Stres oksydacyjny: definicja, przyczyny i znaczenie przeciwutleniaczy

W 1994 r. duże badanie obejmujące 29 133 fińskich palaczy miało sprawdzić, czy dwa przeciwutleniacze, w tym beta-karoten, zmniejszają ryzyko raka płuca. U osób przyjmujących beta-karoten wykazano coś odwrotnego: o 18% więcej zachorowań. To niepowodzenie pokazuje paradoks stresu oksydacyjnego : zjawiska rzeczywistego i kluczowego w biologii, którego nie da się jednak kontrolować samym połykaniem przeciwutleniaczy. Definicja, przydatne role wolnych rodników, przyczyny, trudności z pomiarem, wyniki badań i rzeczywiście zatwierdzone oświadczenia zdrowotne: oto najważniejsze informacje.

Czym jest stres oksydacyjny?

Organizm wykorzystuje tlen do wytwarzania energii. Przy tym nieustannie powstają reaktywne formy tlenu : anionorodnik ponadtlenkowy, nadtlenek wodoru lub rodnik hydroksylowy. Niektóre są wolnymi rodnikami, czyli bardzo reaktywnymi cząsteczkami z niesparowanym elektronem.

Pojęcie stresu oksydacyjnego sformułowano w 1985 r. Oznacza nierównowagę między utleniaczami a obroną antyoksydacyjną na korzyść utleniaczy. Obecnie badacze rozróżniają dwie sytuacje. Przy niskim poziomie mówi się o „eustresie oksydacyjnym”: utleniacze służą jako sygnały. Przy wysokim — o „dystresie oksydacyjnym”: uszkadzają lipidy, białka i DNA.

Czy wolne rodniki zawsze są szkodliwe?

Nie. Ponad 40 enzymów wytwarza je w kontrolowany sposób, między innymi oksydazy NADPH i mitochondrialny łańcuch oddechowy. Przy bardzo małych stężeniach, rzędu nanomoli na litr, nadtlenek wodoru pełni funkcję przekaźnika. Reguluje metabolizm i pomaga komórkom się dostosowywać. Białe krwinki także wykorzystują te związki do niszczenia drobnoustrojów.

Dobrym przykładem jest wysiłek fizyczny. W badaniu z udziałem 39 młodych mężczyzn cztery tygodnie treningu poprawiły wrażliwość na insulinę, ale tylko bez przeciwutleniaczy. Przy 1 000mg witaminy C i 400 j.m. witaminy E dziennie korzyść ta znikała, podobnie jak aktywacja genów obrony antyoksydacyjnej. Niewielki, przejściowy stres oksydacyjny pobudza mechanizmy obronne: na tym polega hormeza.

Jakie są przyczyny stresu oksydacyjnego?

Część produkcji utleniaczy jest normalna i ciągła. Nierównowaga pojawia się, gdy ich wytwarzanie znacznie wzrasta lub słabnie obrona. Do najczęściej wymienianych czynników należą:

• palenie tytoniu;
• zanieczyszczenie powietrza i nadmierna ekspozycja na UV;
• alkohol;
• przewlekły stan zapalny;
• utrzymująca się wysoka glikemia;
• intensywny, nietypowy wysiłek fizyczny.

Palenie jest dobrze udokumentowanym przykładem. U 10 palaczy poziom F2-izoprostanów we krwi, produktów utleniania lipidów, był ponad dwukrotnie wyższy niż u 10 niepalących (242 wobec 103 pmol/L). Po dwóch tygodniach niepalenia wyraźnie spadł, z 250 do 156 pmol/L.

Jakie objawy daje stres oksydacyjny?

Nie ma objawów swoistych. Stres oksydacyjny to stan biochemiczny, a nie choroba: sam w sobie nie daje rozpoznawalnego zestawu objawów. Towarzyszy natomiast wielu chorobom, takim jak miażdżyca, przewlekła obturacyjna choroba płuc czy choroba Alzheimera, nie zawsze będąc ich przyczyną.

Badacz, który sformułował to pojęcie, sam ostrzega przed używaniem go „bez wyraźnego związku z chemią redoks”. Podchodź ostrożnie do list niejasnych objawów powiązanych z testami lub produktami „przeciw wolnym rodnikom”.

Czy można zmierzyć swój stres oksydacyjny?

