Оксидативный (окислительный) стресс

Окислительный стресс (оксидативный) – это дисбаланс между свободными радикалами (активными формами кислорода) и антиоксидантами.

Что приводит к повреждению тканей, и может вызвать множество различных заболеваний: рак, заболевания мозга, проблемы с сердцем и многое другое

Все формы жизни сохраняют восстанавливающую среду внутри своих клеток.

Клеточный «редокс-статус» поддерживается специализированными ферментами в результате постоянного притока энергии.

Нарушение этого статуса вызывает повышенный уровень токсичных реактивных форм кислорода, таких как пероксиды и свободные радикалы. В результате действия реактивных форм кислорода такие важные компоненты клетки, как липиды и ДНК, окисляются.

Чем опасен окислительный стресс:
Избыток АФК приводит к :
повреждению сосудов и нервных клеток,
ускоряет старение и повышает риск болезней.
Оксидативный стресс признан одним из ключевых факторов в развитии сердечно-сосудистых патологий (атеросклероза, гипертонии), нейродегенеративных заболеваний (болезней Альцгеймера, Паркинсона), диабета, остеопороза и рака.
Долгосрочный окислительный стресс способствует развитию самых распространённых хронических болезней.
Также окислительный стресс играет огромную роль в процессе старения.

Важно понимать, что сами активные формы кислорода (АФК) существуют очень недолго и не «накапливаются» в организме, как часто говорят – опасны именно их эффекты.

Последствия окислительного стресса

При высоких концентрациях АФК могут повредить клеточные структуры, включая жиры (липиды, мембраны), белки и нуклеиновые кислоты (ДНК, РНК). Проблема еще заключается в том, что окислительное повреждение накапливается в течение всего жизненного цикла и играет ключевую роль в развитии возрастных заболеваний, таких как рак, артрит, мозговые нарушения и другие состояния.

Окислительный стресс вызывает диабет

Оба типа диабета показывают повышенный уровень свободных радикалов. Именно по этой причине возникновение диабета тесно связано с окислительным стрессом. Побочные реакции и продукты окислительного стресса способствуют развитию резистентности к инсулину, что является основой диабета. Кроме того, недавние исследования продемонстрировали прямую связь между дисбалансом АФК и антиоксидантами, что приводило к нарушению усвоения глюкозы.

Окислительный стресс вызывает ХОБЛ

АФК повреждают и нарушают функционирование нескольких видов белков, что наносит серьезный вред легким и может вызвать хроническую обструктивную болезнь лёгких (ХОБЛ). Вредные эффекты включают инактивацию клеток, чрезмерную секрецию слизи, повреждение мембран и гибель клеток. Это ведет к воспалению и еще большему усилению свободнорадикальных реакций.

Окислительный стресс и рак

Важным этапом в формировании рака является мутация ДНК, которая происходит при постоянном повреждении данной нуклеиновой кислоты. В то время как высокий уровень окислительного стресса является токсичным для клетки и вызывает гибель клетки, низкий уровень, напротив, может фактически стимулировать деление клеток на стадии продвижения и, таким образом, стимулировать рост опухоли.

Следовательно, если у вас уже есть рак, прием слишком большого количества антиоксидантов будет неэффективным, поскольку теоретически он может вызвать рост опухоли.

Головной мозг особенно уязвим перед окислительным стрессом.

Во-первых, нейроны потребляют огромное количество кислорода – около 20% всего О₂, поступающего в организм.

Высокая интенсивность обмена означает и высокое фоновое образование АФК. Во-вторых, мозг на ~60% состоит из липидов (миелин, мембраны), а ненасыщенные жирные кислоты легко поддаются перекисному окислению. В-третьих, нейроны плохо обновляются, поэтому накопленные повреждения более критичны.

Кроме нейродегенеративных расстройств, окислительный стресс в ЦНС ассоциирован с психическими заболеваниями.

Избыточное образование АФК в мозге обнаруживается у пациентов с депрессией, шизофренией, биполярным расстройством. Считается, что радикалы могут нарушать баланс нейромедиаторов и усиливать нейровоспаление, что отражается на настроении и поведении. Конечно, АФК – не единственный фактор риска этих болезней, но их роль подтверждена исследованиями. Например, в плазме больных депрессией часто снижен уровень антиоксидантов (витаминов E, C) и повышен уровень продуктов ПОЛ.

