Pobierz PDF - Uniwersytet Medyczny im. Piastów Śląskich we

prace poglądowe
Polim. Med. 2013, 43, 3, 191–197
ISSN 0370-0747
© Copyright by Wroclaw Medical University
Barbara Kmiecik1, A–D, F, Anna Skotny2, B, C, G, Małgorzata Batycka1, A, G,
Renata Wawrzaszek1, G, Zbigniew Rybak1, E, F
Wpływ stresu oksydacyjnego
na procesy regeneracji tkankowej
Influence of Oxidative Stress on Tissue Regeneration
1Zakład Chirurgii Eksperymentalnej i Badania Biomateriałów Uniwersytetu Medycznego im. Piastów Śląskich
we Wrocławiu, Wrocław, Polska
2Katedra i Klinika Chorób Wewnętrznych Geriatrii i Alergologii Uniwersytetu Medycznego im. Piastów Śląskich
we Wrocławiu, Wrocław, Polska
A – koncepcja i projekt badania; B – gromadzenie i/lub zestawianie danych; C – analiza i interpretacja danych;
D – napisanie artykułu; E – krytyczne zrecenzowanie artykułu; F – zatwierdzenie ostatecznej wersji artykułu;
G – przeczytanie i poprawienie
Streszczenie
W reakcjach redoks uczestniczą oksydanty i antyoksydanty, które pełnią kluczową rolę w wielu procesach biochemicznych
i komórkowych jak również biosyntezie i regulacji procesów zachodzących na poziomie molekularnym. W normalnej sytuacji w organizmie jest równowaga między procesami oksydacyjnymi i redukcyjnymi. Kiedy dochodzi do przewagi procesów
utleniających, powstaje stres oksydacyjny. Prowadzi on do uszkodzenia wielu struktur biologicznych, co skutkuje zaburzeniem
wielu procesów zachodzących w organizmie. Najbardziej wrażliwe na stres oksydacyjny są lipidy i białka. Utlenianie lipidów
może doprowadzić do degradacji błony komórkowej, oksydacja białek w końcowej fazie powoduje natomiast zmianę ich właściwości biochemicznych. Sugeruje się, że procesy oksydacyjne towarzyszą stanom zapalnym i wpływają na ich rozwój. Sytuacja
może prowadzić do powstania wielu ciężkich chorób, m.in. miażdżycy. Naukowcy sądzą, że stres oksydacyjny pełni główną rolę
w patogenezie wielu stanów chorobowych. Procesom oksydacyjnym mogą zapobiegać antyoksydanty oraz enzymy przeciwdziałające procesom utleniającym, które są jednymi z mechanizmów obronnych organizmu (Polim. Med. 2013, 43, 3, 191–197).
Słowa kluczowe: stres oksydacyjny, antyoksydanty, regeneracja tkanek, RFT, enzymy detoksykacyjne.
Abstract
The redox reactions involving oxidants and antioxidants play a key role in many biochemical pathways and cellular biosynthesis and regulation processes at the molecular level. Normally, there is the balance between oxidative and reductive
processes in the organism. If oxidative processes are prevalent, it will result in oxidative stress. It leads to damage of many
biological structures, resulting in impairment of many processes at the molecular level. Lipids and proteins are most sensitive to oxidative stress structures. Lipid oxidation can result in degradation of the cell membrane, whereas the oxidation of
proteins can result in a change of their properties. It is suggested that oxidative processes accompany inflammation and affect
their growth. This situation can lead to a number of serious diseases such as tumors. Many scientists claim that oxidative
stress causes many pathological conditions. Enzymes and antioxidants, which are one of the body’s defenses, can prevent
oxidative processes (Polim. Med. 2013, 43, 3, 191–197).
Key words: oxidative stress, antioxidants, tissue regeneration, ROS, detoxification enzymes.
Ludzka skóra jest fizyczną barierą między środowiskiem wewnętrznym i zewnętrznym. Chroni organizm
przed drobnoustrojami, promieniowaniem UV, czyn-
nikami mechanicznymi, działa termoregulacyjnie oraz
zapobiega szybkiej utracie wody [1]. Gdy dochodzi do
uszkodzenia skóry, na proces jej regeneracji wpływa
192
B. Kmiecik et al.
negatywnie lub pozytywnie wiele czynników [2]. Stres
oksydacyjny jest definiowany jako brak równowagi między wytwarzaniem wolnych rodników i ich eliminacją
poprzez mechanizmy obronne (enzymy, antyoksydanty). Brak stabilności pomiędzy procesami oksydacyjnymi i redukcyjnymi prowadzi do uszkodzenia ważnych
biomolekuł i komórek (m.in. DNA, białka, lipidy), co
ma potencjalny wpływ na cały organizm. Reaktywne
formy tlenu (RFT) to produkty prawidłowego metabolizmu komórkowego, które pełnią istotną rolę w stymulacji szlaków sygnałowych w komórkach roślinnych
i zwierzęcych w odpowiedzi na zmiany wewnątrz- i zewnątrzkomórkowe w warunkach środowiskowych [3].