To trudne. Istnieje bardzo wiele wskaźników, ale liczne opierają się na mało swoistych metodach. Wiarygodne metody są zbyt złożone do rutynowego stosowania, a żaden wskaźnik nie został zatwierdzony jako narzędzie diagnostyczne. EFSA omówiła główne wskaźniki w wytycznych dotyczących oświadczeń zdrowotnych:

Innymi słowy, laboratoryjny panel „stresu oksydacyjnego” daje częściowy obraz, trudny do interpretacji u pojedynczej osoby.

Przeciwutleniacze w kapsułkach: co pokazują duże badania

Wyniki są rozczarowujące, a czasem niepokojące. Przegląd Cochrane z 2012 r. objął 78 randomizowanych badań i 296 707 zdrowych lub chorych uczestników. Ogółem suplementy przeciwutleniaczy (beta-karoten, witaminy A, C, E, selen) nie zmieniły śmiertelności. W 56 badaniach najlepszej jakości nawet nieznacznie ją zwiększyły (+4%). Wzrost dotyczył beta-karotenu (+5%) i witaminy E (+3%); witamina C i selen nie miały istotnego wpływu.

Szczególnie zapamiętano dwa badania. U fińskich palaczy 20mg beta-karotenu dziennie zwiększyło zachorowania na raka płuca o 18%, a śmiertelność o 8%. U 35 533 mężczyzn 400 j.m. witaminy E dziennie zwiększyło ryzyko raka prostaty o 17%. W 2022 r. amerykański zespół ekspertów USPSTF zalecił, aby nie stosować beta-karotenu ani witaminy E w celu zmniejszania ryzyka chorób sercowo-naczyniowych lub nowotworów.

Wyjątek: zwyrodnienie plamki związane z wiekiem

Jeden obszar stanowi wyjątek. U osób już dotkniętych zwyrodnieniem plamki związanym z wiekiem (AMD) przegląd Cochrane z 2023 r. (26 badań) wskazuje, że suplementy łączące kilka witamin antyoksydacyjnych prawdopodobnie spowalniają rozwój ciężkiej postaci choroby (ryzyko mniejsze o około jedną czwartą). Wynik opiera się głównie na jednym dużym amerykańskim badaniu i dotyczy pacjentów pod opieką okulisty, a nie populacji ogólnej.

Skąd te niepowodzenia?

Po pierwsze, według badacza, który zdefiniował to pojęcie, główna obrona opiera się na enzymach antyoksydacyjnych, w znacznie większym stopniu niż na małych cząsteczkach przeciwutleniających, takich jak witaminy. Po drugie, utleniacze pełnią też funkcje sygnałowe: ich bezkrytyczna neutralizacja może blokować przydatne adaptacje. Wreszcie badania kliniczne nie potwierdziły nadziei zrodzonych w laboratorium. Obecnie badacze kierują się ku bardziej ukierunkowanym podejściom.

Przeciwutleniacze wytwarzane przez organizm

Nasze komórki mają rozbudowaną sieć obronną. Należą do niej enzymy, takie jak dysmutaza ponadtlenkowa, katalaza i peroksydazy glutationowe — te ostatnie potrzebują selenu. Są też cząsteczki, przede wszystkim glutation.

Glutation jest najobficiej występującą małą cząsteczką zawierającą siarkę w naszych komórkach. Jego synteza zależy przede wszystkim od dostępności aminokwasu cysteiny i enzymu regulowanego przez czynnik Nrf2. Dlatego N-acetylocysteinę, dostarczającą cysteiny, bada się jako prekursor. Więcej informacji znajdziesz w artykułach o glutationie i N-acetylocysteinie (NAC). Reakcje utleniania i redukcji są wszechobecne w metabolizmie, czego przykładem jest para NAD+ i NADH.

Jakie oświadczenia zdrowotne są dozwolone?

