Le stress oxydant

Dernière mise à jour : 2023-12-24

La production des radicaux libres est liée à des processus naturels d'oxydation : des radicaux libres sont très utiles pour l'organisme! Sa production physiologique est parfaitement en équilibre grâce aux systèmes de défense, adaptables aux taux de radicaux libres disponibles.

Sommaire :

Un stress oxydant? Ou stress réducteur?

Les radicaux libres

Les radicaux libres les plus importants

L'origine des radicaux libres

Les mécanismes de contrôle

Les systèmes de défense antioxydant

Côté pratique

Contenu :

Stress oxydant? Ou stress réducteur?

Notre métabolisme est efficace lorsque les électrons se déplacent rapidement et facilement dans la chaîne de transport d'électrons de la mitochondrie. Lorsque les électrons sont empêchés d'avancer, ils peuvent fuir à travers la membrane mitochondriale, où ils se combinent à l'oxygène et créent un excès de ROS.

Plus votre métabolisme est efficace, plus vous vieillissez lentement, car un métabolisme efficace crée moins d'espèces réactives de l'oxygène (ROS).

L'oxygène est un accepteur d'électrons, un oxydant. Les électrons devraient idéalement être couplés à l'oxygène à la toute fin par le complexe 4 de la chaîne de transport d'électrons. La création excessive de ROS à partir de l'oxygène ne se produit que lorsque les électrons ne parviennent pas assez rapidement à l'oxygène dans l'étape 4 de la chaîne de transport d'électrons.

Lorsque les électrons s'accumulent dans le complexe 1 ou 3, ce qui est généralement le cas, les électrons excédentaires fuient à travers la membrane mitochondriale et commencent à se combiner avec l'oxygène moléculaire, créant ainsi un excès de ROS. L'oxygène moléculaire est toujours présent, mais il n'est utile que lorsqu'il est utilisé dans l'étape finale, à savoir la cytochrome C oxydase. À tout autre moment, l'interaction de l'oxygène avec les électrons libres pose des problèmes.

Cependant, ces espèces d'oxygène ne sont pas oxydantes. Ce ne sont plus des oxydants. Elles ont accepté un ou deux électrons, elles sont donc plutôt réductrices comme les anions hydroxyles ou superoxydes. Car les électrons sont naturellement réducteurs. Par conséquent, en tant que donneur d'électrons, un aliment est un agent réducteur.

Ensemble, les radicaux hydroxyles et les anions superoxydes représentent environ 90 % des ROS générés, et tous deux sont des agents réducteurs à un électron. Cela signifie qu'ils peuvent attaquer et endommager l'ADN, diverses enzymes et des tissus importants tels que la membrane mitochondriale interne et la cardiolipine (voir "Mitochondries").

Mais les radicaux hydroxyles et les anions superoxydes ne sont pas des oxydants. Ils sont une forme réduite de l'oxygène, ils sont donc très réactifs et peuvent causer beaucoup de dégâts, mais la raison pour laquelle ils sont présents est qu'il y avait un excès d'électrons au départ, et un excès d'électrons est par définition un état de réduction. En bref, ce n'est que lorsque vous êtes dans un état de réduction que le stress oxydant et la production subséquente de ROS peuvent se produire.

Le terme de "stress oxydant" donné à cet état de réduction (comme si l'oxygène en était la cause) est trompeur. L'oxygène en lui-même ne fait pas beaucoup de dégâts, à condition que les électrons, les réducteurs, circulent ou se déplacent de manière appropriée. En bref, l'oxygène est un spectateur innocent dans ce processus. Le véritable coupable est l'accumulation excessive d'électrons.

Ainsi, en cas d'accumulation excessive d'électrons, qui est par définition un état de stress réducteur, l'organisme peut dissiper les électrons en synthétisant des graisses ou en créant des ROS. L'organisme doit ensuite désactiver ces ROS pour éviter des dommages excessifs.

Un certain nombre d'enzymes et d'antioxydants peuvent le faire. Mais la question est de savoir pourquoi prendre la peine de compléter ces substances si le problème, dès le départ, était un faible métabolisme de base, c'est-à-dire que le processus métabolique ne fonctionne pas assez rapidement pour empêcher l'accumulation d'électrons?

