Podáno pro laiky: Paradox kyslíku – náš život i naše smrt v jednom

Nevím, v jaké „bublině“ žijete vy, ale v „bublině“, v níž žiji já, mám pocit, že jsme v posledních letech zaplaveni kyslíkovými radikály. Těmi, co podle mnohých přináší jen smrt, nemoc a hrůzu. Přijde mi, že ať chceme nebo ne, hrozba kyslíkových radikálů na nás číhá snad odevšad. Říkám si někdy, že člověk, aby se pomalu bál vytáhnout paty z domu či aby si dal k snědku něco normálního. Na druhou stranu, jeden možná nad celým tím humbukem kolem oxidativního stresu, který se v posledních letech protlačuje k laické veřejnosti, mávne rukou s tím, že ono to nakonec nebude tak horké. Možná jen, že se z kyslíkových radikálů stal jenom nový módní trend, a tak ve stylu „kuj železo, dokud je žhavé“, o něm píše každý, kdo aspoň trochu může, tedy namátkou, nutriční terapeuti, různí „lifestyloví“ odborníci, výrobci kosmetiky, pravděpodobně i marketingoví poradci, dokonce i youtubeři o něm hovoří.

„Je to jen taková vlna, která zase přejde a zase bude dobře,“ řekne si člověk z mé „bubliny“, uklidní se a zakousne se do klobásky.

„Anebo, ano, a to je docela možné, patrně za tím stojí nějaká lobby, a patrně antioxidační!“ dodává druhý.

Samozřejmě, výše uvedené jsem psala s trochou nadsázky…. i když, na druhou stranu, znáte to, tedy vy, pamětníci určitě: vejce – v žádném případě (cholesterol!), za pár let – vejce, ty ano (nutričně nenahraditelné!); pak zase, jedině Rama (bez cholesterolu!), poté, Rama – tak ta radši ne (trans tuky!); a dokonce i mléko si brali jednu dobu na paškál (zahleňuje!).

A tak až čas ukáže, do jaké míry byl celý ten humbuk kolem oxidativního stresu oprávněný. Ale na druhou stranu se musím přiznat, že i já o oxidativním stresu a kyslíkových radikálech lidem moc ráda vyprávím. Je to totiž takový zajímavý chemicko-biologický fenomén.

Historie volných kyslíkových radikálů je předlouhá, delší než lidstvo samo. Jsou to totiž souputníci kyslíku, toho životodárného plynu, a spolu s ním míří na samou podstatu našeho bytí a nebytí, ovšem úplně jinak, než si lidé běžně myslí. A o tom bude můj dnešní článek. Ale je to článek pro trpělivého čtenáře (článek má 5500 slov). Avšak, říká se, že trpělivost růže přináší. A tak věřím, že trpělivému a přemýšlivému čtenáři, který o kyslíku dosud věděl jen to, že se dýchá, článek změní či obohatí pohled na tu nejzákladnější věc, co máme. A co je tou nejzákladnější věcí? Je jí, přeci, zázrak života!

Přemýšleli jste někdy nad tím, v jakých nejzákladnějších vlastnostech se liší neživá hmota od nás živých organismů, tedy nás živočichů, rostlinstva, baktérií? Schválně, zastavte se ve čtení a zkuste teď chvilku zapřemýšlet.

Jistě, říkáte to správně. Neživá hmota nedýchá, zatímco my dýcháme. A víte, proč dýcháme? Ano, říkáte to správně, musíme naše těla prokysličovat, abychom se neudusili. Ale proč musíme naše těla prokysličovat a nesmíme se udusit? Ano, zcela správně: abychom neumřeli! A v tom je přesně ta pointa. Přesto ale vidím, že řada z vás stále tápe, a tápe přesně tak jako většina mých studentů, když jim položím tutéž otázku. Totiž, obvykle člověk tak nějak ví, že dýchat je normální, ale nikdy ho nenapadlo o tom přemýšlet hlouběji. Každopádně, nebudu vás více napínat a pokusím se vše vysvětlit. Myslím, že to stojí za to.

Zatímco neživá hmota nežije a slouží k životu těm živým, živá hmota si užívá komfortu života. Čím to, že živá hmota neboli organismus žije? Napadlo vás někdy se nad tím zamyslet? Odpovědí na tuto otázku je, že život každého organismu spočívá v jeho biochemických procesech, protože jsou to právě biochemické procesy, které neživé hmotě vdechují život a život v ní udržují, a cíleně tím udržují nějakou vnitřní uspořádanost celého systému. Dokud biochemické procesy běží, organismus žije. A tak přirozenou snahou každého organismu je udržovat své biochemické procesy pěkně v pohybu, a hlavně je nenechat se zastavit, alespoň ty nejzákladnější, protože to už by nebylo cesty zpět.

Ale organismus svůj život nemá zadarmo! Totiž, provoz biochemických procesů je poměrně nákladný, a tak se musí organismus pěkně ohánět. Tedy, shání suroviny, a nejraději cukry, které ve svých „kotlech“ spaluje a vyrábí tak energii, kterou pak uplácí, krmí a pohání všechny biochemické procesy svého těla.

Chceš výrobu nového stavebního materiálu pro růst tvého těla? Zaplať. Chceš pravidelný servis tvých buněk a tkání? Zaplať. Chceš havarijní pojištění? Zaplať. Potřebuješ likvidaci havárie? Zaplať. Chceš ostrahu objektu? Zaplať. A takto bych mohla pokračovat dále, protože to jsou stovky či možná tisíce biochemických procesů, které nás dennodenně udržují při životě.

