Stress ossidativo
Sara Roversi
Sara Roversi

Stress ossidativo: Cos’è? Sport, Test, capelli, pelle e marcatori

Indice

Si sente spesso parlare di stress ossidativo in ambito medico ed estetico. Ma che cos’è realmente lo stress ossidativo e quali danni può arrecare ai tessuti biologici? A che cosa servono gli antiossidanti e quale ruolo hanno nell’organismo? Lo stress ossidativo indica una condizione patologica causata dalla rottura dell’equilibrio fisiologico, in un organismo vivente, fra la produzione e l’eliminazione, da parte dei sistemi antiossidanti, di specie chimiche ossidanti. In chimica, un ossidante è un composto instabile che “ruba” elettroni da altre strutture chimiche, facendole diventare a loro volta instabili ed innescando un circolo vizioso.

Stress ossidativo: cos’è?

Le specie ossidanti capaci di causare stress ossidativo sono anche chiamate radicali liberi. Questo nome deriva dal fatto che queste molecole sono fortemente instabili ed attaccano molecole e strutture biologiche, cercando di rubare elettroni che sono loro necessari al raggiungimento di un equilibrio. Così facendo, però, le molecole attaccate dalle specie reattive diventano instabili a loro volta (“radicali”), cercheranno di rubare elettroni ad altre molecole e così via, generando di conseguenza una cascata di composti dannosi che distruggono le componenti cellulari (stress ossidativo). Quindi, i radicali liberi sono atomi particolarmente reattivi che contengono almeno un elettrone spaiato nel loro orbitale più esterno.

Nella cellula, anche i radicali liberi hanno un ruolo; ciò che provoca lo stress ossidativo è un eccesso di specie ossidanti rispetto alle specie antiossidanti.

I radicali liberi danneggiano principalmente 3 molecole:

  • DNA. Il DNA altro non è che una grossa molecola che trasporta l’informazione genetica. Pur essendo protetta all’interno del nucleo, i radicali liberi la atttaccano causando mutazioni e danni che sono la principale causa del cancro e dell’invecchiamento.
  • Lipidi. La perossidazione lipidica danneggia la membrana plasmatica delle cellule e causa la deposizione delle placche aterosclerotiche nelle arterie.
  • Proteine. L’ossidazione delle proteine e degli amminoacidi danneggia il metabolismo cellulare e le funzioni biologiche delle proteine.

stress ossidativo

Radicali liberi e specie chimiche ossidanti

Siamo abituati a pensare ai radicali liberi come specie reattive dell’ossigeno (ROS), ma non esistono solo questi. Le specie chimiche ossidanti possono:

  • esibire o meno una natura radicalica, a seconda che possiedano o meno, rispettivamente, almeno un elettrone spaiato in uno degli orbitali più esterni;
  • contenere atomi di vari elementi (ossigeno, carbonio, azoto, alogeni ecc.)

Quindi, i responsabili dello stress ossidativo non sono solo i radicali liberi dell’ossigeno ma anche di altri elementi. Possono provocare questa patologia specie sia radicali che non radicali (come, ad esempio, l’anione superossido e il perossido d’idrogeno) o su altri elementi, quali lo zolfo (ad esempio il radicale tiile) o il cloro (ad esempio acido ipocloroso).

Perché esistono le specie ossidanti?

Come ogni molecola nel nostro organismo, anche i radicali liberi hanno un ruolo ben preciso.

I radicali liberi, in quanto frutto del normale metabolismo cellulare, giocano un ruolo rilevante nell’intero organismo perché partecipano a diverse funzioni essenziali.

Le specie ossidanti e i radicali liberi svolgono importantissimi ruoli fisiologici, quali:

  • difesa dai batteri. I leucociti usano l’anione superossido, il perossido di idrogeno ed il radicale ossidrile per attaccare e disgregare i batteri patogeni
  • trasmissione dei segnali biochimici fra le cellule
  • controllo della pressione arteriosa
  • smaltimento degli scarti cellulari all’interno dei perossisomi
  • processo di apoptosi (morte cellulare programmata)

L’eccesso di radicali liberi tuttavia è la causa dello stress ossidativo, che a sua volta è associato a numerose malattie come aterosclerosi, ipertensione arteriosa, malattia di Parkinson, malattia di Alzheimer, diabete mellito, colite, artrite reumatoide, favismo, ecc., oltre che nella tumorigenesi e nel processo di invecchiamento.