Paradoxalement, la façon de se débarrasser du "stress oxydatif", ou plutôt du stress réducteur, est d'augmenter l'oxydation, c'est-à-dire d'augmenter le métabolisme. Cela empêche la production de ROS. La prise continue d'antioxydants ne fait alors que masquer le problème.

Les radicaux libres

Les radicaux libres (ou oxydants) sont des petites molécules comportant au moins un atome d'oxygène et dont la structure électronique est déséquilibrée (électron célibataire). Libres parce qu'il leur manque un électron. Ils sont très instables, ce qui leur confère une grande réactivité sur les constituants de l'organisme (y compris l'ADN) avec lesquels ils vont échanger un électron pour en faire à leur tour des composés radicalaires, dotés de propriétés voisines.

Les phénomènes radicalaires sont omniprésents dans notre vie et notre métabolisme. Ils se forment d'une façon inévitable en parallèle au métabolisme énergétique et par une multitude d'autres voies.

Les radicaux libres sont même cruciaux pour le bon fonctionnement de certaines enzymes, ils aident dans la traduction des signaux cellulaires, ils interviennent dans la défense immunitaire de l'organisme contre des substances étrangères, et dans la destruction par apoptose des cellules tumorales, dans le cycle cellulaire.

Néanmoins, leur production peut dégénérer. L'organisme devra se protéger contre cet excès de radicaux libres à l'aide de différents systèmes antioxydants.

Normalement, la balance antioxydants/pro-oxydants est en parfait équilibre (homéostasie): il y a un équilibre stable entre la formation (respiration, stress...) et l'élimination des radicaux libres. Seul cet état d'équilibre procure un effet bénéfique des radicaux libres sur les cellules. En effet, en parallèle avec des oxydations qui dégradent des constituants pour produire de l'énergie, l'action des radicaux libres stimule les mécanismes de réparation et de détoxification cellulaire.

En cas de surproduction de radicaux libres ou de manque d'antioxydants, un excès de radicaux libres se manifeste, appelé : le stress oxydant.

Le stress est donc un oxydant!

Une surproduction de radicaux libres peut être provoquée par :

- une irradiation
- des polluants, pesticides, fumée de tabac, composés volatils, métaux lourds., ...
- une ischémie due à une thrombose
- un apport insuffisant par l'alimentation p. ex. de certaines vitamines et oligo-éléments
- des anomalies génétiques entraînant des erreurs de codage d'une protéine possédant normalement des propriétés antioxydantes enzymatiques, ou qui joue un rôle crucial dans la synthèse d'un antioxydant

Un excès de radicaux libres ne provoque pas seulement des dégâts directs à des molécules biologiques (oxydation d'ADN, de protéines, de graisses et de glucides) mais également des dommages secondaires causés par les propriétés cytotoxiques et mutagènes des métabolites produits lors l'oxydation en chaîne des lipides poly-insaturées en particulier (peroxydation lipidique).

L'oxygène biradicalaire (l'anion superoxyde) est 7 à 8 x plus facilement soluble dans un milieu non polaire (hydrophobe) tel que les bicouches lipidiques membranaires riches en acides gras. Cela peut entraîner une auto-oxydation des composants membranaires tels que CoQ10, AGPI, protéines soufrées en formant des produits d'oxydation lipidique, de liens croisés (cross-linking), de détérioration tissulaire, de taches de lipofusine... (voir aussi : "Glycation").

Les radicaux libres sont impatiemment à la recherche d'électrons qu'ils captent sur des substances moins réactives possédant des électrons faiblement liés (p. ex. les électrons des doubles liaisons des hydrates de carbone, des acides gras poly-insaturés (AGPI).

Dans certains cas, l'organisme formera des anticorps contre ces métabolites anormaux, même des auto-anticorps, s'il s'agit des métabolites de substances propres.

Attention : des exercices physiques (travaux, sport) libèrent plus de radicaux libres et demandent donc des apports plus élevés d'antioxydants.

