Influence of Oxidative Stress on Tissue Regeneration

Barbara Kmiecik

_{, Anna Skotny}

_{, Małgorzata Batycka}

_,

Renata Wawrzaszek

_{, Zbigniew Rybak}

Wpływ stresu oksydacyjnego

na procesy regeneracji tkankowej

Influence of Oxidative Stress on Tissue Regeneration

1 _{Zakład Chirurgii Eksperymentalnej i Badania Biomateriałów Uniwersytetu Medycznego im. Piastów Śląskich} we Wrocławiu, Wrocław, Polska

2 _{Katedra 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 sytu-acji 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 wła-ściwości 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 przeciwdzia-łające 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 bio-synthesis 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 sensi-tive to oxidasensi-tive 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.

Polim. Med. 2013, 43, 3, 191–197 © Copyright by Wroclaw Medical University

ISSN 0370-0747

PRACE POGLąDOWE

Ludzka skóra jest fizyczną barierą między środowi-skiem 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

negatywnie lub pozytywnie wiele czynników [2]. Stres oksydacyjny jest definiowany jako brak równowagi mię-dzy wytwarzaniem wolnych rodników i ich eliminacją poprzez mechanizmy obronne (enzymy, antyoksydan-ty). Brak stabilności pomiędzy procesami oksydacyjny-mi i redukcyjnyoksydacyjny-mi 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 meta-bolizmu komórkowego, które pełnią istotną rolę w sty-mulacji szlaków sygnałowych w komórkach roślinnych i zwierzęcych w odpowiedzi na zmiany wewnątrz- i ze-wnątrzkomórkowe w warunkach środowiskowych [3].

Epidermalne komórki T

Najbardziej zewnętrzną warstwą skóry jest naskó-rek, 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 od-powiedzi 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 pozosta-łym strukturom. Uraz i stres aktywuje keratynocyty, co prowadzi do wydzielania antygenów charakterystycz-nych dla komórek DETCs. Szybka odpowiedź skóry na reakcje komórek γδT powoduje ich dynamiczną zmianę morfologiczną w pierwszych godzinach uszko-dzenia 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 re-akcjach 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 oksydanta-mi. Oksydanty mogą powodować uszkodzenia lipidów, DNA i białek. Komórka może neutralizować ich działa-nie enzymami lub antyoksydantami [6].

Antyoksydanty są związkami stanowiącymi mecha-nizmy 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 ko-mórkowych i funkcji biochemicznych. Równowaga ta jest określana potencjałem redoks, który jest specyficz-ny dla organelli komórkowych i funkcji biochemicz-nych. Jej zakłócenia są szkodliwe dla komórek i

orga-nizmu. Zwiększenie liczby oksydantów w stosunku do antyoksydantów prowadzi do tzw. stresu oksydacyjne-go powodująceoksydacyjne-go uszkodzenia na poziome molekular-nym. Zwiększenie antyoksydantów (stres redukcyjny) również jest niebezpiecznie [3, 6].

Inna nazwa oksydantów to reaktywne formy tle-nu (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 (O} 2–)

oraz tlen singletowy (1_O 2).

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, po-nieważ zawiera 2 niesparowane elektrony na różnych orbitach [6].

Rodnik tlenowy niereaktywny jeden ma tzw. ogra-niczenie spinowe, które nie pozwala na oddawanie lub przyjmowanie innego elektronu przed przegrupowa-niem kierunków wirowania wokół atomu. Grupa związ-ków 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),

wo-dorotlenki 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 od-powiedzi na zamiany zewnętrzne i wewnętrzne zacho-dzące w wyniku oddziaływania czynników środowisko-wych. Zdecydowana większość jest wytwarzana przez mitochondrialny łańcuch oddechowy. W tym procesie powstają również reaktywne formy azotu, które gene-rują inne reaktywne związki [3]. Wiele struktur może ulegać uszkodzeniom oksydacyjnym. Zmiana ich właś- ciwości w wyniku działania RFT może prowadzić do wywołania wielu procesów patologicznych, m.in. zapa-lenia i procesów rozrostowych [7].

Niektóre RFT powodują śmierć komórki, która czasami jest przypisana do apoptozy. Powstający w wy-niku 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 zwięk-szonym ryzykiem wystąpienia wielu typów nowotwo-rów. Rudolf Virchow pierwszy zauważył, że komórki zapalne są obecne w guzach i sugerował, że nowotwory powstają w miejscach przewlekłego zapalenia. Aktualnie

uważa się, że zapalenie jest tajnym zabójcą i może pro-wadzić do powstania procesów patologicznych. Przy-kładem 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 zapa-lenie trzustki, które zwiększa prawdopodobieństwo wy-stąpienia raka trzustki. Obecnie trwają intensywne ba-dania 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 apopto-zę. Prawdopodobnie to właśnie stres oksydacyjny wpły-wa na różne etapy procesu zapalnego i przyczynia się do powstania nowotworu [3].

