Il termine stress ossidativo indica l’insieme delle alterazioni che si manifestano a livello di tessuti, cellule e macromolecole biologiche quando vengono esposte ad un eccesso di agenti ossidanti.
In tutti gli organismi aerobi esiste un delicato equilibrio, detto ossidoriduttivo (redox), tra la produzione di sostanze ossidanti, tra cui le specie reattive dell’ossigeno (ROS), e il sistema di difesa antiossidante che ha il compito di prevenire e/o riparare l’eventuale danno prodotto.
Tutte le forme di vita conservano, all’interno delle loro cellule, un ambiente riducente che viene preservato da enzimi che mantengono lo stato ridotto attraverso un costante apporto di energia metabolica.
Disturbi del normale stato redox possono provocare effetti tossici attraverso la produzione di specie chimiche reattive che danneggiano le componenti della cellula, incluse proteine, lipidi e acidi nucleici.
Determinate quantità di sostanze ossidanti sono, infatti, indispensabili per mantenere il corretto funzionamento cellulare, regolando i meccanismi propri dell’omeostasi.
Durante le reazioni di riduzione dell’ossigeno, però, le specie reattive generate possono superare il valore soglia fisiologico. Se tali molecole non vengono neutralizzate dai sistemi antiossidanti, si possono instaurare danni all’interno della cellula, in grado di condurre la stessa ad apoptosi.
Quindi, se si genera uno sbilanciamento tra la produzione di ROS e l’efficacia del sistema di difesa antiossidante, si stabilisce una condizione di stress ossidativo.
Le specie chimiche reattive (SCR) sono ioni, semplici o complessi, che hanno la tendenza a reagire con altre specie chimiche con cui vengono a contatto.
Mostrano un effetto benefico quando, ad esempio, vengono utilizzate dal sistema immunitario come agenti in grado di bloccare l’azione patogena di diversi microrganismi o quando sono utilizzate come forma di comunicazione cellulare mediando la trasmissione di segnali biochimici tra le cellule.
I radicali liberi dell’ossigeno (ROS) sono i principali sottoprodotti formati nelle cellule degli organismi aerobi. Le ROS rappresentano la maggior parte dei radicali che, se prodotti in eccesso, danneggiano i sistemi biologici e possono dare il via a reazioni autocatalitiche, in modo tale che le molecole con le quali reagiscono sono esse stesse convertite in radicali liberi che, a loro volta, sono in grado di propagare il danno.
I radicali possono anche reagire facilmente con gli acidi grassi polinsaturi (LH), i principali costituenti della membrana cellulare.
Una volta attaccato dal radicale libero l’acido grasso diviene esso stesso un radicale, dando origine ad un acido grasso perossidato, che amplifica così la reazione.
La perossidazione lipidica è, quindi, una reazione radicalica autocatalitica che avviene secondo il seguente schema:
La sequenza reattiva procede attraverso tre stadi: iniziazione (1), propagazione (2, 3) e terminazione (4, 5 e 6).
La fase di iniziazione consiste nell’attacco di una ROS (X·) ad un acido grasso polinsaturo (LH), che genera un ulteriore radicale (LOO·), il quale può reagire con l’ossigeno e successivamente interagire con un’altra molecola di acido grasso, propagando in questo modo la reazione a catena.
Nell’ultimo stadio, la collisione dei radicali induce l’interruzione della catena di propagazione, con formazione di prodotti secondari.
Il danno arrecato alla membrana cellulare determina: perdita dell’integrità strutturale, aumento della permeabilità ed inattivazione degli enzimi, seguito da uno squilibrio ionico con conseguenze a livello dell’omeostasi del Ca2+, situazione nociva per la funzionalità della cellula.
Anche le proteine possono essere bersagli critici dell’attacco da parte di radicali liberi. Le conseguenze del danno possono essere l’aggregazione delle proteine, attraverso legami intra e intermolecolari, la degradazione proteica e la sua frammentazione.