Organismus nemá na vybranou, život mu byl vdechnut, a tak se musí snažit. A mezi námi, obchod tam panuje pěkně tvrdý a s pěkně tvrdou měnou. Měna se jmenuje ATP (celým názvem adenosintrifosfát), a je to molekula, která v organismu funguje jako takové sousto energie, s tím, že biochemické procesy dovedou být pěkně nenasytné, a čím složitější organismus či složitější orgán, tím je třeba ATP víc a víc.

Vyrobit molekulu ATP je pro organismus, i když je to jistě velký pracant, tvrdý chlebíček, a byl by to chleba ještě mnohem tvrdší, když by se k tomu organismy před zhruba 3 miliardy let nenaučily využívat právě kyslík. Kyslík je totiž nádherně reaktivní a v těch kotlích našich buněk funguje tak jako benzín, když ho chrstnete do ohně. Anebo ještě lépe, jenom to doutná? - tak do toho, bambulo, foukni a ono se to rozhoří. Tedy, organismy se tehdy před těmi 3 miliardami let k výrobě energie naučily používat kyslík a už jim to zůstalo. A to je ona pointa. Není kyslík, není energie, není život. Alespoň takto to platí pro většinu organismů.

….hmm, o pár řádků výš jsem psala, že čím složitější, tím nákladnější, nenasytnější, a tím asi i problematičtější. Nepřipomíná vám to náhodou něco? Jistě, máte pravdu, zcela jistě se jedná o naší řídící strukturu, náš majestát, tedy mozek. Mozek je totiž nádhernou ukázkou celé „energetické filozofie“ organismu. Totiž, mozek svou velikostí v porovnání se zbytkem těla zas tak velký není, tvoří jen 2,5 % veškeré hmoty člověka, přesto spotřebuje celou čtvrtinu energie z celého „státního“ rozpočtu! Je to možné? Co tam s tím ten mozek vůbec dělá? No, budete se divit, ale naše „myšlenkové pochody“ jsou tak nákladné. A navíc, když je aktivita neuronů, tedy nervových buněk, skutečně vysoká (třeba hodně přemýšlíme), stoupnou náklady o dalších 50 %! A fakt vám to připomíná jenom mozek? Dobře, už mlčím.

Přesto, aby bylo zcela jasno, ještě jednu věc vám o mozku prozradím – totiž, že mozek skrze svou nenasytnost dokáže stáhnout ke dnu celý organismus! Nevěříte? Přece to určitě znáte! Stačí se jen o trošku déle zdržet pod vodní hladinou a člověk je už doslova na pokraji smrti. Proč? Mozkové buňky při nedostatku kyslíku čili nemožnosti výroby své energie umírají až závratnou rychlostí. Tak jednoduché to v tomto případě je.

Prostě samé starosti. Jeden by si řekl, jestli se ta neživá hmota nemá nakonec i lépe. Pěkně si leží a nemusí vůbec nic.

Mohla bych to vzít pěkně od píky? Bude to krátce a bude to zajímavé. Prvopočátek výroby kyslíku na Zemi je spjat se sinicemi, které zhruba před 3 miliardami let přišly na způsob, jak k výrobě energie využít sluneční záření, a to pomocí oxygenní fotosyntézy, při níž jako odpadní produkt vzniká právě kyslík. Bylo to v době, kdy se veškerý život odehrával jen v oceánech. Nahoře, nad hladinou, totiž panovalo nevlídno. Totiž, jak neexistoval kyslík, nebyla ani žádná ozónová vrstva a tím žádná ochrana Země před pro život nebezpečným UV zářením. Život byl tehdy tvořen jen jednobuněčnými organismy, tedy baktériemi a sinicemi, které, představte si, se do té doby s kyslíkem nikdy předtím nesetkaly.

S využitím oxygenní fotosyntézy začala koncentrace kyslíku v oceánech narůstat. Nárůst kyslíku byl však velmi pozvolný, a tak trvalo stamiliony let, než byla koncentrace kyslíku v oceánech tak vysoká, že kyslík začal stoupat i nad vodní hladinu, a posléze se tam začal hromadit a dávat i vznik ochranné ozonové vrstvě. Ovšem před zhruba 2,5 miliardy let začala být koncentrace kyslíku už příliš vysoká, a tak nastalo něco, čemu se dnes říká Velká kyslíková katastrofa – nahromaděný kyslík na Zemi zahubil téměř všechny živé organismy. Bylo to vražedné, byl to totiž největší zánik života, co si naše Země vůbec pamatuje. Mnohem větší zánik než byl s dinosaury. Důvod?

Pro do té doby striktně anaerobní („bezkyslíkaté“) organismy kyslík představoval jedovatý plyn, a tak vysoké koncentrace kyslíku mohly přežít jen ty organismy, které se kyslíku dokázaly přizpůsobit. A nejenže se organismy přizpůsobily, ony si kyslík dokázaly i ochočit a začít jej využívat k získávání toho pro organismy nejcennějšího, a tím je zcela jistě jejich vlastní energie. A protože s kyslíkem šla výroba energie najednou mnohonásobně lépe, byl to právě kyslík, který umožnil životu jeho skutečný rozkvět: přechod z jednobuněčných organismů na mnohobuněčné.

