¿Qué es el estrés oxidativo?

El estrés oxidativo describe un desequilibrio entre la producción y la eliminación por parte de las células de los subproductos de la descomposición del oxígeno. Estos subproductos, conocidos como especies reactivas del oxígeno (ERO), son importantes para el funcionamiento celular, pero causan daños en cantidades elevadas. Las ROS pertenecen a una categoría más amplia de sustancias químicas altamente reactivas denominadas radicales libres. Dado que las células necesitan ROS para funcionar, algunos investigadores han descrito el estrés oxidativo como algo bueno en algunos contextos. Otros afirman que el estrés oxidativo, por definición, es malo.

El daño oxidativo está implicado en el envejecimiento y en varias enfermedades. Las sustancias químicas que inhiben la oxidación y la producción de ROS se denominan antioxidantes. Algunas investigaciones sugieren que los antioxidantes podrían ayudar a limitar el daño oxidativo. Sin embargo, no está claro en qué medida ni con qué efecto.

¿Qué causa el estrés oxidativo?

Las ERO se producen de forma natural cuando el cuerpo descompone el oxígeno diatómico (O2) como parte de la respiración celular, el proceso de extracción de energía a partir de la glucosa (azúcar). En los organismos que disponen de una, esto ocurre en las mitocondrias, la llamada central energética de la célula. En la última etapa de la respiración celular, la célula separa los electrones, o partículas subatómicas negativas, de los subproductos de la glucosa. Esto permite a la célula fabricar una molécula llamada trifosfato de adenosina (ATP), su principal fuente de energía. La célula necesita oxígeno para aceptar los electrones al final de este proceso, y la mayoría de las moléculas de oxígeno se transforman finalmente en agua.

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Sin embargo, algunas moléculas de oxígeno reciben menos electrones y se transforman en radicales libres, concretamente en ROS. La falta de electrones de estas sustancias es lo que las hace extremadamente reactivas, y reaccionarán con muchas sustancias de la célula para ganar electrones y volverse químicamente más estables. Algunos ROS comunes son los peróxidos (como el peróxido de hidrógeno), el superóxido y el radical hidroxilo.

"En todas las células del cuerpo producimos constantemente especies reactivas del oxígeno", explica a Live Science Ursula Jakob, catedrática de Biología Molecular, Celular y del Desarrollo de la Universidad de Michigan. Además de ser un subproducto de la respiración, las ROS se utilizan en la señalización celular, es decir, en el envío de mensajes dentro de las células o entre ellas.

Ursula Jakob

Ursula Jakob estudia el papel del estrés oxidativo en la defensa del huésped y el envejecimiento. Su investigación, financiada por los NIH, ha avanzado en la comprensión exacta de cómo el oxidante fisiológico lejía mata a las bacterias, y cómo las propias defensas de las bacterias pueden proteger contra el estrés celular causado por la lejía. Se doctoró en 1995 por la Universidad de Ratisbona.

Las respuestas inmunitarias, la exposición a la radiación y otras respuestas celulares a contaminantes o sustancias tóxicas también pueden generar ERO.

Sin embargo, la producción de ROS no causa daños por sí sola, ya que las células necesitan algunas ROS para funcionar. Las células utilizan antioxidantes para deshacerse del exceso de ROS, limitando el daño potencial. Cuando la cantidad de ROS sobrepasa el sistema antioxidante de la célula, las ROS se acumulan, creando estrés oxidativo, explica Jakob. Esto puede deberse a un aumento de la producción de ROS o a una disminución de su eliminación de la célula.

¿Cuáles son los efectos del estrés oxidativo?

Normalmente, las células utilizan las ERO como parte de sus procesos de señalización, enviando mensajes a otras partes de la célula o a otras células. Sin embargo, el exceso de ROS provoca daños oxidativos, es decir, la oxidación de partes de la célula. Al igual que la oxidación del hierro forma óxido, este proceso puede transformar y dañar las moléculas que componen las células, lo que incluye mutaciones en el ADN y el ARN, proteínas mal plegadas y otros tipos de daños en azúcares y lípidos.

Las células pueden reparar cierto daño, pero si es demasiado extenso puede desencadenar la apoptosis (muerte celular programada), una especie de mecanismo de autodestrucción. En casos graves, también puede causar necrosis, que es cuando las células se dañan tanto que se destruyen prematuramente, provocando la muerte del tejido.

