Oksüdatiivne stress

Oksüdatiivne stress on olukord organismis, kus on häiritud oksüdatiivsete stressorite ja antioksüdantide omavaheline tasakaal. Ülekaalus on oksüdatiivsed stressorid, mis on kahjustavad tegurid. Teatud lühiajaline mõõdukas hästi kontrollitud oksüdatiivne stress on normaalne ja vajalik organismi kaitsemehhanismide käivitamiseks. Kestev sügav oksüdatiivne stress võib põhjustada või süvendada mitmesuguseid haigusi, nagu vähk,  kardiovaskulaarsed haigused, ateroskleroos, hüpertensioon, isheemia-reperfusioonikahjustused, suhkurtõbi, närvisüsteemi kahjustavad haigused (Alzheimeri tõbi ja Parkinsoni tõbi) ning reumatoidartriit.

Oksüdatiivse stressi efektid

Väga tugevad ärritused põhjustavad nii ainevahetuslikke kui morfoloogilisi kohastumusreaktsioone rakus, misjärel tekib uus püsiv seisund, kus raku elutegevus on säilinud, kuid tema funktsioon on muutunud. Rakk kahjustub siis, kui tema kohandumisvõimalused etioloogilise teguri toime suhtes pole piisavad. “Rakukahjustusest saavad alguse kõik organikahjustuse vormid.” (Rudolf Virchow).

Oksüdatiivne stress on seotud oksüdeerivate ühendite hulga suurenemisega või antioksüdantsete kaitsemolekulide, nagu glutatioon, efektiivsuse olulise vähenemisega. Oksüdatiivse stressi efekt sõltub nende muutuste ulatusest. Väikestest muudatustest suudab rakk üle saada ja taastada oma algse oleku. Vahel võib isegi mõõdukas oksüdatsioon vallandada apoptoosi, samas kui intensiivsem stress võib põhjustada nekroosi.

Üheks tähtsamaks rakukahjustuse põhjuseks on vabade radikaalide kuhjumine. Vaba radikaal on keemiline ühend, mille välisorbiidil on üks paardumata elektron. Vabad radikaalid tekivad rakus:

• kiirgusenergia neeldumisel (UV-kiirgus, röntgenikiirgus);
• kehasisestes metaboolsetes oksüdatsiooniprotsessides;
• kemikaalide ja ravimite ainevahetuses.

Vabad radikaalid kahjustavad lipiide, mille tulemusel muutub rakumembraani, mitokondrite ja endoplasmaatilise retiikulumi membraanide struktuur, kaob membraanide võime reguleerida transmembraanseid ioongradiente. Kahjustuvad ka tsütoskleleti valkude struktuur, häiruvad geneetiline aparaat ja ensüümide struktuur.

•OH radikaal on kõige reaktiivsem vaba radikaal, mida bioloogilistes süsteemides leida võib. Ta reageerib enamiku biomolekulidega difusioonlimiteeritud kiirusel ning on võimeline põhjustama tõsiseid kahjustusi tekkimiskohast väikese raadiuse piirides. Võrreldes •OH-ga on •O₂- väiksemat kahju tekitav vaba radikaal, reageerides väheste biomolekulidega. Teisalt võib•O₂- kiiresti reageerida NO•-ga, andes peroksünitriti (ONOO-), mis on potentsiaalselt väga kahjulik, kuna võib genereerida hüdroksüülradikaale. Vesinikperoksiid võib oksüdeerida otseselt intratsellulaarseid komponente, kuid võrreldes eelnevatega on see tunduvalt vähem reaktiivne ühend. Ta on võimeline difundeeruma rakus ja rakkude vahel ning membraane läbima. H₂O₂ olulisus seisneb selles, et reageerides siirdemetallidega moodustub •OH. •OH ründab nii nukleiinhappeid, lipiide kui valke, samas kui •O₂- ja H₂O₂ ei ründa DNAd ega algata lipiidide peroksüdatsiooni. Valgud kahjustuvad reaktiivsete hapnikuühendite toimel kas nende tioolrühmade oksüdatsioonil või teiste valgu koostises olevate aminohapete keemilisel modifikatsioonil.