Wpływ stresu oksydacyjnego

na lipidy

Duża zawartość nienasyconych kwasów tłuszczo-wych w błonach komórkotłuszczo-wych powoduje, że są one bardzo podatne na utlenianie. Uszkodzenia lipidów nazywane peroksydacją lipidów występują w 3 etapach. Pierwszy z nich – inicjacja, polega na działaniu reak-tywnych form tlenu (RFT) na lipid. Obecność podwój-nego wiązania pomiędzy grupami etylowymi osłabia więź między węglem i wodorem, co powoduje jego ła-twiejsze usunięcie z cząsteczki. Po wyeliminowaniu wo-doru pozostałe rodnikowe kwasy tłuszczowe zachowują 1 elektron. Kiedy tlen występuje w wystarczającym stę-żeniu w otoczeniu, rodnikowe kwasy tłuszczowe będą reagować z formami ROO• _{podczas stanu propagacji.}

Są one również zdolne do usunięcia innego

wodo-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 rozkłada-ny 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 nastę-puje peroksydacja wszystkich nienasyconych lipidów w błonie. Przeciwutleniacz, który może zatrzymać ten proces jest zdefiniowany jako przeciwutleniacz nisz-czonego 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}

prze-ciwutleniaczem. Schemat ten jest zobrazowany na ry-cinie 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].

Wpływ stresu oksydacyjnego

na białka i DNA

Białka są również głównym składnikiem błon ko-mórkowych 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 stę-żeniach fizjologicznych wywierają wpływ na białka. Te, które zawierają grupy –SH, mogą przejść oksydację po-przez reakcje z H2O2. Białka mogą zostać uszkodzone

przez RFT pośrednio lub bezpośrednio. W wyniku tego może dojść do peroksydacji, uszkodzenia specyficznych

Ryc. 1. Wpływ stresu oksydacyjnego

na lipidy, białka i DNA [6]

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} chlo-rowy, OH• _{– rodnik hydroksylowy, ROO}• – rodnik nadtlenkowy, ROOH – organiczny hydroksynadtlenek, DNA – kwas deoksyry-bonukleinowy. ROO•_�ROOH O2-• (HO2•) NO• ONOO- _(ONOOH) DNA (np. modyfikacja bazy, zerwanie pojedynczych i podwójnych nici) H2O2 ClO- _{(HClO) OH}• lipidy (np. peroksydacja, strata kwasów tłuszczowych) Mn (n) + (metale przejściowe) Fe3+_{, Cu}2+ redukcja metali O2 Mn(n-1)+ (Fe2+_{, Cu}1+₎ RO• białka (np. degradacja, fragmentacja, karbonylacja peroksydacja, inaktywacja)

reszt aminokwasowych, zmian w ich strukturze trzecio-rzędowej, 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 czyn-nościowych. Zmienione oksydacyjnie enzymy mogą mieć łagodny lub ciężki wpływ na metabolizm komór-kowy lub systemowy, zależny od ilości zmodyfikowa-nych molekuł i przewlekłości modyfikacji [9].

W procesie starzenia również dochodzi do zmody-fikowania 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 nukleoty-du 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), któ-ry koreluje ze stopniem krzepnięcia. Prawdopodobnie agregacje immunoglobin w płynie maziowym obecne w reumatoidalnym zapaleniu stawów również są wyni-kiem stresu oksydacyjnego [9].

Produkty utleniania białek są zwykle aldehyda-mi, związkami ketonowymi i karbonylowymi. Jednym z głównych składników, który może być łatwo wykry-ty i służyć jako marker uszkodzenia wywołanego przez stres oksydacyjny jest 3-nitrozyna. Substancja ta jest wydzielana po interakcji między ONOO– _{i innym}

reak-tywnym rodnikiem azotowym z aminokwasową tyro-zyną. W wyniku działania grupy OH• _{może tworzyć się}

wiele związków, takich jak: hydroksyproliny, semialde-hyd glutamylowy i inne. Białka modyfikowane po utle-nianiu są podatne na zmianę swoich funkcji w organi-zmie człowieka, takich jak: fragmentacja chemiczna, unieczynnienie czy zwiększona proteolityczna degrada-cja. 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 pro-wadzą 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 efek-tem stresu oksydacyjnego. Podczas jego trwania nastę-puje prawdopodobnie cząsteczkowe uszkodzenie m.in.

DNA, w wyniku którego zmniejsza się stopień oczysz-czania wewnątrzkomórkowego z RFT [3, 10].

