Ravitsemuspähkinöitä

• 

Saimme hiljattaen erinomaisen kysymyksen liittyen oksidatiiviseen stressiin, ruokavalion rasvoihin ja sydän- ja verisuonisairauksiin. Nykykäsityksen mukaan oksidatiivinen stressi on yksi mahdollisista mekanismeista monien kroonisten tautien takana, joista esimerkkinä sydän- ja verisuonisairaudet, diabetes, jotkut syövät ja neurodegeneratiiviset sairaudet kuten Alzheimerin tauti (1). Iän myötä kasvavan oksidatiivisen paineen on myös ehdotettu selittävän ikääntymiseen liittyviä fysiologisia muutoksia (1).

Aihe ei olekkaan mistään yksinkertaisimmasta päästä ja liikkuu vahvasti molekyyliravitsemuksen aihepiirissä. Yritetään kuitenkin pitää aihe ymmärrettävänä ja lisäkysymyksiä saa ehdottomasti laittaa jos tuntuu ettei oikein aukea. Postauksessa pyritään vastaamaan seuraaviin kysymyksiin: 

Aiheuttaako runsas pehmeiden rasvojen saanti oksidatiivista stressiä?

Ovatko sydän- ja verisuonisairaudet suurempi riski verrattuna oksidatiiviseen stressiin?

Tarvitseeko oksidatiivisesta stressistä olla huolissaan? 

Lisäksi käydään läpi mitä oksidatiivisella stressillä tarkoitetaan  ja pohditaan miten se liittyy monien kroonisten sairauksien syntyyn. Aloitetaan vastaamalla kysymykseen:

Mitä se oksidatiivinen stressi nyt onkaan?

Normaaleissa oloissa soluaineenvaihdunta tuottaa reaktiivisia happi- ja typpiyhdisteitä (eng. reactive oxygen species (ROS), reactive nitrogen species (RNS)), jotka reaktiivisen luonteensa takia voivat aiheuttaa soluissa erilaisia vaurioita. Nämä yhdisteet ovat kuitenkin tarpeellisia sillä esim. ROS-yhdisteillä on roolinsa solun elinkaaren säätelyyn liittyvissä tapahtumissa kuten erilaistumisessa, kehittymisessä, kasvussa, sekä solukuolemassa. Koska näitä yhdisteitä syntyy jatkuvasti solun normaalin toiminnan aikana, niiden määrää säätelee solun antioksidantti-järjestelmät, jotka normaaleissa oloissa kykenevät eliminoimaan reaktiivisia yhdisteitä ja näin vähentämään niistä aiheutuvia soluvaurioita.  Jos oksidatiivinen paine jostain syystä nousee, antioksidantti-järjestelmät kompensoivat tämän tehostamalla toimintaansa ja näin tasapaino säilyy. (2)

Oksidatiivisella stressillä tarkoitetaan tilannetta, jossa tämä systeemi jostain syystä on epätasapainossa ja reaktiivisten ROS- ja RNS-yhdisteiden ja niiden aiheuttamien vaurioiden määrä nousee (3). ROS-yhdisteitä syntyy pääasiassa mitokondrioissa eli solun energiakeskuksissa tapahtuvan energian(ATP)tuotannon aikana (2). Soluhengityksen aikana muodostuneet H2O2 ja O2 muodostavat vapaita happiradikaaleja, jotka voivat hapettaa niin makromolekyylejä (rasvahapot, proteiinit) kuin vahingoittaa perimäainesta eli DNA.ta ja RNA.ta aiheuttamalla mutaatioita ja rakenteen rikkoutumista (katso kuva alla). Tämä voi muuttaa geenien ilmentymistä ja johtaa rakenteellisiin ja toiminnallisiin muutoksiin solussa (2). Lisäksi rasvojen hapettuminen vapaiden radikaalien myötä (lipidiperoksidaatio) on keskeinen mekanismi soluvaurioiden synnyssä. Oksidatiivisen paineen lisääntyminen ja siitä syntyvien vaurioiden kasautuminen käynnistää tulehdusvasteen. Nykykäsityksen mukaan oksidatiivinen stressi ja tulehdusvaste kulkevat ns. käsi kädessä ja voivat vaikuttaa monien kroonisten sairauksien synnyn takana (2,3).

