Az oxidatív stressz (oxidative stress, angolul oxidative stress ) az oxidáció következtében fellépő sejtkárosodás folyamata [1] . Az oxidatív stressz a reaktív oxigénfajták (ROS) szervezetben való megjelenése és a biológiai rendszer azon képessége közötti egyensúlyhiányt tükrözi , hogy időben megtisztuljon a reakció közbenső termékeitől, és helyreállítsa az okozott károsodást. A sejtek redox állapotának megsértése toxikus következményekkel jár a peroxidok és szabad gyökök termelése révén , amelyek károsítják a sejt minden összetevőjét, beleértve a fehérjéket, lipideket és DNS -t is.. Az oxidatív anyagcsere során fellépő oxidatív stressz kémiai károsodást okoz, és megszakítja a DNS-szálakat. A kémiai károsodások gyakrabban közvetettek, és a ROS hibájából következnek be, mint például az O 2 - ( szuperoxid gyök), OH (hidroxilgyök) és H 2 O 2 ( hidrogén-peroxid ) [2] . Ezenkívül egyes reaktív oxigénfajták redox jelátviteli mediátorok funkcióját töltik be a sejtekben. Ebből következik, hogy az oxidatív stressz megzavarhatja a normális jelátviteli mechanizmusokat a sejtben .
Minden életforma regeneráló környezetet tart fenn sejtjein belül. A sejtek "redox állapotát" speciális enzimek tartják fenn az állandó energiaellátás eredményeként. Ennek az állapotnak a megsértése a toxikus reaktív oxigénfajták , például a peroxidok és a szabad gyökök szintjének növekedését okozza . A reaktív oxigénfajták működése következtében olyan fontos sejtkomponensek oxidálódnak , mint a lipidek és a DNS .
Emberben az oxidatív stressz számos súlyos betegség oka vagy fontos összetevője, mint például az érelmeszesedés [3] [4] , a magas vérnyomás [5] , az Alzheimer-kór [6] [7] , a cukorbetegség [8] , a meddőség [9]. [10] , valamint a krónikus fáradtság szindróma [11] és az öregedési folyamat [12] egyik összetevője . Bizonyos esetekben azonban az oxidatív stresszt a szervezet védekező mechanizmusként használja. Az emberi immunrendszer az oxidatív stresszt használja a kórokozók elleni küzdelemben , és egyes reaktív oxigénfajták jelátviteli közvetítőként szolgálhatnak [13] [14] [15] .
Kémiai szempontból az oxidatív stressz a sejtek redoxpotenciáljának jelentős növekedése vagy a sejtes redox párok, például az oxidált/redukált glutation redukáló képességének jelentős csökkenése . Az oxidatív stressz hatása a súlyosságának súlyosságától függ. A sejtek kisebb zavarokkal visszatérhetnek eredeti állapotukba. A kifejezettebb oxidatív stressz azonban sejthalált okoz.
Az emberi szervezetben Fenton és Haber-Weiss reakciói [9] a leggyakoribbak, amelyek hidroxilgyököket generálnak .
Az oxidatív stressz legveszélyesebb része a reaktív oxigénfajták (ROS) képződése, amelyek szabad gyököket és peroxidokat tartalmaznak . Az egyik legkevésbé reakcióképes ROS, a szuperoxid , spontán módon vagy átmeneti fémek jelenlétében agresszívebbé ( hidroxilgyök stb.) alakul át , ami számos sejtkomponens - lipidek , DNS és fehérjék - károsodását okozhatja (ezek következtében). oxidáció). A legtöbb ROS folyamatosan termelődik a sejtben, de szintjük általában olyan alacsony, hogy a sejt vagy inaktiválja antioxidáns rendszerével , vagy pótolja a sérült molekulákat. Így a normál sejtmetabolizmus melléktermékeiként termelődő ROS (főleg a mitokondriális légzőlánc kis elektronszivárgása , valamint a citoplazmában zajló egyéb reakciók miatt ) nem okoz sejtkárosodást. A sejt védőképességét meghaladó ROS szint azonban súlyos sejtzavarokat (például ATP- kiürülést ) és ennek következtében sejtpusztulást okoz. A stressz erősségétől függően a sejtek elpusztulhatnak apoptózis következtében , amikor a sejt belső tartalmának ideje van lebomlani nem mérgező bomlástermékekké, vagy nekrózis következtében , amikor az oxidatív stressz túl erős. . A nekrózis során a sejtmembrán felbomlik, és a sejt tartalma a környezetbe kerül, ami a környező sejtek és szövetek károsodását eredményezheti.