Il ruolo degli antiossidanti per mantenere l’equilibrio

Dato che la produzione di radicali liberi è un processo fisiologico che non può essere arrestato, il nostro organismo ha sviluppato un meccanismo di difesa verso queste sostanze, costituito da molecole in grado di legarsi ai ROS, inattivandoli. Si tratta degli antiossidanti, in parte prodotti dalle nostre cellule (endogeni), in parte assunti con l’alimentazione (esogeni). Questo sistema fa sì che la presenza di radicali liberi nel nostro organismo non superi mai i livelli di guardia che possono mettere a rischio la nostra salute. Perché ciò avvenga, però, ci deve essere proporzione tra radicali liberi e antiossidanti. Se questo non accade, i radicali liberi si accumulano e diventano nocivi, scatenando una catena di reazioni di ossidazione.

Stress ossidativo

Come vengono prodotti i radicali liberi

I radicali liberi sono un prodotto fisiologico del metabolismo cellulare. Tra i fattori endogeni responsabili della loro produzione ci sono, per esempio:

  • Produzione aerobica di energia nei mitocondri
  • Metabolismo degli acidi grassi
  • Attività batterio-tossica dei leucociti in risposta alle infezioni
  • Predisposizione genetica
  • Patologie metaboliche

Esistono poi fattori esterni che determinano la produzione di radicali liberi:

  • Inquinamento atmosferico
  • Droghe, alcol, farmaci
  • Fumo di sigaretta
  • Esposizione a raggi UV, radiazioni, prodotti chimici o metalli pesanti, che possono indurre modificazioni nella sequenza del DNA con effetti mutageni sulle cellule
  • Stress psico-fisico prolungato, anche legato ad intensa attività fisica
  • Cottura degli alimenti: la cottura alla brace ed a temperature molto elevate determina la formazione di benzoapirene, un idrocarburo nocivo per la salute
  • Dieta povera di frutta e verdura, che sono alimenti ricchi di antiossidanti

Stress ossidativo e sport

I mitocondri, le centrali energetiche della cellula, sfruttano le molecole biologiche (grassi, zuccheri ed in minor misura proteine) per generare energia, ma durante questo processo vengono prodotti radicali liberi. Gli sportivi (specialmente chi si allena intensamente) hanno bisogno di un surplus di energia che si traduce in una maggior produzione di specie reattive. Gli allenamenti prolungati ed intensi, come quelli degli atleti professionisti, provocano un intenso stress ossidativo causato dall’eccessiva produzione di radicali liberi che i sistemi antiossidanti non sono in grado di smaltire. Siccome si determina un eccesso di specie reattive, per contrastare l’iperproduzione di ossidanti è importante avere un’alimentazione ricca di antiossidanti (frutta e verdura).

Nel caso non ci sia un bilanciamento, nel corso del tempo ci possono essere effetti negativi connessi all’eccesso di radicali liberi: questo riduce la performance, causa indolenzimento post-allenamento, compromette la capacità di recupero e provoca un’infiammazione generalizzata.

stress ossidativo

Test per lo stress ossidativo

La maggior parte dei test specifici per lo stress ossidativo si basa sul principio generale secondo cui lo squilibrio tra produzione ed eliminazione di radicali liberi causa l’aumento dei livelli di una serie di specie molecolari modificate dall’attacco ossidativo. Queste molecole possono essere dosate per quantificare il danno ossidativo in atto nel soggetto. Al contrario, esistono anche test che dosano la quantità di antiossidanti.

Test d-ROMs (Metaboliti Reattivi dell’Ossigeno)

Poiché la perossidazione è uno dei più comuni meccanismi del danno indotto dai radicali liberi, il dosaggio degli idroperossidi (ROOH) fornisce un’indicazione molto affidabile dell’entità del danno ossidativo subito dall’organismo. Il test d-ROMs quantifica lo stato di ossidazione del sangue e consente di determinare la capacità ossidante del plasma dovuta agli idroperossidi (ROOH), sostanze appartenenti alla classe dei metaboliti reattivi dell’ossigeno (Reactive Oxygen Metabolites, ROMs). Nei soggetti sani il d-ROMs assume un valore compreso fra 250 e 300 UNITÀ CARR, che ne rappresenta anche l’intervallo o range di normalità. Valori superiori a 300 U CARR sono indicativi di una condizione di stress ossidativo.

In linea di massima, valori elevati del d-ROMs test si osservano in soggetti esposti a fattori di rischio per lo stress ossidativo o a patologie associate ad alterazioni del bilancio ossidativo.

BAP test (Biological Antioxidant Potential)

Il BAP test misura la componente globale antiossidante nel sangue e consente, sostanzialmente, di determinare la concentrazione ematica delle sostanze antiossidanti. Il BAP test fornisce una misurazione globale di molti antiossidanti, quali:

In altre parole, come per altri test per la misurazione dello stato antiossidante (per esempio TAS, della Randox, o l’ORAC test), il BAP test non è stato progettato per fornire informazioni circa la concentrazione di un singolo antiossidante perché questa da sola avrebbe scarsissimo valore clinico.