Oksidatiivinen stressi ja krooniset sairaudet

Oksidatiivisen stressin vaikutus kroonisten sairauksien kehittymisessä on ajateltu välittyvän  sekä suorasti että välillisesti (5). Suorassa vaikutuksessa ROS- ja RNS-yhdisteet vaikuttavat kohdekudoksessa eli esimerkiksi sydän- ja verisuonisairauksien tapauksessa verisuonten endoteelisoluissa mm. lisäämällä solujen jakautumista, ohjelmoitua solukuolemaa, vaellusta (migration) ja soluväliaineen muutoksia (6). Välillinen vaikutus samassa tapauksessa on kuin ketjureaktio jossa ROS- ja RNS yhdisteiden vaikutus käynnistää tulehdusvasteen, joka puolestaan voi johtaa mm. verisuonten toiminnan häiriöön ja sitä kautta ateroskleroosiin ja kohonneeseen verenpaineeseen. Endoteelin toimintahäiriöiden liittyvän myös hyperlipidemiaan ja diabetekseen. Nämä tapahtumat puolestaan voivat johtaa sydän ja verisuonisairauksien kehittymiseen (3). 

Toinen esimerkki suorasta vaikutuksesta on solun DNA-vaurioiden synty sekä varioita korjaavien entsyymien toiminnan estyminen joka johtaessaan suurempaan mutaatioiden määrään, voi johtaa syövän esiasteiden kehittymiseen. Kuten sydän ja verisuonisairauksien tapauksissa oksidatiivisen paineen kasvu lisää tulehdusta kohdekudoksissa joka puolestaan tukee syövän kehittymiseen liittyviä tapahtumia.  Tämä yhteys kulkee myös toiseen suuntaan eli tulehdusreaktio voi aiheuttaa oksidatiivista stressiä vaikuttamassa ROS- ja RNS-yhdisteiden synnyssä mukana olevien entsyymien aktiivisuuteen, joista merkittävimpiä ovat NADPH oksidaasit. (5) 

Se, mitä tulisi muistaa puhuttaessa sairauksien synnyn mekanismeista, on niiden monimutkaisuus. Yleensä taustalla on eri tekijöiden yhteisvaikutus eikä niinkään yhden muuttujan (tässä tapauksessa ROS-yhdisteet) vaikutus. Harvoin yksi tekijä riittää sairauden puhkeamiseen.

Oksidatiivinen stressi ja ruokavalio 

No mikäs sitä oksidatiivista stressiä sitten aiheuttaa? Nykykäsityksen mukaan elintapojen kuten fyysisen aktiivisuuden, päihteiden käytön ja ruokavalion lisäksi myös jotkut ympäristömyrkyt voivat vaikuttaa oksidatiivisen paineen määrään (7). Ravinnon makroravintoaineista eniten tutkittuja ovat hiilihydraatit, eläinperäiset proteiinin ja rasvat (2). Lisäksi on tutkittu antioksidanttien mm. C- ja E-vitamiinien sekä muiden aktiivisten ravintoperäisten yhdisteiden vaikutusta oksidatiiviseen stressiin ja matala-asteiseen tulehdukseen (7).  Tosin monesti tuloksetta. 

Eläinkokeissa runsaasti rasvaa sisältävän ruokavalion on todettu lisäävän oksidatiivista stressiä ja mitokondrioiden toimintahäiriöitä useassa kohdekudoksessa (2).  Lisäksi runsasrasvainen ruokavalio on yhdistetty dyslipidemiaan, mikä puolestaan on yhdistetty oksidatiiviseen stressiin. Vaikuttaa siltä että runsasrasvainen ruokavalio mahdollisesti aikaansaa oksidatiivisen paineen kasvua kiihdyttämällä tulehdusvastetta (2). Tämän hetkinen näyttö viittaa siihen, että kasviöljyjen sisältävien pitkäketjuisten moni- (PUFAs) ja kertatyydyttymättömien (MUFAs) rasvahappojen sekä polyfenolisten yhdisteiden käyttö olisi yhteydessä alentuneeseen oksidatiiviseen stressiin ja matala-asteiseen tulehdukseen (8,9). Täytyy kuitenkin muistaa, että eri pituisten rasvahappojen terveysvaikutukset ovat aihe, joka edelleen aiheuttaa kiivasta keskustelua tämän alan asiantuntijoiden keskuudessa ja argumentteja löytyy puolin ja toisin. 