Kétféle elektromágneses sugárzás létezik: ionizáló és nem ionizáló . A nem ionizáló sugárzás három frekvenciatartományt foglal magában; statikus (0 Hz), rendkívül alacsony frekvenciatartomány (<300 Hz), közepes frekvenciatartomány (300 Hz - 10 MHz) és rádiófrekvencia-tartomány, beleértve az RF-et és a mikrohullámú (10 MHz-től 300 GHz-ig). A kellően erős, alacsony frekvenciájú elektromágneses terek nagyobb károsodást okozhatnak a testrendszerekben, mivel ezek a frekvenciák közel vannak a fiziológiás tartományhoz [ ismeretlen kifejezés ] , ezért átfedésük torzíthatja a fellépő biológiai folyamatokat. [16]
Az elektromágneses tér fokozza a reaktív oxigénfajták képződését, és így elegendő[ mi? ] hatalom pusztító hatással van a különböző sejtszervecskékre, például a spermiumok mitokondriális DNS- ére. [16]
Az erős EMR hatása a vér-here gátra befolyásolhatja annak permeabilitását, ami antisperma antitestek (ASA) termeléséhez vezet, amelyek a férfi termékenység kulcsfontosságú elemei [16] Az ASA a spermiumok oxidatív stresszel jár, ami megzavarja a kapacitációt, az akroszómális reakciót és a DNS fragmentációját okozza . [9]
Állatkísérletek során az EMF 50 és 60 Hz-et tanulmányozták. Egy erős hatása[ mennyit? ] Az EMF a fényhez hasonlóan közvetlenül hat a tobozmirigyre , rontva a melatonin biológiai hatását[ pontosítás ] . A melatonin szabályozza a gonadotropin-felszabadító hormonok ritmusát a hipotalamuszban, hatással van a follikulus-stimuláló hormonra (FSH) és a luteinizáló hormonra (LH), [16] és hatékonyan csökkenti az oxidatív stresszt is. [17] Ez megváltoztathatja a nemi hormonok termelését, ami változásokhoz vezethet a spermatogenezisben és a férfiasodásban . [16]
Az élő sejtek sugárkárosodását nagyrészt a szabad gyökök képződése okozza. Az ionizáló sugárzás által leggyakrabban károsodott biomolekula a DNS. Az ionizáló sugárzásnak való kitettség rákkeltőnek minősül. [17]
A kutatók szerint az oxidatív stressz kulcsszerepet játszik a neurodegeneratív betegségek , köztük a Lou Gehrig-kór (ALS vagy motoros neuronbetegség), a Parkinson-kór, az Alzheimer-kór, a Huntington-kór, a depresszió és a sclerosis multiplex kialakulásában [18] [19] . Következményei az idegrendszeri fejlődési rendellenességekben is nyomon követhetők, például az autizmus spektrum zavaraiban [20] . A biomarkerek, például a reaktív oxigénfajták és a reaktív nitrogénfajták (ANS) termelése monitorozásából származó közvetett bizonyítékok arra utalnak, hogy az oxidatív károsodások szerepet játszanak e betegségek patogenezisében [21] [22] , míg a kumulatív oxidatív stressz a mitokondriális diszfunkció légzésében, ill. A mitokondriális károsodások összefüggésbe hozhatók az Alzheimer-kór, a Parkinson-kór és más neurodegeneratív betegségek kialakulásával [23] .
Feltételezik, hogy az oxidatív stressz egyes szív- és érrendszeri betegségekhez kapcsolódik, mivel az LDL oxidációja az ér endotéliumában a plakkképződés előfutáraként működik. Az oxidatív stressz szerepet játszik az ischaemiás kaszkádban a szívizom reperfúziós károsodása miatt, amelyet hipoxia követ . A rendellenességek ebbe a kaszkádjába beletartoznak az agyvérzések és a szívrohamok is. Ezenkívül az oxidatív stressz hozzájárul a krónikus fáradtság szindróma (CFS) kialakulásához [24] . Az oxidatív stressz szintén hozzájárul a sugárzás, az oxigénmérgezés és a cukorbetegség okozta szövetkárosodáshoz. Hematológiai rákos megbetegedések, például leukémia esetén az oxidatív stressz hatásai kétirányúak lehetnek. A reaktív oxigénfajták rontják az immunsejtek működését, és lehetővé teszik a leukémiás sejteknek, hogy elkerüljék az immunrendszer felismerését. Másrészt a magas szintű oxidatív stressz szelektíven toxikus hatással van a rákos sejtekre [25] [26] .
Az oxidatív stressz valószínűleg szerepet játszik a rák korral járó kialakulásában. Az oxidatív stressz hatására megjelenő reaktív oxigénfajták közvetlenül károsítják a DNS-t, ezért mutagének. Ezenkívül elnyomják az apoptózist , és elősegítik a proliferációt, az inváziót és a metasztázisokat [27] . A gyomorrák kialakulásában aktívan részt vesz a Helicobacter pylori fertőző baktérium is, amely fokozza a gyomorban a reaktív oxigén- és nitrogénfajták termelődését [28] .