Põhilised reaktiivsed ühendid

Oksüdant	Iseloomustus
•O2-, superoksiidanioon	Ühe paardumata elektroniga hapnikuradikaal. Tekib mitokondrite hingamisahelas molekulaarse hapniku üheelektronisel taandamisel ja ka NADPH oksüdaasi reaktsioonil fagotsüütide välismembraanil.[4]
H2O2, vesinikperoksiid	Tekib superoksiidaniooni ja vesiniku reaktsioonil ensüümi superoksiiddismutaas (SOD) katalüüsil. Ei ole ise radikaal, kuid on prekursoriks aktiivsete radikaalide tekkel. On lipiidides lahustuv, seega difundeerub läbi raku struktuuride, põhjustades radikaalide tekkimist ka mujal kui mitokondris.[8]
•OH, hüdroksüülradikaal	Moodustub Fentoni reaktsioonil ja peroksünitriti lagunemisel. Äärmiselt reaktiivne.[7]
HOCl, hüpokloorishape	Moodustub vesinikperoksiidi ja kloori reaktsioonil müeloperoksidaasi katalüüsil neutrofiilides. Oksüdeerib valkude tioolrühmi, trüptofaani ja metioniini.
ONOO-, peroksünitrit	Moodustub kiirel mitteensümaatilisel reaktsioonil •O2- ja NO vahel. Reageerib metalloensüümide keskmes asuvate siiredemetallidega (näiteks Fe-S klastris). Algatab lipiidide peroksüdatisooni. Nitreerib trürosiini, oksüdeerib valkude tioolrühmi, trüptofaani, metioniini ja histidiini. Läbib membraane.

Reaktiivsete hapnikuühendite (ROS) allikad

Üks reaktiivsete hapnikuühendite allikas normaalsetel tingimustel on nende lekkimine mitokondrist oksüdatiivsel fosforüleermisel. On hinnatud, et 3–5% kogu elektronide voolust viib reaktiivsete hapnikuühendite moodustamisele. •O₂- tootmine võib toimuda ka spetsiifiliste ensüümide toimel (eelkõige oksüdaaside) ning puriinide (ksantiini oksüdaas), katehhoolamiinide (monoamiini oksüdaas), prostanoidide (lipoksügenaas) ja ksenobiootikumide (tsütokroom P450) metabolismil.

Reaktiivsed hapnikuühendid võivad eelmainitud reaktsioonides tekkida Ca²⁺ homöostaasi häirete, trauma või isheemia tagajärjel. Peamine •OH moodustumise allikas on H₂O₂ reaktsioon siirdemetalliioonidega, nagu Fe²⁺ või Cu²⁺ (Fentoni reaktsioon) või Fe²⁺ katalüüsitud reaktsioon H₂O₂ ja •O₂- vahel (Haberi-Weissi reaktsioon). Hüdroksüülradikaalid tekivad ka preoksünitritist, mis füsioloogilisel pH-l laguneb. H₂O₂ moodustub •O₂- dismutatsioonil, mida katalüüsib ensüüm superoksiidi dismutaas. H₂O₂ moodustub ka teiste oksüdaasensüümide toimel (näiteks aminohapete oksüdaasid).

Lämmastikoksiid (NO•) sünteesitakse aminohappest L-arginiin ensüümi lämmastikoksiidi süntaas katalüüsil endoteeli rakkudes (kui vaskulaarse toonuse regulaatorit), samuti ka paljudes teistes rakutüüpides (kui sekundaarset signaalmolekuli).

Aktiveeritud fagotsüüdid on võimelised genereerima •O₂-, H₂O₂, HOCl ja NO• ühendeid, mis kõik võivad kaasa aidata koekahjustuse tekkele põletikuprotsessis.