Stres oksydacyjny przyczynia się do powstawania reaktywnych związków, które mogą powodować dena-turację białka, wpływać na proces apoptozy, uwalniać mediatory prozapalne, np. cytokiny. Czynniki te praw-dopodobnie pełnią główne role w indukcji niektórych stanów zapalnych skóry, takich jak trądzik czy łuszczy-ca, których patogeneza jest prawdopodobnie związana z utlenianiem wielonienasyconych kwasów tłuszczo-wych (naturalnych ligandów receptorów peroksyso-mów). Sugeruje się, że jedną z przyczyn bielactwa jest stres oksydacyjny. Prawdopodobnie RFT mogą uczest-niczyć w patogenezie skórnych reakcji alergicznych, w których limfocyty T są zmieniane przez GSH [11, 13]. Po działaniu czynników uczulających następuje gwał-towne wydzielanie RFT, co może prowadzić do szybko rozwijającego się stresu oksydacyjnego [12]. Reaktywne formy tlenu mogą także odgrywać ważną rolę w home-ostatycznej aktywacji wskaźnikowych komórek dendry-tycznych, które w odpowiedzi na uszkodzenia tkanek inicjują reakcję immunologiczną [13].

Ekspozycja keratynocytów na podrażnienia che-miczne, alergeny lub bodźce zapalne powoduje akty-wację wielu wrażliwych na stres kinaz białkowych. RFT bezpośrednio zmieniają kinazy, fosfatazy i czynniki transkrypcyjne oraz modulują bogate w cysteinę biał-ka. Wrzody oraz żylaki są prawdopodobnie kolejnym przykładem choroby powstającej w wyniku stresu oksy-dacyjnego. Stany te charakteryzują się przewlekłym za-paleniem, 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 dal-sze zwiękdal-szenie wytwarzania RFT w uszkodzonych ko-mórkach [10].

Wiele sytuacji życiowych przyczynia się do po-wstawania stresu oksydacyjnego, m.in. wysiłek fizyczny (następuje wtedy zwiększenie intensywności oddycha-nia, 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 ta-kich mechanizmów. Najbardziej znane są procesy pro-wadzące do przywrócenia metioniny z utlenionej posta-ci do normalnej oraz cysteiny do sulfihydryli z postaposta-ci disulfidowej. Niestety do tej pory nie poznano mechani-zmów umożliwiających odwracanie szkód wywołanych

utlenianiem białek. Te zmienione oksydacyjnie struktu-ry mogą być usunięte przez proteazy i proteosomy (ma-ją one zdolność rozróżniania białek między formami utlenionymi oraz natywnymi). Sugeruje się, że to właś- nie nieprawidłowości tych struktur mogą prowadzić do akumulacji uszkodzonych białek, które są obecne w wielu chorobach i podczas starzenia [6]. Prawdopo-dobnie w organizmie są obecne mechanizmy wykry-wające zmienione oksydacyjnie białka. Istnieje jednak prawdopodobieństwo, że niektóre zmienione oksyda-cyjnie białka przechodzą niezauważone przez systemy naprawcze. Zachodzi to, kiedy zmodyfikowane ami-nokwasy przechodzą w inne amiami-nokwasy (np. prze-kształcenie 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 zorganizo-wane mechanizmy antyoksydacyjne [3].

Czynniki wpływające

na proces leczenia rany

Rana przewlekła powstaje, gdy dochodzi do roz-regulowania procesów komórkowych i molekular-nych [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 regene-racji rany odzwierciedlają precyzyjnie wyrównane śro-dowisko, w którym proteolityczna aktywność i synteza macierzy jest pod ścisłą kontrolą innych czynników. Prowadzi to do nieskomplikowanego i szybkiego lecze-nia rany. W ranach przewlekłych ta równowaga nie jest zachowana [16].

Stres oksydacyjny w ranie

Ilość tlenu cząsteczkowego w środowisku biolo-gicznym może zostać zmniejszona podczas transferu elektronów. W wyniku tego procesu może dojść do wydzielenia jonu ponadtlenkowego (O2–), anionu

wo-doronadtlenowego (HO2•) czy jonów hydroksylowych

(OH). Szczególnie niebezpieczne są jony ponadtlenko-we i aniony wodoronadtlenkoponadtlenko-we, które są silnymi oksy-dantami i prawdopodobnie prowadzą do uszkodzeń oksydacyjnych [17].