Epidermalne komórki T
Najbardziej zewnętrzną warstwą skóry jest naskórek, w którym można znaleźć m.in. γδ komórki T oraz
dendrytyczne komórki epidermalne T (DETCs) [4].
Komrki γδ T biorą udział we wczesnej i szybkiej odpowiedzi na uszkodzenia tkanki, stąd ich obecność
w skórze, płucach i jelitach. Pierwszymi komórkami
reagującymi na powstały uraz są komórki epitelialne.
Przekazują sygnał o powstaniu uszkodzenia pozostałym strukturom. Uraz i stres aktywuje keratynocyty, co
prowadzi do wydzielania antygenów charakterystycznych dla komórek DETCs. Szybka odpowiedź skóry
na reakcje komórek γδT powoduje ich dynamiczną
zmianę morfologiczną w pierwszych godzinach uszkodzenia tkanki [4]. Komórki te pełnią również istotną
rolę w procesach alergicznych i chorobach zapalnych
skóry. Także w tych przypadkach odnotowuje się stres
oksydacyjny, który bierze udział w uczuleniowych reakcjach chemicznych. Prawdopodobnie zmniejszający
się stosunek form zredukowanych do utlenionych jest
stymulującym sygnałem dla komórek dendrytycznych
do ich dojrzewania i późniejszego reagowania [5].
Stres oksydacyjny
W układach biologicznych reduktor i utleniacz są
nazywane odpowiednio antyoksydantami i oksydantami. Oksydanty mogą powodować uszkodzenia lipidów,
DNA i białek. Komórka może neutralizować ich działanie enzymami lub antyoksydantami [6].
Antyoksydanty są związkami stanowiącymi mechanizmy ochronne zapobiegające nadmiernym procesom
utleniającym lub stresowi oksydacyjnemu. Organizm
w sposób ciągły kontroluje wytwarzanie oksydantów
i antyoksydantów oraz utrzymuje równowagę między
nimi – konieczną do właściwego przebiegu reakcji komórkowych i funkcji biochemicznych. Równowaga ta
jest określana potencjałem redoks, który jest specyficzny dla organelli komórkowych i funkcji biochemicznych. Jej zakłócenia są szkodliwe dla komórek i orga-
nizmu. Zwiększenie liczby oksydantów w stosunku do
antyoksydantów prowadzi do tzw. stresu oksydacyjnego powodującego uszkodzenia na poziome molekularnym. Zwiększenie antyoksydantów (stres redukcyjny)
również jest niebezpiecznie [3, 6].
Inna nazwa oksydantów to reaktywne formy tlenu (RFT). Można je podzielić na dwie grupy: rodniki
i nierodniki. Rodniki są to takie substancje, jak: rodnik
tlenku azotu (II) (NO•), rodnik hydroksylowy (OH•),
rodnik nadtlenkowy (ROO•),, gdzie R to dowolna reszta
chemiczna, alkoksyl (RO•), jon ponadtlenkowy (O2–)
oraz tlen singletowy (1O2).
Są one nazywane rodnikami, ponieważ zawierają
co najmniej 1 niesparowany elektron w pobliżu jądra
atomowego i są zdolne do samodzielnej egzystencji.
Z definicji rodnikiem jest również cząsteczka tlenu, ponieważ zawiera 2 niesparowane elektrony na różnych
orbitach [6].
Rodnik tlenowy niereaktywny jeden ma tzw. ograniczenie spinowe, które nie pozwala na oddawanie lub
przyjmowanie innego elektronu przed przegrupowaniem kierunków wirowania wokół atomu. Grupa związków nierodnikowych zawiera wiele różnych substancji,
niektóre z nich są jednak bardzo reaktywne. W żywej
komórce do tych związków można zaliczyć [6]: kwas
podchlorawy (HClO), nadtlenek wodoru (H2O2), wodorotlenki organiczne (ROOH), aldehydy, ozon (O3)
i tlen (O2).
Reaktywne formy tlenu
Reaktywne formy tlenu są produktami dobrze
działającego metabolizmu komórkowego. Pełnią one
kluczowe role w stymulacji szlaków sygnałowych w odpowiedzi na zamiany zewnętrzne i wewnętrzne zachodzące w wyniku oddziaływania czynników środowiskowych. Zdecydowana większość jest wytwarzana przez
mitochondrialny łańcuch oddechowy. W tym procesie
powstają również reaktywne formy azotu, które generują inne reaktywne związki [3]. Wiele struktur może
ulegać uszkodzeniom oksydacyjnym. Zmiana ich właściwości w wyniku działania RFT może prowadzić do
wywołania wielu procesów patologicznych, m.in. zapalenia i procesów rozrostowych [7].
