Oksidatīvais stress: definīcija, cēloņi un antioksidantu vērtība

1994. gadā lielā pētījumā ar 29 133 Somijas smēķētājiem bija jāpārbauda, vai divi antioksidanti, tostarp bēta karotīns, mazina plaušu vēzi. Bēta karotīna lietotājiem atklājās pretējais: par 18 % vairāk plaušu vēža gadījumu. Šī neveiksme apkopo oksidatīvā stresa paradoksu: tas ir reāls un bioloģijā būtisks process, ko tomēr nevar kontrolēt, vienkārši norijot antioksidantus. Definīcija, brīvo radikāļu noderīgā loma, cēloņi, mērīšanas grūtības, pētījumu rezultāti un patiesi atļautās norādes: lūk, kas jāzina.

Kas ir oksidatīvais stress?

Mūsu organisms izmanto skābekli enerģijas ražošanai. Šajā procesā nepārtraukti veidojas reaktīvās skābekļa formas: superoksīda anjons, ūdeņraža peroksīds vai hidroksilradikālis. Dažas ir brīvie radikāļi, proti, ļoti reaģētspējīgas molekulas ar nesapārotu elektronu.

Oksidatīvā stresa jēdziens formulēts 1985. gadā. Tas apzīmē nelīdzsvarotību starp oksidantiem un antioksidatīvo aizsardzību par labu oksidantiem. Pētnieki tagad nošķir divas situācijas. Zemā līmenī runā par oksidatīvo eistresu: oksidanti kalpo kā signāli. Augstā līmenī – par oksidatīvo distresu: tie bojā lipīdus, olbaltumvielas un DNS.

Vai brīvie radikāļi vienmēr ir kaitīgi?

Nē. Vairāk nekā 40 enzīmu tos ražo kontrolēti, tostarp NADPH oksidāzes un mitohondriju elpošanas ķēde. Ļoti mazā, nanomolārā koncentrācijā ūdeņraža peroksīds darbojas kā vēstnesis. Tas regulē vielmaiņu un palīdz šūnām pielāgoties. Arī baltās asins šūnas izmanto šīs molekulas mikrobu iznīcināšanai.

Fiziskā slodze ir spilgts piemērs. Pētījumā ar 39 jauniem vīriešiem četras treniņu nedēļas uzlaboja jutību pret insulīnu, bet tikai bez antioksidantiem. Lietojot 1 000mg C vitamīna un 400SV E vitamīna dienā, šis ieguvums izzuda, tāpat kā antioksidatīvās aizsardzības gēnu aktivācija. Neliels īslaicīgs oksidatīvais stress stimulē aizsardzību: tas ir hormēzes princips.

Kādi ir oksidatīvā stresa cēloņi?

Daļa oksidantu ražošanas ir normāla un pastāvīga. Līdzsvara traucējumi rodas, kad tā ievērojami pieaug vai aizsardzība vājinās. Starp biežāk minētajiem faktoriem:

• smēķēšana;
• gaisa piesārņojums un pārmērīga UV iedarbība;
• alkohols;
• hronisks iekaisums;
• ilgstoši paaugstināts cukura līmenis asinīs;
• intensīva un neierasta fiziskā slodze.

Smēķēšana ir labi dokumentēts piemērs. 10 smēķētājiem F2-izoprostānu, lipīdu oksidācijas produktu, līmenis asinīs bija vairāk nekā divreiz augstāks nekā 10 nesmēķētājiem (242 pret 103pmol/L). Pēc divām nedēļām bez smēķēšanas tas ievērojami samazinājās, no 250 līdz 156pmol/L.

Oksidatīvais stress: kādi simptomi?

Specifisku simptomu nav. Oksidatīvais stress ir bioķīmisks stāvoklis, nevis slimība: pats par sevi tas neizpaužas ar atpazīstamiem simptomiem. Taču tas pavada daudzas slimības, piemēram, aterosklerozi, hronisku obstruktīvu plaušu slimību vai Alcheimera slimību, ne vienmēr būdams to cēlonis.

Pats pētnieks, kurš formulēja jēdzienu, brīdina terminu nelietot „bez skaidras saiknes ar redoksķīmiju”. Uzmanies no neskaidru simptomu sarakstiem, kas saistīti ar testiem vai „pretbrīvo radikāļu” produktiem.

Vai var izmērīt savu oksidatīvo stresu?