A co ty obávané kyslíkové radikály? Ano, ty jsou nedílnou součástí výroby naší energie. V procesu tvorby ATP totiž vznikají bokem jako takové „spaliny“. Ovšem nebyl by to zázrak života, kdyby si ty nebezpečné kyslíkové radikály nevyužil ku prospěchu svému, a to, jak si řekneme, k celé řadě zcela klíčových buněčných procesů.

Celý ten příběh, který jsem vám právě popsala, nejen, že dokumentuje starobylost celého systému, ale i jeho robustnost. Tedy, ať si kdo chce, co chce říká, je to systém, který je starší než lidstvo samo, je to systém, který stál na prahu vzniku mnohobuněčných organismů, je to systém, kterému vděčíme za svůj vznik a je to systém vyladěný k dokonalosti miliardami let. Ovšem, říkám si, na druhou stranu, jedna pachuť tady přesto zůstává. Tedy, uvědomujete si, že náš životodárný kyslík, je vlastně největším masovým vrahem v historii Země? Strašné!

Výroba energie všech organismů je založena na tzv. oxidačně-redukčních neboli redoxních reakcích, tzn. jedna látka elektrony odevzdává a druhá látka tytéž elektrony přijímá, přičemž dochází k uvolňování energie. Pro výrobu energie mají buňky speciální zařízení, tedy speciální buněčné organely, zvané mitochondrie.Mitochondrie jsou uvnitř našich buněk takové továrny na výrobu energie, přičemž energii mitochondrie vyrábí tak, že spalují palivo, které je jim za tím účelem dodáváno. A palivem není nic jiného než živiny, které přijímáme naší potravou. Pochopitelně, živiny jsou před vstupem do mitochondrií organismem speciálně upravené.

A jestli k mitochondriím mohu dodat něco ryze osobního, tak mitochondrie mi připadají na pohled velice krásné a zajímavé. Ráda si je prohlížím. Ostatně, jejich noblesu můžete posoudit z přiložených obrázků.

K lepšímu pochopení procesu výroby energie uvnitř mitochondrií použiji jednu takovou příhodnou analogii, a tou je náš obyčejný oheň. Oheň je totiž také redoxní reakcí, a to reakcí mezi spalovanou látkou a kyslíkem. A možná, že jste zrovna nakrátko zauvažovali, proč pořád ten kyslík, v čem je tak unikátní. Odpovědí je, že kyslík je široko daleko nejlepší příjemce elektronů, tedy, kyslík je naprosto extraordinérní oxidační činidlo. A to je ten důvod, proč oheň hoří a mitochondrie produkují ATP. Ovšem, neznamená to, že by uvnitř mitochondrií plápolaly nějaké plamínky, tedy, že by docházelo k produkci světla a tepla jako v případě hoření. Většina uvolněné energie se v mitochondriích totiž ukládá chemickou formou právě do ATP.

A jak už jsem zmínila, při procesu výroby ATP uvnitř mitochondrií vznikají, jako takové řekněme spaliny, ty „obávané“ kyslíkové radikály.

Promiňte, mohla bych se na moment zastavit nad tím slůvkem „hašašírové“? Totiž, nepoužila jsem jej jen tak pro parádu. Běžně si lidé hašašíru představují jako neupraveného pobudu či nedůvěryhodného pobertu. Kdo je znalý chemických radikálů, ale neznalý původu slova hašašíra, si bude myslet, že radikálům říkám hašašírové proto, že za prvé, ze svých valenčních sfér kdesi nedůstojně poztrácely některé ze svých elektronů (a nevypadají tedy dobře) a za druhé, že každý takový atom (=radikál) se snaží si své chybějící elektrony doplnit od jiného atomu, tedy mu je ukrást. A každý radikál toto dělá dost nevybíravě, totiž, že na první atom, který v okolí objeví, skočí, nalepí se na něj a elektrony si přivlastní. A samozřejmě, touto reakcí je pak dotčený, tzv. oxidovaný atom nenávratně poškozen.

Ovšem protože slovo hašašíra k nám přišlo z Orientu a pochází ze slova asasín, neboli hašašín (z arabského „Ḥashshāshīn“), je tady ještě jedna zajímavá podobnost a pro její vysvětlení přikládám výňatek z textu, který jsem pro vás našla na internetu (a myslím, že to vezmete jako velkou zajímavost, i když ta informace s volnými radikály nemá společného vůbec nic):

„Asasíni neboli hašašíni (z arabského „Ḥashshāshīn“) byli mezi lety 1080 a 1273 n. l. perským a syrským tajným hnutím, de facto sektou, vyznávající šíitskou tradici islámu. Zakladatel sekty, imám Hasan-ibn-Sabbáh, podle legendy nechal na svém hradě Alamút (v dnešním Íránu) zbudovat překrásnou zahradu, kam přiváděl bojovníky omámené hašišem (odtud „hašašíni“) se slovy, že právě vstoupili do ráje. Sugeroval jim, že takový ráj znovu spatří, pokud pro svého vůdce zemřou v boji mučednickou smrtí. Proto byli asasíni jako válečníci tak nebojácní: umírali s radostnou představou, jaká nádhera je čeká po životě zemském. V současné angličtině označuje slovo „assassin“ atentátníka. Dodejme: sebevražedného.“ (Seriál o češtině Slovíčkaření: Mohli se potkat Habakuk, mameluk a hašašíra? - Deník.cz (denik.cz))

A protože kyslíkové radikály reakcí s oxidovanou látkou samy nakonec zhynou, tedy zaniknou (přestávají být radikály), jsou vlastně taky takoví sebevražední atentátníci jako ti hašašírové…..organismem zmanipulovaní (jak uvidíte za chvilku)….chudáci.

