Si sente sempre più spesso parlare dei radicali liberi e dei danni che queste sostanze sono in grado di produrre nel nostro organismo. Di cosa si tratta?
Sono molecole “di scarto”. prodotte dal normale metabolismo cellulare, che hanno la caratteristica di essere particolarmente “reattive” poiché presentano un elettrone libero, pronto ad interagire con altre molecole.
Un certo livello di ROS è fondamentale nell’economia generale dell’organismo: ci aiuta, per esempio, a proteggerci dalle aggressioni di virus e batteri. Tuttavia queste molecole, se presenti in eccesso, possono diventare pericolose proprio in virtù della loro capacità ossidante, che le porta ad attaccare altre molecole dell’organismo (DNA, proteine, lipidi), danneggiandole.
E’ il cosiddetto stress ossidativo, che rappresenta un fattore di rischio per la salute perché è in grado di accelerare il fisiologico invecchiamento cellulare e di favorire una serie di patologie infiammatorie o degenerative, come ipertensione, malattia di Alzheimer, diabete, obesità, tumori.
Capiamo meglio come agiscono i radicali liberi, perché sono nocivi e come difenderci dalla loro azione.
I radicali liberi: cosa sono
I radicali liberi sono atomi particolarmente reattivi che contengono almeno un elettrone spaiato nel loro orbitale più esterno.
Questa caratteristica chimica li rende instabili e li spinge – in cerca di equilibrio – a legarsi con altre molecole, rubando loro l’elettrone necessario a pareggiare la propria carica elettromagnetica. Questo processo prende il nome di reazione di ossidoriduzione (redox), che consiste nello scambio di elettroni fra una molecola che li acquista (ossidante) e una che li perde (riducente).
Questo dà il via a continue reazioni a catena che, se non vengono arrestate in tempo, portano a danni di membrana o del DNA o dell’RNA. Una molecola che acquista o perde una carica, infatti, modifica la sua capacità di interagire con altre molecole, dunque una perturbazione del tipo di cariche presenti all’interno di una cellula può rappresentare un serio problema per la sua stabilità e, in generale, per la salute dell’organismo.
Già nel 1935 il biochimico tedesco Leonor Michaelis, fondatore dell’enzimologia moderna, aveva proposto che le ossidoriduzioni biologiche, che spesso implicano lo scambio di due elettroni fra un ossidante e un riducente, procedessero per via di intermediari radicalici (semichinoni). Solo nell’ultimo terzo del secolo, però, apparve chiaro che questo meccanismo fosse valido anche per le reazioni dell’ossigeno.
Classificazione dei radicali liberi
I radicali liberi rientrano nella categoria delle specie chimiche ossidanti (SCO), molecole in grado di sottrarre, in determinate condizioni, uno o più elettroni o atomi di idrogeno ad altre specie chimiche.
I più noti sono i ROS, (Reactive Oxygen Species), specie reattive dell’ossigeno la cui produzione è la conseguenza naturale delle normali reazioni biochimiche cellulari, soprattutto di quelle che usano l’ossigeno per produrre energia.
Tra questi ci sono l’anione superossido (O2-) ed il perossido d’idrogeno (H2O2), che possono dare origine al radicale ossidrile (OH·¯). La grande reattività di queste specie deriva o dalla loro natura radicalica (nel caso del superossido e del radicale ossidrile) o dalla propensione a reazioni radicaliche in presenza di metalli come ferro o rame (nel caso del perossido di idrogeno).
Ma esistono anche radicali liberi diversi dalle molecole reattive dell’ossigeno e altrettanto dannosi.
Tra questi, i principali sono:
- RNS, o Reactive Nitrogen Species, in cui l’elemento il cui atomo partecipa direttamente all’azione ossidante è l’azoto;
- RCS, o Reactive Carbon Species (a contenuto di carbonio);
- RSS, o Reactive Sulphur Species (a contenuto di zolfo).
Come vengono prodotti i radicali liberi
Fattori endogeni
I radicali liberi sono un prodotto fisiologico del metabolismo cellulare. Tra i fattori endogeni responsabili della loro produzione ci sono, per esempio:
- la produzione aerobica di energia
- il metabolismo degli acidi grassi
- l’attività delle cellule fagocitiche in risposta alle infezioni.
Fattori esogeni
Esiste poi una serie di fattori esterni che determinano la produzione di radicali liberi. Tra questi:
- inquinamento atmosferico
- assunzione di droghe, alcol, farmaci
- fumo
- esposizione a raggi UV, radiazioni, prodotti chimici o metalli pesanti, che possono indurre modificazioni nella sequenza del DNA con effetti mutageni sulle cellule.
