Wat is een vrije radicaal?

Atomen en moleculen bevatten elektronen.

Elektronen bevinden zich normaal gesproken graag in paren. Een vrije radicaal heeft één of meerdere ongepaarde elektronen.

Daardoor kan zo'n molecuul relatief reactief zijn.

Het kan bijvoorbeeld reageren met:

• vetten;
• eiwitten;
• DNA;
• andere moleculen.

Tijdens zo'n reactie kan opnieuw een reactief molecuul ontstaan.

Hierdoor kunnen kettingreacties ontstaan.

Maar niet iedere reactieve zuurstofverbinding is technisch gezien een vrije radicaal.

Daarom wordt in wetenschappelijke literatuur vaak de bredere term reactive oxygen species (ROS) gebruikt.

Wat zijn ROS?

ROS staat voor reactive oxygen species, oftewel reactieve zuurstofverbindingen.

Daaronder vallen zowel vrije radicalen als andere reactieve moleculen.

Voorbeelden zijn:

• superoxide;
• hydroxylradicalen;
• waterstofperoxide.

Daarnaast bestaan reactive nitrogen species (RNS), reactieve stikstofverbindingen.

Dat onderscheid is voor dagelijks gebruik niet altijd noodzakelijk, maar het helpt wel om te begrijpen waarom “vrije radicalen” eigenlijk een vereenvoudigde verzamelterm is.

Waar ontstaan reactieve zuurstofverbindingen?

ROS kunnen op verschillende plaatsen in het lichaam ontstaan.

Een belangrijke bron zijn de mitochondriën.

Mitochondriën en vrije radicalen

Mitochondriën zijn celstructuren die een belangrijke rol spelen bij de productie van ATP, de direct bruikbare energiedrager van onze cellen.

Tijdens de energieproductie worden elektronen door de elektronentransportketen geleid.

Dat proces verloopt bijzonder efficiënt, maar niet perfect.

Een klein deel van de elektronen kan voortijdig reageren met zuurstof. Daarbij kan onder andere superoxide ontstaan.

Dat klinkt als een fout.

Maar tegenwoordig weten we dat mitochondriale ROS niet alleen afvalproducten zijn. In gecontroleerde hoeveelheden kunnen ze ook als signaalstoffen functioneren.

Dat vormt meteen een mooie verbinding met de blogs over mitochondriën en ATP binnen de categorie Celenergie & Mitochondriën.

Ook je immuunsysteem maakt ROS

Nog interessanter is dat bepaalde immuuncellen reactieve zuurstofverbindingen bewust produceren.

Wanneer bijvoorbeeld neutrofielen en macrofagen bepaalde micro-organismen tegenkomen, kunnen zij een snelle productie van ROS op gang brengen.

Dit wordt onder andere de oxidative burst of respiratory burst genoemd.

De gevormde reactieve stoffen helpen bij de afweer tegen micro-organismen.

Dat laat iets belangrijks zien:

vrije radicalen zijn niet simpelweg lichaamsvreemde gifstoffen die je moet verwijderen.

Ze maken onderdeel uit van normale fysiologie.

Wanneer wordt oxidatie dan een probleem?

Je lichaam beschikt over verschillende systemen om reactieve moleculen te reguleren.

Daarbij zijn onder andere betrokken:

• glutathion;
• superoxidedismutase;
• catalase;
• glutathionperoxidase;
• vitamine C;
• vitamine E;
• verschillende mineralen en andere voedingsstoffen.

In Antioxidanten uitgelegd bespreek ik deze systemen uitgebreider.

Wanneer de vorming van oxidanten en de antioxidantverdediging niet meer goed met elkaar in verhouding staan, kan oxidatieve stress ontstaan.

Dat betekent niet simpelweg:

veel vrije radicalen = oxidatieve stress.

Het gaat om een verstoring van de normale redoxbalans.

Wat betekent redox?

Het woord redox komt van:

reductie + oxidatie.

Bij deze chemische processen worden elektronen overgedragen.

Dit gebeurt continu in levende cellen en is essentieel voor het leven.