Oksüdatiivne stress ja haigused

Oksüdatiivset stressi peetakse oluliseks neurodegeneratiivsete haiguste patogeneesis, nagu Lou Gehrigi haigus (ehk motoneuroni haigus), Parkinsoni tõbi ja Alzheimeri tõbi Oksüdatiivset stressi seostatakse ka kardiovaskulaarsete haigustega, kuna madala tihedusega lipoproteiinide (LDL) oksüdatsioon endoteelis on prekursoriks kolesterooli ladestusele. Oksüdatiivne stress mängib ka rolli biokeemilises kaskaadis hüpoksiajärgse reperfusioonikahjustuse tekkel. Oksüdatiivne stress süvendab koekahjustust hüperoksiajärgselt ka diabeedi korral.

Oksüdatiivne stress on tõenäoliselt seotud kõrgest vanusest tulenevate vähkkasvajate moodustumisega. Aktiivsed ühendid võivad otseselt kahjustada DNA-d ja seega olla mutageensed ning samuti võivad maha suruda apoptoosi, indutseerida proliferatsiooni, invaseerumist ja metastaasi. Helicobacter pylori põhjustatud põletik, mille tõttu suureneb reaktiivsete hapniku- ja lämmastikuühendite tootmine maos, on oluline tegur maovähi tekkes.

Antioksüdandid lisanditena

Antioksüdantide manustamine haiguste ennetamiseks on leidnud vastakaid arvamusi. Suure riskiga gruppides, nagu seda on suitsetajad, võib suur doos sünteetilist beetakaroteeni kopsuvähki haigestumise tõenäosust suurendada. Väiksema riskiga grupis tundub E-vitamiini kasutamine vähendavat südamehaiguste väljakujunemise riski. Toit sisaldab laia valikut karotinoide ja E-vitamiine (tokoferoole ja tokotrienoole), seega ex post facto epidemioloogiliste uuringute tulemused võivad erineda pärast tehislikke eksperimente tehtud järeldustest, kuna viimasel juhul kasutatakse isoleeritud aineid. Siiski on ravimifirma AstraZeneca väljatöötatud radikaale eemaldav nitroonipõhine ravim NXY-059 näidanud efektiivset toimet insuldi tagajärgede ravis.

Immuunkaitse

Immuunsüsteem kasutab ära oksüdantide letaalseid efekte, tootes oksüdeerivaid ühendeid patogeenide tapmiseks. Aktiveerunud fagotsüüdid toodavad hapniku ning lämmastiku reaktiivseid ühendeid, nende seas •O₂- ja •NO ja ONOO-  Kuigi nende väga reaktiivsete ühendite kasutamine fagotsüütide tsütotoksilises vastuses kahjustab ka oma kudesid, on oksüdantide mittespetsiifilisus eelis, kuna kahjustab märklaudraku peaaegu igast aspektist, vältides olukorra teket, kus patogeen pääseb sellise immuunvastuse käest ühe märklaudmolekuli mutatsiooni abil.

Kaitsemehhanismid vabaradikaalse kahjustuse vastu

Mitokondrite roll hapniku vabade radikaalide tekke kontrollis

• Hapnikuradikaalide teke ja nendest vabanemine

Mitokondrid tõkestavad hapniku vabade radikaalide kahjustust sel viisil, et redutseerivad enamiku molekulaarsest hapnikust veeks, kandes üle neli elektroni. 1–3% juhtudest taandatakse tarvitatud hapnik üheelektronilise ülekandega, tekib superoksiid. See protsess leiab aset hingamisahela alguses ja keskosas, kus asuvad reaktiivsed elektroni ülekandjad (flaviinid, CoQ), mis elektroni sidudes muutuvad ise vabaradikaaliks (nt CoQ•- vabaradikaal). Superoksiid tehakse kahjutuks mitokondri ensüümi MnSOD abil. Moodustub H₂O₂, mis difundeerub kergesti läbi mitokondrite ja rakumemebraani ning lahustub kudedes. H₂O₂ lokaalne kontsentratsioon langeb kiiresti koos superoksiidi kahjustav toimega.

