Stress ossidativo


La cattiva alimentazione e l’alterazione delle nostre condizioni ambientali fanno sì che il nostro organismo entri in contatto con sostanze per noi nocive. Parliamo quindi dei radicali liberi, ovvero molecole molto reattive perché composte da una molecola con un elettrone spaiato, il quale è capace di legarsi ad altri radicali o di sottrarre un elettrone ad un’altra molecola. I radicali liberi si formano dalla scissione eterolitica di una molecola neutra, diventando così molecole neutre ma altamente instabili, pronte a reagire con qualsiasi molecola si trovi in prossimità (carboidrati, proteine, acidi nucleici) danneggiandola e spesso compromettendone la funzione. Il nostro organismo si difende dalla formazione di radicali liberi attraverso un sistema antiossidante a cui appartengono sostanze chimiche enzimatiche (superossido dismutasi, glutatione perossidasiperossireduttasi, catalasi) e sostanze chimiche non enzimatiche (vitamina A, C ed E, glutatione, polifenoli e coenzima Q10). La produzione di radicali liberi è tollerata se di moderata quantità, altrimenti si va incontro allo stress ossidativo con conseguente danno cellulare, e persino morte cellulare.

Lo stress ossidativo è un fenomeno che deriva da alterazioni nell’equilibrio tra i processi ossidativi e riduttivi che avvengono continuamente in ogni cellula durante le fisiologiche reazioni metaboliche. Nel corso di queste reazioni sono prodotte delle specie instabili, chiamate radicali liberi. I radicali liberi, possedendo un elettrone spaiato nello strato energetico più esterno, sono specie molto reattive, che cercano di recuperare l’elettrone perso dalle molecole vicine. Gran parte dei processi biologici determina la produzione di numerosi radicali liberi che talvolta possono avere effetti benefici (per esempio in alcuni processi di difesa immunitaria). Tuttavia quando la formazione dei radicali liberi diventa eccessiva, essi possono avere effetti distruttivi e attaccare componenti cellulari come lipidi, proteine e DNA. Queste molecole, a loro volta, diventano elettricamente instabili innescando così una serie di reazioni a catena che amplificano il fenomeno e, quindi, il numero di radicali liberi prodotti. Per contrastare gli effetti dannosi dei radicali liberi, i sistemi viventi hanno evoluto efficienti sistemi naturali di difesa antiossidanti, basati su meccanismi enzimatici come la superossido dismutasi, la catalasi e la glutatione perossidasi, etc., che, insieme a meccanismi non enzimatici, cioè gli antiossidanti assunti con la dieta, (ad esempio vitamina E, vitamina C, carotenoidi, tioli, flavonoidi, albumina, glutatione, etc.) svolgono un’azione protettiva nei confronti dei radicali liberi.

In condizioni normali, queste naturali capacità di difesa dell’organismo sono in grado di neutralizzare totalmente l’azione dei radicali liberi, ma se si formano radicali liberi in eccesso e/o tali sostanze ad azione antiossidante sono ridotte o inefficaci, si va incontro al danno ossidativo e si instaura uno stato di stress ossidativo cioè una condizione di sbilanciamento tra sostanze ossidanti ed antiossidanti, come avviene nell’invecchiamento. Gli organismi che respirano ossigeno sono continuamente ed inevitabilmente esposti all’azione dei radicali liberi. Tra i radicali liberi maggiormente conosciuti ci sono quelli derivanti dall’ossigeno, chiamati ROS (Reactive Oxigen Species) e quelli derivati dall’azoto, chiamati RNS (Reactive Nitrogen Species).

