Wolne rodniki – kiedy są dla nas zagrożeniem?

O wolnych rodnikach słyszymy dużo, ale czy na pewno wiemy, jaką rolę pełnią w naszym organizmie? Zazwyczaj kojarzą nam się negatywnie, a tak naprawdę spełniają szereg istotnych zadań, które zapewniają prawidłowe funkcjonowanie organizmu. Dopiero ich kumulacja może wyrządzić nam krzywdę! Czym są wolne rodniki i co powodują?

Czym są wolne rodniki?

To, że tlen z powietrza jest niezbędny do życia jest sprawą oczywistą. Jest też jednym ze składników potrzebnych do tworzenia energii chemicznej. Oddychanie komórkowe wiąże się również z powstawaniem produktów ubocznych, jakimi są reaktywne formy tlenu – wolne rodniki.

Z definicji wiemy, że termin „wolny rodnik” oznacza atom lub cząsteczkę zdolną do samodzielnego istnienia i posiadającą jeden lub więcej niesparowanych elektronów. Obecność niesparowanego elektronu powoduje przyciąganie rodników przez pole magnetyczne. Należy zaznaczyć, że charakteryzuje je duża reaktywność, spowodowana dążeniem do pozbycia się nadmiarowego elektronu lub przyłączeniem kolejnego od innej cząsteczki. 

Sporą grupę wolnych rodników stanowią związki tlenu (ROS Reactive Oxygen Species) i azotu (RONS Reactive  Oxygen i Nitrogen Species). Przykładów ich reaktywnych form jest dosyć sporo, ale najpopularniejsze z nich to m.in.:

• rodnik wodoronadtlenkowy,
• anionorodnik ponadtlenkowy,
• tlen singletowy,
• ozon,
• nadtlenek wodoru,
• rodnik hydroksylowy,
• monotlenek azotu,
• ditlenek azotu,
• rodnik nadtlenkowy.

Sprawdź: Resweratrol – właściwości.

Wolne rodniki – proces powstawania

Wolne rodniki powstają w przebiegu różnych procesów metabolicznych, np. podczas reakcji obronnych układu immunologicznego lub pod wpływem licznych czynników zewnętrznych, takich jak: promieniowanie jonizujące, ultradźwięki, promieniowanie nadfioletowe, ozonowanie wody czy pożary. 

Wewnętrznie powstanie wolnych rodników może mieć miejsce w trakcie stresu oksydacyjnego lub być produktem ubocznym tlenowego metabolizmu komórki. Nieprawidłowa dieta, palenie tytoniu czy nadmierne spożywanie alkoholu, życie w przewlekłym stresie oraz krótki, zaburzony sen także mogą przyczynić się do powstawania ich w nadmiernych ilościach. 

Wolne rodniki – zakres działania

Pomimo złej reputacji wolne rodniki odgrywają ważną rolę dla prawidłowego funkcjonowania ludzkiego organizmu. W warunkach równowagi organizmu reaktywne rodniki tlenowe, uwalniane w odpowiednim i bezpiecznym dla komórki stężeniu, pełnią rolę mediatorów i regulatorów licznych procesów komórkowych. 

Wolne rodniki wpływają na wzrost, proliferację, różnicowanie i apoptozę komórek (śmierć komórki). Mają wpływ także na syntezę, uwalnianie oraz inaktywację tlenku azotu. Dodatkowo pobudzają transport glukozy do komórek. 

Jedną z najważniejszych funkcji wolnych rodników jest regulacja procesów przekazywania sygnałów z komórki do komórki, także w jej obrębie. 

Reaktywne rodniki tlenowe uczestniczą także w prawidłowym działaniu układu immunologicznego. Nasze komórki fagocytujące (takie jak monocyty, makrofagi czy granulocyty) potrzebują wolnych rodników do usunięcia wnikających do organizmu patogenów. 