Nincs megalapozott vélemény az antioxidánsok bizonyos betegségek megelőzésére való alkalmazásáról [29] . A magas kockázatú csoportban, például a dohányzókban a béta-karotin nagy dózisa tüdőrák kialakulását váltotta ki, mivel a nagy dózisú béta-karotin a dohányzás okozta magas parciális oxigénnyomással párosulva prooxidáns hatású. , és csak alacsony oxigénnyomáson fejti ki antioxidáns hatását [30] [31] . Az alacsonyabb morbiditási kockázatú csoportokban az E-vitamin csökkentette a szív- és érrendszeri betegségek kialakulásának kockázatát [32] . Míg az E-vitaminban gazdag élelmiszerek védenek a szívkoszorúér-betegségtől a középkorú és idősebb férfiak és nők körében, az étrend-kiegészítők fokozott halálozáshoz, szívelégtelenséghez és vérzéses stroke-hoz vezetnek. Az American Heart Association javasolja az antioxidáns vitaminokat és egyéb hasznos tápanyagokat tartalmazó élelmiszerek fogyasztását, de óva int az E-vitamin-kiegészítőktől a szív- és érrendszeri betegségek kialakulásának kockázata miatt [33] . Az E-vitamin alkalmazása más betegségekben, például Alzheimer-kórban szintén vegyes eredményekhez vezet [34] [35] . Mivel az étrendi források sokféle karotinoidot, tokoferolt és E csoportba tartozó tokotrienolt tartalmaznak egyidejűleg, a teljes táplálékfelvétel post hoc epidemiológiai vizsgálatai eltérnek az egyedi anyagokkal végzett mesterséges kísérletektől. Az AstraZeneca szabadgyök-fogó gyógyszere, az NXY-059 hatékonynak bizonyult a stroke kezelésében [ 36] .
Az oxidatív stressz (Denham Harman szabadgyökök öregedési elmélete szerint) hozzájárul a szervezet öregedési folyamatához. Bár ezt az elképzelést erős bizonyítékok alátámasztják a Drosophila melanogaster (gyümölcslégy) és a Caenorhabditis elegans (talajfonálféreg) [37] [38] modellszervezetei , Michael Ristow laboratóriumának legújabb eredményei azt mutatják, hogy az oxidatív stressz megnöveli a Caenorhabditis elegans élettartamát. a reaktív oxigénfajták kezdetben megnövekedett koncentrációja miatti másodlagos reakció kiváltása miatt [39] . Az emlősök esetében a helyzet még bonyolultabb [40] [41] [42] . A közelmúltban végzett epidemiológiai vizsgálatok eredményei alátámasztják a mitohormézis folyamatát, de egy 2007-es metaanalízis az alacsony torzítási kockázatú (randomizált, vak, nyomon követett) vizsgálatok kimutatta, hogy néhány népszerű antioxidáns étrend-kiegészítő (A-vitamin, béta-karotin, ill. E-vitamin) növelik a mortalitás kockázatát (bár az alacsony objektivitású tanulmányok ennek ellenkezőjét mondják) [43] .
Az Egyesült Államok Mezőgazdasági Minisztériuma (USDA) eltávolította a szabad gyökfogó képesség (ORAC index) táblázatát a 2. kedvenc élelmiszerlistájáról (2010), mert nem talált meggyőző bizonyítékot arra vonatkozóan, hogy az élelmiszerekben az antioxidánsok koncentrációja egyenértékű a későbbi antioxidánséval. hatása a szervezetre [44] .
A fémek, például a vas, a réz, a króm, a vanádium és a kobalt részt vesznek egy redox ciklusban, amelyben egy elektron adományozható vagy egy fém adományozható. Ez a hatás katalizálja a szabad gyökök és a ROS képződését [45] . Az ilyen fémek jelenléte a biológiai rendszerekben nem komplikált formában (nem fehérjében vagy más védőfémkomplexben) jelentősen megnövelheti az oxidatív stressz szintjét. Úgy gondolják, hogy ezek a fémek Fenton és Haber-Weiss reakciót váltanak ki, amelyben a hidroxilgyök hidrogén-peroxidból keletkezik. A hidroxilgyök ezután módosítja az aminosavakat. Például a meta - tirozin és az orto-tirozin fenilalanin hidroxilezése során keletkezik . Egyéb reakciók közé tartozik a lipidperoxidáció és a nukleinbázisok oxidációja. A fém által katalizált oxidációk az R (Arg), K (Lys), P (Pro) és T (The) visszafordíthatatlan módosulását is okozzák. A túlzott oxidatív károsodás a fehérje lebomlásához vagy aggregációjához vezet [46] [47] .
