Oxidatieve Stress

 

Laatste bijwerking : 2023-12-24

 

 

De productie van vrije radicalen steunt op natuurlijke oxidatie-processen : vrije radicalen zijn immers ook nuttig voor ons organisme! Haar fysiologische productie wordt perfect in evenwicht gehouden door verdedigingssystemen, welke zich aanpassen aan de hoeveelheid beschikbare vrije radicalen.

Overzicht inhoud :

Oxidatieve stress? Of beter reductieve stress?

 

Vrije radicalen

 

Voornaamste vrije radicalen

 

Oorsprong van vrije radicalen

 

Controle-mechanismen

 

Antioxidant defensie-systemen

 

Praktisch

Inhoud :

         

 Oxidatieve stress? Of beter reductieve stress?

 

Ons metabolisme is efficiënt wanneer elektronen snel en gemakkelijk door de mitochondriale elektronentransportketen bewegen. Wanneer elektronen worden belemmerd om vooruit te bewegen, kunnen ze door de mitochondriale membraan lekken, waar ze zich combineren met zuurstof en overmatige ROS creëren.

 

Hoe beter je stofwisseling, hoe langzamer je veroudert, omdat een efficiënt metabolisme minder reactieve zuurstofdeeltjes (ROS) creëert.

 

Zuurstof is een acceptor van elektronen, een oxidant. De elektronen zouden idealiter helemaal aan het einde moeten aan zuurstof worden gekoppeld door complex 4 van de elektronentransportketen. Overtollige creatie van ROS uit zuurstof gebeurt pas wanneer de elektronen NIET snel genoeg bij zuurstof geraken in stap 4 van de elektronentransportketen.

 

Wanneer de elektronen zich ophopen in complex 1 of 3, wat meestal het geval is, lekken de overtollige elektronen door het mitochondriale membraan en beginnen ze zich te combineren met moleculaire zuurstof, waardoor overtollige ROS in het proces ontstaat. Moleculaire zuurstof is altijd aanwezig, maar het is alleen nuttig als het wordt gebruikt bij de laatste stap, namelijk het cytochroom C-oxidase. Op elk ander punt zorgt zuurstof dat in interactie komt met vrije elektronen voor problemen.

 

Deze zuurstofsoorten zijn echter niet oxidatief. Het zijn geen oxidatiemiddelen meer. Ze hebben een of twee elektronen geaccepteerd, dus zijn ze eigenlijk eerder reducerend zoals hydroxyl- of superoxide-anionen. Want elektronen zijn van nature reducerend. Daarom is een voedingsmiddel, als donor van elektronen, een reductiemiddel.

 

Gecombineerd zijn hydroxylradicalen en superoxide-anionen verantwoordelijk voor ongeveer 90% van de gegenereerde ROS, en beide zijn reductiemiddelen met één elektron. Dit betekent dat ze DNA, verschillende enzymen en belangrijke weefsels zoals het binnenste mitochondriale membraan en cardiolipine (zie “Mitochondria”) kunnen aanvallen en beschadigen.

 

Maar hydroxylradicalen en superoxide-anionen zijn geen oxidanten. Ze zijn een gereduceerde vorm van zuurstof, dus ze zijn zeer reactief en kunnen veel ravage aanrichten, maar de reden dat ze aanwezig zijn, is omdat er in het begin een overmaat aan elektronen was, en een teveel aan elektronen is per definitie een reductie-toestand. Kortom, alleen als je in een reductie-toestand bent, kan oxidatieve stress en daaropvolgende productie van ROS optreden.

 

De benaming "oxidatieve stress" voor deze reductie-toestand (alsof zuurstof de oorzaak ervan was), is misleidend. Zuurstof op zichzelf doet niet veel schade, op voorwaarde dat de elektronen, de reductanten, op de juiste manier stromen of bewegen. Kortom, zuurstof is een onschuldige omstander in dit proces. De echte boosdoener is overtollige elektronenopbouw...

 

Bij overmatige opbouw van elektronen, wat per definitie een toestand van reductieve stress is, kan het lichaam dus de elektronen dissiperen door vetten te synthetiseren of ROS aan te maken. Je lichaam moet deze ROS dan deactiveren om overmatige schade te voorkomen. 

 

Een aantal enzymen en antioxidanten kunnen dit doen. Maar het punt is, waarom de moeite nemen om deze stoffen bij te nemen als het hele probleem, vanaf het allereerste begin, een lage basale stofwisseling was, d.w.z. het metabolische proces dat niet snel genoeg als zou moeten werkte, om elektronenopstapeling te voorkomen?

