Che cosa è lo stress ossidativo?

Tutti gli organismi viventi sulla Terra vivono in un’atmosfera ossidante, caratterizzata da una percentuale di ossigeno molecolare di circa il 20%.  Conosciamo tutti il destino di un pezzo di ferro lasciato all’aperto: in breve tempo, diventa completamente ossidato (arrugginito). Perché a noi non succede lo stesso?

Il motivo è semplice: le forme di vita biologiche, nel corso dell’evoluzione sulla Terra, hanno sviluppato vari meccanismi per rilevare e contrastare gli effetti deleteri dei radicali liberi o specie reattive dell’ossigeno (ROS),[1] i sottoprodotti altamente reattivi del metabolismo dell’ossigeno. Nelle cellule procariotiche ed eucariotiche si sono evoluti diversi sistemi per regolare i livelli di ROS e oggi quasi tutti gli organismi controllano i livelli di radicali liberi mantenendo un sottile equilibrio, l’equilibrio riduttivo-ossidativo (RedOx).[2,3]

In condizioni fisiologiche, i ROS sono in gran parte prodotti da reazioni metaboliche e ciò avviene in ogni momento in ogni singola cellula del nostro corpo. Pertanto, la produzione di specie ossidanti e di radicali liberi è un processo fisiologico. Gli effetti deleteri dei ROS vengono neutralizzati da un insieme di enzimi e molecole dotati di capacità antiossidante. Tuttavia, quando la produzione di ROS supera la capacità di neutralizzazione delle difese antiossidanti, si verifica uno stato di stress ossidativo che causa danni e morte delle cellule e, infine, disfunzioni degli organi (Figura 1).

Pertanto, lo stress ossidativo è un’alterazione dell’equilibrio fisiologico RedOx che non è bilanciato da adeguate risposte adattative da parte dell’organismo.

Figura 1. Il bilancio RedOX è preservato grazie all’equilibrio esistente tra il tasso di produzione di ROS e il sistema di difesa antiossidante. In rosso sono evidenziate le possibili fonti di ROS, mentre in verde le difese antiossidanti. Lo stress ossidativo (OS) è una condizione in cui vi è una sovrapproduzione di ROS o una ridotta capacità delle difese antiossidanti di contrastare la produzione di ROS.  L’OS può indurre lesioni cellulari e tissutali attraverso diversi meccanismi.

Cause dello stress ossidativo

La Natura è spesso drastica nel suo comportamento e bisogna tenere presente che gli organismi viventi si sono evoluti per preservare la propria integrità genomica. Le singole cellule possono essere facilmente sacrificate se i meccanismi endogeni di check-point sospettano un danno genomico.  Quando ciò accade, lo percepiamo come una lesione tissutale, come una debolezza, come un invecchiamento e uno squilibrio del benessere.

Le principali cause dello stress ossidativo sono l’inquinamento, l’infiammazione, la risposta immunitaria e la non corretta gestione dei ROS prodotti nei mitocondri, oltre a varie reazioni metaboliche (Figura 1).

Consideriamo il caso dell’inquinamento atmosferico: le particelle di idrocarburi aromatici sollecitano costantemente il nostro organismo. Queste particelle hanno un alto potenziale di danneggiare il DNA delle cellule e quindi i meccanismi di detossificazione basati sull’ossidazione di questi idrocarburi aromatici sono costantemente attivati. I radicali liberi che si formano in questi processi reagiscono facilmente con qualsiasi molecola nelle loro vicinanze (lipidi, proteine, acidi nucleici), danneggiandola, spesso compromettendone la funzione e propagando il danno ossidativo. In effetti, un’ossidazione forte e massiccia produce un’enorme quantità di ROS, che danneggiano gravemente le cellule portandole all’invecchiamento precoce e al declino.

Perché il sistema nervoso centrale e il cervello sono altamente suscettibili ai danni da stress ossidativo?

Negli ultimi anni le capacità di fungere come modulatori e le proprietà dannose dei ROS hanno ricevuto particolare attenzione, essendo implicate in meccanismi omeostatici centrali a livello molecolare, cellulare, tissutale e di apparato. Recentemente, riviste ad alto impact factor (Nature Review, Science e Science Translational Medicine) hanno riportato revisioni complete sul ruolo fisiopatologico dei ROS.[2,4-10] Lo stress ossidativo (OS) è stato collegato a diverse malattie umane, tra cui: ADHD,[11] cancro,[12] malattia di Parkinson (PD),[13] malattia di Alzheimer (AD),[14,14,15] insufficienza cardiaca e infarto miocardico.[16-18]

Il cervello umano e il sistema nervoso centrale presentano caratteristiche peculiari che li rendono altamente sensibili alla OS. Infatti, sono uno degli organi e apparati con il più alto utilizzo di O2, hanno il più alto contenuto di acido docosaesaenoico, che è un acido grasso polinsaturo estremamente sensibile ai processi di lipoperossidazione, e nel cervello c’è anche un alto contenuto di metalli RedOx-attivi (Fe, Cu). Non sorprende quindi che la maggior parte dei disturbi neurodegenerativi siano caratterizzati da una componente di stress ossidativo. Diverse evidenze sperimentali suggeriscono che i ROS svolgono un ruolo cruciale nei disturbi neurodegenerativi, dal momento che sono stati osservati livelli maggiori di OS in campioni di tessuto di pazienti con AD o PD e sono state osservate modifiche proteiche indotte direttamente o indirettamente dai ROS e dai processi di perossidazione lipidica.