Sistemi antiossidanti
L’organismo umano ha evoluto sistemi altamente complessi di difesa antiossidante, enzimatici e non enzimatici. Questi sistemi lavorano sinergicamente e in combinazione con altri sistemi di protezione cellulare, contro il danno ossidativo. Un antiossidante ideale dovrebbe essere caratterizzato da: rapido assorbimento, alta efficienza nell’eliminare i radicali liberi e nel chelare i metalli ridotti, capacità di svolgere la sua azione in domini acquatici e/o di membrana.
Gli antiossidanti sono classificati in endogeni ed esogeni. Questi ultimi possono essere ottenuti in parte dalla dieta o tramite l’assunzione di integratori alimentari.
Gli antiossidanti si dividono in molecole di natura enzimatica e non enzimatica. Gli antiossidanti enzimatici comprendono un numero limitato di proteine come le catalasi, la glutatione perossidasi e le superossido dismutasi
La superossido dismutasi (SOD) è l’enzima che catalizza la reazione di dismutazione del radicale superossido, molto tossico, ad ossigeno molecolare e perossido di idrogeno. Come tale costituisce un fondamentale meccanismo di difesa contro lo stress ossidativo per le cellule.
Le SOD sono una famiglia di metalloproteine, classificate in base al cofattore metallico in: Cu/Zn-SOD, Mn-SOD e Fe-SOD.
La loro funzione è convertire gli ioni ossigeno reattivi in perossido di idrogeno e molecole di ossigeno stabili secondo la seguente reazione:
Nei microorganismi microaerofili come i batteri lattici (LAB) che presentano una certa tolleranza all’ossigeno, durante lo sviluppo in presenza di ossigeno si possono accumulare quantità significative radicali superossido. La capacità di resistere allo stress ossidativo varia a seconda dei gruppi di LAB ed è determinata da vari meccanismi biochimici fra i quali la presenza di SOD, anche se non tutte le specie di Lactobacillus possiedono questo enzima.
Solo recentemente è stata evidenziata per alcune specie di lattobacilli l’attività antiossidante e l’inibizione dell’accumulo di ROS.
Recenti analisi hanno, infatti, dimostrato come alcuni ceppi di interesse probiotico appartenenti al genere Lactobacillus e Streptococcus siano in grado di detossificare le ROS e di utilizzare i prodotti della detossificazione di questi radicali come antimicrobici di competitor patogeni.
Per alcuni batteri lattici e bifidobatteri è stata inoltre dimostrata la capacità di degradare l’anione superossido e il perossido di idrogeno per azione dell’enzima SOD che riduce il danno ossidativo.
Selenio
La formazione di radicali liberi, oltre ad essere contrastata da complessi enzimatici endogeni, può essere bloccata da sistemi esogeni, tra i quali alcuni micronutrienti (glutatione, rame, selenio, zinco) e le vitamine (acido ascorbico, vitamina E e betacarotene).
Il selenio è l’elemento chimico di numero atomico 34. Il suo simbolo è Se.
Il selenio è importante per le sue proprietà antiossidanti e di difesa delle cellule dal danno ossidativo. Infatti, il selenio è un componente di molte proteine, note come selenoproteine, tra le quali vi sono la glutatione perossidasi, la iodiotironina desiodasi e la tioredoxina reduttasi; altre selenoproteine hanno, invece, effetti immunomodulatori.
L’enzima glutatione perossidasi selenio-dipendente (GPX) ricicla glutatione, riducendo la perossidazione lipidica catalizzando la riduzione dei perossidi, compreso il perossido di idrogeno.
Sugli integratori alimentari contenenti selenio è pertanto possibile inserire il claim: La fonte di selenio contribuisce ad una normale funzione del sistema immunitario ed alla protezione delle cellule dallo stress ossidativo.
Acidi grassi polinsaturi ω-6/ω-3
Diversi studi antropologici, nutrizionali e genetici, evidenziano come negli ultimi 10000 anni la dieta umana sia notevolmente variata. In particolare, i maggiori cambiamenti sono avvenuti negli ultimi 150 anni, soprattutto per quanto riguarda il tipo e la quantità di acidi grassi ingeriti e l’assunzione di vitamina C ed E.
Gli Acidi Grassi Essenziali (AGE) gli Acidi Grassi Polinsaturi a Catena Lunga (VLPFA), influenzano la struttura di membrana cellulare e la sua funzionalità, la segnalazione cellulare, l’espressione genica ed i recettori cellulari.