Las investigaciones sugieren que el estrés oxidativo desempeña un papel en muchas enfermedades. Algunas de las más conocidas son la diabetes de tipo 2, el cáncer y el endurecimiento de las arterias o aterosclerosis.

El estrés oxidativo también se ha relacionado con diversas enfermedades neurodegenerativas, como la enfermedad de Alzheimer, la enfermedad de Parkinson, la esclerosis lateral amiotrófica (ELA) y la esclerosis múltiple (EM). Esta relación se observó por primera vez a finales de la década de 1980, según un artículo de 2004 publicado en Nature Reviews Drug Discovery (se abre en una nueva pestaña), y desde entonces cada vez hay más pruebas de que el estrés oxidativo desempeña un papel en las enfermedades neurodegenerativas. Un artículo de 2016 publicado en Experimental Neurology (se abre en una nueva pestaña) revisó las pruebas del papel del estrés oxidativo en la EM desde 1987.

"Las neuronas que están en riesgo durante [la enfermedad de Alzheimer], están profundamente afectadas por cada tipo conocido de daño oxidativo", dijo George Perry (se abre en una nueva pestaña), profesor de neurobiología en la Universidad de Texas. En los pacientes de Alzheimer y algunos de Parkinson, dijo Perry a Live Science, los signos de daño oxidativo aparecen en el citoplasma, o cuerpo principal, de algunas neuronas, que están llenas de "basura mitocondrial": enzimas, junto con moléculas de cobre y hierro, que normalmente sólo se encuentran en las mitocondrias.

Está claro que el daño oxidativo forma parte del Alzheimer. Sin embargo, los investigadores no han podido determinar con exactitud cómo y en qué medida el estrés oxidativo a lo largo de la vida de una persona contribuye a la enfermedad. También es difícil decir si causa envejecimiento, una idea que los investigadores llevan tiempo proponiendo, dijo Jakobs.

"El jurado aún no ha decidido si éste es realmente el caso" del envejecimiento, afirma.

¿Cuáles son los factores de riesgo del estrés oxidativo?

Fumar "puede generar algunas de estas especies reactivas", dijo Marino Resendiz (se abre en una nueva pestaña), profesor de química en la Universidad de Colorado en Denver. "Entonces eso puede provocar daños", dijo a Live Science". La radiación UV, que puede causar daños oxidativos, también está relacionada con el cáncer de piel y otros tipos de cáncer, según la Sociedad Americana del Cáncer (abre en nueva pestaña).

Algunas pruebas poco sólidas sugieren que el consumo de alimentos que contienen antioxidantes podría reducir el estrés oxidativo y, por tanto, una dieta deficiente en antioxidantes podría ser un factor de riesgo. Algunos alimentos comunes ricos en antioxidantes son el brécol, las zanahorias, las patatas, las espinacas y muchas bayas, entre otros.

Sin embargo, la relación entre antioxidantes y estrés oxidativo no está clara. Por ejemplo, el consumo de suplementos que contienen antioxidantes no disminuyó los signos de estrés oxidativo en los cerebros de las personas con enfermedad de Alzheimer en un ensayo clínico de 2012 publicado en JAMA, e incluso se asoció con un deterioro cognitivo más rápido. Sin embargo, un artículo de revisión de 2019 (se abre en una nueva pestaña) encontró algunas pruebas de que tomar un suplemento que contenga vitamina E, que es un antioxidante, puede ser útil para las personas con Alzheimer, incluidas pruebas de ensayos clínicos.

La obesidad puede aumentar el estrés oxidativo porque los radicales libres pueden unirse a la grasa y dañarla. Por ello, cambios en el estilo de vida como el ejercicio y una dieta equilibrada podrían ayudar a limitar el estrés oxidativo, señaló Jakob.

"La obesidad es un factor de riesgo enorme", afirmó. Según Jakob, en una gran variedad de organismos modelo, desde la levadura hasta los primates, el ejercicio y la restricción calórica se asocian a un menor daño oxidativo de las células. Pero no es un efecto directo. Aunque dijo que el ejercicio y la restricción calórica en realidad pueden aumentar el estrés oxidativo, en un estudio de 2019 publicado en Nature (se abre en una nueva pestaña), ella y otros investigadores encontraron que en una especie de lombriz redonda, el aumento del estrés oxidativo en las primeras etapas de la vida puede ayudar a proteger contra el daño oxidativo posterior.

Aunque recalcó que esta investigación no se realizó en humanos, Jakob afirmó que subraya la importancia de las ROS, al menos en cantidades controladas.