Niektóre RFT powodują śmierć komórki, która
czasami jest przypisana do apoptozy. Powstający w wyniku ich działania stres oksydacyjny zmniejsza również
wydzielanie czynnika wzrostu w komórkach naskórka,
który w normalnych warunkach działa wspomagająco
w regeneracji tkanek [8].
Przewlekłe zapalenie jest wywołane przez czynniki
biologiczne, chemiczne i fizyczne, co wiąże się ze zwiększonym ryzykiem wystąpienia wielu typów nowotworów. Rudolf Virchow pierwszy zauważył, że komórki
zapalne są obecne w guzach i sugerował, że nowotwory
powstają w miejscach przewlekłego zapalenia. Aktualnie
193
Wpływ stresu oksydacyjnego na procesy regeneracji tkankowej
ru z pobliskiej molekuły kwasu tłuszczowego. Proces
ten prowadzi do wydzielania rodnikowych kwasów
tłuszczowych, które są poddane tym samym reakcjom
– przegrupowaniu w interakcji z tlenem. ROO• staje się
lipidem hiperperoksydowym, który dalej jest rozkładany do aldehydu lub formy cyklicznego endoperoksydu,
izoprostanu i węglowodoru. Stan propagacji pozwala
na kontynuowanie reakcji. Pojedyncza inicjacja może
prowadzić do reakcji łańcucha, w wyniku której następuje peroksydacja wszystkich nienasyconych lipidów
w błonie. Przeciwutleniacz, który może zatrzymać ten
proces jest zdefiniowany jako przeciwutleniacz niszczonego łańcucha. Kwasy tłuszczowe bez podwójnych
wiązań lub z jednym nienasyconym wiązaniem mogą
przejść oksydację, ale nie proces peroksydacji. Ostatnim
etapem jest terminacja łańcucha, która występuje po
interakcji jednego ROO• z innym rodnikiem lub przeciwutleniaczem. Schemat ten jest zobrazowany na rycinie 1 [6]. Proces peroksydacji lipidów prowadzi do
zmiany płynności błony komórkowej, czego wynikiem
może być wyciek cząsteczek, co skutkuje zaburzeniem
w funkcjonowaniu uszkodzonej komórki [7].
uważa się, że zapalenie jest tajnym zabójcą i może prowadzić do powstania procesów patologicznych. Przykładem chorób wywodzących się z ognisk zapalnych
są na przykład choroby zapalne jelit, takie jak choroba
Crohna i wrzodziejące zapalenie jelita grubego – mogą
przyczyniać się do zachorowania na raka gruczołowego
jelita grubego. Innym przykładem jest przewlekłe zapalenie trzustki, które zwiększa prawdopodobieństwo wystąpienia raka trzustki. Obecnie trwają intensywne badania nad tym, czy procesy gojenia w ranie przewlekłej
mogą prowadzić do powstania zmiany nowotworowej.
Sugeruje się, że może na to mieć wpływ niestabilność
genowa oraz niewłaściwe zmiany epigenetyczne, które
prowadzą do zwiększonej ekspresji genów, proliferacji
nieprawidłowych komórek lub odporności na apoptozę. Prawdopodobnie to właśnie stres oksydacyjny wpływa na różne etapy procesu zapalnego i przyczynia się
do powstania nowotworu [3].
Wpływ stresu oksydacyjnego
na lipidy
Wpływ stresu oksydacyjnego
na białka i DNA
Duża zawartość nienasyconych kwasów tłuszczowych w błonach komórkowych powoduje, że są one
bardzo podatne na utlenianie. Uszkodzenia lipidów
nazywane peroksydacją lipidów występują w 3 etapach.
Pierwszy z nich – inicjacja, polega na działaniu reaktywnych form tlenu (RFT) na lipid. Obecność podwójnego wiązania pomiędzy grupami etylowymi osłabia
więź między węglem i wodorem, co powoduje jego łatwiejsze usunięcie z cząsteczki. Po wyeliminowaniu wodoru pozostałe rodnikowe kwasy tłuszczowe zachowują
1 elektron. Kiedy tlen występuje w wystarczającym stężeniu w otoczeniu, rodnikowe kwasy tłuszczowe będą
reagować z formami ROO• podczas stanu propagacji.
