SISTEMA NERVOSO E ALIMENTAZIONE
COMO, 22-24 APRILE 2015
CONGRESSO NAZIONALE SNO
Lo stress ossidativo cerebrale
Dott. Antonio Colombo
Direttore del Polo Neurologico Brianteo
RADICALI LIBERI
I radicali liberi sono un’entità molecolare molto reattiva in
genere a vita brevissima, costituiti da
un atomo o
da una molecola di più atomi
che presentano un elettrone spaiato, ciò che li rende
estremamente reattivi ( tendono a sottrarre un elettrone alle
molecole vicine )
Non si tratta di ioni,: sono neutri ( non hanno carica)
La
funzione radicalica si indica con:
.
(e non con : + o - )
RADICALI LIBERI
ROS
(Reactive Oxygen Species)
Anione superossido
( O2 )
Prodotto ad esempio nella fosforilazione ossidativa
Inattivato dalla superossido dismutasi (SOD) che lo converte in H2O2 e O2.
Perossido d’ idrogeno
( H2O2 )
Prodotto da enzimi come la glutatione perossidasi o da ossidasi contenute nei
perossisomi . Trasformato un H2O e O2 dalla catalasi dei perossisomi e dalla glutatione
perossidasi del citosol e dei mitocondri.
.
Radicale ossidrilico ( OH )
Si forma dall’H2O2 con la reazione di Fenton o da idrolisi dell’acqua per radiazioni.
E’ il più reattivo. E’ prodotto ad es. dai leucociti per distruggere i batteri
Trasformato in H2O dalla glutatione perossidasi.
Ossigeno singoletto
.
( O2).
Molto reattivo, si forma per es. per azione dei raggi U.V. o da alcune reazioni
enzimatiche. E’ presente nei macrofagi per inattivare agenti patogeni.
RNS (Reactive Nitrogen Species )
 Ossido
Nitrico
( monossido d’azoto)
( NO ).
Prodotto dalle NO sintasi, ve ne sono tre tipi, una è presente nei
neuroni e nei muscoli scheletrici. E’ un neurotrasmettitore, un potente
vasodilatatore.
_
 Perossinitrito : ( ONOO ) si forma nella reazione tra ossido nitrico e
anione superossido.
 E’ convertito in HNO2 ( acido nitroso) ,che è a sua volta ossidante e
mutageno, dalle perossireduttasi presenti nel citosol e nei mitocondri.
OSSIDANTI
 Sottoprodotti del normale metabolismo
provocano alterazioni :
 alle proteine
 ai lipidi
 al DNA
Paragonabile all’effetto delle radiazioni, dei raggi UV
 Sono concausa importante di :
 INVECCHIAMENTO, MALATTIE DEGENERATIVE,
NEOPLASIE
LA CELLULA UTILIZZA GLI OSSIDANTI
 I fagociti ad esempio distruggono i batteri o le cellule
infettate da virus con una raffica ossidativa di :
Superossido / Perossido d’idrogeno/ Monossido d’azoto
 Le infiammazione croniche perpetuando tale attività
diventano fonti di rischio mutagene e quindi con
possibilità proliferazione atipiche tumorali
ALTERAZIONI DEL DNA
 Nonostante le difese antiossidanti dell’organismo
il DNA può venire ossidato (danni macroscopici o alterata
struttura delle basi: es.8-ossiguanina,5-idrossimetiluracile)
Sono tuttavia presenti enzimi che asportano le lesioni
eliminandole poi con le urine ( es. basi danneggiate nella
respirazione glicosidica)
 Si stima che il numero di azioni ossidative che colpiscono il
DNA per cellula al giorno, nell’uomo sia di circa 10.000.