Les radicaux libres les plus importants formés dans l'organisme :

- l'anion superoxyde : O₂^●- (biradical)
- le radical hydroxyle : OH^●
- l'hypochlorite : OCl ^-
- le radical nitroxyle : NO^●

Les dérivés suivants de l'oxygène ne sont pas de vrais radicaux libres, mais plutôt des précurseurs, présentant néanmoins une certaine réactivité :

1. - l'oxygène singulet : ^-O₂
  - le peroxyde d'hydrogène : H₂O₂
  - le peroxyde de nitroperoxyde : ONOOH

Note : l'anion superoxyde et le radical monoxyde d'azote ne sont au fond pas si réactifs et sont utilisés par l'organisme dans la régulation de certaines fonctions biologiques telles que la vasodilatation capillaire, la prolifération cellulaire ou comme messager des neurones.

L'origine des radicaux libres :

1. Les fuites d'oxygène : l'organisme puise son énergie dans la combustion des glucides et des graisses qui, via le cycle de l'acide citrique, la chaîne respiratoire et la phosphorylation oxydat ive, sont transformés en ATP ...

Résultat : 4H⁺ + O₂ + 4e^- ---> 2 H₂O + énergie pour la conversion ADP + P ---> ATP + Pi

Suite à des pertes, certaines enzymes, actives dans la chaîne respiratoire, peuvent entrer en contact avec l'oxygène. Ces dysfonctionnements induisent la production de l'anion superoxyde. Normalement, cette production est plutôt limitée, mais en cas de respiration intense (efforts physiques, hyperoxie...), de réactions inflammatoires (effet du FNT alpha) ou d'apports alimentaires insuffisants (p.ex. l'ubiquinone, souvent diminué chez la personne âgée), la production de l'anion superoxyde peut dégénérer.

En particulier les réactions inflammatoires sont génératrices de radicaux d'oxygène.

D'autre part, les phagocytes peuvent normalement, via le complexe de la NADPH oxydase (NOX), générer des anions superoxyde au niveau de la membrane cellulaire. Ce mécanisme est très important dans la lutte contre l'infection puisqu'elle autorise la phagocytose des bactéries et des corps étrangers. Lors de la phagocytose d'une bactérie, le métabolisme d'oxygène des neutrophiles est augmenté d'un facteur 50! La glycolyse et la voie des pentoses phosphates s'intensifient également. Lors de cette activité accrue, des puissants oxydants toxiques sont formés, qui peuvent agir comme bactéricides endogènes.

Ce mécanisme est contrôlé avec l'aide de : béta-carotène, taurine et complexe de la vitamine E.

NADPH + H⁺ + 2O₂ ---> 2O₂^●- + NADP + 2H⁺ : régularisation avec le béta-carotène

2O₂^●- + 2H⁺ ---> via la superoxyde dismutase (SOD) ---> H₂O₂ + ^-O₂

H₂O₂ + Cl^- (présent dans les neutrophiles) ---> via la myéloperoxyde ---> OCl^- + H₂O : régularisation avec la taurine

OCl^- + O₂^●- + H⁺ ---> OH^● + O₂ + Cl^- : régularisation via le complexe de la vitamine E

Le OCl^- peut être remplacé par :

ou H₂O₂ + OCl^- ---> ^-O₂ + Cl^- + H₂O

ou H₂N-CH₂-CH₂-SO₃H (taurine) + OCl^- ---> H₂N-CH₂-CH₂-SO₃Cl^- + H₂O

2. Réactions d'oxydo-réduction : elles provoquent l'oxydation de molécules dans l'organisme (p. ex. la peroxydation lipidique). Ces réactions se déroulent souvent spontanément, bien qu'elles puissent être influencées par des facteurs externes (fumée de cigarettes, alcool, médicaments) qui interagissent avec le système cytochromique P450... L'oxygène peut également réagir avec les électrons produits lors de la détoxication de l'organisme par les cytochromes P450, lors de l'élimination des xénobiotiques, toxines ou composés peroxydés.

3. Métaux toxiques, tels que des particules respirées de silicium et d'amiante, sont également une source de radicaux libres (réaction de Fenton). Même les métaux tels que le Cu et le Fe y contribuent. Lors d'un traitement de détoxication, la taurine peut former avec ces métaux des complexes qui sont ensuite éliminés.