Są one również zdolne do usunięcia innego wodo-
Białka są również głównym składnikiem błon komórkowych i mogą być celem dla reaktywnych form
tlenu. Do głównych RFT, które mogą spowodować ich
szkodę, należą: OH•, RO• i rodniki azotowo czynne.
Peroksydacja wodoru i rodniki ponadtlenkowe w stężeniach fizjologicznych wywierają wpływ na białka. Te,
które zawierają grupy –SH, mogą przejść oksydację poprzez reakcje z H2O2. Białka mogą zostać uszkodzone
przez RFT pośrednio lub bezpośrednio. W wyniku tego
może dojść do peroksydacji, uszkodzenia specyficznych
Mn (n) +
(metale przejściowe)
3+
2+
Fe , Cu
NO•
redukcja
metali
O2-• (HO2•)
O2
-
H2O2
ONOO (ONOOH)
ROO•�ROOH
ClO- (HClO)
DNA
(np. modyfikacja bazy,
zerwanie pojedynczych
i podwójnych nici)
OH•
lipidy
(np. peroksydacja,
strata kwasów
tłuszczowych)
Ryc. 1. Wpływ stresu oksydacyjnego
na lipidy, białka i DNA [6]
Mn(n-1)+
(Fe2+, Cu1+)
RO•
białka
(np. degradacja,
fragmentacja, karbonylacja
peroksydacja, inaktywacja)
Fig. 1. Influence of oxidative stress
on lipids, proteins and DNA [6]
NO• – rodnik tlenku azotu, ONOO•
(ONOOH) – nadtlenoazotyn, O2–• (HO2•)
– anionorodnik ponadtlenkowy, O2 – tlen,
RO• – alkoksyl, ClO– (HClO) – kwas chlorowy, OH• – rodnik hydroksylowy, ROO•
– rodnik nadtlenkowy, ROOH – organiczny
hydroksynadtlenek, DNA – kwas deoksyrybonukleinowy.
194
B. Kmiecik et al.
reszt aminokwasowych, zmian w ich strukturze trzeciorzędowej, degradacji i fragmentacji [6]. Ze względu na
to, że białka mają wiele różnych i niepowtarzalnych
funkcji biologicznych, ich modyfikacje oksydacyjne
mogą prowadzić do różnorodnych konsekwencji czynnościowych. Zmienione oksydacyjnie enzymy mogą
mieć łagodny lub ciężki wpływ na metabolizm komórkowy lub systemowy, zależny od ilości zmodyfikowanych molekuł i przewlekłości modyfikacji [9].
W procesie starzenia również dochodzi do zmodyfikowania właściwości struktur biologicznych podczas
procesu utleniania. Do tej pory zidentyfikowano tylko
kilka enzymów, które wraz z upływem czasu stają się
coraz bardziej utlenowane. W syntetazie glutaminy,
akonitazie mitochondrialnej i translokazie nukleotydu adeninowego dochodzi do zwiększenia ilości grup
karbonylowych, a w anhydrozie węglanowej następuje
zwiększenie glutationu. Innym przykładem utlenionego
białka jest fibrynogen, który podlega utlenianiu przez
działania żelaza albo rodnika, w wyniku czego traci
umiejętność formowania solidnego zakrzepu. Również
w przypadku fibrynogenu duże znaczenie ma stopień
utlenienia (m.in. zawartość grup karbonylowych), który koreluje ze stopniem krzepnięcia. Prawdopodobnie
agregacje immunoglobin w płynie maziowym obecne
w reumatoidalnym zapaleniu stawów również są wynikiem stresu oksydacyjnego [9].
Produkty utleniania białek są zwykle aldehydami, związkami ketonowymi i karbonylowymi. Jednym
z głównych składników, który może być łatwo wykryty i służyć jako marker uszkodzenia wywołanego przez
stres oksydacyjny jest 3-nitrozyna. Substancja ta jest
wydzielana po interakcji między ONOO– i innym reaktywnym rodnikiem azotowym z aminokwasową tyrozyną. W wyniku działania grupy OH• może tworzyć się
wiele związków, takich jak: hydroksyproliny, semialdehyd glutamylowy i inne. Białka modyfikowane po utlenianiu są podatne na zmianę swoich funkcji w organizmie człowieka, takich jak: fragmentacja chemiczna,
unieczynnienie czy zwiększona proteolityczna degradacja. Schemat zachodzących reakcji i modyfikacji białek
zobrazowano na ryc. 1 [6].
RFT mogą również prowadzić do uszkodzenia DNA,
w wyniku czego może nastąpić modyfikacja podstawy
oraz rozerwanie łańcuchów pojedynczych i podwójnych
(ryc. 1). Reakcje oksydacyjne uszkadzające genom prowadzą do jego niestabilności i proliferacji zmienionych
genetycznie komórek [3]. Rezultatem tych zmian mogą
być szkodliwe procesy, które prowadzą do wielu stanów
patologicznych [7].