Si stima che l’attuale dieta occidentale sia carente in AGE ω-3 a favore di una maggiore presenza di AGE ω-6, con un rapporto ω-6/ω-3 di all’incirca 15:1, invece che di 1:1 o al massimo 4:1, come doveva essere quella dell’uomo durante il corso della sua evoluzione.
L’incremento del rapporto ω-6/ω-3 è dovuto ad un aumentato consumo di oli vegetali, di semi e conseguentemente dei prodotti derivanti (biscotti, snack, fast-food). Inoltre, sia le pratiche di allevamento intensive, così come la coltivazione estensiva, impoveriscono drasticamente il contenuto di AGE ω-3, mentre lo arricchiscono di ω-6 e ciò si può osservare confrontando carni, pollame ed uova ottenuti da allevamento intensivo ed alimentati a grano con le corrispettive Biologiche o da pascolo.
I prodotti ittici, sono generalmente riconosciuti come ricchi di AGE ω-3, però gli organismi animali non sono in grado di sintetizzarli, pertanto la loro ricchezza in questi composti deriva dall’alimentazione a base di fitoplancton.
Sui prodotti vegetali, nel corso dell’evoluzione umana, si è operata una selezione a favore delle specie a lunga conservazione, che ha portato consapevolmente (es. soia) ed inconsapevolmente (es. spinaci) a scegliere le varietà più povere in Acido Linolenico (LA) ω-3 poiché caratterizzate da shelf-life più lunghe. Così facendo però, si è ottenuto un peggioramento del rapporto ω-6/ ω-3.
Alla via metabolica LA 18:3 ω-3, sono riconosciuti effetti antinfiammatori che riducono il rischio per le patologie croniche moderne, come malattie cardio-vascolari, diabete, cancro, obesità, malattie autoimmuni, artriti reumatoidi, asma, depressione, disturbi bipolari.
Le strategie adottabili, proposte attualmente sono:
1. aumento del consumo di prodotti ricchi in AGE ω-3.
2. diminuzione del consumo di prodotti ricchi AGE ω-6.
I Coniugati dell’Acido Linoleico (CLA) sono potenti agenti anti-cancerogenici che hanno effetti benefici anche effetti benefici tra cui: diminuzione del grasso addominale, migliorata crescita muscolare, abbassamento di colesterolo e trigliceridi, abbassamento dell’insulina resistenza, riduzione alle risposte allergiche al cibo, rigenerazione ossea e miglioramento del sistema immunitario.
Gli studi riguardanti l’utilizzo di microrganismi probiotici per contrastare lo stress ossidativo e la produzione di CLA endogena, non sono molto numerosi e rappresentano un campo di studio molto promettente, anche se che ancora necessita di studi approfonditi per confermare l’efficacia di una terapia con solo questi prodotti.
Bibliografia
Banfi G, Iorio EL, Corsi MM. Oxidative stress, free radicals and bone remodeling. Clin Chem Lab Med. 2008;46(11):1550-5. doi: 10.1515/CCLM.2008.302.
Rahman K. Studies on free radicals, antioxidants, and co-factors. Clin Interv Aging. 2007;2(2):219-36.
Ahotupa M, Ruutu M, Mäntylä E. Simple methods of quantifying oxidation products and antioxidant potential of low density lipoproteins. Clin Biochem. 1996 Apr;29(2):139-44. doi: 10.1016/0009-9120(95)02043-8.
Peuhkuri K, Hukkanen M, Beale R, Polak JM, Vapaatalo H, Korpela R. Age and continuous lactose challenge modify lactase protein expression and enzyme activity in gut epithelium in the rat. J Physiol Pharmacol. 1997 Dec;48(4):719-29. PMID: 9444619.
Simopoulos AP. Evolutionary aspects of diet, the omega-6/omega-3 ratio and genetic variation: nutritional implications for chronic diseases. Biomed Pharmacother. 2006 Nov;60(9):502-7. doi: 10.1016/j.biopha.2006.07.080. Epub 2006 Aug 28. PMID: 17045449.