Ovšem škodu, tak tu radikály napáchat umějí. Reakcí s radikály vznikají tak zvaná oxidativní poškození, která u oxidované látky nemění jen její chemické vlastnosti, ale i její biologické vlastnosti a tím její funkčnost. A to je ten důvod proč se o účincích kyslíkových radikálů dnes tak často mluví.

O kyslíkových radikálech se často mluví jako o nějakém zlu. Nicméně, skutečná pravda je někde jinde. Totiž, tak, jak potřebujeme kyslík, potřebujeme i jejich radikály. Bez obojího bychom nepřežili. Kyslíkové radikály zastávají řadu klíčových rolí, přičemž zmíním jen ty dvě nejznámější, a těmi jsou (1) likvidace choroboplodných zárodků, tzv. patogenů (baktérií, virů), o níž jsem psala ve svém minulém článku, a (2) při odstraňování cizorodých látek, o čemž jsem také psala, ale zase v jiném článku. A to, že jsou tyto role kyslíkových radikálů pro nás organismy zcela zásadní, je nasnadě. Totiž, dokážete si představit, že bychom byli baktériemi porcováni za živa anebo byli plní cizích, divných a jedovatých látek, o kterých bychom prostě nevěděli, jak z těla dostat ven? A musíte uznat, že je to zázrak života, že něco tak zhoubného, jako jsou pro něj kyslíkové radikály, dokázal přetvořit k obrazu svému.

V každém organismu ale vždy platí, že hladina kyslíkových radikálů je buňkou přísně regulovaná, či je o to alespoň maximální snaha, a v případě potřeby je hladina radikálů snižovaná na optimální úroveň. Snížení hladiny kyslíkových radikálů se děje antioxidanty, tedy látkami, které různými způsoby umí kyslíkové radikály neutralizovat.

Antioxidanty jsou součástí antioxidačního systému, což je systém velice komplexní, do detailů propracovaný a obecně velmi funkční. Nicméně, za určitých okolností, o kterých se ještě v článku dozvíte, je produkce kyslíkových radikálů tak vysoká, že antioxidační kapacita je nedostatečná a nastává jev, který je označován jako oxidativní stres. Tedy, vzniká přemíra kyslíkových radikálů, a to s teoreticky celou škálou dopadů na naše zdraví či rychlost stárnutí.

Antioxidační systémy jsou vzhledem k „aerobní“ historii organismů evolučně vysoce konzervované, a jsou tedy nejen přítomné, ale i velmi podobné napříč téměř všemi druhy organismů. Obecně však platí, že nejvýraznější antioxidační obranu najdeme u rostlin, a to zejména u těch druhů rostlin, které ke svému životu vyžadují intenzivní sluneční záření. Je to vlastně adaptace těchto rostlin k jejich přisedlému způsobu života, tím, jak jsou neustále vystaveny ionizujícímu záření. Ionizující záření totiž dopadá ve formě kosmického záření na Zemi, a v organismech vytváří volné radikály radiolýzou vody, kterou v těle máme (jsme z 80 % tvořeni právě vodou). Z toho důvodu nejvyšší hladiny antioxidantů najdeme právě v ovoci.

Obecně nejdůležitějšími antioxidanty jsou superoxid dismutáza a kataláza, což jsou enzymy, které se vyskytují téměř u všech organismů. K antioxidantům patří také vitamíny A, C, E. Z minerálů je to zinek či selen, což jsou látky, které si lidský organismus vyrobit neumí a musí je získávat potravou.

Antioxidační systémy jsou vzhledem ke své starobylosti velmi složité, robustní a komplexní, a bylo by naivní se domnívat, že nějakou umělou intervencí ze strany člověka by bylo možné chod systému výrazně vylepšit či zvrátit, a to například umělým podáváním antioxidantů v podobě doplňků stravy. Co se týče antioxidantů jako doplňků stravy, vůbec panuje jistá kontroverze s otázkou, do jaké míry je jejich podávání účinné či zda nemůže být dokonce nežádoucí, a to tím, že by suplovaly a tím oslabovaly přirozenou antioxidační reakci organismu. Existují však studie, které pozitivní vliv antioxidantů v podobě doplňků stravy jasně ukazují. Tak si vyberte. Každopádně, i v případě antioxidantů platí to už tisíckrát opakované, tedy, že není nad dobře vyváženou, přirozenou stravu. Přikládám odkaz na obsáhlou databázi, v níž můžete najít informace o obsahu antioxidantů v 3100 druhů potravin (stejné informace můžete najít příslušné v publikaci Carlsen et al. (2010) viz dole).

Milému čtenáři, který se poctivým čtením článku dostal až do tohoto bodu, si troufnu položit otázku – z jakého důvodu jsme vždycky tolik zadýchání, když běžíme? Věřím, že odpověď byste teď odvodili i beze mě. Jistě, běh je energeticky velmi náročná svalová aktivita, a tak v našich svalech vyžaduje značnou výrobu ATP, a tím značné nároky na přísun kyslíku a naše zadýchaní.