Skutki stresu oksydacyjnego
Sugeruje się, że proces starzenia się skóry jest efektem stresu oksydacyjnego. Podczas jego trwania następuje prawdopodobnie cząsteczkowe uszkodzenie m.in.
DNA, w wyniku którego zmniejsza się stopień oczyszczania wewnątrzkomórkowego z RFT [3, 10].
Stres oksydacyjny przyczynia się do powstawania
reaktywnych związków, które mogą powodować denaturację białka, wpływać na proces apoptozy, uwalniać
mediatory prozapalne, np. cytokiny. Czynniki te prawdopodobnie pełnią główne role w indukcji niektórych
stanów zapalnych skóry, takich jak trądzik czy łuszczyca, których patogeneza jest prawdopodobnie związana
z utlenianiem wielonienasyconych kwasów tłuszczowych (naturalnych ligandów receptorów peroksysomów). Sugeruje się, że jedną z przyczyn bielactwa jest
stres oksydacyjny. Prawdopodobnie RFT mogą uczestniczyć w patogenezie skórnych reakcji alergicznych,
w których limfocyty T są zmieniane przez GSH [11, 13].
Po działaniu czynników uczulających następuje gwałtowne wydzielanie RFT, co może prowadzić do szybko
rozwijającego się stresu oksydacyjnego [12]. Reaktywne
formy tlenu mogą także odgrywać ważną rolę w homeostatycznej aktywacji wskaźnikowych komórek dendrytycznych, które w odpowiedzi na uszkodzenia tkanek
inicjują reakcję immunologiczną [13].
Ekspozycja keratynocytów na podrażnienia chemiczne, alergeny lub bodźce zapalne powoduje aktywację wielu wrażliwych na stres kinaz białkowych. RFT
bezpośrednio zmieniają kinazy, fosfatazy i czynniki
transkrypcyjne oraz modulują bogate w cysteinę białka. Wrzody oraz żylaki są prawdopodobnie kolejnym
przykładem choroby powstającej w wyniku stresu oksydacyjnego. Stany te charakteryzują się przewlekłym zapaleniem, podczas którego następuje odkładanie żelaza
i hemu w tkance. Substancje te można również znaleźć
w ranach przewlekłych [13].
Liczne badania sugerują, że długotrwałe narażenie
komórek na RFT powoduje zmniejszenie pojemności
antyoksydacyjnej, zmniejszenie syntezy ATP oraz dalsze zwiększenie wytwarzania RFT w uszkodzonych komórkach [10].
Wiele sytuacji życiowych przyczynia się do powstawania stresu oksydacyjnego, m.in. wysiłek fizyczny
(następuje wtedy zwiększenie intensywności oddychania, co prowadzi do zwiększenia szybkości wytwarzania
O2•), palenie papierosów czy picie alkoholu [14].
Mechanizmy naprawcze
w stresie oksydacyjnym
W organizmie istnieją systemy naprawcze, których
celem jest odwrócenie szkód wywołanych przez stres
oksydacyjny. Do tej pory zidentyfikowano niewiele takich mechanizmów. Najbardziej znane są procesy prowadzące do przywrócenia metioniny z utlenionej postaci do normalnej oraz cysteiny do sulfihydryli z postaci
disulfidowej. Niestety do tej pory nie poznano mechanizmów umożliwiających odwracanie szkód wywołanych
195
Wpływ stresu oksydacyjnego na procesy regeneracji tkankowej
utlenianiem białek. Te zmienione oksydacyjnie struktury mogą być usunięte przez proteazy i proteosomy (mają one zdolność rozróżniania białek między formami
utlenionymi oraz natywnymi). Sugeruje się, że to właśnie nieprawidłowości tych struktur mogą prowadzić
do akumulacji uszkodzonych białek, które są obecne
w wielu chorobach i podczas starzenia [6]. Prawdopodobnie w organizmie są obecne mechanizmy wykrywające zmienione oksydacyjnie białka. Istnieje jednak
prawdopodobieństwo, że niektóre zmienione oksydacyjnie białka przechodzą niezauważone przez systemy
naprawcze. Zachodzi to, kiedy zmodyfikowane aminokwasy przechodzą w inne aminokwasy (np. przekształcenie proliny w hydroksyprolinę/glutaminian
lub histydyny w asparaginę lub asparginian). Zmiany
te prowadzą do mutacji, ale ich rezultaty nie są zwykle
długotrwałe [6].