To proces nazwany przez naukowców „wybuchem tlenowym”. Wiąże się on z kilkudziesięciokrotnym wzrostem zużycia tlenu potrzebnego między innymi do uwolnienia sporych ilości anionorodnika ponadtlenkowego. Udowodniono także, że reaktywne rodniki tlenowe wpływają na limfocyty T poprzez nasilenie ich działania oraz przyczyniają się do ich przenikania z układu krążenia do obszaru reakcji zapalnej. 

To może Cię zainteresować: Ból i stan zapalny – jak sobie z nimi radzić naturalnie?

Wolne rodniki i ich szkodliwe działanie

Teraz kilka słów o nieco gorszym obliczu wolnych rodników. W momencie przewagi wolnych rodników, funkcje obronne naszego organizmu zmniejszają się. Może skutkować to uszkodzeniami biocząsteczek, takich jak białka, lipidy i DNA. Dochodzi wówczas do tak zwanej modyfikacji zasad azotowych oraz reszt cukrowych. 

Zniszczenie DNA w komórce pociąga za sobą wiele negatywnych konsekwencji. To między innymi zakłócenie procesów transkrypcji i replikacji, co może doprowadzić nawet do mutagenezy (mutacja DNA). Warto zaznaczyć, że wpływ wolnych rodników na komórki zależy w dużym stopniu od ich stężenia i czasu działania. 

Czym jest stres oksydacyjny?

Czytając liczną literaturę naukową na pewno natknęliście się na termin stres oksydacyjny. Zdecydowanie nie jest to stan pożądany dla naszego organizmu. Można określić go jako zaburzenie równowagi między natężeniem procesów oksydacyjnych, które indukują powstawanie reaktywnych form tlenu (RFT) i przeciwdziałającym systemem obronnym – antyoksydacyjnym. 

Szczególnie narażone na stres oksydacyjny są: układ oddechowy, układ krążenia, układ moczowy, układ pokarmowy, mózg, trzustka i narząd wzroku. Stres oksydacyjny oddziałujący na organizm przez dłuższy czas, przy jednoczesnym braku sprawnie funkcjonujących mechanizmów naprawczych komórki, może powodować: utlenianie błon komórkowych, zmiany w strukturze i modyfikacje funkcji białek oraz uszkodzenie DNA. Z kolei te procesy mogą zainicjować rozwój choroby nowotworowej oraz stymulować również powstawanie chorób zwyrodnieniowych, takich jak choroba Parkinsona czy choroba Alzheimera.

Naukowcy już dawno udowodnili, że stres oksydacyjny jest ważnym czynnikiem w patogenezie wielu chorób, m.in. układu krążenia, płuc, oczu, zapalenia wątroby, zapalenia trzustki, cukrzycy i chorób degeneracyjnych układu nerwowego. 

W wyniku stresu oksydacyjnego dochodzi do peroksydacji lipidów, tj. utlenienia nienasyconych kwasów tłuszczowych wchodzących w skład fosfolipidów, w konsekwencji czego powstają nadtlenki tych związków. Głównym produktem peroksydacji lipidów jest MDA (malonylodialdehyd). Wysokie stężenie MDA w organizmie powoduje zmianę przepuszczalności błony komórkowej, rozprzęganie fosforylacji oksydacyjnej w mitochondriach, co może przyczynić się nawet do śmierci komórki. 

Skutkiem nagromadzenia się wolnych rodników jest także rozwój miażdżycy, gdyż doprowadzają one do uszkodzenia naczyń krwionośnych oraz utlenienia lipidów! 

Przeczytaj także: Jak stres wpływa na powstawanie chorób?

Obrona przed stresem oksydacyjnym

Posiadamy dwa systemy obrony przed wolnymi rodnikami. Jest to tak zwany mechanizm antyoksydacyjny enzymatyczny oraz mechanizm antyoksydacyjny nieenzymatyczny. 