Daarom proberen wetenschappers oxidatie ook niet meer uitsluitend als iets negatiefs te bekijken.

Een gezonde cel heeft geen toestand waarin helemaal geen oxidatie plaatsvindt.

Ze heeft een gereguleerde redoxomgeving.

Dat is een belangrijk verschil.

Wat kan oxidatieve stress beïnvloeden?

Oxidatieve stress heeft meestal niet één oorzaak.

Verschillende omstandigheden kunnen de productie van reactieve verbindingen verhogen of de antioxidantverdediging beïnvloeden.

Daarbij kun je denken aan:

Roken

Sigarettenrook bevat een grote hoeveelheid reactieve en pro-oxidatieve verbindingen.

Daarnaast kan roken ontstekingsprocessen beïnvloeden en voedingsstoffen zoals vitamine C sneller verbruiken.

Dit is een van de duidelijkste voorbeelden waarbij leefstijl rechtstreeks invloed kan hebben op oxidatieve belasting.

Luchtverontreiniging

Fijnstof en andere luchtverontreinigende stoffen kunnen oxidatieve en inflammatoire processen beïnvloeden, vooral in de luchtwegen en het cardiovasculaire systeem.

Uv-straling

Ultraviolette straling kan in de huid de vorming van ROS verhogen.

Daarom wordt oxidatieve schade veel onderzocht binnen huidveroudering en zonblootstelling.

Dat maakt voeding interessant, maar het vervangt uiteraard geen verstandig omgaan met sterke zonblootstelling en zonbescherming.

Overmatig alcoholgebruik

Bij de afbraak van alcohol ontstaan verschillende metabolieten en kunnen oxidatieve processen toenemen.

Vooral chronisch hoog alcoholgebruik kan de redoxbalans en antioxidantensystemen beïnvloeden.

Ontstekingsprocessen

Ontsteking en oxidatieve stress kunnen elkaar beïnvloeden.

Immuuncellen produceren tijdens een ontstekingsreactie onder andere reactieve zuurstof- en stikstofverbindingen.

Tegelijk kunnen oxidatieve veranderingen weer invloed hebben op cellulaire signaalroutes.

Daarom worden beide processen in wetenschappelijk onderzoek vaak samen bestudeerd.

Infecties

Omdat ROS onderdeel zijn van de immuunafweer kan de productie tijdens infecties toenemen.

Dat is niet automatisch schadelijk; het is onderdeel van de reactie van het lichaam.

Metabole gezondheid

Ook processen rondom glucosehuishouding, vetstofwisseling en metabole gezondheid worden in verband gebracht met veranderingen in oxidatieve en inflammatoire signalering.

Dit betekent niet dat oxidatieve stress de enige oorzaak van metabole aandoeningen is. De onderliggende biologie is veel complexer.

Stress veroorzaakt niet automatisch oxidatieve stress

De woorden lijken op elkaar, maar psychologische stress en oxidatieve stress zijn niet hetzelfde.

Langdurige psychologische stress kan via hormonen, slaap, gedrag en verschillende fysiologische routes invloed hebben op processen die samenhangen met oxidatieve belasting.

Maar:

“Ik heb stress, dus ik heb oxidatieve stress”

is geen conclusie die je zomaar kunt trekken.

Hetzelfde geldt voor vermoeidheid.

Je kunt aan algemene klachten niet betrouwbaar zien hoeveel oxidatieve stress er in het lichaam aanwezig is.

Oxidatieve stress en lichaamsbeweging: een mooie paradox

Sport is een prachtig voorbeeld van waarom vrije radicalen niet uitsluitend slecht zijn.

Tijdens lichamelijke inspanning neemt het zuurstofgebruik toe.

Daardoor kan ook de productie van ROS tijdelijk stijgen.

Je zou dan kunnen denken:

meer ROS = ongezond.

Maar dat klopt niet.

Die tijdelijke verhoging kan juist bijdragen aan signalen waardoor het lichaam zich aan training aanpast.

Onder andere processen rondom:

• mitochondriën;
• antioxidantenzymen;
• energieproductie;
• spieraanpassing

kunnen daardoor worden beïnvloed.

