6.1 Che cos’è lo stress ossidativo?

Nel nostro organismo esiste un equilibrio tra sostanze ossidanti, prodotte fisiologicamente durante i processi metabolici, e il sistema di difesa antiossidante, che svolge la funzione di neutralizzarle.
Numerosi processi fisiologici e patologici (l’infiammazione, le infezioni, la carcinogenesi, l’invecchiamento, i processi di riparazione tessutale, le radiazioni, etc.) possono aumentare la produzione di sostanze ossidanti (dette specie reattive dell’ossigeno, o più comunemente radicali liberi) e/o compromettere il sistema di difesa antiossidante. Quando le sostanze ossidanti prevalgono e/o le sostanze antiossidanti si riducono, si configura lo stress ossidativo.
La maggiore fonte di sostanze ossidanti è la catena respiratoria mitocondriale. A questo livello si producono i radicali liberi, le principali sostanze ossidanti elaborate dall’organismo.

6.2 I radicali liberi

I radicali liberi sono sostanze derivate dall’ossigeno molecolare, caratterizzate dalla presenza di elettroni spaiati. Sono altamente reattivi e possono danneggiare il DNA, le proteine, i carboidrati e i lipidi. Intervengono nei normali processi di crescita e morte della cellula e sono coinvolti nelle risposte infiammatorie e nella reattività dei vasi sanguigni.
I radicali liberi svolgono un ruolo importante nella difesa dalle infezioni poiché possono danneggiare e uccidere i microorganismi attraverso la perossidazione lipidica (con conseguente denaturazione delle membrane batteriche), il danneggiamento del DNA e l’ossidazione dei citocromi (con arresto della respirazione mitocondriale). L’ossido nitrico, un radicale libero prodotto dalle cellule fagocitarie, oltre ad uccidere i batteri, è anche capace di inibire la replicazione virale.

I radicali liberi generati dai fagociti attivati sono presenti nell’ambiente intracellulare, ma possono anche essere rilasciati nei liquidi extracellulari, contribuendo alla patogenesi di numerose malattie. Se non vengono prontamente neutralizzati dai sistemi antiossidanti, i radicali danneggiano i tessuti e le cellule circostanti mediante l’interruzione di processi cellulari vitali, quali il trasporto di membrana e la respirazione mitocondriale.

I principali meccanismi con cui i radicali liberi, non contrastati efficacemente dal sistema antiossidante, possono provocare condizioni patologiche sono:

• la perossidazione lipidica.
  È un processo durante il quale i lipidi contenenti acidi grassi insaturi e i loro esteri vengono direttamente ossidati dall’ossigeno molecolare. È un evento dannoso capace di propagarsi mediante una reazione a catena. Nella fase di inizio, la reazione di un radicale “starter” con un acido grasso polinsaturo produce un radicale lipidico. Il radicale lipidico reagisce rapidamente con l’ossigeno, generando il radicale perossilipidico che può sottrarre un atomo di idrogeno a un altro acido grasso polinsaturo, generando un idroperossido lipidico e un altro radicale lipidico, che continua la reazione a catena.
• l’azione mutagena sul DNA.
  I radicali liberi prodotti dai fagociti possono indurre la rottura delle catene di DNA ed essere causa di aberrazioni cromosomiche.
• l’apoptosi.
  È un meccanismo fisiologico di morte cellulare che permette il ricambio cellulare dei tessuti. Molti degli agenti che inducono apoptosi sono ossidanti oppure attivatori del metabolismo ossidativo cellulare e molte sostanze capaci di inibire l’apoptosi sono antiossidanti. Ciò suggerisce un ruolo cruciale dei radicali liberi nella regolazione della morte cellulare programmata. L’apoptosi indotta da radicali liberi svolge un ruolo patogenetico importante nelle infezioni. É stato dimostrato, per esempio, che l’apoptosi dei linfociti T nell’infezione da HIV è correlata all’azione dei radicali liberi ed è stato suggerito che tale meccanismo potrebbe contribuire in maniera rilevante alla deplezione dei linfociti stessi.
• la proteolisi incontrollata.
  Il principale inibitore delle proteasi, l’alfa-1 antitripsina, ricopre un ruolo cruciale nella protezione dei tessuti dagli enzimi proteolitici, ma è estremamente sensibile all’inattivazione da parte di sostanze ossidanti. L’attivazione cronica dei fagociti può pertanto condurre ad uno squilibrio tra le proteasi e i loro inibitori tissutali, a vantaggio delle prime, con conseguente proteolisi tissutale incontrollata. Questo è probabilmente uno dei meccanismi responsabili del danno tissutale che si osserva in corso di infiammazioni e infezioni croniche.
• la disfunzione immunitaria.
  I radicali ossidanti prodotti dai fagociti e rilasciati nello spazio extracellulare inibiscono la chemiotassi, la fagocitosi e l’attività antimicrobica dei fagociti circostanti. Sembra inoltre che inibiscano la proliferazione dei linfociti T e B, così come l’attività delle cellule natural killer.