Az átmeneti fémek és a ROS vagy APA által oxidált fehérjék reakciója reaktív származékokat eredményezhet, amelyek felhalmozódnak, és hozzájárulnak az öregedéshez és a betegségekhez. Például Alzheimer-kórban szenvedő betegeknél a peroxidált lipidek és fehérjék felhalmozódnak az agysejtek lizoszómáiban [48] .
A redox átalakulások katalizátorai-fémei mellett egyes szerves anyagok is képesek reaktív oxigénfajták előállítására. Ennek az osztálynak a legfontosabb összetevői a kinonok. A kinonok redox folyamatokba léphetnek be rokon szemikinonokkal és hidrokinonokkal, egyes esetekben molekuláris oxigénből szuperoxid vagy szuperoxidból hidrogén-peroxid képződését katalizálják.
Az immunrendszer kihasználja az oxidálószerek káros hatásait, és az oxidálószerek termelését a kórokozók elpusztításának mechanizmusának kulcsfontosságú elemévé alakítja. Így az aktivált fagociták ROS-t és reaktív nitrogénfajtákat termelnek. Ide tartozik a szuperoxid (•O−2), a nitrogén-oxid (•NO) és egy különösen reaktív peroxinitrit származék (ONOO-) [49] . Bár ezeknek a rendkívül aktív anyagoknak a fagociták citotoxikus aktivitásában való felhasználása károsítja a gazdaszöveteket, előnyt jelent ezen oxidánsok hatásának nem specifikussága, mivel a célsejt szinte minden részét károsítják [50] , ami megakadályozza hogy a kórokozó elkerülje az immunválasz ezen részét az egymolekulás célpont mutációjával.
A spermium DNS fragmentációja fontos etiológiai tényező a férfi meddőségben, mivel a magas szintű DNS fragmentációval rendelkező férfiak jelentősen csökkentik a fogantatás esélyét [51] . Az oxidatív stressz a spermium DNS fragmentálódásának fő oka [51] . A 8-OHdG marker magas szintje , ami oxidatív DNS-károsodásra utal, a spermiumok rendellenességeivel és a férfi meddőséggel jár együtt [52] .
Az oxidatív stressz körülményei között a korai öregedés mechanizmusának tanulmányozására használt modellpatkányok nagyobb DNS-károsodást szenvedtek a neocortexben és a hippocampusban, mint a kontrollpatkányok normál öregedés során [53] . Számos tanulmány igazolja, hogy az oxidatív stressz termékének, a 8-OHdG markernek a koncentrációja az életkorral növekszik az agy és az izom DNS-ében egerekben, patkányokban, futóegerekben és emberekben [54] . Az oxidatív DNS-károsodás és az öregedés összefüggéséről további információkat az öregedés mutációs elméletéről szóló cikkben talál. A tudósok azonban a közelmúltban azt találták, hogy a fluorokinol antibiotikum, az Enoxacin csillapítja az öregedés jeleit, és az oxidatív stressz kiváltásával megnöveli a C. elegans fonálférgek élettartamát [55] .
Az oxigénkatasztrófa , amely az oxigén biológiailag meghatározott megjelenésével kezdődött a Föld légkörében, körülbelül 2,45 milliárd évvel ezelőtt következett be. Úgy tűnik, hogy az ősi mikrokörnyezetekben a cianobaktériumok fotoszintéziséből adódó megnövekedett oxigénkoncentráció erős toxikus hatást gyakorolt a környező élővilágra. Ilyen körülmények között az oxidatív stressz szelektív nyomása kiváltotta az archeális leszármazási vonal evolúciós átalakulását az első eukariótákká [56] . Valószínű, hogy az oxidatív stressz más környezeti stresszekkel (például ultraibolya sugárzás és/vagy kiszáradás) együtt keletkezett, amelyek stimulálták a természetes szelekciót. Feltételezik, hogy az oxidatív DNS-károsodás hatékony kijavítására irányuló szelektív nyomás hozzájárult az eukarióta párosodási minták kialakulásához, ami olyan tulajdonságokhoz vezetett, mint a sejtfúzió, a citoszkeletális közvetítette kromoszómamozgások és a magmembrán megjelenése [56] . Így a meiotikus párosodás és az eukariogenezis evolúciója elválaszthatatlan volt azoktól a folyamatoktól, amelyek az oxidatív DNS-károsodás helyreállítását elősegítették [56] [57] [58] .
Felmerült, hogy az oxidatív stressz kritikus szerepet játszhat a COVID-19 kardiológiai szövődményeinek meghatározásában [59] .