 

Paradoxaal genoeg is de manier om van "oxidatieve stress" af te komen, of beter gezegd reductieve stress, het verhogen van oxidatie, d.w.z. het verhogen van de stofwisseling. Dit voorkomt dat de ROS überhaupt wordt gegenereerd. Het continu nemen van antioxidanten maskeert dan alleen maar het probleem.

 

 

         

Vrije radicalen

 

Vrije radicalen zijn kleine moleculen met minstens een zuurstofatoom en waarvan de elektron-structuur is verstoord (vrij elektron). Vrij omdat ze dus een elektron missen. Hierdoor zijn ze onstabiel, waardoor deze moleculen een grote reactiviteit gaan vertonen ten opzichte van andere stoffen in het organisme (ADN inbegrepen), waarmee zij een elektron gaan uitwisselen wat vervolgens terug leidt tot de vorming van samengestelde radicalen, met vergelijkbare eigenschappen.

 

Radicalen zijn alomtegenwoordig in ons leven en ons metabolisme. Zij worden onvermijdelijk aangemaakt gedurende de energie-stofwisseling en via tal van andere routes.

 

Vrije radicalen zijn zelfs belangrijk voor de werking van bepaalde enzymen, helpen bij de vertaling van celsignalen, komen tussen bij de immuunverdediging van het organisme tegen lichaamsvreemde stoffen, bij de vernietiging door apoptose van tumorcellen, bij de celcyclus.

 

Hun productie kan echter uit de hand lopen. Het organisme zal zich tegen die overvloed aan vrije radicalen moeten beschermen met behulp van verschillende antioxidant-systemen.

 

In normale omstandigheden is de balans anti-oxidant/pro-oxidant in evenwicht (homeostase). Er is een stabiel evenwicht tussen de vorming (ademhaling, stress...) en de eliminatie van vrije radicalen. Alleen dan oefenen vrije radicalen een weldoend effect uit op ons organisme. Naast hun betrokkenheid bij de oxidatie waarbij bestanddelen worden afgebroken voor de energievoorziening, stimuleren vrije radicalen immers ook de levensbelangrijke herstelmechanismen en de ontgiftingsreacties in de cel.

 

Bij een overproductie aan vrije radicalen echter of bij een tekort aan anti-oxidantia, noemt men de overmaat aan vrije radicalen : oxidatieve stress.

 

Stress is dus een oxidant!

 

Een overdreven productie van vrije radicalen kan worden veroorzaakt door :

 

1. • irradiatie

   • vervuilende stoffen, pesticiden, sigarettenrook, vluchtige bestanddelen, intoxicatie met zware metalen

   • ischemie volgend op een trombose

   • aanvoertekort via de voeding van bv. bepaalde vitaminen en oligo-elementen

   • genetische afwijkingen leidend tot de verkeerde codering van een proteïne dat bv. normaal enzymatische antioxidant-eigenschappen bezit, of verantwoordelijk is voor de synthese van een antioxidant

   • ....

 

Een overmaat vrije radicalen veroorzaakt directe schade aan biologische moleculen (oxidatie van DNA, proteïnen, vetten en suikers) maar ook secundaire schade tengevolge van de cytotoxische en mutagene eigenschappen van de metabolieten die ontstaan bij de ketting-oxidatie van vooral meervoudige onverzadigde vetzuren (lipidenperoxidatie).

 

Het zuurstofdiradicaal (superoxide anion) is zo 7 à 8 x meer oplosbaar in een niet-polaire omgeving (hydrofoob) zoals de vetzuurrijke dubbele lipidelagen in membranen. Dit kan aanleiding geven tot auto-oxidatie van membraancomponenten zoals CoQ10, MOVZ, S-houdende proteïnen waarbij lipidoxidatieproducten, cross-linking, weefselbeschadiging, lipofusineplekken, ... (zie ook "glycatie") kan optreden.

 

Vrije radicalen zijn zeer begerig om elektronen te onttrekken aan minder reactieve stoffen die losgebonden elektronen bezitten (bv. de dubbele bindingen in KWS, MOVZ, ...).

 

Ook kan het organisme zich keren tegen deze abnormale metabolieten door vorming van antilichamen, zelfs auto-antilichamen, in geval van metabolieten van lichaamseigen stoffen.

 

Opgelet : fysische inspanningen (werk, sport) maken veel schadelijke vrije radicalen aan en vereisen dus een hogere aanvoer van antioxidanten.