Nei ratti è di 100.000
 Gli enzimi che riparano il DNA rimuovono molte ma non
tutte, le lesioni formatesi, che si accumulano con l’età
cosicchè quando un ratto è vecchio (2 anni) ha circa due
milioni di lesioni del DNA ( il doppio di un ratto giovane)
MUTAZIONI
 Di conseguenza con l’età si accumulano anche le
mutazioni
 Per es. Le mutazioni somatiche dei linfociti umani
è circa 9 volte maggiore negli anziani rispetto ai neonati
Alterazioni del DNA
Mitocondriale
 Il DNA mitocondriale (mtDNA) può essere danneggiato
anche 10 volte di più di quello nucleare perchè:
Mancano gli istoni protettivi
Mancano enzimi riparatori
Vi è vicinanza agli ossidanti generati dalla fosforilazione
ossidativa
Nonostante il ricambio costante dei mitocondri
(quelli danneggiati producono più ossidanti ) le lesioni
ossidative del mtDNA si accumulano ad un tasso più alto di
quello nucleare
OSSIDAZIONE DELLE PROTEINE
Gli ossidanti endogeni danneggiano le proteine
anche quelle strutturali come gli enzimi, ossidando i
gruppi laterali, formando legami crociati come il
legame
disolfuro,
cambiando
la
struttura.
Danneggiano quindi la funzione della proteina.
Possono dare origine ad aminoacidi modificati
(ditirosina, diidrossifenilalina)
E’ stato dimostrato che gli enzimi proteolitici che
idrolizzano le proteine ossidate non sono sufficienti ad
impedire un incremento delle proteine ossidate con
l’invecchiamento.
LIPOFUSCINOSI
Lipofuscinosi in neuroni e cellule muscolari cardiache
LA PEROSSIDAZIONE
LIPIDICA
 La perossidazione lipidica è il processo di ossidazione degli
acidi grassi insaturi, che presentano numerosi doppi
legami, con la formazione di perossidi e radicali liberi
reattivi. Questi possono reagire con altri acidi grassi
determinando una reazione a cascata di formazione di
radicali acidi.
 I lipidi sono costituenti di tutte le membrane cellulari ed il
loro danneggiamento ossidativo è il più consueto (es. negli
eritrociti può determinare emolisi)
ATERAZIONI MITOCONDDRIALI E
APOPTOSI
Se lo stess ossidativo determina alterazioni della
membrana mitocondriale ( si possono formare veri e
propri pori) il citocromo C passa nel citoplasma e
attiva L’ Apaf 1 ( Apoptosic proteasi activator factor )
che si lega a 6 proteine formando l’apoptosoma che a
sua volta attiva a cascata le
Caspasi
che innescano le reazioni che portano all’apoptosi.
GLI ANTIOSSIDANTI E L’ENCEFALO
 Lo stress ossidativo è importantissimo nella genesi
delle malattie neurodegenerative perché:
 L’encefalo ha un elevatissimo contenuto in grassi
strutturali facilmente perossidabili ( si possono
formare isoprostani e tra questi studiato l’ F2A )
 Consuma circa il 20% dell’ossigeno circolante pur
avendo un peso pari al 2% dell’intero organismo
 Ha un alto contenuto in ioni ferro ( pro ossidanti)
PROGERIA
 mmmmmmmm
PROGERIA
 Progeria (malattia di Hutchinson-Gilford)
 Quadro clinico: Alopecia, atrofia della cute e dello
scheletro, aterosclerosi accelerata
 C’è accorciamento dei telomeri, basso livello di enzimi
antiossidanti (es.glutatione perossidasi).
C’è intensa ossidazione
 Non è noto il gene responsabile della malattia
STRESS OSSIDATIVO E MALATTIE
NEURODEGENERATIVE
Le Malattie Neurodegenerative predispongono allo stress
ossidativo e lo potenziano a cascata:
Neuroinfiammazione: la microglia attivata rilascia NO che
con specie reattive dell’ossigeno forma perossinitriti e altri
prodotti di nitrosilazione
Gli ossidanti possono stimolare la trascrizione di geni
proinfiammatori nella glia con circolo vizioso
Alterata funzione mitocondriale
Alterato ripiegamento proteico
Alterata omeostasi degli ioni metall0 (Zn,Fe,Cu)
Alterata funzione mitocondriale
TERAPIA E BARRIERA EMATO-ENCEFALICA
Per agire sull’encefalo per proteggerlo con antiossidanti
sintetici è necessario che superino la barriera (BBB) e
gli studi non debbono accontentarsi dell’effetto
antiossidante sistemico.