Skóra jest narażona na wiele czynników, które
mogą na nią negatywnie wpływać [7]. Z tego powodu
ma bardzo dobrze zorganizowany system chemicznej
i enzymatycznej ochrony antyoksydacyjnej. Podobnie
płuca, które są bezpośrednio eksponowane na wysokie
stężenia tlenu, mają również bardzo dobrze zorganizowane mechanizmy antyoksydacyjne [3].
Czynniki wpływające
na proces leczenia rany
Rana przewlekła powstaje, gdy dochodzi do rozregulowania procesów komórkowych i molekularnych [15]. Rany ostre zawierają wiele czynników
wzrostu pełniących krytyczną rolę w początkowej fazie
leczenia rany. PDGF jest np. wydzielany przez płytki
krwi krótko po formowaniu się skrzepu, kiedy zostaje
zachowana hemostaza. Wczesne wydarzenia w regeneracji rany odzwierciedlają precyzyjnie wyrównane środowisko, w którym proteolityczna aktywność i synteza
macierzy jest pod ścisłą kontrolą innych czynników.
Prowadzi to do nieskomplikowanego i szybkiego leczenia rany. W ranach przewlekłych ta równowaga nie jest
zachowana [16].
Stres oksydacyjny w ranie
Ilość tlenu cząsteczkowego w środowisku biologicznym może zostać zmniejszona podczas transferu
elektronów. W wyniku tego procesu może dojść do
wydzielenia jonu ponadtlenkowego (O2–), anionu wodoronadtlenowego (HO2•) czy jonów hydroksylowych
(OH). Szczególnie niebezpieczne są jony ponadtlenkowe i aniony wodoronadtlenkowe, które są silnymi oksydantami i prawdopodobnie prowadzą do uszkodzeń
oksydacyjnych [17].
Enzymy detoksykacyjne
Jednym z mechanizmów obronnych organizmu są
enzymy katalizujące reakcje rozkładające rodniki tlenowe do innych mniej szkodliwych form. Do takich enzymów należy np. dysmutaza ponadtlenkowa (SOD),
która rozkłada anionorodnik ponadtlenkowy do nadtlenku wodoru. Sugeruje się, że występuje on najczęściej w peroksysomach [18]. Powstający nadtlenek wodoru rozkłada m.in. katalaza (CAT). Charakteryzuje
się ona aktywnością katalazową, czyli rozkłada H2O2
do H2O i O2 [19]. Peroksydaza glutationowa (GPx) jest
enzymem rozkładającym nadtlenek wodoru. Obecnie
są znane jej 4 formy różniące się między sobą wieloma
właściwościami. Najbardziej aktywna peroksydaza jest
w wątrobie, gdzie odpowiada za procesy detoksykacyjne [20]. Reduktaza glutationowa (GR) katalizuje natomiast reakcje wzajemnych przemian grup sulfhydrylowych i disiarczków. Redukuje ona GSSG (utleniona
forma glutanionu) do GSH (zredukowana forma glutationu). Głównym zadaniem reduktazy glutationowej
jest utrzymywanie odpowiedniego stężenia zredukowanego glutationu [20]. Peroksyreduktaza 6 jest enzymem
katalizującym redukcję nadtlenku wodoru. Jej zadaniem jest ochrona przed gromadzeniem się uszkodzeń
powstałych w wyniku stresu oksydacyjnego. Enzym ten
jest prawdopodobnie związany z nieprawidłowościami
w gojeniu rany związanym z wiekiem, a jego głównym
źródłem są keratynocyty. Następnym bardzo ważnym
enzymem jest oksygenaza hemowa (HO–1), której obecność stwierdzono w komórkach zapalnych tkanki ziarninowej i keratynocytach. Ochrania ona komórki przed
reaktywnymi formami tlenu, tworząc bilirubinę (silny
antyoksydant). Enzym ten akumuluje się na brzegach
rany i jest powiązany z reepitalizacją i angiogenezą. Sugeruje się, że jego wycofanie prowadziło do zatrzymania
tych procesów [21].W sytuacji podwyższonego stężenia
RFT następuje prawdopodobnie indukcja ekspresji genów, które działają antyoksydacyjnie [21, 22].
Antyoksydanty,
rodniki tlenowe i faza zapalna
W fazie zapalnej pojawiają się limfocyty, które aktywują mechanizmy obronne przed stresem oksydacyjnym. Następuje m.in. aktywacja oksydoreduktazy
tioredoksyny (Trx) przez limfocyty i keratynocyty w warunkach stresu oksydacyjnego. Jest ona odpowiedzialna
za utrzymywanie i zmniejszanie wewnątrzkomórkowego potencjału redoks. Pod wpływem dużego stężenia
rodników tlenowych makrofagi doprowadzają do ekspresji oksygenazy hemowej i transportera cysteiny. Mechanizmy obronne są skupiane przede wszystkim na
detoksykacji oksydantów i doprowadzaniu do powrotu
równowagi między rodnikami a antyoksydantami. Su-
196
B. Kmiecik et al.
geruje się, że podczas trwania tej fazy może dojść do niekontrolowanego wytworzenia RFT, co prawdopodobnie
zachodzi w ranach przewlekłych. Mimo że w ranach
przewlekłych jest podwyższona ilość zachodzących reakcji antyoksydacyjnych, to jednak nie wystarcza to do
unicestwienia oksydantów. Równowaga w tych ranach
jest przesunięta w stronę utleniania. W takiej sytuacji
nie następuje spontaniczne wytwarzanie ziarniny [17].