I principali radicali liberi che si formano nell’organismo sono:

  • Anione superossido O2 – Viene prodotto dalla riduzione incompleta di O2 durante la fosforilazione ossidativa e da alcuni enzimi ( ad esempio la xantina ossidasi). Se non viene neutralizzato danneggia i lipidi di membrana, DNA e proteine.
  • Radicale ossidrilico (•OH)- in genere viene prodotto dall’idrolisi dell’acqua da parte di radiazioni, ma viene anche prodotto, mediante la reazione di Fenton, a partire dal perossido d’idrogeno. È il ROS più reattivo e, quando è in eccesso, provoca danni alla membrana plasmatica, alle proteine e agli acidi nucleici.
  • Ossigeno singoletto (1O2)- Viene prodotto di solito in seguito di esposizione alla luce UV, oppure a livello dei macrofagi, mediante un sistema enzimatico di riduzione dell’ossigeno. Quando è in eccesso provoca danni alla membrana plasmatica, alle proteine e al DNA.
  • Perossido d’idrogeno (H2O2)- Viene spesso prodotto dalla glutatione perossidasi o da alcune ossidasi contenute nei perossisomi.
  • Ossido nitrico (NO) – Viene prodotto dalle NO sintasi di cui esistono, nell’uomo, tre tipi: NO sintasi neuronale (nNOS), presente nei neuroni e nel muscolo scheletrico, NO sintasi inducibile (iNOS) presente nel sistema cardiovascolare e nelle cellule del sistema immunitario e NO sintasi endoteliale (eNOS), presente nell’endotelio. L’ossido di azoto è un neurotrasmettitore, è coinvolto nella risposta immunitaria oltre ad essere un potente vasodilatatore.
  • Il perossido nitrico (OONO-)- Si forma mediante la reazione tra ossido nitrico e ione superossido. Può danneggiare lipidi, proteine e DNA.

Numerose evidenze scientifiche dimostrano un’aumentata formazione di radicali liberi e/o una riduzione delle difese antiossidanti sono associate a numerosi condizioni patologiche ma anche nei processi di invecchiamento.

Lo stresso ossidativo e invecchiamento della pelle
Dal punto di vista sia macroscopico che microscopico, il processo d’invecchiamento cutaneo differisce in maniera sostanziale nelle aree cutanee esposte all’azione di fattori ambientali, rispetto a quelle abitualmente coperte e protette. Si possono distinguere, quindi, un invecchiamento intrinseco, legato all’inesorabile trascorrere del tempo che porta a un fisiologico processo d’invecchiamento dei tessuti definito per tale motivo crono-invecchiamento, e un invecchiamento estrinseco, cioè causato da agenti esterni, in particolar modo dai raggi UV e per questo motivo definito anche foto-invecchiamento. Quest’ultimo è maggiormente riscontrabile nelle aree abitualmente esposte all’ ambiente esterno (viso, dorso delle mani, decolletè) e produce effetti molto simili a quelli dell’invecchiamento cronologico. Tuttavia mentre nell’invecchiamento cronologico tutto rallenta e i vari segnali istologici mostrano un declino generale, nell’invecchiamento fotoindotto, la cute, sembra essere in uno stato di cronica infiammazione che, porta, come effetto finale, alla “disintegrazione” della matrice di supporto e quindi ad un cedimento del tessuto. Nell’invecchiamento cronologico, infatti, l’epidermide è sottile, la giunzione dermo-epidermica è appiattita, lo strato corneo appare normale mentre lo spessore dermico diminuisce in maniera rilevante. Al contrario, nel foto-invecchiamento, l’epidermide si presenta ispessita, con gravi variazioni nella forma e nelle dimensioni delle cellule basali. Le maggiori differenze tuttavia riscontrabili tra i due tipi d’invecchiamento sono a carico delle strutture molecolari che costituiscono il derma. Nell’invecchiamento cronologico infatti il numero e lo spessore delle fibre elastiche aumentano ma spariscono le fibre elastiche verticali (quelle che arrivano ad inserirsi nella membrana basale), nel foto-invecchiamento invece si osserva una grande quantità di fibre elastiche ispessite, attorcigliate, degradate, mentre, le fibrille di collagene, assumono forma di ammassi irregolari. Entrambi i processi tuttavia sembrano essere strettamente legati allo stress ossidativo. La teoria più diffusa sulla fisiopatologia dell’invecchiamento parte dall’osservazione che le cellule dell’organismo sono danneggiate dall’eccessiva produzione di radicali liberi. La produzione in eccesso di radicali liberi che si verifica, per esempio, nel foto-invecchiamento o la diminuzione dell’attività dei sistemi antiossidanti, che si verifica durante il crono-invecchiamento, conduce ad un eccesso di reazioni tossiche dannose per la cellula.