Lidské tělo, pokud je v klidu, spotřebuje zhruba 4 ml kyslíku na kilogram živé váhy daného jedince za minutu, tedy zhruba hrnek kyslíku na člověka s váhou o 60 kg. V klidové fázi je 80 % (tj. 2 dcl) kyslíku spotřebováno mozkem, srdcem, játry a ledvinami (úvahu, proč je to zrovna v těchto orgánech již nechám na vás) a naopak, trávicí trakt, pokud není zrovna stimulován trávením, spotřebuje kyslíku minimum, stejně tak svaly, kosti a tuková tkáň. Ovšem, při aerobní aktivitě, např. běhu, může množství kyslíku stoupnout až 15× u běžného člověka, či dokonce 20× u trénovaného sportovce, tj. u 60 kg jedince je to asi 3,5 litrů za minutu (u sportovce až 5 litrů, tj. půl kýblu!).

A já teď doufám, že pozorný čtenář již sám začíná tušit, kam tím vším vlastně mířím. Samozřejmě, že k volným kyslíkovým radikálům, protože ty se ve zvýšené míře v našem těle produkují právě při sportu. A někdy se při sportu produkují až do takové míry, že vzniká nežádoucí oxidativní stres a tkáňová poškození.

„Ha, a už je to tady,“ mnohý si řekne a zamne si ruce. Že by sportem k trvalé invaliditě? Na téma zvýšené hladiny kyslíkových radikálů při sportu (obecně aerobní aktivitě) byla dělána řada výzkumů, avšak s jedním jasným a poměrně optimistickým závěrem. Tedy, že pravidelná fyzická aktivita, nejlépe aerobního typu, vede v organismu k posílení antioxidační obrany. Jedná se totiž o to, že člověk při pohybu (dejme tomu cvičení) netrénuje jen sám sebe, ale že, prostřednictvím kyslíkových radikálů, které při pohybu vznikají, trénuje i svůj antioxidační systém. Antioxidační systém nezahálí, a tím trénuje. Důležité však je, že při tomto tréninku množství kyslíkových radikálů nesmí být příliš vysoké, protože přeci jenom, je to jenom trénink a ne bojiště. Odborně se tomuto jevu říká adaptivní odezva neboli hormeze a je to něco ve stylu „co tě nezabije, to tě posílí“ (o hormezi zcela jistě bude jeden díl mého seriálu, protože hormeze za to určitě stojí, a netýká se jen kyslíkových radikálů).

Pro správný trénink antioxidačního mechanismu sportem je důležité, aby trénink byl pravidelný a úměrný schopnosti jedince, jinak výsledný efekt bude zcela opačný, tedy, množství kyslíkových radikálů bude převažovat nad antioxidační obranou a bude to přesně to, co nechceme, tedy oxidativní stres. Jak takový oxidativní stres vypadá v praxi? Jednoduše. Přesně tak jako bolavé svaly u netrénovaných „svátečních“ cvičenců.

Nevím proč, ale kolem našeho domu mají amatérští běžci svou oblíbenou trasu, a tak nemohou uniknout mé pozornosti. A jsou to běžci opravdu různých kategorií. Často některé píchá v boku, alespoň to tak z dálky vypadá. Vždy, když to vidím, tak si v duchu říkám „no, kdybyste vy tak tušili…“

Běžný laik v návaznosti na běžné internetové informace o oxidativním stresu nabývá někdy dojmu, že (1) vzhledem ke všem těm nebezpečenstvím, které přicházejí ze životního prostředí, je jeho tělo oxidativním stresem již zcela jistě napadeno, a (2) dokonce, že jeho tělo je jím napadeno od hlavy až k patě. Nicméně, mohu vás ujistit, že situace obecně zas tak závažná není, ….i když, na druhou stranu…..vlastně, v některých případech může být.

To, proč oxidativní stres nemusí být jen nafouknutou bublinou, vysvětlím na příkladu zánětlivých procesů. Zmínila jsem se, že kyslíkové radikály jsou klíčovým faktorem pro boj s patogeny, což je ze strany kyslíkových radikálů sice záslužná činnost, avšak „když se kácí les, létají třísky“. A třískami v tomto případě je poškozování našich buněk vedlejším a nechtěným efektem účinků radikálů. Na druhou stranu je třeba zdůraznit, že akce kyslíkových radikálů se v ohledu zánětu odehrává víceméně jen lokálně, tedy v ložisku zánětu.

„Tak to je pohoda,“ řekne si možná někdo (či alespoň přesně takto by to řekl můj mladší syn, který na pohodu funguje téměř vždy a pak se často nestačí divit).

Pohoda je tady totiž jen zdánlivá. Záněty a s nimi oxidativní poškození se sice dějí jen lokálně, ale představte si, že ta poškození se mohou odehrávat na úrovni vaší DNA, tedy ve vašich drahocenných genech, a pokud se taková poškození organismu náhodou nepodaří opravit, může to být problém. To, že zánětlivé procesy mohou být už jen krůčkem k procesům nádorovým, jsem lehce nastínila v mém předcházejícím článku. A mimo to, pokud se navíc jedná o záněty časté či chronické, riziko se pomalu přibližuje realitě.