Mimo wszystko jednak obecność RFT w fazie zapalnej jest konieczna, ponieważ odgrywają one ważną
rolę w krzepnięciu i prowadzą do wytwarzania czynnika tkankowego (TF). Inicjuje on zewnątrzpochodny
szlak krzepnięcia i w rezultacie powstawanie trombiny. Reaktywne formy tlenu są również zaangażowane
w reakcje związane z kolagenem i płytkami krwi, które
prowadzą do powstania zakrzepów oraz uwolnienia
cytokin i czynników wzrostu rozpoczynających proces
gojenia [17]. Sugeruje się, że regulatorami procesu gojenia ran są RFT i tlenek azotu. Z jednej strony RFT
ochraniają ranę przed inwazją patogenów, z drugiej
jednak ograniczenie ilości rodników tlenowych jest
istotne dla sygnalizacji międzykomórkowej. Podejrzewa się również, że małe stężenie nadtlenku wodoru jest
bardzo ważne dla powstania angiogenezy ran [17].
Wolne rodniki pojawiają się w wyniku tzw. „wybuchu oddechowego”, podczas którego następuje wydzielanie nadtlenku wodoru. W normalnej ranie największe
stężenie wolnych rodników obserwuje się 2 dni po urazie, najmniejsze natomiast po 5 dniach. Jeżeli stężenie
nadtlenku wodoru jest bardzo duże i organizm nie może doprowadzić do zahamowania jego wydzielania, dochodzi do peroksydacji lipidów [21]. Stopień peroksydacji można sprawdzić, mierząc końcowe produkty
utleniania. Należą do nich dialdehyd malonowy (MDA)
oraz 4-hyroksy-2-nonenal (4-HNE) [23]. Ostatnie badania pokazują, że w ranach przewlekłych znajdują się
produkty peroksydacji lipidów (4-HNE). Nie stwierdzono jednak różnicy w ilości MDA między raną normalną a raną przewlekłą. Jedną z nowszych metod weryfikacji jest oznaczanie stężenia 8-izoprostanu, które
jest prawdopodobnie obiektywnym sposobem na określenie nasilenia stresu oksydacyjnego. Ostatnie badania
wskazują na obecność 8-izoprostanów w płynie pochodzącym z ran przewlekłych, co sugeruje utrzymujący się
stan zapalny w ranie [21].
Najnowsze wyniki wykluczają silną oksydację białek w ranie przewlekłej. Wnioskuje się to z otrzymanych wyników, według których w ranie przewlekłej
jest mniejsza ilość białek karbonylowych (produktów
utleniania białek) niż w ranie ostrej. Prawdopodobnie
oznacza to, że w procesie gojenia głównym celem oksydantów są lipidy [21].
Podsumowanie
Stres oksydacyjny jest procesem, który potrafi
negatywnie wpłynąć na regenerację tkanek. Ostatnie
badania sugerują, że głównie wpływa na lipidy – ich
utlenianie sprzyja zmniejszeniu stabilności błony komórkowej, co w efekcie może skutkować śmiercią
komórki. W ranie, gdy ma miejsce stres oksydacyjny,
proces gojenia zatrzymuje się na fazie zapalnej. W ranie przewlekłej nie następuje przejście z fazy zapalnej
do etapu proliferacji. Sugeruje się, że neutralizacja
oksydantów w czasie leczenia może wspomóc organizm w przejściu do stanu proliferacji, a tym samym
przybliżyć pacjenta do wyzdrowienia. Należy jednak
zauważyć, że rany przewlekłe bardzo często występują
w chorobach systemowych (m.in. cukrzyca, nadciśnienie), których leczenie może wpłynąć pozytywnie na
gojenie rany.
Piśmiennictwo
  [1] Jin G. et al.: Tissue engineered plant extracts as nanofibrous wound dressing. Biomaterials 2012, 34, 724–734.
  [2] Szewczyk M.T. et al.: Wybrane aspekty leczenia ran przewlekłych. Przew. Lek. 2005, 5, 54–60.