Enzymy detoksykacyjne

Jednym z mechanizmów obronnych organizmu są enzymy katalizujące reakcje rozkładające rodniki tleno-we do innych mniej szkodliwych form. Do takich en-zymów należy np. dysmutaza ponadtlenkowa (SOD), która rozkłada anionorodnik ponadtlenkowy do nad-tlenku wodoru. Sugeruje się, że występuje on najczę-ściej w peroksysomach [18]. Powstający nadtlenek wo-doru 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 detoksykacyj-ne [20]. Reduktaza glutationowa (GR) katalizuje nato-miast reakcje wzajemnych przemian grup sulfhydry-lowych i disiarczków. Redukuje ona GSSG (utleniona forma glutanionu) do GSH (zredukowana forma glu-tationu). Głównym zadaniem reduktazy glutationowej jest utrzymywanie odpowiedniego stężenia zredukowa-nego glutationu [20]. Peroksyreduktaza 6 jest enzymem katalizującym redukcję nadtlenku wodoru. Jej zada-niem jest ochrona przed gromadzezada-niem 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}

obec-ność stwierdzono w komórkach zapalnych tkanki ziar-ninowej 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. Su-geruje się, że jego wycofanie prowadziło do zatrzymania tych procesów [21].W sytuacji podwyższonego stężenia RFT następuje prawdopodobnie indukcja ekspresji ge-nów, które działają antyoksydacyjnie [21, 22].

Antyoksydanty,

rodniki tlenowe i faza zapalna

W fazie zapalnej pojawiają się limfocyty, które ak-tywują mechanizmy obronne przed stresem oksyda-cyjnym. Następuje m.in. aktywacja oksydoreduktazy tioredoksyny (Trx) przez limfocyty i keratynocyty w wa-runkach stresu oksydacyjnego. Jest ona odpowiedzialna za utrzymywanie i zmniejszanie wewnątrzkomórkowe-go potencjału redoks. Pod wpływem dużewewnątrzkomórkowe-go stężenia rodników tlenowych makrofagi doprowadzają do eks-presji oksygenazy hemowej i transportera cysteiny. Me-chanizmy obronne są skupiane przede wszystkim na detoksykacji oksydantów i doprowadzaniu do powrotu równowagi między rodnikami a antyoksydantami.

Su-geruje się, że podczas trwania tej fazy może dojść do nie-kontrolowanego wytworzenia RFT, co prawdopodobnie zachodzi w ranach przewlekłych. Mimo że w ranach przewlekłych jest podwyższona ilość zachodzących re-akcji 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 za-palnej jest konieczna, ponieważ odgrywają one ważną rolę w krzepnięciu i prowadzą do wytwarzania czyn-nika tkankowego (TF). Inicjuje on zewnątrzpochodny szlak krzepnięcia i w rezultacie powstawanie trombi-ny. 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 go-jenia 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. Podejrze-wa się również, że małe stężenie nadtlenku wodoru jest bardzo ważne dla powstania angiogenezy ran [17].

Wolne rodniki pojawiają się w wyniku tzw. „wybu-chu oddechowego”, podczas którego następuje wydzie-lanie nadtlenku wodoru. W normalnej ranie największe stężenie wolnych rodników obserwuje się 2 dni po ura-zie, najmniejsze natomiast po 5 dniach. Jeżeli stężenie nadtlenku wodoru jest bardzo duże i organizm nie mo-że doprowadzić do zahamowania jego wydzielania, do-chodzi do peroksydacji lipidów [21]. Stopień peroksy- dacji można sprawdzić, mierząc końcowe produkty utleniania. Należą do nich dialdehyd malonowy (MDA) oraz 4-hyroksy-2-nonenal (4-HNE) [23]. Ostatnie ba-dania pokazują, że w ranach przewlekłych znajdują się

produkty peroksydacji lipidów (4-HNE). Nie stwier-dzono jednak różnicy w ilości MDA między raną nor-malną a raną przewlekłą. Jedną z nowszych metod we-ryfikacji jest oznaczanie stężenia 8-izoprostanu, które jest prawdopodobnie obiektywnym sposobem na okreś- lenie nasilenia stresu oksydacyjnego. Ostatnie badania wskazują na obecność 8-izoprostanów w płynie pocho-dzącym z ran przewlekłych, co sugeruje utrzymujący się stan zapalny w ranie [21].

Najnowsze wyniki wykluczają silną oksydację bia-łek w ranie przewlekłej. Wnioskuje się to z otrzyma-nych 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 oksy-dantów 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 ko-mórkowej, co w efekcie może skutkować śmiercią komórki. W ranie, gdy ma miejsce stres oksydacyjny, proces gojenia zatrzymuje się na fazie zapalnej. W ra-nie przewlekłej ra-nie następuje przejście z fazy zapalnej do etapu proliferacji. Sugeruje się, że neutralizacja oksydantów w czasie leczenia może wspomóc orga-nizm 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, nadciśnie-nie), 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 reac-tions, 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. Phar-macother. 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, Pa-nonica, 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.

[12] Miyazawa M., Takashima A.: Development and validation of a new in vitro assay designed to measure contact allergen-trig-gered 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 Cu-taneous 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. Ven-erol. 2010, 24, 4, 373–378.

[17] Soneja A., Drews M., Malinski T.: Role of nitric oxide, nitroxidative and oxidative stress in wound healing. Pharmacol. Re-ports 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 doktor-ska, 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: basiakmiecik@gmail.com 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