• Oksüdatsiooni ja fosforüleerimise kerge lahutamine

Mida suurem on mitokondrite membraanipotentsiaal, seda suurem on CoQ•- radikaali tekkekiirus ning hapniku vabade radikaalide teke. Kui ATP sünteesi kiirus mitokondrites on madal, näiteks lihasraku puhkeoleku seisundis, mil membraanipotentsiaal on maksimaalne, on superoksiidide tekkevõimalus suurem. Intensiivse ATP sünteesi juures (raske füüsilise töö puhul), mil membraanipotentsiaal on vähenenud, on superoksiidi moodustumise tõenäosus väiksem. Normaalselt talitlevas puhkeolekus rakus pidurdavad hapniku vabade radikaalide teket türeoidhormoonid ja vabad rasvhapped, mis soodustavad prootonite tagasileket mitokondri maatriksisse ning aitavad hoida membraanipotentsiaali hapniku vabade radikaalide tekkimiseks vajalikust lävest madalamal tasemel. Seega toimub oksüdatsiooni ja fosforüülimise lahutamine, millel on mitokondriaalse antioksüdantse kaitse mehhanismis oluline roll. Membraanipotentsiaali vähenemisel ei saa organism enam sünteesida ATPd. See on hind, mis tuleb organismil maksta sellist laadi kaitse eest.

• Tsütokroom c roll

Kui vaatamata oksüdatsiooni ja fosforüleerimise kergele lahutamisele •O₂- siiski tekib, oksüdeerub mitokondrite intramembraanses ruumis paiknev tsütokroom c: CytC³⁺ + •O₂- → CytC²⁺ + O₂. Redutseeritud tsütokroom c (CytC²⁺) oksüdeerib uuesti hapnik tsütokroomoksüdaasses reaktsioonis. Võrrandist on näha, et tsütokroom c eemaldab superoksiidi ja taastoodab molekulaarse hapniku. See mehhanism on eriti tõhus siis, kui tsütokroom c väljub mitokondri välismembraani kahjustusel mitokondritest tsütoplasmasse. Seega tsütokroom c mitte ainult ei indutseeri apoptoosi, vaid avaldab ka antioksüdatset toimet.

Teised oksüdatiivset stressi limiteerivad mehhanismid

• Vabu radikaale konverteerivatest ensüümidest

on tähtsad mitokondriaalsed MnSOD ja tsütoplasmaatiliselt paiknevad superoksiidi dismutaas CuZnSOD ja katalaas ning glutatiooni peroksüdaas (katalüüsib vesinikperoksiidi taandamist glutatiooni oksüdatsiooni arvel). Nende ensüümide ekspressioon südamelihases hüpoksia/reoksügenisatsiooni-kahjustusel muutub oluliselt: kroonilise hüpoksia faasis nende ensüümide hulk väheneb, kuid reoksügenisatsioonifaasis (reperfusiooni) kasvab ja see muutus soodustab müokardi kaitset hapniku vabade radikaalide kahjustuse eest isheemiajärgsel reperfusioonil.

• hapniku vabade radikaalide kuhjumist aitavad peatada paljud niinimetatud radikaalide sidujad.
• Raku vesifaasis on olulised taandatud glutatioon ja askorbaat; membraanifaasis tokoferool, karotenoidid ja ubikinool (CoQH₂).

Stress

Stress on organismi pinge seisund kaitsereaktsioonina negatiivsete mõjurite vastu.
Stress on emotsionaalne pingeseisund, mis tekib välis- ja sisekeskkonna ulatuslikul muutumisel, nn üldine kohanemissündroom. Stressi korral häirub hormonaalne tasakaalning vallanduvad stressihormoonid (näiteks kortisool), mis avaldavad negatiivset mõju kõigile elundkondadele, kõige rohkem südame-veresoonkonnale. Stressihormoonid põhjustavad lihasepinge suurenemist, veresoonte ahenemist ja vererõhu tõusu.