Le principali fonti di radicali nella pelle responsabili dell’invecchiamento cronologico sono:

  • I mitocondri- La catena di trasporto degli elettroni risiede nella membrana mitocondriale interna. Gli elettroni sono portati al complesso I tramite NADH e nel complesso II tramite FADH2. Successivamente, vengono trasferiti al complesso III e infine al complesso IV. Nel complesso IV (citocromo c ossidasi) gli elettroni vengono trasferiti all’ossigeno molecolare conseguente produzione di H2 Tuttavia, prima che gli elettroni raggiungano la citocromo ossidasi possono fuoriuscire e portare alla formazione di superossido invece di acqua. Si stima che circa 1% -2% di tutto l’ossigeno consumato porta alla formazione di superossido.
  • I perossisomi- Questi organelli sono caratterizzati dalla presenza di elevate quantità di flavoenzimi/ossidoreduttasi che producono perossido d’idrogeno come sottoprodotto per esempio durante la beta-ossidazione degli acidi grassi. Inoltre, come i mitocondri, i perossisomi sono in grado di produrre l’aninone superossido grazie all’attività della xantina ossidasi, un enzima chiave nel metabolismo delle purine.
  • Il reticolo endoplasmaticoà I principalale contributo alla produzione di ROS in questo organello sono membri della famiglia del citocromo P450, la proteina disolfuro isomerasi (PDI) e oxidoreductin-1 del reticolo endoplasmatico (ERO1).
  • La membranaà A livello della membrana la NADPH ossidasi porta alla produzione di superossido che non è da considerarsi come il sottoprodotto di processi catalitici, ma come molecola di segnalazione o come “arma” contro microrganismi.
  • Il citoplasma- La principale fonte di radicali liberi, in questo compartimento, sembra derivare dal metabolismo dell’acido arachidonico. La ciclossigenasi e la lipossigenasi utilizzano, infatti, acido arachidonico come substrato per sintetizzare prostaglandina H2 e leucotrieni, rispettivamente. Entrambi gli enzimi, in presenza di NADH o NADPH, sono in grado di produrre superossido. I livelli di acido arachidonico sono relativamente bassi nella pelle, ma aumentano nelle malattie infiammatorie della pelle quali psoriasi, dermatite atopica, e infine invecchiamento.

La reazione dell’ossigeno con ioni ferro contribuisce inoltre alla produzione di radicali nel citoplasma ma anche in altri organelli. L’effetto tossico degli ioni ferro si basa sulla reazione del superossido con ferro ferrico, con formazione di ferro ferroso, mediante la reazione di Haber-Weiss. In seguito, il ferro ferroso, reagisce con il perossido d’idrogeno, mediante la reazione di Fenton, che da un lato rigenera ferro ferrico, dall’altro produce altri radicali, come, ad esempio, il radicale ossidrile, più dannoso e reattivo del superossido. Oltre a queste fonti endogene di radicali, come accennato in precedenza, la pelle, trovandosi a costantemente a contatto con l’ambiente è soggetta a tutta una serie di fattori esogeni dannosi (i.e. sostanze inquinanti, xenobiotici, e irradiazione UV etc.) responsabili della produzione di quantità elevate di radicali liberi in questo tessuto.