- stress psico-fisico prolungato, anche legato ad intensa attività fisica: allenamenti prolungati o troppo intensi, come per esempio quelli degli atleti professionisti, sottopongono il fisico ad un elevato stress metabolico, determinando una produzione eccessiva di radicali liberi che l’organismo non è in grado di smaltire. Questo riduce la performance, causa indolenzimento post-allenamento, compromette la capacità di recupero e scatena un’infiammazione generalizzata.
- modalità di cottura degli alimenti: la cottura alla brace, così come tutte le cotture a temperature molto elevate, determina la formazione di benzopirene, un idrocarburo altamente nocivo per la salute.
Radicali liberi: quali funzioni svolgono nell’organismo
I radicali liberi, in quanto frutto del normale metabolismo cellulare, non sono di per sé nocivi. Giocano, anzi, un ruolo rilevante nell’economia dell’intero organismo perché partecipano a diverse funzioni essenziali.
Risposta immunitaria
Alcuni di essi, come l’anione superossido (O2-), il perossido di idrogeno (H2O2) e il radicale idrossile (OH·¯), sono comunemente utilizzati dal nostro sistema immunitario, in particolare da un gruppo di globuli bianchi noti come leucociti polimorfonucleati, che li usano per essere in grado di attaccare cellule batteriche patogene e disgregarle. Ciò viene permesso dalla loro altissima reattività, data dalla presenza di atomi di ossigeno carichi negativamente.
Smaltimento dei materiali cellulari di scarto
Lo stesso principio è alla base di un’altra importantissima proprietà di queste molecole. Esse infatti abbondano in un organello cellulare noto come perossisoma, che svolge la funzione di “cestino disgrega-rifiuti” all’interno della nostra cellula. Dato che i radicali liberi sono molecole molto reattive, questi organelli hanno una membrana esterna modificata per non essere attaccata da queste molecole. Allo stesso tempo, a questo organello vengono inviati, attraverso trasportatori intra-cellulari, tutti i materiali cellulari di scarto, che se si accumulassero all’interno della cellula rischierebbero di impedirne il regolare funzionamento portandola a morte. In questo modo, tutto questo materiale può essere disgregato in molecole più semplici, che possono essere riutilizzate dalla cellula (come se fosse il migliore dei centri per il riciclo dell’immondizia).
Morte cellulare programmata
Un’ultima funzione dei radicali liberi è legata a quella che viene chiamata “morte cellulare programmata”, ovvero quel processo che fa sì che, mediante la replicazione di alcune cellule e la morte di altre, il nostro corpo riesca a differenziare un tessuto da un altro. Ti sei mai chiesto come sia possibile che dalla stessa cellula uovo iniziale si differenzino tutti i tessuti che caratterizzano un essere umano? Ciò avviene anche grazie all’azione dei radicali liberi e alla loro capacità di regolare la vita (e, soprattutto, la morte) di alcune cellule invece di altre, il tutto sotto il “controllo” del nostro DNA.
Perché queste molecole non siano dannose per il nostro organismo, è tuttavia necessario che sia mantenuto il delicato equilibrio fra la loro produzione e il loro smaltimento.
Radicali liberi: il ruolo degli antiossidanti per mantenere l’equilibrio
Dato che la produzione di radicali liberi è un processo fisiologico che non può essere arrestato, il nostro organismo ha sviluppato un meccanismo di difesa verso queste sostanze, costituito da molecole in grado di legarsi ai ROS, inattivandoli. Si tratta degli antiossidanti, in parte prodotti dalle nostre cellule (endogeni), in parte assunti con l’alimentazione (esogeni). Questo sistema fa sì che la presenza di radicali liberi nel nostro organismo non superi mai i livelli di guardia che possono mettere a rischio la nostra salute.
Perché ciò avvenga, però, ci deve essere proporzione tra radicali liberi e antiossidanti. Se questo non accade, i radicali liberi si accumulano e diventano nocivi, scatenando una catena di reazioni di ossidazione in grado di alterare le proteine, i fosfolipidi delle membrane cellulari oppure gli acidi nucleici (DNA ed RNA), con danni anche molto seri. In questo caso, si parla di stress ossidativo.
Lo stress ossidativo: cause
Lo stress ossidativo può essere definito come la rottura del fisiologico equilibrio tra produzione ed eliminazione dei radicali liberi. Si tratta di una condizione patologica che può essere localizzata, quando le lesioni causate dai radicali liberi sono circoscritte a distretti specifici dell’organismo (per esempio il sistema nervoso o l’apparato cardiovascolare) oppure sistemica, se lo coinvolgono nella sua interezza.
Ma quali sono le cause dello stress ossidativo? Questa condizione può essere la conseguenza di:
- un’aumentata produzione di radicali liberi
- una meno efficace difesa antiossidante dell’organismo
- entrambi questi fattori.