Nella valutazione dell’OS cerebrale si devono considerare quattro elementi chiave:

  • barriera ematoencefalica (BEE): la BEE può essere considerata un’unità neuro-vascolare e il danneggiamento di qualsiasi elemento di questa unità si ripercuote sulle funzioni e sulle prestazioni cerebrali. La BEE è una delle strutture cerebrali maggiormente danneggiate dalla OS nei disturbi neurodegenerativi. Pertanto, è importante proteggere le strutture della BEE, preservando l’integrità dei vasi (protezione indiretta) e la loro pervietà (protezione diretta).
  • la componente pro-ossidante (omocisteina e sostanza amiloide): a livello della BEE due sostanze svolgono un ruolo importante come pro-ossidanti, l’omocisteina (HCy) e la sostanza amiloide. Livelli plasmatici elevati di HCy sono stati implicati nell’alterazione del tracciato elettroencefalografico dei pazienti con Alzheimer e nei danni alla struttura endoteliale.[19,20] L’HCy è stata associata al danno ossidativo e ai danni all’endotelio, attraverso diversi meccanismi.[21-23] L’altra componente tossica è rappresentata dalla sostanza amiloide. In condizioni patologiche si verifica un accumulo di peptidi amiloidogenici (peptide Aβ) che tendono ad aggregarsi e che portano alla generazione di sostanza amiloide, la quale (i) aumenta i danni ai componenti cellulari; (ii) aumenta la OS; e (iii) si lega all’endotelio dei vasi, riducendo il calibro vascolare e compromettendo la microcircolazione cerebrale.[24,25]
  • mitocondri: Le cellule endoteliali della BEE richiedono una grande quantità di energia, sotto forma di ATP, per mantenere efficace la barriera.[26] Pertanto, le cellule endoteliali della BEE sono arricchite di mitocondri per soddisfare tale richiesta energetica. Purtroppo, a una grande produzione di ATP corrisponde una maggiore produzione di ROS. L’equilibrio RedOx a livello della BEE è regolato da meccanismi complessi e sensibili e qualsiasi alterazione della catena respiratoria mitocondriale può culminare in due fenomeni deleteri paralleli: una diminuzione della produzione di ATP e un aumento della produzione di ROS.[27,28]
  • cellule circolanti (principalmente eritrociti): l’attività principale degli eritrociti è il trasporto di O2 legato all’emoglobina. A causa dell’elevato consumo di O2 del cervello, gli elementi chiave da considerare sono: (i) la capacità di trasporto degli eritrociti e (ii) la capacità degli eritrociti di raggiungere correttamente le strutture cerebrali. Le funzionalità degli eritrociti sono legate alla plasticità della membrana che subisce un adattamento quando passa nella microcircolazione cerebrale e il calibro dei vasi si riduce. I lipidi delle membrane eritrocitarie possono essere ossidati in condizioni di elevati livelli di OS, in questa condizione la membrana diventa più rigida e meno incline a riadattarsi in condizioni di ridotto calibro dei vasi.[29-31] Inoltre, la sostanza amiloide può legarsi alla membrana eritrocitaria generando strutture simili a pori, che alterano la membrana cellulare e il volume, e gli eritrociti assumono una forma allungata (eritrociti fusiformi). I ROS e la sostanza amiloide hanno un effetto di vasocostrizione sui vasi del microcircolo cerebrale; questo fenomeno, insieme alla ridotta capacità degli eritrociti di adattarsi in condizioni di ridotto calibro dei vasi, influisce fortemente sull’apporto di O2 alle cellule cerebrali e ai componenti della BBB, aggravando ulteriormente lo stato di OS e la progressione della malattia.[29]

È possibile proteggere il cervello e il sistema nervoso centrale dallo stress ossidativo?

Alla luce delle osservazioni precedenti, la protezione del cervello e del sistema nervoso centrale dallo stress ossidativo richiede un’integrazione specifica, sinergica e armonica di ingredienti in grado di affrontare contemporaneamente i principali aspetti dell’OS cerebrale.

La sfida per i ricercatori e i produttori è cogliere questa complessità e tradurla in nuovi integratori con una solida validazione. La sfida per i consumatori è quella di aspettarsi una solida convalida e di fidarsi dei risultati basati sull’evidenza.

In Cor.Con. International i nostri integratori alimentari innovativi sono brevettati e testati in studi clinici. L’uso di ingredienti specifici promuove la normale funzione del sistema nervoso, protegge le cellule dallo stress ossidativo, favorisce la normale funzione psicologica, la normale sintesi di cisteina e il normale metabolismo dell’omocisteina.[32]


Referenze

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