 

         

De voornaamste vrije radicalen die in het organisme gevormd worden :

 

• superoxide anion : O₂ ^●- (diradicaal)

• hydroxyl radicaal : OH ^●

• hypochloriet : OCl ^-

• stikstofradicaal : NO ^●

 

De volgende derivaten van  zuurstof zijn geen echte vrije radicalen maar eerder precursoren ervan, zonder daarom minder reactief te zijn :

 

1. • singletzuurstof : ^-O₂

   • waterstofperoxide : H₂O₂

   • nitroperoxide : ONOOH

 

 

Noot : het superoxide anion en het stikstofradicaal zijn in wezen niet zo reactief en worden als dusdanig gebruikt door organisme voor de regulatie van bepaalde biologische functies zoals de capillaire vasodilatatie, de proliferatie of als neuronenbericht.

 

         

Oorsprong van de vrije radicalen :

 

1. Zuurstoflekken : Het organisme haalt vooral haar energie uit de verbranding van suikers en vetten die via de citroenzuurcyclus, de respiratieketen en de oxidatieve fosforylatie worden omgezet in ATP (zie diverse metabole routes).

 

Resultaat : 4H⁺ + O₂ + 4e^-   ---> 2H₂O + energie voor omzetting ADP + P ---> ATP + PI

 

Via lekken waardoor bepaalde enzymen, actief binnen de respiratieketen, in contact komen met zuurstof, wordt het superoxide anion gevormd. In normale omstandigheden is deze aanmaak beperkt, maar bij intense ademhaling (fysische inspanning, hyperoxie, ...), bij inflammatoire reacties (effect van TNF alfa) of bij voedingstekorten (bv. ubiquinon, vooral bij bejaarden) kan de productie van het superoxide anion uit de hand lopen.

 

Vooral ontstekingsreacties zijn een belangrijke bron van zuurstofradicalen.

 

Fagocyten kunnen normaal via het NADPH oxydase complex (NOX), superoxide anionen aanmaken t.h.v. de celmembraan. Dit mechanisme is belangrijk in de strijd tegen een infectie omdat zij de fagocytose toelaat van bacteriën en vreemde lichamen. Bij de fagocytose van een bacterie verhoogt het zuurstofmetabolisme van de neutrofielen tot 50 maal. De glycolyse en de pentosefosfaat shunt nemen sterk toe. Door de sterk verhoogde activiteit worden verscheidene hoog toxische oxidantia gevormd, die als bactericiden kunnen functioneren.

 

Dit mechanisme wordt gecontroleerd door betacaroteen, taurine en het vitamine E complex.

 

NADPH + H⁺ + 2O₂     --->   2O₂ ^●- + NADP + 2H⁺ : regularisatie met beta-caroteen

2O₂ ^●- + 2H⁺   ---> via het superoxide dismutase (SOD)   --->   H₂O₂ + ^-O₂

H₂O₂ + Cl^-  (aanwezig in de neutrofielen)   --->  via het myeloperoxide  --->  OCl^- + H₂O : regularisatie met taurine

OCl^- + O₂ ^●- + H⁺   ---> OH ^● + O₂ + Cl^- : regularisatie met vitamine E complex

Het OCl^- kan vervangen worden door :

 

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

 

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

 

 

2. Redox-reacties : veroorzaakt de oxidatie van moleculen in het organisme (bv. lipidperoxidatie). Deze reacties verlopen meestal spontaan, maar ontstaan ook onder invloed van externe factoren (sigarettenrook, alcohol, farmaca) die het cytochroomsysteem P450 beïnvloeden... Zuurstof kan ook reageren met de elektronen die vrijkomen bij de detoxicatie van het organisme via het cytochroom P450-systeem, in het kader van de eliminatie van xenobiotica, toxines en samengestelde peroxiden.

 

3. Toxische metalen, zoals ingeademde deeltjes van silicium of asbest, zijn ook een bron van vrije radicalen (fentonreactie). Ook de metalen Cu en Fe dragen hier toe bij.  Bij eventuele detoxicatie kan taurine een complex vormen met deze metalen en samen met hen worden uitgescheiden.

 

4. Andere : zonnestraling, stress, meervoudige onverzadigde vetzuren (dubbele bindingen bevatten losgebonden elektronen), ranzig vet, intense spieractiviteit, fysische trauma's, verouderen, allergieën, maar ook bewaarmiddelen, chloor (zwembad), overmaat alcohol, overmaat ijzer, sigarettenrook, omgevingsvervuiling met pesticiden, insecticiden, verven, oplosmiddelen, uitlaatgassen, straling...).

 

         

Controle-mechanismen van de cel over de vrije radicalen :

 

De cellen gebruiken verschillende antioxidant strategieën en verbruiken hierbij veel energie.