Meccanismi antiossidanti nella pelle che contrastano l’invecchiamento
Per far fronte alle numerose fonti di radicali liberi a cui è sottoposta, la pelle, ha sviluppato sofisticati e specifici meccanismi antiossidanti. La maggior parte di questi meccanismi è localizzata nell’epidermide, dove si osserva un gradiente crescente dallo strato basale fino a quello più esterno (strato corneo) di antiossidanti, soprattutto quelli a basso peso molecolare (i.e. Vitamina C, Vitamina E, Glutatione, CoQ10). Questi antiossidanti mostrano, infatti, una maggiore concentrazione nell’epidermide che nel derma, in quanto, essendo maggiormente esposta ad agenti esterni, l’epidermide deve contrastare un carico maggiore di radicali liberi. I meccanismi di protezione che il corpo umano può mettere in atto nei confronti dei radicali liberi possono essere enzimatici e non enzimatici.

I principali meccanismi antiossidanti non enzimatici nella pelle sono la Vitamina C, la vitamina E, il Beta-carotene, il Glutatione e il Coenzima Q10.
Questi composti, come anche altri, sono in grado di interagire con i radicali liberi prodotti nella cellula formando dei radicali stabili e non reattivi. Ad esempio, la Vitamina C, la principale vitamina ad azione antiossidante nella pelle, interagendo con i radicali liberi cellulari forma un radicale stabile chiamato acido semideidroascorbico. La Vitamina E, o alfa-tocoferolo, in grado di bloccare prevalentemente i radicali liberi prodotti dalla lipoperossidazione lipidica, forma un radicale stabile chiamato alfa-tocoferoxil radicale. Il beta-carotene, invece, è in grado sia di neutralizzare radicali liberi, sia di inibire la lipossigenasi, che produce radicali, durante la sintesi di leucotrieni, mentre, il Glutatione, un tripeptide composto dagli aminoacidi glicina, acido glutammico e cisteina, ha come primaria funzione quella di proteggere la struttura delle proteine come, per esempio, il collagene. Il Coenzima Q10 (CoQ10) o Ubichinone è, infine, un altro sistema antiossidante non enzimatico della cellula. Il CoQ10 è noto per il suo contributo alla catena di trasporto degli elettroni mitocondriale. Oltre a questa importante funzione, l’Ubichinone è stato descritto come un potente antiossidante. La forma liposolubile di questo è in grado, infatti, di bloccare la perossidazione lipidica e protegge quindi tutte le strutture lipidiche come ad esempio le membrane cellulari. Inoltre, l’Ubichinone, è in grado di rigenerare antiossidanti come l’ascorbato e l’alfa-tocoferolo, e regolare l’apoptosi mediata da ceramidi. Per rigenerare il Coenzima, quindi per mantenere le sue proprietà antiossidanti, è necessaria l’azione di numerosi enzimi, uno dei quali è la NAD(P)H-deidrogenasi (chinone) 1.

NAD(P)H-deidrogenasi (chinone) 1 il ruolo nell’invecchiamento
Le NAD(P)H-deidrogenasi (chinone) sono una classe di flavoproteine che nell’uomo sono codificate da due geni, NQO1 e NQO2. Questi due geni sono sovraespressi in seguito a stress ossidativo. In la NAD(P)H-deidrogenasi (chinone)1, è un enzima citosolico localizzato prevalentemente nei tessuti epiteliali ed endoteliali dei topi, ratti ed esseri umani dove svolge la funzione di agente detossificante. NQO1, infatti, è in grado, di rigenerare chinoni, per esempio il Coenzima Q10, contribuendo, così, a mantenere le funzioni antiossidanti di queste molecole. E’ stato dimostrato che la perdita di funzione o una ridotta attività di NQO1 determina l’assottigliamento precoce dell’epidermide e alterazioni della pigmentazione, entrambi effetti riconducibili anche ai processi d’invecchiamento. Oltre ai sistemi antiossidanti non enzimatici, come accennato in precedenza, nella pelle un ruolo chiave per la rimozione dei radicali liberi è giocato da alcuni enzimi detossificanti tra cui i più importanti sono la Superossido dismutasi (SOD), la Catalasi (CAT), la Glutatione perossidasi (GPX).