Het lichaam krijgt een tijdelijke prikkel en reageert door zich aan te passen.

Hormese: een beetje stress kan een signaal zijn

Dit principe wordt vaak gekoppeld aan hormese.

Hormese beschrijft het idee dat een relatief kleine, tijdelijke belasting biologische aanpassingsprocessen kan stimuleren.

Lichaamsbeweging is daar een bekend voorbeeld van.

Na inspanning probeert het lichaam niet alleen terug te keren naar de oude situatie. Het kan zich aanpassen om een volgende belasting beter aan te kunnen.

ROS kunnen onderdeel zijn van dat signaal.

Dit is een belangrijke reden waarom het idee:

“hoe meer antioxidanten, hoe beter”

niet klopt.

Kunnen hoge doses antioxidanten trainingsadaptatie beïnvloeden?

Hier wordt het interessant voor supplementgebruik.

Omdat ROS tijdens beweging ook signaalfuncties hebben, is onderzocht of hoge doses antioxidantensupplementen deze signalen kunnen afzwakken.

Voor vooral vitamine C en vitamine E bestaan studies waarin bepaalde trainingsadaptaties werden beïnvloed, hoewel de resultaten niet in alle onderzoeken hetzelfde zijn.

Dat betekent niet dat sporters vitamine C of E moeten vermijden.

Normale hoeveelheden uit voeding zijn onderdeel van een gezond voedingspatroon.

Het gaat vooral om de vraag of het zinvol is om rond iedere training grote hoeveelheden geïsoleerde antioxidanten te gebruiken met als doel alle oxidatieve processen zoveel mogelijk te onderdrukken.

Dat is biologisch niet vanzelfsprekend.

Wat kan er bij overmatige oxidatieve belasting worden beschadigd?

Wanneer oxidatieve processen onvoldoende worden gereguleerd, kunnen verschillende cellulaire structuren worden beïnvloed.

Lipiden

Celmembranen bevatten vetzuren.

Vooral meervoudig onverzadigde vetzuren kunnen gevoelig zijn voor oxidatie.

Dit proces wordt lipideperoxidatie genoemd.

Daarbij kunnen weer nieuwe reactieve producten ontstaan.

Eiwitten

ROS kunnen aminozuren en eiwitstructuren veranderen.

Dat kan invloed hebben op de functie van:

• enzymen;
• receptoren;
• transporteiwitten;
• structurele eiwitten.

Cellen beschikken gelukkig over systemen om beschadigde eiwitten te repareren of af te breken.

DNA

Ook DNA kan oxidatieve veranderingen ondergaan.

Een bekende biomarker die in onderzoek wordt gebruikt is 8-OHdG, een product dat samenhangt met oxidatieve veranderingen aan DNA.

Ook hier beschikt het lichaam over uitgebreide DNA-reparatiesystemen.

Oxidatieve schade betekent dus niet automatisch dat een cel blijvend beschadigd blijft.

Het lichaam is voortdurend bezig met onderhoud

Dit vind ik misschien wel een van de mooiste kanten van dit onderwerp.

Onze cellen worden niet beschermd doordat er nooit iets misgaat.

Ze worden beschermd doordat het lichaam voortdurend:

detecteert → neutraliseert → repareert → verwijdert → vernieuwt.

Beschadigde eiwitten kunnen worden afgebroken.

DNA kan worden gerepareerd.

Beschadigde celonderdelen kunnen worden verwijderd.

En ook mitochondriën beschikken over kwaliteitscontrole.

Bij beschadigde mitochondriën kan bijvoorbeeld mitofagie een rol spelen: een gespecialiseerd proces waarbij de cel mitochondriën kan opruimen.

Oxidatieve stress en veroudering

De relatie tussen vrije radicalen en veroudering heeft een lange geschiedenis.

In de jaren vijftig ontstond de bekende free radical theory of aging: het idee dat vrije radicalen gedurende het leven schade veroorzaken en daarmee een belangrijke drijvende kracht achter veroudering vormen.