4. Autres causes : rayons solaires, stress, acides gras poly-insaturés (AGPI, qui ont des liaisons doubles via des électrons faiblement liés), gras rancis, exercice intense, traumatismes physiques, vieillissement, allergies, mais aussi : agents de conservation, chlore (piscine), excès d'alcool, excès de fer, fumée de cigarettes, polluants environnementaux (pesticides, insecticides, peintures, solvants, gaz d'échappement, radiations...).

Les mécanismes cellulaires de contrôle des radicaux libres :

Les cellules combinent différentes stratégies antioxydantes qui demandent beaucoup d'énergie.

1. Neutralisation :

Certains agents alimentaires aux propriétés antioxydantes telles que les vitamines E, C, Q10 (ubiquinol) ainsi que les caroténoïdes, les bioflavonoïdes se présentent comme capteur d'électrons libres, en formant un ion stable. La vitamine elle-même devient à ce moment un radical (ou un pro-oxydant), qui doit être détruit ou régénéré via un autre système.

De cette manière, la vitamine E est régénérée par la vitamine C, qui à son tour est régénérée par des enzymes, les ascorbate réductases. Ce type d'antioxydant est appelé piégeur des radicaux (scavenger). Des substances d'origine endogène telles que le glutathion sont également des piégeurs des radicaux.

Le rapport ubiquinol/ubiquinone est utilisé pour déterminer le degré de stress oxydant dans l'organisme.

2. Capture directe des radicaux oxygénés libres :

Cette stratégie complémentaire utilise des enzymes pour détruire les peroxydes et superoxydes formés.

1. - la superoxyde dismutase (SOD) (voir plus haut) : cette réaction est catalysée par un métal : avec le manganèse (la MnSOD au niveau des mitochondries), avec un complexe cuivre-zinc (la cCu-ZnSOD au niveau du cytosol, la ecCu-ZnSOD au niveau de la membrane des cellules endothéliales, la pCu-ZnSOD dans le plasma).

1. - la catalase avec comme cofacteur le Fe (dans le sang et le foie) : peut convertir les peroxydes en H₂O.

1. - la glutathion peroxydase avec comme cofacteur le Se (au niveau du cytosol, de la membrane cellulaire et des cellules digestives) : peuvent détruire le peroxyde d'hydrogène (conversion en eau), ainsi que les peroxydes organiques, formés lors de l'oxydation des acides gras ou de cholestérol. Le GSH sera transformé en GSSH (GSH oxydé) qui à son tour sera réduite par l'intermédiaire de la glutathion réductase et en présence de la vit B1, en GSH (à l'aide de NADPH récupérable par la voie des pentoses phosphates (PPP-shunt)).

Des taux sanguins accrus de la GSH montrent un état de stress oxydant. Tandis que des taux sanguins plus faibles indiquent un état d'épuisement (burn-out) ou un système enzymatique défaillant.

1. - le diméthylsulfoxyde (DMSO) : réduit le radical hydroxyle.

1. - cystéine, sélénium.

1. - l'ail (contient aussi du Se).

L'importance d'un apport suffisant de cofacteurs via l'alimentation ou via des suppléments est évidente.

Les systèmes de défense antioxydant :

AGPI (acides gras poly-insaturés) ---> O₂ ---> ROO^●- (peroxyde)

- ROO^●- ---> réd ---> ROH (alcool, non toxique) via Vit E réd ---> ox ---> vit E ox

1. - vit E ox ---> réd ---> vit E réd via Vit C réd ---> ox ---> vit C ox

1. 1. - Vit C ox ---> réd ---> vit C réd via GSH (ou acide lipoïque) ---> ox avec la GSH peroxydase + Se ---> GSSH

1. 1. 1. - GSSH ---> NADPH (de la voie des pentoses), la GSH réductase, biotine ---> GSH via NADPH ---> NADP⁺

1. 1. 1. 1. Voie des pentoses phosphates : Glucose 6-P ---> Ribulose 5-P + NADPH

le béta-carotène agit plus spécifiquement sur la réduction de la vitamine A oxydée par l'oxygène singulet O₂^●- :

vitamine A ---> O2 ---> vit A^●

vit B1, vit B3, Se, Glu, Cys, Gly

- ROO^●- ---> réd ---> ROH (alcool) via GSH (ou acide lipoïque) ---> ox avec la GSH peroxydase + Se ---> GSSH

(en cas de manque de GSH : via Q10 (ou acide lipoïque) ---> ox ---> Q10 ox)

1. - GSSH ---> NADPH, GSH réductase, biotine ---> GSH via NADPH ---> ox ---> NADP⁺

1. 1. - PPP : Glucose 6-P ---> avec la thiamine pyrophosphate (TPP) ---> Ribulose 5-P + NADPH

Voir aussi les lignes de défenses antioxydantes de l'organisme dans : "Les antioxydants"!