Vliv oxidativního stresu v celé jeho intenzitě a kráse vám představím na příkladu sepse, tedy syndromu systémové zánětlivé reakce (lidově otravy krve). Sepse organismu je život ohrožující záležitostí. Je to boj organismu s enormní náloží patogenu, náloží, která organismu přes veškerou jeho snahu přerůstá přes hlavu. Pro sepsi jsou typická devastující poškození buněčných, tkáňových a orgánových struktur organismu, a to právě následkem působení kyslíkových radikálů. Totiž, tím, jak je množství patogenu při sepsi enormní, je i účinek kyslíkových radikálů na vlastní organismus enormní („třísek“ je příliš). A v tomto případě nějaká oxidativní poškození na úrovni DNA a nějaké jejich teoreticky možné nádorové konsekvence? Ale jděte! Tato otázka opravdu v případě sepse není na pořadu dne. V průběhu sepse se totiž řeší fatálnější věci: hromadné odumírání našich vlastních buněk!

Totiž, oxidativní poškození v buňce, a to obecně, nejen v případě sepse, může být takového charakteru, že je neopravitelné a závažné, že organismus začne vysílat instrukce k rychlé likvidaci dané buňky. Jedná se o tzv. programovanou buněčnou smrt neboli apoptózu. A v případě sepse se jedná o skutečnou genocidu, protože buněk s fatálním poškozením je tolik, že jsou posílány na smrt doslova po celých „vagonech“. A protože naše tkáně a orgány jsou hromadným „odchodem“ buněk poškozovány až závratnou rychlostí, dochází k postupnému selhávání jednotlivých orgánů, a tím posléze kolapsu celého organismu.

Sepse je sice extrémním příkladem oxidativního stresu, ale podobnosti se sepsí můžeme do jisté míry vidět i v některých běžných civilizačních chorobách (avšak v mnohem mírnější a pozvolnější formě), jako jsou neurodegenerativní a metabolické choroby, což jsou choroby, které jsou jednak spjaty právě s oxidativním stresem, ale také s procesy stáří.

Stárnutí organismu, a hlavně tak složitého organismu, jakým je lidské tělo, je komplexní záležitostí. Přesto jedním z nejdůležitějších faktorů našeho stárnutí jsou hromadící se poškození těla kyslíkovými radikály. Jak stárneme, v našem těle se hromadí oxidativní poškození a tím postupně začne strádat funkčnost našeho organismu.

Možná si teď říkáte, že se třeba už konečně dostávám k tomu tolik obávanému a v médiích propíranému působení volných radikálů z poškozeného životního prostředí, o kterém se všude dočítáme, jak nám urychluje naše stárnutí, nebo k opalování na slunci, anebo, jasně, ke kouření! Mnohé zklamu, jiným udělám radost. Vyjmenované zdroje volných radikálů jsou z pohledu našeho stárnutí jen relativně minoritní záležitostí. Totiž, stárnutí našeho těla souvisí především, jak jinak, s výrobou naší energie.

Jak už z mého článku víte, energie organismům dává život. A jak jsem apelovala na začátku, že každá mince má dvě strany, tak platí také to, že energie organismům jejich život taky odkrajuje, a to pěkně potají z druhého konce, než jim ho dává. Osobně tvrdím, že svět je postaven na paradoxech. Často a ráda o paradoxech světa přemýšlím, protože mi to dává možnost lépe pochopit hloubku světa, a musím říci, že kyslíkový paradox, o kterém můj dnešní článek vlastně hodně je, je na poli vědy jedním z těch nejzajímavějších paradoxů. A vůbec, celá ta věc je pro mě zajímavá o to víc, že krásně dokumentuje, jaké roztodivné mechanismy dokáže Univerzum k udržení své rovnováhy využít. Uvažovali jste někdy nad tím, proč nám, lidem, když stárneme, ubývá energie?

Není to ani kouření, ani sluneční záření, ani škodlivé vlivy chemicky znečištěného prostředí, dokonce ani zánětlivé procesy. Jsou to v základu především naše mitochondrie – ty jsou totiž za běžných okolností těmi největšími zdroji kyslíkových radikálů vůbec. A hlavně, jak stárneme, tak se v mitochondriích začíná kyslíkových radikálů, jako těch spalin při tvorbě energie, tvořit víc a víc a postupem času jich už vzniká tolik, že antioxidační obrana na ně již nestačí. A tak, radikály unikají do prostoru našich buněk a mají doslova pré! A ve svém reji pak atakují kde co, a co je obzvlášť „pikantní“, že atakují i samotné mitochondrie. A tak, ve výsledku je pak poškozeno kde co, ovšem mitochondrie, tím, jak jsou u samotného zdroje radikálů, to odnáší ze všeho nejvíc. A to je jádro problému. Spalování živin v poškozených mitochondriích jednak není tolik účinné, co bývalo zamlada (mitochondrie produkují méně ATP), a navíc v poškozených mitochondriích vzniká ještě větší množství kyslíkových radikálů než kdy předtím. A je to proces, který bez ustání jede a pěkně si postupně graduje, přičemž organismus viditelně stárne a sil mu ubývá.

Neurodegenerativní choroby (např. Parkinsonova či Alzheimerova nemoc) či metabolické choroby (nejčastěji diabetes) mají dva společné jmenovatele, a tím jsou dysfunkce mitochondrií a oxidativní stres.