Ruokavalion vaikutuksen voivat myös välittyä välillisesti esimerkiksi ylipainon kertymisen kautta (2). Ylipaino on riskitekijä monien sairauksien takana ja yksi tätä selittävä mekanismi onkin häiriintyneen rasva-aineenvaihdunnan myötä lisääntynyt matala-asteinen tulehdus ja oksidatiivinen stressi (10). Lisäksi on spekuloitu, että paljon rasvaa sisältävä ruokavalio voisi muuttaa energiametaboliaa siten että rasvojen hapettuminen lisääntyy johtaen oksidatiivisen paineen kasvuun (10). 

Tutkimusnäytön puutteita/kritiikkiä: 

Kaikesta huolimatta, mekanismit joilla ruoasta saatavat yhdisteet voivat aiheuttaa oksidatiivista stressiä ovat monimutkaisia ja edelleen huonosti ymmärrettyjä (2). Tutkimusnäyttö ruokavalion yksittäisten komponenttien, esimerkiksi rasvojen, rooli oksidatiivisen paineen säätelyssä on vielä suhteellisen niukkaa ja vaatii lisää sekä ns. suuremman mittakaavan epidemiologista eli väestötason tutkimusta että kokeellista tutkimusta.  Tästä tekee hankalaaa myös se että joissain tapauksissa yhdisteen määrä määrittää sen onko vaikutus ns. terveyden kannalta positiivinen vai negatiivinen (9). Lisäksi esimerkiksi monien suurien kliinisten ihmisillä tehtävien antioksidantti-terapiaan perustuvien tutkimusten tulokset ovat olleet ristiriitaisia eivät kaikki ole tukeneet teoriaa antioksidanttien suojaavasta vaikutuksesta (2). Monissa antioksidantteihin keskittyvissä havainnoivissa tutkimuksissa on välillä vain oletettu, että suurempi antioksidanttien saanti vähentää oksidatiivisen paineen määrää ilman että oksidatiivista stressiä mitataan mitenkään (1). Tämä on tottakai ongelmallista, sillä kokeellissa tutkimuksissa vaikutusta ei yleensä olla huomattu. 

Vielä viimeiseksi haluan nostaa oksidatiivisen stressin mittaamiseen liittyvät pulmat liittyen jo olemassa oleviin tutkimuksiin. Oksidatiivista stressiä mitataan tutkimuksissa ns. biomarkkereiden avulla, joista esimerkkinä virtsasta mitattava 8OHdG (engl. dna lesion eli vaurioitunut DNA.n osa) (11) ja plasmasta tai virtsasta mitattava isoprostaglandiini (IsoPs)(1). Esimerkiksi näiden biomarkkereiden käyttöä on kritisoitu, sillä näyttö niiden ja kroonisten sairauksien kehittymisen välillä on vielä rajallinen (1). Käsittääkseni tällaisia tapauksia onkin useampia joten tarvetta olisi luotettaville ja tarpeeksi tarkoille biomarkkereille, joilla oksidatiivista stressiä voisi mitata myös suuremman skaalan tutkimuksissa. 

Tarvitseeko oksidatiivisesta stressistä olla huolissaan? 