6.3 I sistemi antiossidanti

Per potersi proteggere dagli effetti dannosi dell’ossidazione, le cellule hanno sviluppato complessi sistemi di difesa antiossidante, di natura enzimatica e non. Si definisce antiossidante qualsiasi sostanza in grado di rallentare o inibire l’ossidazione di un substrato. Le sostanze antiossidanti sono molteplici e le loro azioni spesso si sovrappongono.

La protezione delle strutture citoplasmatiche dal danno ossidativo avviene attraverso l’azione di tre sistemi enzimatici antiossidanti: la superossido dismutasi, la catalasi e la glutatione perossidasi. La neutralizzazione dei radicali liberi rilasciati dai fagociti in ambito extracellulare avviene invece principalmente a opera di sostanze antiossidanti non enzimatiche come la ceruloplasmina e la vitamina C. Nel sangue l’azione antiossidante è svolta dagli urati, dalle proteine plasmatiche, dalla vitamina C e dalla vitamina E.

In base al meccanismo di azione, si distinguono:

• antiossidanti che interrompono le reazioni a catena.
  Neutralizzano i radicali liberi, sopprimendo in tal modo l’ossidazione a catena dei radicali liberi a opera dell’ossigeno molecolare. Possono essere lipo- (vitamina E) e idrosolubili (vitamina C, acido urico).
• antiossidanti preventivi.
  Disattivano le specie attive e i potenziali precursori dei radicali liberi, sopprimendone in tal modo la generazione e riducendo la frequenza con cui hanno inizio le ossidazioni a catena. Sono i sistemi enzimatici antiossidanti presenti all’interno delle cellule (glutatione perossidasi e catalasi) o nel sangue (albumina e transferrina). Le catalasi e le perossidasi possono essere considerate gli “spazzini” dei radicali liberi. La tranferrina e l’albumina chelano gli ioni metallici (ferro e rame) e inibiscono l’innesco della lipoperossidazione. Anche il beta-carotene e il licopene (il pigmento rosso dei pomodori) sono antiossidanti preventivi.

6.4 Stress ossidativo in corso di infezioni virali

Lo stress ossidativo è implicato nella patogenesi di numerose infezioni virali (epatite, influenza e HIV). Gli ossidanti possono contribuire all’eradicazione o al contenimento dell’infezione virale, ma possono anche favorire la selezione di ceppi mutanti e aumentare la replicazione dei virus attraverso l’attivazione di fattori di trascrizione (per esempio, l’NF-kB). La relazione tra produzione di radicali liberi, sistema di difesa antiossidante e infezioni virali è molto complessa. Alcune recenti osservazioni indicano che gravi carenze di antiossidanti possono influenzare negativamente il decorso delle infezioni virali. Anche per questo motivo si ritiene che l’uso di antiossidanti sia utile nella terapia delle malattie virali.

I radicali liberi influenzano la replicazione dell’HIV. Studi in vitro hanno dimostrato che le manipolazioni che aumentano lo stress ossidativo incrementano il tasso di replicazione dell’HIV, a causa dell’attivazione del fattore di trascrizione NF-kB. L’NF-kB, a sua volta, determina un aumento dell’espressione dei geni virali. È stato ipotizzato inoltre che l’apoptosi da stress ossidativo possa contribuire alla deplezione dei linfociti CD4+.
Che le sostanze ossidanti influenzino la replicazione dell’HIV è dimostrato anche dal fatto che sostanze antiossidanti idro- e liposolubili sono capaci di inibire in vitro la replicazione stessa dell’HIV.

Lo stress ossidativo è aumentato sia nei pazienti HIV+ asintomatici che in quelli con AIDS, come dimostrato da un aumento dei livelli plasmatici di lipoperossidi, dalla riduzione delle concentrazioni ematiche di vitamine antiossidanti e di selenio, e dalla diminuzione dei livelli tissutali di cisteina e glutatione. Alcuni autori hanno provato che un carente apporto di antiossidanti (vitamina A, E, C carotenoide e selenio) nei pazienti con infezione da HIV influenza negativamente la prognosi.

6.5 Conclusione

Numerose infezioni possono essere causa di stress ossidativo. Studi sperimentali hanno dimostrato che lo stress ossidativo è in grado di attivare direttamente fattori di trascrizione quali l’NF-kB e, quindi, di aumentare la replicazione di alcuni tipi di virus.
È stato inoltre evidenziato, sia in modelli animali che nell’uomo, che durante le infezioni virali lo stress ossidativo aumenta e si riducono le concentrazioni plasmatiche e tissutali di vitamine e/o enzimi antiossidanti.
L’utilizzo di antiossidanti allo scopo di ridurre i danni derivanti dallo stress ossidativo potrebbe comportare, almeno in teoria, una riduzione della replicazione virale e un miglioramento del decorso della malattia infettiva.