Grūti. Pastāv ļoti daudzi marķieri, bet daudzi balstās uz mazspecifiskām metodēm. Uzticamās metodes ir pārāk sarežģītas ikdienai, un neviens marķieris nav apstiprināts kā diagnostikas rīks. EFSA norāžu vadlīnijās pārskatīja galvenos marķierus:

Citiem vārdiem, laboratorijā piedāvāts oksidatīvā stresa analīžu kopums dod daļēju ainu, ko atsevišķam cilvēkam ir grūti interpretēt.

Antioksidanti kapsulās: ko rāda lielie pētījumi

Rezultāti sagādā vilšanos un reizēm satrauc. 2012. gada Cochrane pārskats apkopoja 78 randomizētus pētījumus un 296 707 veselus vai slimus dalībniekus. Kopumā antioksidantu uztura bagātinātāji (bēta karotīns, A, C, E vitamīni, selēns) mirstību nemainīja. 56 labākas kvalitātes pētījumos tie to pat nedaudz palielināja (+4 %). Pieaugums attiecās uz bēta karotīnu (+5 %) un E vitamīnu (+3 %); C vitamīnam un selēnam nebija nozīmīga efekta.

Divi pētījumi īpaši palikuši atmiņā. Somijas smēķētājiem 20mg bēta karotīna dienā palielināja plaušu vēža gadījumu skaitu par 18 % un mirstību par 8 %. 35 533 vīriešiem 400SV E vitamīna dienā palielināja prostatas vēža risku par 17 %. 2022. gadā ASV ekspertu grupa USPSTF ieteica nelietot bēta karotīnu vai E vitamīnu sirds un asinsvadu slimību vai vēža riska mazināšanai.

Izņēmums – ar vecumu saistīta makulas deģenerācija

Vienā jomā ir izņēmums. Cilvēkiem, kuriem jau ir ar vecumu saistīta makulas deģenerācija (VMD), 2023. gada Cochrane pārskats (26 pētījumi) secina, ka vairāku antioksidatīvo vitamīnu uztura bagātinātāji, visticamāk, palēnina progresēšanu līdz smagai formai (risks mazinās apmēram par ceturtdaļu). Rezultāts galvenokārt balstās uz vienu lielu ASV pētījumu un attiecas uz oftalmologa uzraudzītiem pacientiem, nevis visiem iedzīvotājiem.

Kāpēc šīs neveiksmes?

Vispirms tāpēc, ka, pēc jēdziena autora domām, galvenā aizsardzība balstās uz antioksidatīvajiem enzīmiem, daudz vairāk nekā uz mazām antioksidatīvām molekulām, piemēram, vitamīniem. Turklāt oksidanti kalpo arī kā signāli: to neizvēlīga neitralizēšana var bloķēt noderīgu pielāgošanos. Visbeidzot, klīniskie pētījumi nav apstiprinājuši laboratorijā radušās cerības. Pētnieki tagad pievēršas mērķētākām pieejām.

Organisma ražotie antioksidanti

Mūsu šūnām ir īsts aizsardzības tīkls. Tajā ir enzīmi, piemēram, superoksīda dismutāze, katalāze un glutationa peroksidāzes, kurām vajadzīgs selēns. Ir arī molekulas, pirmkārt, glutations.

Glutations ir visvairāk sastopamā no mazajām sēru saturošajām molekulām mūsu šūnās. Tā ražošana galvenokārt atkarīga no aminoskābes cisteīna pieejamības un no enzīma, ko regulē faktors Nrf2. Tāpēc N-acetilcisteīnu, kas nodrošina cisteīnu, pēta kā prekursoru. Vairāk lasi mūsu rakstos par glutationu un par N-acetilcisteīnu (NAC). Šīs oksidēšanās un reducēšanās reakcijas ir visur vielmaiņā, kā rāda pāris NAD+ un NADH.

Kādas norādes ir atļautas?

