OKSİDATİF STRES, İLİŞKİLİ HASTALIKLAR VE LABORATUVAR DEĞERLENDİRMESİ
“Normal fizyolojik koşullarda, hücrelerde sürekli oluşan serbest radikaller ve reaktif oksijen türleri (ROS) ile onlarla etkileşime geçen antioksidanlar arasında bir denge vardır. Bu dengenin serbest radikaller-ROS lehine bozulması yani hücrede süperoksit vb. radikallerinin birikmesi ya da endojen savunma sistemlerinin yetersiz kalması Oksidatif Stres olarak tanımlanır.”
Serbest Radikaller
Dış yörüngelerinden birinde eşleşmemiş elektron içeren bileşiklerdir. Reaktif ve kısa ömürlüdürler.
Serbest radikaller, normal bir metabolizmanın devamı olarak veya hücrede enerji üretimi için gerekli olan birçok reaksiyon tarafından üretilebilmektedir.
Serbest radikallerin başlıca 3 yolla meydana geldiği kabul edilmektedir.
1- Kovalent bağlı normal bir molekülün, her bir parçasında ortak elektronlardan birisinin kalarak homolitik bölünmesi.
X : Y → X• + Y•
2- Normal bir molekülün bir elektronun kaybına uğraması
A – e- → A.+ e
3- Normal bir moleküle tek bir elektronun eklenmesi
A + e- → A•-
Üretilen bu radikallerin membran lipidlerine, hücre içi proteinlere ve nükleik asitlere etki ederek bu makromoleküllerin yapı ve fonksiyonları üzerinde değişikliklere yol açtığı ve hücresel hasar meydana getirdiği iyi bilinmektedir.
Reaktif Oksijen Türevleri (ROS)
Atmosferde bulunan oksijen, moleküler oksijen (O 2 ) veya dioksijen olarak adlandırılır. Normal oksijenin az bir kısmı başlıca mitokondri olmak üzere hücresel kompartımanlardaki metabolizma sırasında indirgenerek reaktif oksijen türlerine dönüşür. Başlıca reaktif oksijen türleri Süperoksit radikali (O 2 ⋅−), Hidroksil radikali (OH•) ve Hidrojen peroksit (H 2 O 2 )’dir. Bunlardan ilk ikisi serbest radikal olup hidrojen peroksit ise prooksidandır.
Antioksidanlar
Hücrede lipid, protein ve DNA gibi okside olabilecek maddelerin serbest radikaller tarafından oksidasyonunu önleyebilen veya geciktirebilen maddelere Antioksidan, bu mekanizmalara ise Antioksidan Savunma Sistemleri denir. Antioksidanlar serbest radikallere elektron transferi yaparak hücresel düzeydeki hasarı engellemektedir.
Antioksidanların dört farklı mekanizması vardır:
(1) Temizleme etkisi; serbest oksijen radikallerini etkileyerek onların tutulması ya da oksidanları daha zayıf bir moleküle dönüştürerek etkisizleştirmedir. Antioksidan enzimler ve mikromoleküller bu yolla etki eder.
(2) Baskılama etkisi; Oksidanlara bir hidrojen aktararak onları etkisiz hale getirme ya da etkilerinin veya reaksiyon hızlarının azaltılması. Vitaminler ve flavonoidler ise etkilerini bu yolla gösterirler.
(3) Onarma etkisi; serbest radikallerin lipid, protein ve DNA gibi yapılarda oluşturdukları biyolojik hasarın onarılması.
(4) Zincir koparma etkisi; serbest oksijen radikallerini bağlayarak, zincirlerini kırıp işlevlerinin engellenmesi.
Antioksidanlar ayrıca oksijeni ortamdan uzaklaştırır veya lokal olarak bulunduğu yerde konsantrasyonunu azaltırlar ve katalitik metal iyonlarını ortamdan uzaklaştırırlar. Bunlar da etki mekanizmalarına dahil edilebilir.
Antioksidanlar;
Endojen (antioksidan enzimler vb.) ve
Ekzojen (vitaminler vb.) olmak üzere iki grupta sınıflandırılır.
Tablo 1. Eksojen Antioksidanlar
Antioksidan – Etki Mekanizması
Vitamin C (Askorbik asit) – Hidroksil radikallerini (OH•) temizler.
Vitamin A (Β-Karoten) – Yağda çözünür radikaller ile singlet oksijeni temizler.
Vitamin E – Yağda çözünür, zincir kırıcı etki gösterir.
Sebze, meyve, baharat, tahıllarda yaygın olarak bulunan fenolik maddeler, resveratrol ile kuersetin ve kateşin gibi flavonoidler, selenyum, çinko da diğer önemli eksojen antioksidanlardır.
Tablo 2. Endojen Antioksidanlar
Enzim Yapıda Olmayanlar
Albümin – Bakır ve Hem grubu bağlar, HOCl’u ortamdan temizler.
Seruloplazmin – Bakır iyonlarını bağlar, H2O2’i kullanarak bakırın reoksidasyonunu sağlar.
Transferrin – Ferrik haldeki demir iyonlarını (Fe3+) bağlar
Laktoferrin – Ferrik haldeki demir iyonlarını (Fe3+) düşük pH değerlerinde bağlar.
Haptoglobin – Hemoglobini bağlar.
Hemopeksin – Hem grubunu bağlar.
Bilirubin – Peroksil radikallerini temizler.
Glukoz – Hidroksil radikallerini (OH•) temizler.
Ürat – Radikalleri temizler ve metalleri bağlar.
Melatonin – Hidroksil radikallerini (OH•) temizler.
Mukus – Hidroksil radikallerini (OH•) temizler.