 

 

1. Neutralisatie :

 

Bepaalde voedingsstoffen met antioxidant-eigenschappen zoals vitamine E, C, Q10 (ubiquinol) alsook carotenoïden, biofavonoïden treden op als vanger van het vrije elektron, met als resultaat een stabiel ion. Het vitamine wordt hierbij zelf een radicaal (of pro-oxidant) welke wordt vernietigd of geregenereerd via een ander systeem.

 

Zo wordt vitamine E geregenereerd door vitamine C, welke op zijn beurt wordt geregenereerd door enzymen, de ascorbaat reductasen. Dit type van antioxidant wordt radicaalvanger genoemd (scavenger). Ook endogeen gevormde stoffen zoals glutathion zijn radicaalvangers.

 

Op basis van de verhouding ubiquinol/ubiquinon kan de mate van oxidatieve stress in het organisme gemeten worden.

 

 

2. Directe opname van vrije zuurstofradicalen

 

Deze complementaire strategie gebruikt enzymen om de gevormde peroxiden en superoxiden te vernietigen.

 

1. 1. • het superoxide dismutase (SOD) (zie ook hoger). Deze reactie wordt gekatalyseerd door een metaal : met mangaan (MnSOD thv van de mitochondria), complex koper-zink (cCu-ZnSOD thv het cytosol, ecCu-ZnSOD thv de membraan van endotheelcellen,  pCu-ZnSOD thv het plasma).

 

1. 1. • het catalase met Fe als cofactor (in bloed en lever) kan waterstofperoxide omzetten in water.

 

1. 1. • het glutahion peroxidase met Se als cofactor (thv het cytosol, de celmembraan en de verteringscellen) : kan waterstofperoxide vernietigen tot water, alsook de organische peroxiden welke gevormd worden bij de oxidatie van vetzuren of cholesterol. Het GSH wordt hierbij omgezet naar GSSH dat op zijn beurt met het glutathion reductase in aanwezigheid van vit B1 terug GSH vormt (met behulp van NADPH dat later zal worden teruggewonnen via de PPP-shunt).

 

Een verhoogde concentratie GSH peroxidase in het bloed is een maat voor oxidatieve stress. Is deze echter verlaagd, dan wijst dit op een toestand van uitputting (burn-out) of van een deficiënt enzymsysteem.

 

1. 1. • dimethylsulfoxide (DMSO) : reductie van het hydroxyradicaal.

 

1. 1. • cysteïne, selenium.

 

1. 1. • look (bevat Se).

 

Het belang van een voldoende aanvoer van cofactoren via de voeding of via voedingssupplementen is duidelijk.

 

         

Antioxidant defensiesystemen :

 

 

• MOVZ  (meervoudige onverzadigde vetzuren)  ---> O₂ ---> ROO ^●-  (peroxide)

 

1. • ROO ^●-  ---> red ---> ROH (alcohol, niet toxisch) via Vit E red ---> ox  ---> vit E ox

 

1. 1. • vit E ox  ---> red  ---> vit E red via Vit C red ---> ox  ---> vit C ox

 

1. 1. 1. • Vit C ox ---> red  ---> vit C red via GSH (of liponzuur)  ---> ox met GSH peroxidase + Se  ---> GSSH

 

1. 1. 1. 1. • GSSH ---> NADPH (uit de PPP), GSH reductase, biotine  ---> GSH via NADPH ---> NADP⁺

 

1. 1. 1. 1. 1. • PPP : Glucose 6-P ---> Ribulose 5-P + NADPH

 

 

• bètacaroteen werkt specifieker voor de reductie van het geoxideerde vitamine A door het singlet O₂ ^●- :

 

vitamine A ---> O2 ---> vit A ^●   

 

 

• vit B1, vit B3, Se, Glu, Cys, Gly

 

1. • ROO ^●- ---> red ---> ROH (alcohol) via 2 GSH (of liponzuur)  ---> ox met GSH peroxidase + Se  ---> GSSH

(bij tekort GSH : via Q10 (of liponzuur)  ---> ox  ---> Q10 ox)

 

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

 

1. 1. 1. • PPP : Glucose 6-P --->  met thiamine pyrofosfaat (TPP) ---> Ribulose 5-P + NADPH

 

 

 Zie ook de antioxidante verdedigingslijnen in het organisme in "Antioxidantia".