Iperproduzione di radicali liberi: da cosa può dipendere
L’iperproduzione di ROS può essere determinata da agenti fisici, chimici o biologici, come esposizione a radiazioni o inquinanti, abuso di alcol e farmaci, virus, batteri, stress. All’origine del surplus di radicali liberi possono esserci anche cause endogene e questo si realizza, nella quasi totalità dei casi, a carico di quei processi che prevedono il movimento di cariche da una molecola all’altra.
Radicali liberi e metabolismo dell’energia
Dato che il mitocondrio è un vero e proprio motore della nostra cellula, in grado di sfruttare molecole biologiche come gli zuccheri, in primis, seguiti dai grassi, per produrre energia, rappresenta anche il primo centro in cui si realizza la formazione di radicali liberi. In occasione di intensi sforzi fisici, ossia eventi in cui la richiesta di energia aumenta di molto, anche la produzione di radicali liberi vede un picco. In questi casi, se si bilancia il tutto con un’integrazione di antiossidanti esogeni (una buona porzione di frutta e verdura, abbinata a dei cereali integrali, magari a poco cioccolato fondente o ad una buona proteina magra, dopo l’allenamento), si può registrare un efficace contrasto ai radicali liberi prodotti. Ma nel caso in cui non venga impostato un corretto bilanciamento, si può assistere ad un incremento, ovviamente nel tempo, degli effetti collegati a questo surplus di radicali liberi.
Un incremento della produzione endogena di queste sostanze si osserva anche in altri casi, come per esempio nel metabolismo degli acidi grassi, processo che si instaura nel nostro organismo sia come conseguenza di malattie a carico di questo meccanismo, sia in caso di alimentazione fortemente sbilanciata verso il consumo di grassi.
Radicali liberi e risposta immunitaria
Infine, un’ulteriore causa di incremento di radicali liberi è connessa con la risposta immunitaria del nostro organismo alla presenza di patogeni (batteri o virus). Questi organismi vengono distrutti grazie all’azione dei radicali, che però, non agiscono in modo selettivo verso il target patologico e possono arrecare danni anche al distretto corporeo interessato da questa strategia difensiva. Chiaramente, più grave è l’infezione, maggiore potrà essere il danno causato.
L’abbassamento delle difese antiossidanti può invece essere causato da una ridotta assunzione di antiossidanti, da un aumento del loro consumo o da una diminuita biodisponibilità.
Stress ossidativo: i rischi
I danni da stress ossidativo possono essere estremamente seri per tutto l’organismo. Questa condizione infatti accelera il naturale invecchiamento, oltre a favorire o aggravare una serie di patologie infiammatorie e/o degenerative, come l’aterosclerosi e l’ipertensione (e loro conseguenze come ictus, infarto, ischemia), il morbo di Parkinson, la malattia di Alzheimer, il diabete, l’obesità, i tumori.
Vuoi saperne di più sullo stress ossidativo e su come difenderti dai suoi effetti nocivi? Leggi il nostro articolo Stress ossidativo: che cos’è, come prevenirlo e come combatterlo.
Radicali liberi: come combatterli
Partiamo da una considerazione che non andrebbe mai dimenticata: il nostro corpo riesce a gestire con sufficiente tranquillità la naturale produzione di molecole ossidanti (ROS) in grado di danneggiare le cellule.
E’ comunque naturale che, con il tempo, le stesse cellule non riescano più a gestire l’accumulo dei ROS andando incontro ad un processo di senescenza (noto come invecchiamento). L’invecchiamento è fisiologico, non esistono elisir di lunga vita né molecole antiossidanti, assunte con l’alimentazione, in grado di invertire questa naturale tendenza.
Fatta questa premessa, combattere i radicali liberi è senz’altro possibile se, con questo, intendiamo non invertire una naturale tendenza all’invecchiamento del nostro organismo, quanto piuttosto prevenire o contrastare lo stress ossidativo causato da stili di vita o alimentari sbagliati e le sue conseguenze nocive sull’organismo.
E’ quindi importante preservare l’equilibrio tra produzione e smaltimento dei radicali liberi. Per farlo, bisogna agire sui due principali fattori che possono alterarlo:
- modificare il proprio stile di vita in modo da modulare l’equilibrio tra ossidanti e antiossidanti: limitare il consumo di alcol e l’esposizione ad agenti inquinanti o chimici (fumo, inquinamento), seguire una dieta equilibrata in calorie e nutrienti (e utilizzare metodi di cottura sani), fare una moderata ma costante attività fisica (evitando l’overtraining). Queste sono tutte buone abitudini in grado di prevenire lo stress ossidativo, rallentando l’invecchiamento e migliorando l’aspettativa di vita.
- potenziare le proprie difese antiossidanti, sia seguendo una dieta ricca di alimenti che li contengono, sia prevedendo, quando necessario, un’integrazione che aiuti a coprirne il fabbisogno.
Articolo scritto con la consulenza del dottor Lorenzo Traversetti, biologo nutrizionista.