Mechanizm antyoksydacyjny enzymatyczny

Ten mechanizm składa się ze specjalnych enzymów, które mają za zadanie usuwanie wolnych rodników oraz zapobiegają ich powstawaniu. Do tych enzymów zaliczamy np:

• SOD – jest odpowiedzialny głównie za obronę przeciwko szkodliwemu działaniu nadtlenków w komórkach. Możemy wyróżnić tutaj trzy izoformy dysmutazy ponadtlenkowej.
• CAT – stanowi system obronny komórki, głównie przed toksycznym działaniem nadtlenku wodoru.
• Gpx – jest selenoenzymem, uczestniczy w redukcji nadtlenku wodoru oraz nadtlenków organicznych. Wpływa także na przekształcanie glutationu. Wyróżniamy 4 postacie tego enzymu. Trzy z nich są obecne między innymi w erytrocytach, przewodzie pokarmowym, wątrobie, nerkach, gdzie chronią je przed utleniaczami. Czwarty z nich (PHGPx) ma bardzo istotne zadanie, chroni on błony komórkowe przed utlenianiem lipidów. 

Mechanizmy obrony stanowią tu trzy etapy:

• Etap prewencyjny – pierwsza linia obrony, która zapobiega inicjacji łańcucha wytwarzania wolnych rodników. Należą tu: dysmutaza ponadtlenkowa, katalaza i peroksydaza glutationowa.
• Etap naprawczy – układ przerywający łańcuch reakcji na poziomie rozprzestrzeniania się. zaliczamy do nich: witaminę A, C i E, bilirubinę, glutation, kwas moczowy, karnitynę i flawonoidy; 
• Etap usuwania –  to produkty reakcji wolnych rodników poprzez naprawę lub eliminowanie uszkodzonych cząstek. Tak działa np. polimeraza DNA. 

Mechanizm antyoksydacyjny nieenzymatyczny

Drugi z mechanizmów stanowią wszystkie antyoksydanty egzogenne dostarczane do organizmu z pożywieniem. Są to najczęściej substancje, takie jak: witamina C, A (betakaroten) i E oraz minerały takie jak: selen, cynk czy miedź lub jedna z największych grup – polifenole. 

Ten system opiera się także na drobnocząsteczkowych substancjach znajdujących się w komórce lub w przestrzeni zewnątrzkomórkowej. Do tych związków (endogennych) należą głównie kwas moczowy, glutation oraz pochodne estradiolu. Usuwają one wolne rodniki, gdy te umykają działaniu enzymów i działają na zasadzie drugiej linii obrony.

UWAGA: warto zaznaczyć, że dopiero połączenie tych dwóch mechanizmów antyoksydacyjnych (enzymatycznego i nieezymatycznego) stanowi najlepszą obronę organizmu przed wolnymi rodnikami. 

Antyoksydanty a wolne rodniki 

Nadmiar lub nierównowaga wolnych rodników w organizmie może doprowadzić do stresu oksydacyjnego, a to z kolei zwiększa ryzyko rozwoju wielu chorób. Na szczęście posiadamy grupę czynników obronnych i mechanizmów naprawczych, stanowiących tak zwany układ ochronny ADS (antioxidant defense system). 

Z definicji antyoksydantem lub też przeciwutleniaczem nazywamy substancję, która już nawet w niewielkim stopniu chroni przed utlenianiem lub znacząco spowalnia utlenianie substratu. 

Na czym polega ich ochronne działanie? Antyoksydant oddaje elektron, którego brakuje wolnemu rodnikowi, zanim ten pobierze go od innej, fizjologicznie ważnej cząsteczki (może to być np. DNA, enzymu czy lipidu). 

Antyoksydanty stanowią potężną grupę różnych substancji, które mogą znajdować się w pożywieniu, lekach, suplementach lub wielu substancjach ziołowych. 

Do przeciwutleniaczy możemy zaliczyć:

• karotenoidy (np. beta-karoten, likopen),
• witaminy (witamina C, witamina E),
• polifenole (jedna z największych grup – kwasy fenolowe, flawonoidy, antocyjany, izoflawony, flawony, flawanony, flawonole, proantocyjanidyny),
• minerały – selen i jego związki.