Die theorie heeft veel invloed gehad.

Maar inmiddels weten we dat veroudering veel ingewikkelder is.

Onderzoekers kijken tegenwoordig onder andere naar:

• mitochondriale functie;
• DNA-schade en DNA-reparatie;
• epigenetische veranderingen;
• cellulaire senescentie;
• eiwitkwaliteit;
• autofagie;
• immuunveroudering;
• metabole veranderingen;
• intercellulaire communicatie.

Oxidatieve stress speelt daarin mee, maar is niet het hele verhaal.

Sterker nog: sommige ROS-signalen zijn juist nodig voor normale cellulaire aanpassing.

De moderne vraag is daarom minder:

“Hoe voorkomen we alle vrije radicalen?”

en meer:

“Hoe behoudt een cel een gezonde redoxbalans en herstelcapaciteit?”

Oxidatieve stress en mitochondriën beïnvloeden elkaar

Mitochondriën produceren tijdens hun normale functioneren ROS.

Tegelijk kunnen overmatige oxidatieve processen mitochondriale structuren beïnvloeden.

Daar kan dus een wisselwerking ontstaan.

Daarom is oxidatieve stress een belangrijk onderzoeksgebied binnen:

• energieproductie;
• metabole gezondheid;
• spierfunctie;
• hersengezondheid;
• cardiovasculaire gezondheid;
• veroudering.

Dit is ook de reden dat stoffen zoals co-enzym Q10 veel aandacht krijgen.

CoQ10 bevindt zich namelijk in het binnenmembraan van mitochondriën en speelt zowel een rol in de elektronentransportketen als in redoxprocessen.

Daarmee is het veel meer dan alleen “een sterke antioxidant”.

Wat heeft voeding ermee te maken?

Je kunt oxidatieve stress niet simpelweg weg-eten.

Maar voeding levert wel allerlei bouwstoffen die nodig zijn voor normale antioxidant- en herstelprocessen.

Denk bijvoorbeeld aan:

• vitamine C;
• vitamine E;
• selenium;
• zink;
• koper;
• mangaan;
• eiwitten en aminozuren;
• verschillende plantenstoffen.

Een gevarieerd voedingspatroon levert bovendien duizenden bioactieve verbindingen die onderling en met onze stofwisseling kunnen interacteren.

Daarom kijk ik liever naar het totale voedingspatroon dan naar één antioxidant.

En polyfenolen?

Hier ontstaat vaak herhaling met het onderwerp antioxidanten.

Daarom houd ik het in deze blog bewust kort.

Polyfenolen kunnen in laboratoriumomstandigheden antioxidanteigenschappen hebben, maar hun mogelijke effecten in het menselijk lichaam zijn veel breder.

Ze worden onder andere onderzocht vanwege invloed op:

• redoxgevoelige signaalroutes;
• lichaamseigen antioxidantrespons;
• ontstekingssignalering;
• vaatfunctie;
• enzymactiviteit;
• het darmmicrobioom.

Binnen deze familie vinden we later onder andere flavonoïden, fenolzuren, stilbenen en lignanen.

Dat is het onderwerp van een volgende blog Polyfenolen: natuurlijke plantenstoffen uit voeding

Nrf2: het lichaam kan zijn eigen verdediging opschalen

Een interessante signaalroute binnen dit onderwerp is Nrf2.

Nrf2 is een transcriptiefactor die betrokken is bij de regulatie van verschillende genen rondom cellulaire bescherming, antioxidantenzymen en detoxificatieprocessen.

Onder normale omstandigheden wordt Nrf2 streng gereguleerd.

Bij bepaalde cellulaire prikkels kan de activiteit toenemen, waarna genen worden geactiveerd die betrokken zijn bij beschermende en herstelprocessen.

Verschillende voedingsstoffen en plantenstoffen worden onderzocht vanwege mogelijke interacties met deze route.

Dat betekent niet dat je simpelweg een “Nrf2-booster” nodig hebt.

Het laat vooral zien dat het lichaam niet alleen afhankelijk is van antioxidanten die rechtstreeks ROS neutraliseren.

