1-40. eur-lex.europa.eu

Ravintolisät eivät korvaa monipuolista ja tasapainoista ruokavaliota eivätkä terveellisiä elämäntapoja. Kysy neuvoa terveydenhuollon ammattilaiselta lääkityksen, raskauden tai imetyksen yhteydessä.