Bez wątpienia naszą codzienną dawką przeciwutleniaczy są  po prostu pokarmy i napoje, które codziennie spożywamy. Jak pokazują badania, w 2009 roku statystyczny Polak spożywał ich około 441 mg dziennie. Głównym źródłem antyoksydantów są warzywa i owoce, ale także pieczywo, kawa i herbata, czekolada oraz czerwone wino. 

Antyoksydanty występujące w produktach spożywczych możemy znaleźć między innymi w:

• owocach – aronii, owocach jagodowych, czarnym bzie, jabłkach i owocach cytrusowych,
• warzywach: kapuście, brokułach, burakach, fasoli, czosnku i zielonych warzywach, 
• napojach – herbacie, kawie, herbatach ziołowych i czerwonym winie,
• przyprawach – kurkumie, pieprzu, tymianku, majeranku, oregano i curry,
• innych produktach, takich jak : orzechy, czekolada, oleje roślinne na zimnotłoczone nierafinowane.

Sprawdź także: Dieta śródziemnomorska receptą na dobre zdrowie i samopoczucie.

Wolne rodniki – podsumowanie

Wolne rodniki są niezbędne do prawidłowego działania naszego organizmu. Dopiero ich nierównowaga z antyoksydantami może powodować negatywne konsekwencje jak np. stres oksydacyjny –  odpowiedzialny za rozwój wielu chorób. 

Niestety w obecnych czasach każdego dnia jesteśmy narażeni na oddziaływanie ogromnych ilości czynników kancerogennych ze środowiska, skutkujących pojawieniem się nadmiernej ilości wolnych rodników w naszym organizmie. Dlatego tak ważne jest, aby codzienna dieta dostarczała niezbędną porcję przeciwutleniaczy.

Z badań jasno wynika, że stała obecność w diecie warzyw, owoców oraz innych produktów spożywczych zawierających antyoksydanty chroni nasze DNA, białka i lipidy przed uszkodzeniem a tym samym obniża ryzyko wystąpienia wielu chorób. 

Bibliografia

1. Kulbacka J, Saczko J, Chwiłkowska A, Stres oksydacyjny w procesach uszkodzenia komórek, Polski Merkuriusz Lekarski, 2009, 157(44), s.44-47;
2. Zabłocka A, Janusz M, Dwa oblicza wolnych rodników tlenowych, Postepy Hig Med Dosw, 2008, 62, s. 118-124;
3. Puzanowska-Tarasiewicz H, Kuźmicka L, Tarasiewicz M, Antyoksydanty a reaktywne formy tlenu, BROMAT. CHEM. TOKSYKOL. – XLIII, 2010, 1, s. 9-14; 
4. Karbarz M, Źródła powstawania i oddziaływanie środowiskowe wolnych rodników, Zeszyty Naukowe SGSP, 40, s. 59-67 
5. Skotnicka M, Golan M, Szmukała N, Rola naturalnych przeciwutleniaczy pochodzenia roślinnego w profilaktyce nowotworowej, Ann. Acad. Med. Gedan. 2017, 47, s. 119-127;
6. Białek M, Czauderna M, Budowa chemiczna oraz funkcje fizjologiczne wybranych antyoksydantów, Instytut Fizjologii i Żywienia Zwierząt im. Jana Kielanowskiego Polskiej Akademii Nauk, Jabłonna 2016; 
7. Oliński R, Jurgowiak M, Żelazo, wolne rodniki i oksydacyjne uszkodzenia DNA a choroba miażdżycowa, Via Medica, 2002, 8(2), s. 37-44;
8. Czajka A, Wolne rodniki tlenowe a mechanizmu obronne organizmu, Nowiny Lekarskie, 2006, 75(6), s. 582-586.
9. Czerwiecki L, Współczesne poglądy na rolę przeciwutleniaczy roślinnych w profilaktyce chorób cywilizacyjnych, ROCZN. PZH 2009, 60 (3), s. 201 – 206;
10. http://www.e-biotechnologia.pl/Artykuly/Enzymy-antyoksydacyjne/