La superossido dismutasi nell’invecchiamento
Le superossido dismutasi (SOD) costituiscono una classe di metalloproteine ubiquitarie ad azione antiossidante, utilizzate dagli organismi aerobi come sistema di difesa contro la tossicità derivante dai ROS. I ROS, prodotti in seguito a contatto con agenti esterni, come ad esempio i raggi UV, o come prodotti collaterali del metabolismo aerobico, sono in grado di danneggiare le macromolecole cellulari come acidi nucleici, carboidrati, lipidi e proteine. Il meccanismo di difesa attuato dalle SOD consiste nella catalizzare la dismutazione dello ione superossido in ossigeno molecolare e perossido d’idrogeno. Il perossido d’idrogeno prodotto viene poi scisso in acqua e ossigeno dall’enzima CAT oppure viene trasformato dalla GPX in glutatione ossidato e due molecole di acqua.

Sono noti diversi tipi di SOD identificabili in base agli ioni presenti nel loro sito attivo:

CuZnSOD (SOD1)à Possiede rame e zinco nel sito attivo ed agisce nel citoplasma. E’ associata all’invecchiamento, all’Alzheimer e alla sclerosi amiotrofica laterale.

MnSOD (SOD2)à Contiene manganese nel sito attivo e agisce a livello mitocondriale.

EC-SOD (SOD3)à Viene secreta nella matrice extracellulare dove si lega ai proteoglicani ed al collagene. si trova nella matrice extracellulare dei tessuti. Tutte e tre le superossido dismutasi hanno un impatto enorme sulla invecchiamento della pelle sia intrinseco sia estrinseco. Infatti, è stato dimostrato, che l’espressione dei geni codificanti per SOD1 e SOD2 sono sovraespressi in seguito ad esposizione a raggi UV. Inoltre la loro down-regolazione determina l’assottigliamento dell’epidermide, una chiara atrofia del tessuto connettivo dermico, una quantità ridotta di procollagene I e atrofia del tessuto adiposo sottocutaneo. L’enzima SOD3 è espressa nel derma e nell’epidermide e la sua espressione è indotta da alti livelli di SOD1 e SOD2. Nonostante il ruolo SOD3 nella pelle non sia ancora molto chiaro, è stato dimostrato un suo diretto coinvolgimento dei processi d’infiammazione. L’avanzare dell’età determina, fisiologicamente, una riduzione della sintesi di tutti e tre i tipi di SOD che quindi può provocare, un aumento dello stress ossidativo.

Integrazione per contrastare lo stress ossidativo e l’invecchiamento
Con l’invecchiamento, si osserva una diminuzione fisiologica dei livelli di antiossidanti nel nostro corpo, quindi dei meccanismi di difesa nei confronti dei radicali liberi. E’ stato ampiamente dimostrato che una dieta ricca di alimenti con capacità antiossidanti o ricchi di Vitamina C, Vitamina E e flavonoidi, sostanze ampiamente utilizzate anche come componenti di prodotti cosmetici, risultano essere estremamente efficaci nel contrastare gli effetti del tempo. Qualora la dieta non apportasse le adeguate quantità di questi nutrienti, l’integrazione di Vitamina C e Vitamina E (1600UI al giorno da 1 ad 8 settimane, in associazione, in quanto agiscono in sinergismo) o del Coenzima Q10 (dai 30 ai 100mg al giorno, anche questo in associazione con Vitamina E), possono avere un effetto positivo sull’invecchiamento. Inoltre anche l’integrazione di acidi grassi omega-3 (1500mg al giorno), oppure ECGC (300mg 2 volte al giorno), oppure Astaxantina (2mg al giorno) contribuiscono positivamente a contrastare l’azione dei radicali liberi prodotti.