Enzim Yapıda Olanlar
Süperoksit Dismutaz (SOD)
Süperoksit radikalini temizler (O2- )
O2- + 2H+ → H2O2 + O2
Katalaz (CAT)
Hidrojen peroksiti (yüksek konsantrasyonda ise) ortamdan uzaklaştırır.
2H2O2 + O2 → 2H2O + O2
Glutatyon peroksidaz (GPx)
Hidrojen peroksiti (düşük konsantrasyonda ise) ortamdan uzaklaştırır.
H2O2+2 GSH → GSSG+2H2O
Sitokrom Oksidaz
Oksijenin suya indirgenmesi sırasında aktif oksijenin ortama salınımını engelleyerek ROS (H2O2, OH•, O2-) oluşumunu engeller.
GSH: Redükte glutatyon, GSSG: Okside glutatyon
Oksidatif Stresle İlişkili Hastalıklar
Oksidatif stresteki artış sonucunda oluşan reaktif oksijen türleri hücre içi lipid ve protein yapıların çift bağ içeren gruplarına ve DNA’daki bazların çift bağlarına saldırır ve bir hidrojen atomu kopararak zincirleme oksidasyon reaksiyonlarını başlatırlar. Sonuçta hücre içi lipid, protein ve DNA gibi makromoleküller hasar görür, hücre zedelenmesi veya hücre ölümü meydana gelir.
Serbest radikallerle uyarılan oksidatif stresin;
1. Nörolojik bozukluklar (Parkinson, Alzheimer, Huntington, Amyotrofik lateral skleroz, multiplskleroz, depresyon ve hafıza kaybı gibi),
2. İmmün sistem bozuklukları,
3. Diyabet,
4. Romatoid Artrit,
5. Renal hastalıklar (glomerülonefrit, tübülointerstisyel nefrit, renal yetmezlik, proteinüri ve üremi oluşumu),
6. Kardiyovasküler bozukluklar (ateroskleroz, iskemi, hipertansiyon, kardiyomiyopati, kardiyak hipertrofi ve konjestif kalp yetmezliği vb.),
7. Kronik obstrüktif akciğer hastalıkları,
8. İskemi-reperfüzyon hasarı,
9. İnflamatuvar hastalıklar,
10. Kanser gibi yüzden fazla hastalığın oluşumuna neden olduğu düşünülmektedir.
Ayrıca, serbest radikallerin neden olduğu oksidatif hasarın ilerleyici olması, yaşlanma ve yaşlanmaya bağlı dejeneratif hastalıkların (katarakt, ateroskleroz) ortaya çıkmasına neden olmaktadır.
Oksidatif Stresi Değerlendirmede Kullanılan Laboratuvar Testleri
Serbest radikallerin reaktiviteleri ve kısa yarılanma ömürleri bu maddelerin doğrudan ölçümlerini engelleyen önemli bir faktördür. Bu nedenle, bu maddeler ve ürünlerini değişik doku ve materyallerde ölçmek için geliştirilmiş metotların pek çoğu dolaylıdır ve doğrudan serbest radikal ölçmez.
Lipid peroksidasyonu, membran fosfolipidlerindeki doymamış yağ asitlerinin oksijen ile reaksiyona girerek, lipid hidroperoksitlerini (LOOH) oluşturmaları şeklindeki olaylar zincirinde oluşmaktadır. Bir dizi reaksiyon sonucunda MDA (malondialdehit), diğer bazı aldehitler, konjuge dienler, uçucu hidrokarbonlar gibi ürünler açığa çıkar. Açığa çıkan bu ara ürünlerden birinin tayin edilmesiyle lipid peroksidasyonu ve dolaylı olarak ta serbest radikal ölçümü yapılmaktadır.
Antioksidan enzimler olan Süperoksit Dismutaz (SOD) ve Glutatyon Peroksidaz (GPx) seviyeleri ölçülerek antioksidan sistemin bu komponentleri hakkında fikir sahibi olunabilir.
Spektrofotometrik veya daha hassas olan HPLC gibi yöntemlerle antioksidan vitaminler Vitamin A, Vitamin C ve Vitamin E ölçümü, kolorimetrik rutin metotlarla ise ürik asit, bilirubin, albumin gibi ekstraselüler antioksidanların tayini gerçekleştirilebilmektedir. Plazma selenyumu, eritrosit içi çinko, plazma seruloplazmin, haptoglobulin, transferin, hemopeksin düzeyi ölçümleri de antioksidan kapasite değerlendirmesinde kıymetlidir.
Ayrıca spektrofotometrik yöntemlerle Total Antioksidan Kapasite ölçümü yapılarak bireylerin antioksidan kapasiteleri hakkında genel fikir sahibi olunabilir.
Referanslar:
1. Aslankoç R, Demirci D, İnan Ü, Yıldız M, Öztürk A, Çetin M, Savran EŞ, Yılmaz B. The Role Of Antioxidant Enzymes İn Oxidative Stress – Superoxide Dismutase (Sod), Catalase (Cat) And Glutathione Peroxidase (Gpx). Med J SDU 2019; 26(3): 362-369.
2. Tanakol A, Uzunçakmak TK, Kutlubay Z. Oxidative Stress and Aging. Dermatoz 2020;11(3):31-35.
3. Özcan O, Erdal H, Çakırca G, Yönden Z. Oksidatif Stres Ve Hücre İçi Yapılar Üzerine Etkileri. JClin Exp Invest 2015; 6 (3): 331-336.
4. Dündar Y. Hekimlikte Oksidatif Stres Ve Antioksidanlar. ISBN: 9789757150299. Afyon Kocatepe Üniversitesi; Yay. No. 29. 2000.