Ad esempio il Coenzima Q10 ( ubiquinone), il
glutatione ridotto ( GSH ) e la forma ossidata della
Vitamina C passano facilmente la BBB.
MECCANISMI DIFENSIVI CELLULARI
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Enzimi cellulari che limitano il livello degli ossidanti reattivi :
Superossido dismutasi (SOD)
Catalasi ( è un ossidoreduttasi)
Glutatione perossidasi
DNA ossidato è riparato da glicosilasi specifiche per le varie
basi ossidate
 Le proteine ossidate sono degradate dalle proteasi
 I lipidi idroperossidici sono distrutti dalla glutatione perossidasi
 Gi antiossidanti che a livello cellulare neutralizzano i radicali
liberi sono detti scavengers : Il glutatione,Vit A,C,E
ALTRI ANTIOSSIDANTI FISIOLOGICI
 L’ubiquinone (CoQ10) è una piccola molecola che
trasporta elettroni nei mitocodri nel processo di
formazione di composti energetici, la sua forma ridotta
l’ubiquinolo è un’efficiente antiossidante nelle
membrane.
 Hanno azione antiossidante in passato trascurata
la biluribina, gli urati, la carnosina.
Antiossidanti contenuti nelle diete
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Vitamina C ( ascorbato )
Vitamina E (tocoferolo)
Carotenoidi
Flavonoidi
Fenoli
Sono interessanti come difesa contro le malattie
degenerative e le neoplasie
I carotenoidi hanno buona attività antiossidanti contro
l’ossigeno singoletto e molti ( anche il Beta carotene )
possono essere metabolizzati a vit A (retinolo)
SUGGERIMENTI DIETETICI
 Viene suggerito da più enti di ricerca e società
scientifiche che sarebbe opportuno mangiare
 Almeno 2 frutti al giorno
 E tre razioni di verdure al giorno
 Frutta e verdura contengono altre sostanze che pur
non essendo antiossidanti hanno grande importanza,
es. l’acido folico necessario per la sintesi dei nucleotidi
del DNA, la carenza può generare
rotture
cromosomiche e aumentare difetti congeniti
o
neoplasie.
Consigli per la dieta con vegetali
 Diversificare i vegetali per aumentare la varietà di
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composti fenolici e altri antiossidanti
Usare il più possibile verdure fresche
Avere attenzione alla varietà dei vegetali
Cuocere le verdure al vapore
Usare erbe aromatiche anche secche
Condire con olio extra vergine d’oliva
Usare buon aceto di vino o di mele
ORAC dei condimenti dell’insalata
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Olio extra vergine di oliva
Olio di semi di arachidi
Olio aromatizzato all’aglio
Olio aromatizzato all’aglio + aromi
Olio aromatizzato al prezzemolo
Olio aromatizzato al basilico
Aceto di vino
Aceto di mele
11,5
1,06
5,57
2,19
7,66
6,84
4,10
5,64
TABELLA ORAC ( oxygen radical absorbance
capacity) di alcuni vegetali
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Sumac
Spezie chiodi di garofano
Cioccolato fondente amaro
Lampone nero
Noci, nocciole
Carciofi
Aglio
Mela cruda con buccia
Vino rosso merlot
Patata cotta in buccia
Pane
Olio arachidi
309900
111489
49093
19220
9275
9221
5541
4234
2670
2085
1986
82
USO DEGLI INTEGRATORI
 Moltissimi prodotti ricchi di vit C, vit E, carotenoidi,
flavonoidi, idebenone o Coenzima Q10, L cisteina, ecc
 Molti hanno deluso perché in vitro hanno ottima
azione antiossidante neutralizzando i radicali liberi,
in vivo risultavano inefficaci. Se dati in eccesso
potrebbero addirittora essere controproducenti
 Es. deludente il Beta carotene dato per prevenire il
cancro al polmone nei fumatori (interrotto il trial)
 La vit C sembra giovare solo a chi ne è carente
MISURAZIONE DELLO SRESS OSSIDATIVO
Test per la misura dello stress
ossidativo

d ROM test (reactive oxygen metabolites)
Grazie per l’attenzione