Proč tyto dva typy onemocnění? Odpověď je pozornému čtenáři zřejmá už z předcházejících informací, tedy, že u obou typů onemocnění je to jejich provázanost s naším spalováním živin. A ač bylo z mé strany v podstatě řečeno už vše, ještě jednou to vše souhrnně vysvětlím a přidám pár detailů, a to vše na příkladu neurodegenerativních onemocnění. Protože neurodegenerativní onemocnění jsou skutečně něco extra.

Jak už víte, nervové buňky jsou vzhledem ke své výrazné energetické náročnosti závislé na vysoké spotřebě kyslíku. Z celkového množství kyslíku, který vdechneme, jde 98 % do mitochondrií a tam 2 % z veškerého kyslíku je přeměněno na kyslíkového radikály. Přitom ale, 20 % veškerého přijatého kyslíku připadá na mozek! Takže, když si to přepočteme, v mozku vzniká až 0,4 % z veškerých kyslíkových radikálů, a to jen za běžných čili fyziologických podmínek! A to je hodně. Navíc, nervové buňky mají v porovnání s jinými orgány mnohem nižší aktivitu antioxidačního systému, třeba v porovnání s játry jen 10 %. Takže, sečteno a podtrženo, náš majestát mozek je v nezáviděníhodné pozici. A jak už víte, s účinkem kyslíkových radikálů je spojena také buněčná smrt. A buněčná smrt uvnitř našeho mozku či obecně v naší nervové soustavě? Jistě, nic hezkého!

Co tedy s tím? Na výzkum neurodegenerativních onemocnění jsou ročně vynakládány miliardy dolarů, a tak je zde každá rada drahá. Nicméně, co to tak vzít „po laicku“ a našim mitochondriím aspoň trošku, trošku ulevit?

Souhlas? – Souhlas.

Protože článek je „po laicku“ a pro laiky, mohu si dovolit jednu hodně velkou metaforu. V mém chápání jsou mitochondrie trochu jako takový domácí krb. A pokud přistoupíte na mou hru, společně se nám nabízí jedna otázka. Tedy, jak udělat pokojíček pěkně vyhřátý, vyhřátý tak akorát. Situace může vypadat třeba následovně.

Jednou takhle uvnitř mozku se zrovna odehrává následující rozhovor…..

„A jak jste na tom s přívodem vzduchu, tedy kyslíku?“ ptá se topenář, „vždyť to máte přivřené“, nato ukáže na rafičku ciferníku, zatváří se nevrle a otočí kohoutem.

„Aha,“ říká na to s překvapením nervová buňka, „to já vůbec nevěděla“.

„Jak toto nemůžete nevědět,“ kroutí hlavou topenář. „Vidíte?“ ukáže na ciferník, „tu rafičku musíte mít na normoxii (to je kyslíku tak akorát), to se netvoří radikály, ale pokud ji máte níž, to je hypoxie, tak to se vám radikály začnou dělat ve velkém a máte problém. Pěkně se vám to tu všechno zničí. A to už neopravíte, to už budete moci akorát tak všechno vyhodit.

„Aha,“ říká na to opět buňka.

„A vy jste si v poslední době opravdu žádných problémů nevšimla?“ ptá se topenář.

„No, všimla. Teda už je to delší dobu. Začalo to tou jeho chudokrevností, ale teď v poslední době, co bere ty léky na tlak….,“ nervová buňka se podívá na topenáře s rozpaky, „začal být úplně zmatený, někdy úplně mimo.“

„No jasně, kognitivní funkce,“ říká topenář, „tak schválně, nechte mě hádat, ráno si vezme prášek na tlak, ten mu to srazí, celé dopoledne je jak mátoha, než to dožene kafem, a tlak se mu v poledne zvedne. Naprosto typické. Víte, jaký je to pro ty mitochondrie nápor?!“

„On tvrdil, že nízký tlak nevadí, že jen vysoký tlak je zabiják,“ říká na to buňka.

„Tak to se tradovalo kdysi, ale dnes se ví, že nízký tlak zas tak nevinný není. To byste se divila, jak to s jeho kognitivními funkcemi pěkně zamává,“ vysvětlil topenář.

„Aha,“ říká opět buňka.

„No, vidím, že trubky má pěkně zanesené,“ říká topenář, zatímco si prohlíží plát cholesterolu uvnitř artérie, „statiny, tedy léky na cholesterol, bere?“.

„Bere,“ hlásí hrdě buňka.

„Statiny…,“ zamyslí se topenář, „řeknu vám, to je taky jak z bláta do louže, ty statiny. Víte, jak to ničí mitochondrie? Někdy je to úplně zkroutí. Buďte ráda, že nejste svalová buňka, protože ty mají se statiny obzvlášť velké problémy. Říká se tomu myopatie. To radši ani nechtějte vědět…bych mohl vyprávět. Na druhou stranu, taková ischemie….tak, to už je často vše na odpis. Prostě, jeden si nevybere.“

Buňka ani nedutá a jen poslouchá.

Topenář odloupne kus plátu cholesterolu, otočí se na buňku a ptá se: „A jaké používáte palivo….doufám, že ne hlavně tuky?“

„Hmm, tuky,“ odpoví smutně buňka. I ona totiž ví, že tuky a jejich beta oxidace jsou pro organismus dalším a pěkně silným zdrojem volných radikálů. Nato buňka mlčí a sleduje topenáře při práci.