Lopuksi, tarvitseeko oksidatiivisesti stressistä olla huolissaan? Vastaus on niinkin tylsä kuin, kyllä ja ei. Näyttö sille, että oksidatiivisen stressin lisääntymisellä on roolinsa monien kroonisten sairauksien takana on suhteellisen vahva, mutta myös muut tekijät vaikuttavat sairauksien kehittymisen aikana. Lisäksi oksidatiivinen stressi on vielä suhteellisen uusi pelaaja tällä kentällä, joka tarkoittaa sitä että paljon selvitettävää ja kehitettävää löytyy niin metodien kuin mekanismien saralla. Jos jostain nyt välttämättä huolissaan haluaa olla, niin itse ainakin kohdistaisin huoleni itse päätepisteeseen eli tässä tapauksessa sydän- ja verisuonisairauksiin, jotka edelleen ovat suurin yksittäinen suomalaisten aikuisten kuolinsyy (12). Niiden ehkäisyssä monipuolinen ruokavalio joka sisältää paljon kasviksia, täysjyvätuotteita ja pehmeitä rasvoja on yksi tärkeä tekijä johon kannattaa kiinnittää huomiota. 

Lähteet

1. Halliwell B, Gutteridge JM. Free radicals in biology and medicine. Oxford university press, USA; 2015.
2. Tan BL, Norhaizan ME, Liew WP. Nutrients and oxidative stress: friend or foe?. Oxidative medicine and cellular longevity. 2018; 31;2018.
3. Steven S, Frenis K, Oelze M, Kalinovic S, Kuntic M, Bayo Jimenez MT, Vujacic-Mirski K, Helmstädter J, Kröller-Schön S, Münzel T, Daiber A. Vascular inflammation and oxidative stress: major triggers for cardiovascular disease. Oxidative medicine and cellular longevity. 2019; 23;2019.
4. Finosh GT, Jayabalan M. Reactive oxygen species—Control and management using amphiphilic biosynthetic hydrogels for cardiac applications. Advances in Bioscience and Biotechnology. 2013; 23;2013.
5. Wenzel P, Kossmann S, Muenzel T, Daiber A. Redox regulation of cardiovascular inflammation–Immunomodulatory function of mitochondrial and Nox-derived reactive oxygen and nitrogen species. Free Radical Biology and Medicine. 2017; 1;109:48-60.
6. Schulz E, Gori T, Münzel T. Oxidative stress and endothelial dysfunction in hypertension. Hypertension Research. 2011;34(6):665-73.
7. Sharifi-Rad M, Anil Kumar NV, Zucca P, Varoni EM, Dini L, Panzarini E, Rajkovic J, Tsouh Fokou PV, Azzini E, Peluso I, Prakash Mishra A. Lifestyle, oxidative stress, and antioxidants: Back and forth in the pathophysiology of chronic diseases. Frontiers in physiology. 2020;2;11:694.
8. Camargo CQ, Brunetta HS, Nunes EA. Effects of cotreatment with omega-3 polyunsaturated fatty acids and anticancer agents on oxidative stress parameters: a systematic review of in vitro, animal, and human studies. Nutrition reviews. 2018; 1;76(10):765-77.
9. Mazzocchi A, De Cosmi V, Risé P, Milani GP, Turolo S, Syrén ML, Sala A, Agostoni C. Bioactive Compounds in Edible Oils and Their Role in Oxidative Stress and Inflammation. Frontiers in Physiology. 2021;12.
10. Fernández-Sánchez A, Madrigal-Santillán E, Bautista M, Esquivel-Soto J, Morales-González A, Esquivel-Chirino C, Durante-Montiel I, Sánchez-Rivera G, Valadez-Vega C, Morales-González JA. Inflammation, oxidative stress, and obesity. Int J Mol Sci. 2011;12(5):3117-32. doi: 10.3390/ijms12053117. 
11. Valavanidis A, Vlachogianni T, Fiotakis C. 8-hydroxy-2′-deoxyguanosine (8-OHdG): a critical biomarker of oxidative stress and carcinogenesis. Journal of environmental science and health Part C. 2009; 7;27(2):120-39.
12. Vos T, Lim SS, Abbafati C, Abbas KM, Abbasi M, Abbasifard M, Abbasi-Kangevari M, Abbastabar H, Abd-Allah F, Abdelalim A, Abdollahi M. Global burden of 369 diseases and injuries in 204 countries and territories, 1990–2019: a systematic analysis for the Global Burden of Disease Study 2019. The Lancet. 2020; 17;396(10258):1204-22.