Остеопороз

Мало кто связывает остеопороз (потерю костной массы) со свободными радикалами, однако в последние годы показано, что окислительный стресс играет роль и в этом процессе. Костная ткань постоянно обновляется: остеобласты строят новую кость, остеокласты разрушают старую. В норме этот процесс сбалансирован. Но при хроническом увеличении АФК равновесие смещается в сторону разрушения.

Одной из причин служит тот факт, что при оксидативном стрессе организм тратит поступающие минералы (кальций, магний) и витамин D не на строительство кости, а на более неотложные нужды – попытку нейтрализовать избыток кислот и радикалов.

Согласно одной гипотезе, хроническое микроскопическое "закисление" организма (ацидоз), связанное с диетой и стрессом, заставляет вытягивать кальций из костей для буферизации кислот. АФК могут активировать остеокласты – клетки, разрушающие костную ткань, и ингибировать остеобласты. В результате кости истончаются и становятся хрупкими.

Что такое свободные радикалы

Свободные радикалы (или АФК) – это кислородосодержащие молекулы, которые имеют один или несколько неспаренных электронов, что придает им реактивность, по сравнению с другими молекулами.

Образуются они в процессе жизнедеятельности клеток и органов организма, во время тренировок, при воспалении или инфекции, а также в результате воздействия внешних факторов: ультрафиолетовых лучей, микроволнового и ультразвукового излучения, рентгеновского облучения, грязной окружающей среды и пр.

. Проще говоря, это ситуация, когда свободных радикалов становится слишком много, и защитные механизмы клеток не успевают их обезвредить. В норме такие реактивные молекулы образуются каждую секунду в процессе дыхания и обмена веществ, а антиоксиданты сразу их нейтрализуют. Но если баланс смещается в сторону окисления, агрессивные окислители начинают бесконтрольно повреждать ткани.

Окислительный стресс можно представить как своеобразную «ржавчину» внутри клеток. Когда молекулы кислорода превращаются в высокореактивные формы (например, радикалы), они стремятся отнять электрон у других молекул, чтобы стабилизироваться. Этот процесс запускает цепную реакцию окисления: пострадать могут липиды клеточных мембран, белки и даже ДНК. Особенно чувствительны к такой атаке мембраны, богатые ненасыщенными жирными кислотами – их перекисное окисление ведет к потере целостности клеток.

. В зависимости от силы стресса клетки могут погибнуть в результате апоптоза, когда внутреннее содержимое клетки успевает деградировать до нетоксичных продуктов распада, или в результате некроза, когда сила окислительного стресса слишком велика.

При некрозе клеточная мембрана нарушается и содержимое клетки высвобождается в окружающую среду, что может в результате повредить окружающие клетки и ткани.

Не все активные формы кислорода вредны для организма.

Некоторые из них полезны для уничтожения вторжения патогенных микроорганизмов. Но большинство из них нестабильны и быстро реагируют с макромолекулами в клетке, включая ДНК, липиды (жиры) и аминокислоты (строительные блоки белков).

Они захватают их электроны для своей собственной стабилизации. Это, в свою очередь, дестабилизирует макромолекулы и заставляет уже их самих искать себе электроны. Возникает цепь свободнорадикальных реакций и, собственно, процесс окислительного повреждения.

Иммунная система человека использует окислительный стресс для борьбы с патогенами, а некоторые реактивные формы кислорода могут служить посредниками в передаче сигнала.

«Передача сигнала» относится к любому процессу, при помощи которого клетка превращает один тип сигнала или стимула в другой.

Появление аэробного дыхания в процессе эволюции

Кислородная среда является достаточно агрессивной по отношению к микроорганизму. Умеренно-строгий анаэробный организм выживает в среде с молекулярным O2, однако не размножается. Микроаэрофилы способны выживать и размножаться в среде с низким парциальным давлением O2.

Если организм не способен «переключиться» с анаэробного типа дыхания на аэробный, но не гибнет в присутствии молекулярного кислорода, то он относится к группе аэротолерантных анаэробов. Например, молочнокислые и многие маслянокислые бактерии.

Облигатные анаэробы в присутствии молекулярного кислорода O2 гибнут -- например, представители рода бактерий и архей: Bacteroides, Fusobacterium, Butyrivibrio, Methanobacterium). Такие анаэробы постоянно живут в лишенной кислорода среде.

Поэтому, когда среда всей планеты много миллионов лет тому назад стала накапливать в себе большое количество молекулярного кислорода, большинство микроорганизмов погибло. Только малая часть смогла приспособиться и начать использовать кислород для дыхания, что дало им большое преимущество. А анаэробы остались развиваться в почве и бескислородных средах.