„Asi teď míváte hodně práce, že?“ říká po chvíli buňka.

„To, jo,“ říká topenář, „jsem v jednom kole, ale snažím se vyhovět. Řeknu vám, chodím na servis k jednomu chlapíkovi se spánkovou apnoe, roky býval zadušený po celé noci, ale mu to bylo úplně jedno, a já mu celé ty roky říkal, že si tím jednou odpálí mitochondrie. Minulý týden mi brečel do telefonu a samozřejmě, včera bylo pozdě, a kde já mám teď narychlo sehnat náhradní díly.“

„Hmm,“ na to buňka trochu zaraženě.

„No, můžu vám to tady trochu pročistit, ale zázraky dělat nemůžu,“ říká do ticha topenář a pokračuje, „taky nechápu, proč topíte na tak hodně, pánubohu do oken. Mezi námi, když to tady tak vidím, ta energetická náročnost těch místností zas tak velká není a ten provoz je taky dost nízký….

„A co byste doporučoval?“ ptá se buňka.

„No, je to jen můj názor, ale já bejt ním, tak bych ubral kalorie, říká se tomu kalorická restrikce, méně tuků a cukrů, spalování tím bude pomalejší, ale životnost se tím docela pěkně prodlouží, a taky jako aditiva do paliva přidávat minerály, vitamíny a antioxidanty, pěkně se mu to všechno rozjede a tím pročistí. A uvidí, jak mu to zase bude hezky běhat,“ řekl nevzrušeně topenář, zatímco čistil jednu z trubek.

................

Tak a já myslím, že k tomu už není co dodat. I když…..vlastně, ještě něco bych tu měla….a vlastně úplně to nejdůležitější…… Tedy, pokud máte rádi klobásky, tak si je klidně dopřávejte! Ovšem jen, pokud vám to bude dělat radost! Totiž, mít v životě radost, tak to je jako mít v ruce žolíka. A nepíšu to jen proto, že to tak skutečně cítím, ale proto, že k tomuto tvrzení mám i pádné vědecké důkazy. Ale o tom někdy jindy.

Totiž, zázrak života nám byl dán, abychom si jej v radosti užili. Pro nic jiného. A tak mi dovolte, abych vám popřála radostný život.

A jaké téma mám pro vás do příště? Zatím ho jen nosím v hlavě. Ale myslím, že budete tématem překvapeni, doufám, že mnozí i fascinováni. Chci psát o věci, která je pro nás naprosto obyčejná, často ji držíme v dlaních (i několikrát do týdne). Ale protože jsme naučeni se dívat na svět povrchně, tak nás vůbec nenapadne se zamyslet hlouběji, a tak prozřít a pak jako s otevřenou pusou zůstat stát. Je to kouzlo, které je každému zjevné, přitom ho skoro nikdo nevidí. Obyčejná hmatatelná věc, přitom snad ta nejvíc fascinující na světě. Co je to? Uhodnete mou hádanku?

Autorka článku, RNDr. Radmila Čapková Frydrychová, PhD. je vědeckou pracovnicí Akademie věd ČR a rovněž vysokoškolskou pedagožkou. Vystudovala obory molekulární genetika, buněčná biologie a genové inženýrství. Spolu se svým týmem se zabývá výzkumem mechanismů stárnutí, výzkumem telomer a genotoxikologií. Kontakt: radmila.frydrychova@seznam.cz

Všechny články autorky jsou dostupné na jejím autorském profilu.

Bettink et al. (2019). Mind the mitochondria! J Emerg Crit Care Med 3:45

Burtshcer (2021) Hypoxia and brain aging: Neurodegeneration or neuroprotection? Ageing Research Reviews 68 101343.

Carlsen et al. (2010) The total antioxidant content of more than 3100 foods, beverages, spices, herbs and supplements used worldwide. Nutr J 22:9:3.

Duschek et al. (2007) Schandry Reduced brain perfusion and cognitive performance due to constitutional hypotension. Clin Auton Res 17:69–76

Gems et Partridge (2008) Stress-response hormesis and aging: „that which does not kill us makes us stronger“. Cell Metab. 7(3) s. 200–3.

Hodgskiss et al. (2019) A productivity collapse to end Earth's Great Oxidation. PNAS. s. 17207–17212.

Pláteník (2009) Volné radikály, antioxidanty a stárnutí. Interní medicína pro praxi 11(1).

Jiang et al. (2021) Dietary Regulation of Oxidative Stress in Chronic Metabolic Diseases Foods. 10(8): 1854.

Joyner et Casaye (2015) Regulation of increased blood flow (hyperemia) to muscles during exercise: a hierarchy of competing physiological needs. Physiol Rev.95(2):549-601.

Lacerte et al. (2024) Hypoxic Brain Injury StatPearls Publishing.

Mastino et al. (2023) Oxidative Stress in Obstructive Sleep Apnea Syndrome: Putative Pathways to Hearing System Impairment. Antioxidants. 12(7): 1430.

Pizzino et al. (2017) Oxidative Stress: Harms and Benefits for Human Health Oxid Med Cell Longev. 8416763.

Rosca et al. (2012) Oxidation of Fatty Acids Is the Source of Increased Mitochondrial Reactive Oxygen Species Production in Kidney Cortical Tubules in Early Diabetes. Diabetes. 61(8): 2074–2083.