Stress ossidativo e capelli

Una situazione di stress ossidativo prolungato può danneggiare il bulbo pilifero e rendere i capelli deboli, fragili, secchi e facili a spezzarsi. L’eccesso di radicali liberi può anche far cadere i capelli, creare le doppie punte e, nel corso del tempo, danneggiare anche la produzione di melanina facendo diventare il capello bianco.

I capelli bianchi in giovane età possono essere un campanello d’allarme per una eccessiva produzione di specie ossidanti, cui è necessario porre rimedio prima che si inneschi il meccanismo di caduta.

capelli secchi

Stress ossidativo e pelle

Uno degli effetti più evidenti dello stress ossidativo è l’invecchiamento cutaneo, che si accompagna alla comparsa di rughe (naso-labiali, frontali ecc) ed alla secchezza della cute. La pelle perde elasticità per effetto dell’azione dannosa delle specie ossidanti sul collagene e sulle strutture sottocutanee deputate al sostegno della microstruttura del derma. Il processo di invecchiamento è naturale, ma può presentarsi anche in soggetti giovani come diretta conseguenza dello stress ossidativo.

Marcatori di stress ossidativo

Marker di ossidazione

Siccome l’analisi diretta dei ROS/RNS è estremamente difficile a causa della loro elevata reattività e breve emivita (nell’ordine di pochi secondi per il radicale superossido, l’ossigeno ed il radicale idrossile), lo studio dello stress ossidativo si avvale principalmente di metodi in grado di rilevare le alterazioni da essi indotte su proteine, lipidi e DNA.

  • 4-idrossi-nonenale (4HNE): è un’aldeide prodotta dalla perossidazione lipidica avanzata, che consegue all’azione delle specie reattive dell’ossigeno sugli acidi grassi e sui lipidi di membrana.
  • 3-nitrotirosina (3NT): marker di ossidazione delle proteine. E’ il prodotto della nitrazione dell’aminoacido tirosina ad opera delle specie reattive dell’azoto (RNS), analoghe ai ROS. E’ un efficace indicatore di attacco ossidativo sulle proteine.
  • 8-idrossi-deossi-guanosina (8OHdG): è un marcatore di danno ossidativo sul DNA, ideale per la valutazione del grado di stress ossidativo sistemico.

Marker antiossidanti

Anche le diminuzioni delle molecole con capacità antiossidante sono considerate marcatori indiretti di stress ossidativo:

  • Coenzima Q10. Contrasta il processo di invecchiamento generale e i fenomeni legati al declino senile ed al danneggiamento dei tessuti cutanei. Partecipa alle reazioni di ossido-riduzione mitocondriali grazie alla sua capacità di trasferire elettroni e di agire come antiossidante. Tende a diminuire con l’invecchiamento ed è un importante indicatore di funzionalità dei mitocondri.
  • Glutatione. È un potente antiossidante. Interviene nel sistema immunitario, migliora l’utilizzo e la biodisponibilità del ferro ingerito con gli alimenti. Aiuta l’organismo a liberarsi dai metalli tossici come il mercurio, piombo, cadmio. Tampona gli effetti tossici dell’alcool, degli additivi e delle sostanze chimiche ingerite.
  • Vitamina A. Essenziale per le cellule epiteliali, per la vista, per la crescita delle ossa e dei denti, per la normale maturazione sessuale nell’adolescente e la fertilità nell’adulto. La vitamina A aumenta la resistenza alle infezioni, protegge la pelle dai danni causati dall’esposizione al sole ed ha un potente effetto antiossidante.
  • Vitamina B. Essenziale per la crescita, importanti nella sintesi degli ormoni, importanti per il corretto metabolismo delle cellule e dei tessuti.
  • Acido L-ascorbico (vitamina C). È una vitamina idrosolubile dalle proprietà antiossidanti che svolge numerose funzioni nel nostro organismo e si acquisisce soprattutto attraverso l’alimentazione. Ricopre un ruolo importante nel benessere dell’organismo, permette una corretta sintesi del collagene, che ha il compito di rinforzare la cute, le ossa e i vasi sanguigni.
  • Vitamina E. È la vitamina antiossidante per eccellenza, protegge i lipidi delle membrane cellulari e svolge un ruolo protettivo sulle LDL (lipoproteine a bassa densità), principale bersaglio dei radicali liberi.

Stress ossidativo: cause e conseguenze

Lo stress ossidativo è una condizione patologica che può essere localizzata (quando le lesioni causate dai radicali liberi sono circoscritte a distretti specifici dell’organismo) oppure sistemica, se lo coinvolgono nella sua interezza. Ma quali sono le cause dello stress ossidativo?

  • Aumentata produzione di radicali liberi (determinata da agenti chimici, fisici o biologici, aumentato metabolismo degli acidi grassi)
  • Meno efficace difesa antiossidante dell’organismo
  • Combinazione di entrambi i fattori

Ecco alcune conseguenze dello stress ossidativo:

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