Het kan ook zijn eigen verdedigingssystemen aanpassen.

Dat is een veel moderner beeld van antioxidantbescherming.

Oxidatieve stress meten: kan dat?

In wetenschappelijk onderzoek bestaan verschillende biomarkers waarmee onderdelen van oxidatieve processen kunnen worden bestudeerd.

Voorbeelden zijn markers rondom:

• geoxideerde lipiden;
• oxidatieve DNA-schade;
• eiwitoxidatie;
• antioxidantcapaciteit;
• glutathionstatus.

Maar oxidatieve stress is geen eenvoudig getal zoals lichaamstemperatuur.

Verschillende biomarkers meten verschillende aspecten en kunnen worden beïnvloed door voeding, timing, inspanning en meetmethode.

Daarom zou ik voorzichtig zijn met commerciële testen die op basis van één waarde beweren exact te kunnen vertellen hoeveel “oxidatieve stress” iemand heeft.

Kun je oxidatieve stress voelen?

Niet rechtstreeks.

Klachten zoals:

• vermoeidheid;
• concentratieproblemen;
• spierpijn;
• hoofdpijn;
• weinig energie

worden online soms toegeschreven aan oxidatieve stress.

Maar deze klachten zijn zeer aspecifiek.

Ze kunnen veel verschillende oorzaken hebben.

Oxidatieve stress kun je daarom niet op basis van symptomen zelf diagnosticeren.

Wat kun je praktisch doen?

Het goede nieuws is dat je geen ingewikkeld antioxidantprotocol nodig hebt om normale redoxprocessen te ondersteunen.

Ik zou vooral kijken naar de basis.

Eet gevarieerd

Groenten, fruit, peulvruchten, volkoren granen, noten, zaden, kruiden en andere plantaardige voedingsmiddelen leveren een brede mix van micronutriënten en fytonutriënten.

Zorg voor voldoende eiwit

Het lichaam heeft aminozuren nodig voor enzymen, herstelprocessen en bijvoorbeeld de productie van glutathion.

Beweeg regelmatig

Beweging veroorzaakt tijdelijk oxidatieve belasting, maar stimuleert tegelijkertijd verschillende adaptatieprocessen.

Geef herstel voldoende ruimte

Training en herstel horen bij elkaar. Dat geldt ook voor slaap.

Rook niet

Van alle mogelijke “antioxidantstrategieën” is het vermijden van tabaksrook aanzienlijk relevanter dan zoeken naar het exotischste antioxidantensupplement.

Wees matig met alcohol

Overmatig alcoholgebruik kan oxidatieve en metabole processen ongunstig beïnvloeden.

Bescherm je huid tegen overmatige uv-belasting

Voeding kan zonbescherming niet vervangen.

Kijk kritisch naar supplementen

Een hoge dosis antioxidant is niet automatisch gunstiger dan een normale dosis.

Gerichte suppletie heeft meer betekenis wanneer er een duidelijke reden voor bestaat.

Supplementen: waarvoor worden antioxidantgerelateerde stoffen gebruikt?

Mensen zoeken meestal niet op antioxidanten omdat ze alleen de chemie interessant vinden. Vaak willen ze weten:

“Waarvoor wordt dit eigenlijk gebruikt?”

Antioxidantgerelateerde supplementen worden onder andere verkocht of onderzocht rondom:

• aanvulling van specifieke voedingsstoffen;
• bescherming tegen oxidatieve schade;
• sport en herstel;
• cardiovasculaire gezondheid;
• huid en uv-gerelateerde oxidatieve belasting;
• cognitieve veroudering;
• mitochondriale functie;
• metabole gezondheid;
• gezond ouder worden.

Maar deze toepassingen mogen niet op één hoop worden gegooid.

Vitamine E, selenium, CoQ10, quercetine, resveratrol en EGCG zijn biologisch totaal verschillende stoffen.

Dat ze allemaal in marketing “antioxidant” kunnen worden genoemd, betekent niet dat ze onderling uitwisselbaar zijn.