Именно аэробное дыхание выиграло в процессе эволюции

Аэробное дыхание не является залогом успеха развития микроорганизма. У него есть свои недостатки: например, окислительный стресс; также для него требуется больше затрачивать энергию.

Но тем не менее именно аэробное дыхание выиграло в процессе эволюции - практически все многоклеточные организмы являются аэробами, следовательно, аэробное дыхание - залог развития и преумножения жизни на Земле.

Как снизить окислительный стресс:

Поддерживайте здоровый вес и будьте физически активны. Жировая ткань при избытке становится источником воспалительных факторов, повышающих окислительный стресс. Снижение веса при ожирении приводит к уменьшению уровня системного воспаления и радикалов. Комбинация правильного питания и регулярных физических нагрузок – лучшая стратегия. Однако важно помнить про меру: умеренные нагрузки (кардиотренировки 3–5 раз в неделю по 30–45 минут или силовые тренировки 2–3 раза) стимулируют антиоксидантные ферменты и повышают устойчивость к стрессу. А вот перетренированность, наоборот, может повысить окислительный стресс.
Управляйте стрессом и высыпайтесь. Хронический психоэмоциональный стресс повышает уровень гормонов, которые усиливают образование АФК. Практикуйте техники релаксации: дыхательные упражнения, йогу, медитацию, прогулки на природе. Поддерживайте здоровый режим сна – 7–8 часов ночью.
Постарайтесь за 1–2 часа до сна уменьшить свет от экрана и расслабиться – это повысит качество сна и снизит уровень оксидативного стресса.
Нездоровое питание. Диета с высоким содержанием сахаров и переработанных продуктов способствует повышенному образованию АФК. Быстрые углеводы вызывают резкие скачки глюкозы в крови – глюкоза автокисляется и генерирует свободные радикалы, а также чрезмерно гликирует белки. Насыщенные и транс-жиры в избытке могут нарушать функцию митохондрий и эндотелия сосудов, повышая образование супероксида.
Курение. Табачный дым содержит множество свободных радикалов и токсичных соединений, повреждающих легочную ткань и истощающих запасы антиоксидантов (одна выкуренная сигарета может генерировать миллиарды свободных радикалов). У курящих системный уровень окислительного стресса значительно выше, что ускоряет повреждение сосудов и легких.

Во время глубокого сна активируется выработка антиоксидантных молекул (например, мелатонин – гормон сна – сам является антиоксидантом и помогает нейтрализовать радикалы мозга). Постарайтесь за 1–2 часа до сна уменьшить свет от экрана и расслабиться – это повысит качество сна и снизит уровень оксидативного стресса.

«Любая клетка, прежде всего, нуждается в нагрузках и ограничении».

Прекратите дышать, пока не надоест! Многие думают, что дыхательные упражнения состоят в том, чтобы вдыхать побольше кислорода. На самом деле все наоборот: во время этих упражнений лучше почти не дышать.

Кардиохирург академик Амосов, проживший 90 лет и ежедневно делавший дыхательную гимнастику, писал: «Любая клетка, прежде всего, нуждается в нагрузках и ограничении». Согласно Амосову, дыхательная гимнастика — это способ перекрыть клетке доступ кислорода и посмотреть, как она будет выкручиваться. Вдохни, затем выдохни из легких весь воздух и попробуй не дышать. Когда тебе это совсем-совсем надоест, отдышись и повтори процедуру.

Постарайся задержать дыхание хотя бы на три минуты — при регулярной практике у тебя это получится легко. И помни: мировой рекорд, поставленный дайвером Джанлукой Дженони, составляет 18 минут 3 секунды. Так что тебе есть куда расти.

Диагностика оксидативного стресса

Трудно представить себе такой диалог: «Что вас беспокоит? – Оксидативный стресс замучил, доктор».

Впрочем, на приеме у врача можно услышать и более удивительные вещи, – особенно в наше информированное время.

С отдельными симптомами окислительного стресса люди, как правило, обращаются к дерматологу, косметологу, неврологу, эндокринологу и т.д.,

однако в данном случае совершенно незаменим ВОП – врач общей практики.

Помимо обязательного индивидуального подхода, необходим

системный, многоплановый взгляд на ситуацию,
тщательный сбор анамнестических данных о наследственности,
образе жизни, рационе, режиме нагрузок и отдыха,
семейно-бытовой и социально-психологической ситуации пациента,
анализ комбинации и характера имеющихся нарушений (причем всех, а не только тех, которые пациент считает заслуживающими внимания и описывает без дополнительного расспроса).