Note :

Vit C réduite = le dihydroascorbate

La glutathion peroxydase : cofacteur Se ; le GSH : à base des acides aminés Glu, Cys, Gly

La Thiamine pyrophosphate (TPP) : avec la thiamine (vit B1) comme précurseur

La NADP : la nicotinamide adénosine dinucléotide phosphate avec la niacine (vit B3) comme précurseur

Côté pratique :

L'étude épidémiologique SUVIMAX, réalisée en France sur 13.735 adultes pendant 8 ans, démontre qu'il est conseillé de suppléer par une alimentation appropriée et/ou des compléments alimentaires. Le groupe ayant reçu des apports nutritionnels en antioxydants a développé nettement moins de pathologies dites dégénératives que le groupe placebo. Selon de nombreuses études, la neutralisation des radicaux libres permet de prévenir l'apparition des maladies cardiovasculaires, de certains cancers et d'autres troubles liés au vieillissement.

Vitamines, oligo-éléments, caroténoides, flavonoïdes, polyphénols... les antioxydants sont nombreux, et chacun a sa spécificité : p. ex. la vitamine C ne peut pas réagir avec un peroxyde lipidique, un flavonoïde ne réagira pas avec un oxygène singulet (^-O₂).

Les antioxydants agissent ensemble, en synergie : donner un antioxydant seul à forte dose va perturber ce réseau. De plus, des rapports entre certains antioxydants doivent être respectés (p.ex. entre le cuivre et le zinc).

Le principaux bienfaits des antioxydants sont :

- protéger les nutriments essentiels à l'organisme
- éviter la formation de produits de dégradation toxique dans l'alimentation en cours de sa cuisson ou dans l'organisme au cours du vieillissement
- ralentir les processus cellulaires oxydants (et donc le vieillissement cellulaire qui n'est pas lié à l'âge).

Les antioxydants auxquels notre organisme peut faire appel ont 2 origines :

- la synthèse propre de certaines enzymes antioxydantes (glutathion peroxydase (GPX), superoxyde dismutase (SOD), ...) et
- l'apport par l'alimentation qui apporte les antioxydants qu'on ne fabrique pas : acide lipoïque, Q10, sélénium, vitamine E, polyphénols ...

Bien que les aliments d'origine animale contiennent également des antioxydants, les aliments les plus riches en antioxydants sont d'origine végétale (fruits, légumes, café, thé, épices...). La quantité qu'ils contiennent dépend de facteurs liés aux conditions de culture (climat, type de sol...), au processus de conservation (atmosphère modifiée ou pas) et à la façon de consommer (cru ou cuit, épluché ou non...).

En général :

1. - l'atmosphère modifiée peut diminuer la quantité de certains antioxydants et en augmenter d'autres.
  - les aliments crus sont plus riches en antioxydants, mais il y a des exceptions (la tomate dans le ketchup très riche en lycopène...).

Si on veut s'assurer d'un apport suffisant, il est recommandé de consommer au moins 5 portions de fruits et légumes par jour.

Si l'oxydation peut avoir pour conséquence le vieillissement et le décès des cellules, on pourrait dire qu'un apport important d'antioxydants aura une action de rajeunissement. Toutefois, il a été démontré qu'un excès (p. ex. avec des compléments alimentaires) peut avoir l'effet tout à fait inverse et un antioxydant se transformer en pro-oxydant (un radical!)!

Mieux vaut donc s'en tenir aux apports provenant d'une alimentation équilibrée et variée, riche en fruits et légumes, qui, en même temps, apporteront les autres nutriments nécessaires au bon fonctionnement de l'organisme.

Les doses nutritionnelles ne sont cependant pas toujours faciles à obtenir via les seuls aliments : elles nécessitent une alimentation très soignée! (lire aussi : "Le régime méditerranéen").