  [3] Reuter S. et al.: Oxidative stress, inflammation, and cancer: how are they linked? Free Rad. Biol. Med. 2010, 49,11, 1603–
1616.
  [4] Havran W.L., Jameson J.M.: Epidermal T cells and wound healing. J. Immunol. 2010, 184, 10, 5423–5428.
  [5] Corsini E. et al.: Role of oxidative stress in chemical allergens induced skin cells activation. Food Chem. Toxicol. 2013,
Feb 27.
  [6] Kohen R., Nyska A.: Invited review: Oxidation of biological systems: oxidative stress phenomena, antioxidants, redox reactions, and methods for their quantification. Toxicol. Path. 2002, 30, 6, 620–650.
  [7] Kohen R.: Skin antioxidants: their role in aging and in oxidative stress – new approaches for their evaluation. Biomed. Pharmacother. 1999, 53, 4, 181–192.
  [8] Murakami A. et al.: Inhibitory effect of citrus nobiletin on phorbol ester-induced skin inflammation, oxidative stress, and
tumor promotion in mice. Cancer Res. 2000, 60, 18, 5059–5066.
  [9] Shacter E.: Quantification and significance of protein oxidation in biological samples 1*. Drug Metabol. Rev. 2000, 32, 3–4,
307–326.
[10] Poljsak B., Dahmane R.G., Godić A.: Intrinsic skin aging: The role of oxidative stress. Acta Dermatovenerol. Alpina, Panonica, et Adriatica 2012, 21, 2, 33.
[11] Corsini E. et al.: Role of oxidative stress in chemical allergens induced skin cells activation. Food Chem. Toxicol. 2013,
Feb 27.
Wpływ stresu oksydacyjnego na procesy regeneracji tkankowej
197
[12] Miyazawa M., Takashima A.: Development and validation of a new in vitro assay designed to measure contact allergen-triggered oxidative stress in dendritic cells. J. Dermatol. Sci. 2012, 68(2), 73–81.
[13] Bickers D.R., Athar M.: Oxidative stress in the pathogenesis of skin disease. J. Investig. Dermatol. 2006, 126, 12, 2565–2575.
[14] Łagowska-Lenard M. et al.: Stres oksydacyjny w udarze mózgu. Pol. Merk. Lek. 2008, 147, 25, 205–208.
[15] Zou Ji-Ping et al.: Mesenchymal Stem Cells/Multipotent Mesenchymal Stromal Cells (MSCs) Potential Role in Healing Cutaneous Chronic Wounds. Int. J. Low. Eextr. Wounds 2012, 11, 4, 244–253.
[16] Schreml S. et al.: The impact of the pH value on skin integrity and cutaneous wound healing. J. Eur. Acad. Dermatol. Venerol. 2010, 24, 4, 373–378.
[17] Soneja A., Drews M., Malinski T.: Role of nitric oxide, nitroxidative and oxidative stress in wound healing. Pharmacol. Reports 2005, 57, 108.
[18] Augustyniak A., Michalak K., Skrzydlewska E.: Wpływ stresu oksydacyjnego indukowanego etanolem na ośrodkowy
układ nerwowy (OUN). The action of oxidative stress induced by ethanol on the central nervous system (CNS). J. Cover
2013, 67.
[19] Ścibior D., Czeczot H.: Katalaza – budowa, właściwości, funkcje. Catalase: structure, properties, functions. J. Cover 2013, 67.
[20] Łukaszewicz-Hussain A.: Rola glutationu i enzymów z nim związanych w procesach antyoksydacyjnych organizmu. Med.
Pr. 2003, 54, 5, 473–479.
[21] Schäfer M., Werner S.: Oxidative stress in normal and impaired wound repair. Pharmacol. Res. 2008, 58, 2, 165–171.
[22] Matés J.M. et al.: Oxidative stress in apoptosis and cancer: an update. Arch. Toxicol. 2012, 86, 11, 1649–1665.
[23] Kulawiak-Gałąska D.: Mechanizmy wolnorodnikowego działania doksorubicyny w układach biologicznych, praca doktorska, Akademia Medyczna w Gdańsku, Gdańsk 2006.
Adres do korespondencji:
Barbara Kmiecik
Zakład Chirurgii Eksperymentalnej i Badania Biomateriałów
Uniwersytet Medyczny im. Piastów Śląskich we Wrocławiu
ul. Poniatowskiego 2
50-326 Wrocław
e-mail: [email protected]
Konflikt interesów: nie występuje
Praca wpłynęła do Redakcji: 15.05.2013 r.
Po recenzji: 5.09.2013 r.
Zaakceptowano do druku: 5.09.2013 r.
Received: 15.05.2013
Revised: 5.09.2013
Accepted: 5.09.2013