Teatud tingimustes on stress hea ja normaalne nähtus, mis tagab eduka toimimise ja ellujäämise, kuid pikaajaline stress mõjub organismile hävitavalt.
Stressi teke:

Stress tekib organismi jaoks äärmuslikes tingimustes, milleks võivad olla nii pingeline elukeskkond kui ka üksindus, liiga raske vaimne või kehaline töö, tavapärase elurütmi ootamatu muutus, iseenda või lähedase inimese raske haigus, trauma, mure lähedase inimese pärast, elamine või töötamine sobimatutes kliimatingimustes, väsimus ja kurnatus jne.

Stressisignaalideks on:

Pidev muretsemine, 

Enda süüdistamine selle eest, et sa ei tee mitte midagi,

Tujust ära olemine, närvis või vihane olemine,

Ennast füüsiliselt halvasti tundmine (südamepekslemine, süda paha, peavalu vms)

Küünte närimine,

Teiste inimeste peale ärritumine,

Kiirustades söömine,

Liiga palju või liiga vähe söömine,

Asjade käest maha pillamine,

Enda liigse ärrituvuse, nutususe või tujukuse mitte märkamine.

Mis sind ärritab?

Kas sind ärritab...

... kui asjad ei laabu nii, nagu sa tahad?

... kui asjad kasvavad üle pea?

... kui jätad oma vajadused tagaplaanile ja arvestad vaid teiste inimeste soovidega?

... kui teised inimesed on sinust paremad või edukamad?

... kui teised inimesed on sinust halvemad või luuserid?

... kui õpetajad/tööandja(d) nõuavad asju, millega sa hakkama ei saa?

... kui bussid ei liigu graafiku järgi?

Mis sind veel ärritab?

Kirjuta see ülesse ja proovi see ära lahendada.

Kui ise ei suuda või ei oska, siis küsi abi proffessionsalidelt (psühholoogid).

Stressiga toimetuleku soovitused:

1. Maga piisavalt (8 tundi ööpäevas on parim, rohkem või vähem magamine võib väsimust ja stressi süvendada).

2. Ütle „Stopp“. Võra aeg maha, hinga 3 korda sügavalt sisse ja välja või loe 10-ni/100-ni/rahunemiseni, naerata, siruta käsi ja lõdvesta sõrmi, lõdvesta keha, käed ja jalad.

3. Jälgi oma mõtlemist ja suhtumist (ütle „ma ei suuda“ asemel „ma suudan“, „ma pean“ asemel „ma tahan, sest ma olen nii valinud“).

4. Küsi eneselt:

a) kas ma esitan endale liiga kõrgeid nõudmisi?

b) kas ma reageerin teatud olukordades üle?

c) kas ma alahindab või ülehindan ennast?

d) kas ma süüdistab end asjades, mille üle mul kontroll puudub?

e) kas ja kuidas mu hoiak mulle pingeid põhjustab?

5. Planeeri oma aega

a) Tee plaane ja pea neist kinni

b) järjesta asjad ja tegevused tähtsuse järgi

6. Hoolitse oma füüsilise vormi eest

a) Tee trenni, sõida rattaga või rulluiskudega või käi jala.

b) söö/toitu tervislikult

c) ole värskes õhus, Anna ajule hapnikku.

7. Puhka

a) võta aega üksinda olemiseks

b) tunnusta ja premeeri ennast meeldivate hetkedega (looduses, kontserdil, muusikat kuulates...)

c) lõdvestu, hinga rahulikult.

d) kui oskad - mediteeri! (Kui ei oska, siis vaata: LEONHARDI BLOGI: Budism ja Helid, meditatsioon, renessansi inimene)

Oluline:

Pea meeles: 10% sõltub sellest, mis minuga juhtub, ja 90% sellest, kuidas ma sellele reageerin.

Ära vihasta, imesta!

Meie tulemuslikkus sõltub otseselt sellest kui hästi me suudame keskenduda olulistele asjadele (mõtetele või tegevustele). Mida parem on inimese keskendumisvõime, seda suurem on efektiivsus ja parem tulemuslikkus. Samas on just meie keskendumisvõime see, mida on väga kerge häirida, segada ja rikkuda.