 

 

Noot :

 

Vit C red = dihydroascorbaat

 

Glutahionperoxidase : cofactor Se ; GSH : opgebouwd uit de eiwitten Glu, Cys, Gly

 

Thiamine pyrofosfaat (TPP) : met precursor Thiamine (vit B1)

 

NADP : nicotinamide adenosine dinucleotide fosfaat met precursor Niacine (vit B3)

 

         

Praktisch :

 

De epidemiologische studie SUVIMAX, gedurende 8 jaren gevoerd in Frankrijk op 13.735 volwassenen, toonde aan dat een grotere aanvoer van antioxidantia via een aangepaste voeding of voedingssupplementen aangewezen is. De groep personen die nutritionele hoeveelheden antioxidantia kreeg ontwikkelde duidelijk minder degeneratieve pathologieën dan de placebo-groep. De neutralisatie van vrije radicalen laat volgens verscheidene studies toe de ontwikkeling van cardiovasculaire ziekten, van kankers en van andere met het ouder worden gerelateerde ziekten te voorkomen.

 

Vitaminen, oligo-elementen, carotenoiden, flavonoïden, polyfenolen... er zijn tal van antioxidantia, elk met hun specifiek karakter : bv. het vitamine C zal niet interageren met een lipidperoxide, een flavonoïde niet met het singletzuurstof (^-O₂).

 

Antioxidanten treden samen en in synergie op : een antioxidant alleen geven, en hoog gedoseerd, zal dan ook het gehele systeem verstoren. Daarbij moeten ook de onderlinge verhoudingen tussen bepaalde antioxidantia gerespecteerd worden (bv. tussen koper en zink).

 

De belangrijkste rol van antioxidantia bestaat uit

1. • het beschermen van de essentiële nutriënten in het organisme

   • het vermijden van de vorming van schadelijke afbraakstoffen in de voeding tijdens de bereiding of in het organisme bij het verouderen

   • het vertragen van de cellulaire oxidatieprocessen (en dus van de veroudering die niet het gevolg is van de leeftijd).

 

Antioxidanten waarop het organisme beroep doet komen uit 2 bronnen :

 

1. • via de eigen synthese van bepaalde antioxidant-enzymen (glutathion peroxidase (GPX), superoxide dismutase (SOD), ...) en

   • deze aangevoerd via de voeding/supplementen : liponzuur, Q10, selenium, vitamine E, polyfenolen ...

 

Alhoewel antioxidantia ook in dierlijk voedsel voorkomen, zijn de voedingsmiddelen die de meeste antioxidanten bevatten plantaardig (fruit, groenten, koffie, thee, kruiden, ...). De concentratie aan antioxidantia die zij bezitten is afhankelijk van factoren die betrekking hebben op de teeltvoorwaarden (klimaat, type ondergrond...), op de bewaarprocessen (al dan niet veranderde atmosfeer) en op de consumptiewijze (rauw of klaargemaakt, geschild of niet, ...).

 

In het algemeen,

1. 1. 1. • kan een veranderde atmosfeer de concentratie van bepaalde antioxidantia verlagen en deze van andere verhogen.

         • zijn rauwe voedingsmiddelen rijker aan antioxidantia, doch er zijn uitzonderingen (zoals ketchup dat meer lycopeen bevat dan tomaten).

 

Indien men zeker wil zijn van een voldoende aanvoer van antioxidantia, dan is het aangewezen minstens 5 porties fruit en groenten per dag te verorberen.

 

Indien de oxidatie leidt tot het verouderen en het afsterven van de cellen, zou men veronderstellen dat een belangrijke aanvoer van antioxidantia het omgekeerde effect zou teweegbrengen. Doch opgelet, er werd bewezen dat een overmatige aanvoer van antioxidantia (bv. via voedingssupplementen) tot het omgekeerde kan leiden, waarbij de antioxidant "pro-oxidant" wordt (een radicaal, zie hoger).

 

Het is dus beter zich te houden aan de hoeveelheden die een gevarieerde en evenwichtige voeding rijk aan fruit en groenten aanvoert, vooral omdat deze tegelijkertijd ook de aanvoer van andere, voor het organisme nuttige, nutriënten verzekert.

 

Nutritionele dosissen zijn echter niet altijd gemakkelijk te bereiken met voedingsmiddelen alleen : zij vereisen een zeer verzorgde voedingswijze (zie ook : "Mediterraan dieet").

 

 

          

 

 

De lezer dient steeds in acht te houden dat de beschreven curatieve eigenschappen in geen enkel geval het medisch advies vervangen, welke steeds onmisbaar is bij het stellen van een diagnose en bij bepaling van de ernst van de aandoening. Wel wordt de gebruiker gestimuleerd beslissingen met betrekking tot zijn gezondheid te nemen, op basis van eigen research, steeds in samenspraak met een professionele gezondheidswerker.

 

In alle gevallen valt het gebruik van dit programma enkel onder de controle, het beheer, de risico's en de verantwoordelijkheden van de gebruiker.