Именно такой клинический анализ является основой диагностики оксидативного стресса; лабораторные анализы и, по мере необходимости, инструментальные исследования носят скорее характер подтверждающих, уточняющих и дифференциально-диагностических методов.

Как измерить оксидативный стресс

Есть прямые качественные и количественные методы, когда определяется конкретный окислительный агент, но они пока не получили широкого распространения.

Гораздо проще определить специфические соединения, которые образовались в результате повреждения белков, липидов или ДНК — например, продукты перекисного окисления липидов. В основном такие анализы используют в науке, хотя некоторые доступны в коммерческих лабораториях.

. Гораздо разумнее – комплексный и персонализированный подход.

В совокупности исследования подтверждают: окислительный стресс – не абстракция, а измеримая реальность, влияющая на здоровье.

Подтверждена его роль в патогенезе множества заболеваний. Однако и бороться с ним нужно грамотно, учитывая тонкости биохимии.

Простое заглатывание антиоксидантов – не панацея; гораздо перспективнее комплексные стратегии (диета, образ жизни + таргетные препараты), основанные на данных науки.

Важно помнить о балансе: цель – не полностью подавить все радикалы (это и невозможно, и вредно), а поддерживать перекисный гомеостаз – равновесие между образованием АФК и их нейтрализацией.

Природа мудро предусмотрела, что нам нужны и те и другие в меру. Поэтому бездумное поедание горстей витаминов (особенно дешевых форм) – не панацея, а иногда и риск. Гораздо разумнее – комплексный и персонализированный подход.

Консультируйтесь со специалистами

.Порой причиной избыточного оксидативного стресса могут быть скрытые проблемы: хронические инфекции,
дисбактериоз кишечника,
накопление тяжелых металлов,
гормональные дисбалансы.

В таких случаях нужно адресно решать первопричину.

Цель – устранить корневой фактор, а не только принимать антиоксиданты сверху. Такой подход гораздо эффективнее снижает окислительный стресс в долгосрочной перспективе.

Помните: избыток антиоксидантов может навредить так же, как и их недостаток. Всегда сообщайте врачу о всех принимаемых БАДах.

Витаминные антиоксиданты и риски:

Крупный метаанализ (68 РКИ) под эгидой Cochrane заключил, что длительный прием высоких доз витаминов A, E и бета-каротина ассоциирован с увеличением смертности.

В 47 строгих исследованиях антиоксидантные добавки повышали риск умереть в среднем на 5%. В частности, бета-каротин увеличивал смертность на 7%, ретинол – на 16%, а токоферол – на 4%. Результаты заставили научное сообщество осторожнее подходить к идее "таблеток от старости" из антиоксидантов.

Предполагается, что сверхдозы витаминов нарушают естественные сигнальные пути и могут сами играть прооксидантную роль в определенных условиях. Так или иначе, оптимизация питания выигрывает у таблетированных антиоксидантов (а назначаются чаще всего именно аптечные синтетические витамины) с точки зрения продления жизни.

Это не означает, что витамины – зло.

Дефицит антиоксидантов тоже вреден, и людям с установленным дефицитом добавки необходимы. Важно выбирать качественный БАД, содержащий нутриент в природной форме там, где это важно (например, витамины А, С, Е). Опасен именно избыток, особенно без показаний. Поэтому врачи призывают не принимать постоянно высокие дозы витаминов A, E, C без нужды.

Вспомним, что АФК – не только зло, они участвуют в клеточной сигнализации. Когда мы начинаем бесконтрольно подавлять их высокими дозами антиоксидантов, можно "отключить" важные сигнальные пути. Например, чрезмерное подавление АФК в опухоли может защитить раковые клетки от апоптоза, способствуя их выживанию. Известно, что у курильщиков, принимавших бета-каротин, помимо рака увеличилась частота инсультов – возможно, из-за нарушения адаптивных реакций сосудов.

Следует подчеркнуть: антиоксиданты не взаимозаменяемы. Каждый действует в своей среде и против определенных окислителей. Например, витамин E работает в жировых мембранах, а витамин C – в водной среде крови; SOD борется с супероксидом, а каталаза – с перекисью. «Пропустить вперед» друг друга они не могут. Поэтому необходимо разнообразие антиоксидантов. Один мощный антиоксидант не способен нейтрализовать все виды свободных радикалов.