IL POLIMORFISMO DEL GENE SOD NEL PANNELLO DNA E SPORT
Durante l’esercizio fisico aumenta il consumo di ossigeno, il trasporto di elettroni nei mitocondri, il rilascio di catecolamine e di prostanoidi, tutti processi necessari per produrre energia. Si è visto che con l’attività fisica intensa e prolungata si ha un aumento della produzione di RONS (Reactive Oxygen/Nitrogen Species) e di conseguenza un aumento dell’espressione di enzimi antiossidanti, come SOD. Invece dopo l’esercizio fisico si ha un danno delle fibre muscolari che portano ad un aumento dei prostanoidi, alla proteolisi, ad una risposta infiammatoria e ad un’alterazione dell’omeostasi del calcio. Recentemente è stato spiegato che la produzione di RONS durante l’esercizio fisico sembra avere anche un ruolo benefico, ovvero serve a stimolare il nostro sistema antiossidante per creare in seguito un adattamento allo sforzo fisico. La produzione di RONS dipende dall’intensità, dalla durata e dalla tipologia di esercizio (quanto ossigeno ed energia necessita), ma è ormai chiaro che sia un’attività aerobica che anaerobica intensa e prolungata portano ad un aumento di radicali liberi. Al livello fisiologico, un aumento di radicali liberi porta ad un aumento della sensazione di fatica e del danno muscolare, ad un peggior recupero e ad una peggior performance sportiva. Anche in questo caso il test genetico ci aiuta a capire se il nostro sistema antiossidante funziona correttamente. In caso di positività è importante integrare con antiossidanti, proprio per sopperire ad una ridotta attività di SOD. Il polimorfismo si associa inoltre ad una peggior attività del sistema antiossidante e questo comporta sia una peggior performance, proprio per un aumento della sensazione di fatica, che un ritardo nel recupero e un danno muscolare maggiore.

IL POLIMORFISMO DEL GENE SOD NEL PANNELLO DNA E ANTI-INVECCHIAMENTO
Gran parte dei processi biologici determina la produzione di numerosi radicali liberi che talvolta possono avere effetti benefici (per esempio in alcuni processi di difesa immunitaria). Tuttavia quando la formazione dei radicali liberi diventa eccessiva, essi possono avere effetti distruttivi e attaccare componenti cellulari come lipidi, proteine e DNA. Queste molecole, a loro volta, diventano elettricamente instabili innescando così una serie di reazioni a catena che amplificano il fenomeno e, quindi, il numero di radicali liberi prodotti. Dal punto di vista sia macroscopico che microscopico, il processo d’invecchiamento cutaneo differisce in maniera sostanziale nelle aree cutanee esposte all’azione di fattori ambientali, rispetto a quelle abitualmente coperte e protette. Si possono distinguere, quindi, un invecchiamento intrinseco, legato all’inesorabile trascorrere del tempo che porta a un fisiologico processo d’invecchiamento dei tessuti definito per tale motivo crono-invecchiamento, e un invecchiamento estrinseco, cioè causato da agenti esterni, in particolar modo dai raggi UV e per questo motivo definito anche foto-invecchiamento. Tuttavia mentre nell’invecchiamento cronologico tutto rallenta e i vari segnali istologici mostrano un declino generale, nell’invecchiamento fotoindotto, la cute, sembra essere in uno stato di cronica infiammazione che, porta, come effetto finale, alla “disintegrazione” della matrice di supporto e quindi ad un cedimento del tessuto. Anche in questo caso il test genetico ci aiuta a capire se il nostro sistema antiossidante funziona correttamente. In caso di positività è importante integrare le adeguate quantità di antiossidanti o tramite la dieta o tramite l’utilizzo di prodotti specifici. Affinchè si possano ottenere risultati visibili e duraturi dei trattamenti di dermocosmesi è infatti è necessario che ci sia un adeguato equilibrio cellulare tra radicali liberi prodotti e molecole antiossidanti.

Bibliografia

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Statistiche sulle nostre analisi


  • Negativo
  • Positivo NADPH
  • Positivo SOD3
  • Positivo NADPH+SOD3

Radicali liberi e stress ossidativo


Invecchiamento della pelle