W Unii Europejskiej tylko siedem składników odżywczych może korzystać z oświadczenia o pomocy w ochronie komórek przed stresem oksydacyjnym, pod warunkiem że produkt jest co najmniej ich znaczącym źródłem. Dokładne brzmienie to:

• „Witamina C pomaga w ochronie komórek przed stresem oksydacyjnym”
• „Witamina E pomaga w ochronie komórek przed stresem oksydacyjnym”
• „Ryboflawina pomaga w ochronie komórek przed stresem oksydacyjnym” (witamina B2)
• „Cynk pomaga w ochronie komórek przed stresem oksydacyjnym”
• „Selen pomaga w ochronie komórek przed stresem oksydacyjnym”
• „Miedź pomaga w ochronie komórek przed stresem oksydacyjnym”
• „Mangan pomaga w ochronie komórek przed stresem oksydacyjnym”

Tylko jedno inne oświadczenie dotyczy stresu oksydacyjnego: „Polifenole w oliwie z oliwek pomagają w ochronie lipidów we krwi przed stresem oksydacyjnym”. Jest zastrzeżone dla oliwy dostarczającej co najmniej 5mg hydroksytyrozolu i jego pochodnych w 20 g. Glutation, NAC, resweratrol ani inne polifenole nie mają takiego oświadczenia. Według EFSA zdolność antyoksydacyjna zmierzona w probówce nie dowodzi korzyści w organizmie. Wyjaśniamy to również w artykule o mitach i faktach dotyczących resweratrolu.

Najczęstsze pytania

„Stress oxydatif” i „stress oxydant”: czy to różne zjawiska?

Nie: oba francuskie określenia oznaczają stres oksydacyjny. „Stress oxydant” częściej wybiera się we francuskich publikacjach naukowych, a „stress oxydatif” w języku potocznym.

Czy stres oksydacyjny wiąże się ze stresem psychicznym?

Mimo podobnej nazwy to różne pojęcia. Stres oksydacyjny jest zaburzeniem równowagi chemicznej w komórkach, a stres psychiczny reakcją organizmu na presję. Ten drugi opisujemy w artykule o stresie i składnikach badanych w tym kontekście.

Jakie produkty dostarczają przeciwutleniaczy?

Owoce, warzywa, nasiona roślin strączkowych, orzechy, herbata i kakao dostarczają witamin, karotenoidów i polifenoli. Jednak ich „zdolność antyoksydacyjna” zmierzona w laboratorium, na przykład wskaźnik ORAC, nie mówi, co robią w organizmie. Korzyści ze zróżnicowanej diety nie sprowadzają się do tej liczby.

Czy sport zwiększa stres oksydacyjny?

Przejściowo tak, zwłaszcza przy intensywnym lub nietypowym wysiłku. Regularny trening pobudza jednak ekspresję własnych mechanizmów obrony antyoksydacyjnej organizmu. To korzystna adaptacja, którą duże dawki witamin antyoksydacyjnych mogą osłabiać.

Czy stres oksydacyjny powoduje starzenie?

Uszkodzenia oksydacyjne rzeczywiście gromadzą się z wiekiem, a koncepcja starzenia powodowanego przez wolne rodniki jest stara. Została jednak doprecyzowana: utleniacze są też przydatnymi sygnałami, a suplementy przeciwutleniaczy nie zmniejszyły śmiertelności w badaniach.

Jaki związek łączy stres oksydacyjny i stan zapalny?

Wzajemnie się podtrzymują. Komórki uczestniczące w zapaleniu produkują utleniacze, aby niszczyć drobnoustroje, a nadmiar utleniaczy z kolei aktywuje sygnały zapalne. Dlatego oba zjawiska występują razem w wielu chorobach przewlekłych.

Podsumowanie

Stres oksydacyjny jest dobrze ugruntowanym pojęciem, ale często używanym niewłaściwie. Wolne rodniki nie są wyłącznie wrogami: w małych ilościach pełnią funkcje sygnałowe i pobudzają własne mechanizmy obronne, przede wszystkim enzymy i glutation. Duże badania pokazują, że wysokie dawki przeciwutleniaczy w kapsułkach nie chronią, a czasem mogą szkodzić. Najpewniejsze działania pozostają proste: nie palić, regularnie się ruszać i jeść różnorodnie. W suplementach tylko kilka składników odżywczych ma zatwierdzone oświadczenie dotyczące stresu oksydacyjnego.

Źródła

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. Rozporządzenie Komisji (UE) nr 432/2012 z dnia 16 maja 2012 r. ustanawiające wykaz dopuszczonych oświadczeń zdrowotnych dotyczących żywności (tytuł skrócony). Journal officiel de l'Union européenne, L 136, 1-40. eur-lex.europa.eu

Suplementy diety nie zastępują zróżnicowanej i zbilansowanej diety ani zdrowego stylu życia. W razie przyjmowania leków, ciąży lub karmienia piersią skonsultuj się z pracownikiem ochrony zdrowia.