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)   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)

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 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 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 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 Olio extra vergine di oliva 11,5 Olio di semi di arachidi 1,06 Olio aromatizzato all’aglio 5,57 Olio aromatizzato all’aglio + aromi 2,19 Olio aromatizzato al prezzemolo 7,66 Olio aromatizzato al basilico 6,84 Aceto di vino 4,10 Aceto di mele 5,64  

TABELLA ORAC ( oxygen radical absorbance capacity) di alcuni vegetali Sumac 309900 Spezie chiodi di garofano 111489 Cioccolato fondente amaro 49093 Lampone nero 19220 Noci, nocciole 9275 Carciofi 9221 Aglio 5541 Mela cruda con buccia 4234 Vino rosso merlot 2670 Patata cotta in buccia 2085 Pane 1986 Olio arachidi 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