Redox metabolisme

Acetyl-coA is het centrale metaboliet voor de vorming van energie. Koolhydraten, vetten en eiwitten kunnen omgezet worden in acetyl-coA. Onder normale en gezonde omstandigheden is glucose de belangrijkste leverancier voor acetyl-coA. Bij een dreigend tekort worden vetzuren afgebroken tot acetyl-coA en in noodgevallen ook (sommige) aminozuren. Het acetyl-coA is een energierijke verbinding en kan gezien worden als de motor die de citroenzuur cyclus draaiende houdt. In elke volledige cyclus wordt de acetylgroep afgebroken (geoxideerd) tot CO2 (kooldioxide) en H2O (water). Tijdens deze afbraak komt energie vrij die wordt opgeslagen in de vorm van ATP. De meest energierijke verbinding in ons lichaam. ATP wordt gebruikt voor alle energie vragende processen in ons lichaam: lopen, denken, vertering, warmte, hartslag, etc.

De productie van ATP is een zeer complex proces en vindt plaats in de energiecentrales, de mitochondriën. Alle cel (met uitzondering van rode bloedcellen) hebben enkele mitochondriën. Bij de oxidatie van acetyl-coA komen naast CO2 ook elektronen (e-) en zuur (H+) vrij. Elektronen zijn extreem reactief en reageren direct met stoffen in hun omgeving wat bijna altijd leidt tot oxidatieve schade, ze worden ook wel radicalen genoemd. Gelukkig worden de vrijgekomen elektronen en zuur tijdens de oxidatie van acetyl-coA heel effectief en veilig opgevangen door vitamine B3 (NAD+) en vitamine B2 (FAD+) onder vorming van NADH en FADH2. Een tekort aan vitamine B2 en B3 heeft dus dramatische gevolgen voor de energie voorziening. Dit geldt overigens voor bijna alle B vitamines die op één of andere manier betrokken zijn bij het energie proces.

Het NADH en FADH2 geven op hun beurt de elektronen en zuur weer af aan de elektronen transport keten. Dit is een zeer ingewikkeld complex met verschillende eiwitten die allemaal ijzer en koper als cofactor hebben. Bij een tekort ijzer en koper heeft dus gevolgen voor de energie voorziening. Een heel klein deel van de elektronen en zuur wordt ‘gemorst’ waardoor er vrije radicalen ontstaan die direct reageren met zuurstof en water onder vorming van superoxide anion, waterstof peroxide en hydroxyl radicalen. Deze moleculen worden ook wel reactive oxygen species (ROS) genoemd. Als deze ROS niet tijdig worden weggevangen kunnen ze op hun beurt weer schade aanbrengen aan eiwitten of DNA met uiteindelijk grote nadelige effecten op de gezondheid. Als radicalen onbedoeld te veel schadelijke bijproducten opleveren wordt het ook wel oxidatieve stress genoemd.

IJzer en in mindere mate koper zijn de belangrijkste moleculen voor de vorming van schadelijke hydroxyl radicalen activeren. Een overmaat aan ijzer (verhoogd ferritine) wordt dan ook beschouwd als één van de belangrijkste parameters voor een gestoorde redox balans. Niet voor niets zijn er meerdere eiwitten in het lichaam (ferritine, transferrine, lactoferrine) die ijzer binden om te voorkomen dat er vrij ijzer ontstaat.

Een zeer groot aantal stoffen in ons lichaam is betrokken bij het balanceren van alle redox reacties: verschillende enzymen die ROS neutraliseren (superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT), glutathione peroxidases (GPxs) en thioredoxine (Trx)) met als cofactoren ijzer, koper, zink, mangaan en selenium.

We zien nu dat een tekort aan ijzer leidt tot een gebrekkige energievoorziening (niet goed functionerende elektronentransportketen), gebrekkige antioxidant functie (niet goed functionerende enzymen die radicalen moeten wegvangen) en dat een overmaat aan ijzer leidt tot oxdatieve stress (katalyseert de vorming van schadelijke hydroxyl radicalen). Ferritine (als maat voor ijzer status) mag dus niet te laag zijn, maar zeker ook niet te hoog. Om optimaal gezond te blijven hanteren we daarom veel nauwere grenzen voor ferritine dan gebruikelijk.

Niet alleen bij de oxidatieve afbraak van glucose komen ROS vrij, maar ook bij een geactiveerd immuun systeem; fagocyterende cellen maken zelf grote hoeveelheden ROS om bacteriën en virussen mee te doden. Onbedoeld leidt dit tot oxidatieve schade aan het omringende gezonde weefsel. Dit speelt een belangrijke rol bij het ontstaan van hart en vaatziekten, en vele andere chronische ziekten. Daarnaast leidt het metabool syndroom (zie koolhydraat metabolisme) onbedoeld ook tot oxidatieve schade doordat het vetweefsel in de buik ontstekingsmediatoren aanmaakt (IL-6 en TNF-alpha) en de lever aanzet tot CRP productie. Dit leidt tot chronisch laaggradige ontstekingen. Op deze manier is het koolhydraat metabolisme direct gekoppeld aan het redox metabolisme.

Verschillende antioxidanten die elektronen kunnen overnemen van of juist afstaan aan ROS (radical scavengers) kunnen op die manier ROS onschadelijk maken. Ze zijn zelf niet heel schadelijk in hun geoxideerde of gereduceerde vorm (vergelijkbaar met NADH). Voorbeelden zijn vitamine A, E, C, alpha-liponzuur, Q10, bilirubine, urinezuur. Met urinezuur is iets bijzonders aan de hand; bij de vorming van urinezuur (via XO) ontstaan juist zuurstof radicalen, zodat de hoeveelheid urinezuur in bloed een maat is voor intracellulaire oxidatieve stress, ondanks het feit dat urinezuur extracellulair als antioxidant fungeert.

In zeer veel kruiden, specerijen, groente, paddenstoelen, fruit komen tal van natuurlijke antioxidanten voor die een zeer goede extra bescherming geven tegen redox schade, zoals polyphenolen, carotenoïden, bioflavonoïden, tocoferolen, etc. Voldoende inname en een grote variatie van deze voeding is bijzonder noodzakelijk voor een goede gezondheid.

Door het meten van een groot aantal redox-mineralen, vitamines, metabolieten en enzymen krijgen we een goed beeld van de oxidatieve status. Daarnaast meten we microalbumine in urine als maat voor reeds opgetreden oxidatieve schade. Op deze manier kunnen we een goed gepersonaliseerd advies geven voor eventuele correctie van een gestoorde redox balans.