Daarom krijgen de afzonderlijke stoffen later hun eigen verdieping. Dan kunnen we per stof kijken naar:

werking → opname → voedingsbronnen → onderzocht gebruik → dosering in onderzoek → supplementvormen → veiligheid → interacties → kwaliteit van het bewijs.

Meer antioxidanten betekent niet automatisch meer bescherming

Dit verdient nog één keer nadruk.

Oxidatie is onderdeel van het leven.

Zonder oxidatieve reacties zouden onder andere energieproductie en verschillende signaalprocessen niet normaal functioneren.

Het doel is daarom niet:

oxidatie uitschakelen.

Het doel is:

oxidatie reguleren.

Dat verschil verklaart waarom een voedingspatroon dat rijk is aan plantaardige voeding heel iets anders kan uitpakken dan extreem hoge doses van één geïsoleerde antioxidant.

Veelgestelde vragen

Wat zijn vrije radicalen?

Vrije radicalen zijn reactieve moleculen met één of meer ongepaarde elektronen. Ze kunnen in het lichaam ontstaan tijdens normale processen en reageren met andere moleculen.

Zijn vrije radicalen schadelijk?

Niet automatisch. Ze kunnen normale functies hebben binnen celsignalering en immuunafweer. Problemen kunnen ontstaan wanneer reactieve processen langdurig onvoldoende worden gereguleerd.

Wat is oxidatieve stress?

Oxidatieve stress is een verstoring van de balans tussen oxidatieve processen en de systemen waarmee het lichaam deze reguleert, waardoor cellulaire structuren en functies kunnen worden beïnvloed.

Maken mitochondriën vrije radicalen?

Ja. Tijdens de normale mitochondriale energieproductie kunnen reactieve zuurstofverbindingen ontstaan. Sommige daarvan functioneren eveneens als signaalmoleculen.

Kun je oxidatieve stress voelen?

Niet betrouwbaar. Algemene klachten zoals vermoeidheid of hoofdpijn zijn niet specifiek genoeg om oxidatieve stress vast te stellen.

Helpen antioxidanten tegen oxidatieve stress?

Het lichaam beschikt over een uitgebreid antioxidantensysteem en voeding levert daarvoor verschillende voedingsstoffen. Dat betekent echter niet dat hoge doses antioxidantensupplementen automatisch extra bescherming geven.

Kan sporten oxidatieve stress veroorzaken?

Intensieve inspanning kan tijdelijk de productie van ROS verhogen. Die tijdelijke prikkel kan tegelijkertijd bijdragen aan normale trainingsadaptatie.

Is oxidatieve stress hetzelfde als ontsteking?

Nee. Het zijn verschillende biologische processen, hoewel ze elkaar wel kunnen beïnvloeden.

Is oxidatieve stress de oorzaak van veroudering?

Dat is te eenvoudig. Oxidatieve processen spelen een rol bij veroudering, maar veroudering omvat veel meer processen, waaronder veranderingen in mitochondriën, DNA-herstel, eiwitkwaliteit, epigenetica en cellulaire recycling.

Tot slot

Vrije radicalen hebben jarenlang een bijna uitsluitend negatieve reputatie gehad.

Vrije radicalen waren slecht. Antioxidanten waren goed.

Maar het menselijk lichaam werkt veel subtieler.

Reactieve zuurstofverbindingen ontstaan iedere dag tijdens normale processen. Mitochondriën produceren ze tijdens de energiehuishouding. Immuuncellen kunnen ze bewust inzetten. En cellen gebruiken sommige van deze moleculen om signalen door te geven.

Het doel kan daarom nooit zijn om alle vrije radicalen uit te schakelen.

Wat het lichaam nodig heeft, is balans.

Een systeem waarin oxidatieve prikkels kunnen ontstaan wanneer ze nodig zijn, terwijl antioxidantenzymen, glutathion, voedingsstoffen, reparatiemechanismen en cellulaire recycling helpen voorkomen dat deze processen uit de hand lopen.

En precies daarom vind ik het onderwerp interessanter dan simpelweg “eet antioxidanten”.