Eiropas Savienībā tikai septiņām uzturvielām var izmantot norādi par šūnu aizsardzības veicināšanu pret oksidatīvo stresu, ja produkts ir vismaz nozīmīgs attiecīgās uzturvielas avots. Precīzie formulējumi ir:

• „C vitamīns veicina šūnu aizsardzību pret oksidatīvo stresu”
• „E vitamīns veicina šūnu aizsardzību pret oksidatīvo stresu”
• „Riboflavīns veicina šūnu aizsardzību pret oksidatīvo stresu” (B2 vitamīns)
• „Cinks veicina šūnu aizsardzību pret oksidatīvo stresu”
• „Selēns veicina šūnu aizsardzību pret oksidatīvo stresu”
• „Varš veicina šūnu aizsardzību pret oksidatīvo stresu”
• „Mangāns veicina šūnu aizsardzību pret oksidatīvo stresu”

Tikai vēl viena norāde attiecas uz oksidatīvo stresu: „Olīveļļas polifenoli veicina asins lipīdu aizsardzību pret oksidatīvo stresu”; tā paredzēta olīveļļai, kuras 20g nodrošina vismaz 5mg hidroksitirosola un tā atvasinājumu. Glutationam, NAC, resveratrolam vai citiem polifenoliem šādas norādes nav. EFSA skatījumā mēģenē izmērīta antioksidatīvā spēja nepierāda nekādu ieguvumu organismā. To skaidrojam arī rakstā par resveratrola mītiem un patiesību.

Bieži uzdotie jautājumi

Kāda ir atšķirība starp franču terminiem „stress oxydatif” un „stress oxydant”?

Nekādas: abi apzīmē vienu un to pašu parādību. Franču zinātniskajās publikācijās biežāk priekšroku dod „stress oxydant”, bet ikdienas valodā – „stress oxydatif”.

Vai oksidatīvais stress ir saistīts ar psiholoģisko stresu?

Neraugoties uz nosaukumu, tie ir divi dažādi jēdzieni. Oksidatīvais stress ir ķīmiska nelīdzsvarotība šūnās, psiholoģiskais stress – organisma reakcija uz spiedienu. Par pēdējo skati mūsu rakstu par stresu un saistībā ar to pētītajām sastāvdaļām.

Kādi pārtikas produkti nodrošina antioksidantus?

Augļi, dārzeņi, pākšaugi, rieksti, tēja vai kakao nodrošina vitamīnus, karotinoīdus un polifenolus. Taču to laboratorijā izmērītā „antioksidatīvā spēja”, piemēram, ORAC rādītājs, nepasaka, ko tie dara organismā. Daudzveidīga uztura vērtību nevar izteikt ar šo vienu skaitli.

Vai sports palielina oksidatīvo stresu?

Īslaicīgi jā, īpaši intensīvas vai neierastas slodzes laikā. Taču regulārs treniņš savukārt stimulē organisma antioksidatīvās aizsardzības ekspresiju. Tā ir labvēlīga pielāgošanās, ko lielas antioksidatīvo vitamīnu devas var vājināt.

Vai oksidatīvais stress izraisa novecošanu?

Oksidatīvie bojājumi patiešām uzkrājas līdz ar vecumu, un doma, ka novecošanu izraisa brīvie radikāļi, ir sena. Taču tā ir precizēta: oksidanti ir arī noderīgi signāli, un antioksidantu uztura bagātinātāji pētījumos mirstību nemazināja.

Oksidatīvais stress un iekaisums: kāda saistība?

Tie uztur viens otru. Iekaisuma šūnas ražo oksidantus mikrobu iznīcināšanai, bet oksidantu pārpalikums savukārt aktivē iekaisuma signālus. Tāpēc abi ir saistīti daudzās hroniskās slimībās.

Secinājums

Oksidatīvais stress ir pamatots jēdziens, taču to bieži lieto nepareizi. Brīvie radikāļi nav tikai ienaidnieki: mazās devās tie kalpo par signāliem un stimulē mūsu pašu aizsardzību, vispirms enzīmus un glutationu. Lielie pētījumi rāda, ka lielu devu antioksidanti kapsulās neaizsargā un reizēm var kaitēt. Drošākie paņēmieni joprojām ir vienkārši: nesmēķēt, regulāri kustēties un ēst daudzveidīgi. Uztura bagātinātāju jomā tikai dažām uzturvielām ir atļauta norāde par oksidatīvo stresu.

Avoti

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. Komisijas 2012. gada 16. maija Regula (ES) Nr. 432/2012, ar ko izveido atļauto veselīguma norāžu sarakstu pārtikas produktiem (saīsināts nosaukums). Journal officiel de l’Union européenne, L 136, 1-40. eur-lex.europa.eu

Uztura bagātinātāji neaizstāj daudzveidīgu un sabalansētu uzturu un veselīgu dzīvesveidu. Ārstēšanās, grūtniecības vai zīdīšanas laikā konsultējies ar veselības aprūpes speciālistu.