Posibile surse de producere a radicalilor liberi in timpul exerciţiului fizic

  În timpul exerciţiului fizic se realizează o creştere a consumului de oxigen care va conduce la modificarea raportului intracelular antioxidanţi/oxidanţi, acest lucru reprezintă un pericol major pentru celule de a suferi alterări morfo-funcţionale (Duntas 2005, Droge 2002, El-Agamey 2004).
 Este binecunoscut faptul că, în timpul exerciţiului fizic creşte eliberarea de catecolamine,  în timpul autooxidării lor se pot elibera radicali liberi.
  Microrupturile rezultate în urma exerciţiului fizic intens, produc inflamaţii zonale, factori chemotactici produşi de celulele lezate atrag PMN (polimorfo nucleare neutrofile), iar acestea în timpul diapedezei vor elibera radicalii superoxid şi NADPH-oxidaza.
  Exerciţiul fizic creşte cererea de energie şi implicit  aportul de oxigen de până la ≈ 200 de ori în muşchiul implicat direct în activitate faţă de cel în repaus activ. Această consecinţă este un argument esenţial în vederea creşterii producţiei mitocondriale de radicali superoxid secundar inevitabil.
  Rata producerii radicalului superoxid prin intermediul lanţului transportor de electroni mitocondrial este liniar dependent de presiunea oxigenului, care conduce la o creştere a producerii radicalului superoxid în timpul unui aport crescut de oxigen şi la o scădere în timpul repausului muscular activ, fenomen fiziologic normal la nivel muscular.
 Trebuie remarcat faptul că majoritatea studiilor in vitro, paradoxal arată că o creştere a concentraţiei radicalilor superoxid inhibă mitocondria, chiar dacă presiunea oxigenului este crescută, opus activităţii musculare.
 Studiile in vitro demonstrează că mitocondria nu poate fi o sursă importantă de producere a radicalilor superoxid în timpul exerciţiului fizic.
  Studiile in vivo sunt menite a răspunde la întrebarea dacă mitocondria consumă oxigen şi produce radicali liberi prin mecanisme moleculare cunoscute sau prin intermediul unor mecanisme încă neelucidate în profunzime.
  În timpul exerciţiului fizic fluxul sanguin este deviat de la organele care nu sunt implicate direct în efort exemplu tub digestiv, anexe şi este canalizat preferenţial spre  structurile anatomice implicate activ în efort.
  Datorită funcţiei sale de “lichid caraus”, în zonele în care fluxul sanguin a fost deviat apare o acută lipsă a oxigenului numită hipoxie. Când antrenamentul se termină, sângele năvăleşte înapoi în organele până atunci private de flux sanguin. Acest proces numit şi reperfusiune ischemică a fost considerat ca având legatură cu eliberarea unei concentraţii ridicate de radicali liberi.
  Mai există o latură a acestui fenomen al reperfusiunii ischemice şi anume: muşchii implicaţi în aşa-numitele exerciţii de epuizare ex. sprintări, pot suferi perioade de privare a oxigenului, iar atunci când exerciţiul ia sfârşit sângele năvăleşte înapoi în muşchiul privat de flux sanguin până în acel moment, iar concentraţia radicalilor liberi explodează în acel muşchi. Sunt numeroase date care vin în sprijinul acestor teorii (Cooper 2004).
   Xantin oxidaza şi xantin dehidrogenaza catalizează degradarea hipoxantinei cu eliberare de specii reactive ale oxigenului în special radicalii superoxid.
  S-a demonstrat experimental că numai xantin oxidaza produce în ultimul pas  al reacţiei de cataliză, radicali superoxid.
   Xantin oxidaza poate fi mai mult decât lanţul transportor de electroni mitocondriali, sursa de radicali liberi în timpul exerciţiului fizic.
  Hemoglobina şi mioglobina, ambele sunt capabile de generarea de ROS (radicali liberi ai oxigenului) pe diferite căi biochimice în timpul exerciţiului fizic. Oxidarea oxihemoglobinei şi oximioglobinei conduce la formarea de radicali superoxid care ulterior spontan sau sub acţiunea superoxid dismutazei se transformă în peroxid de hidrogen.
  Peroxidul poate reacţiona cu fierul din hemoglobină rezultând doi puternici oxidanţi: ionul feril şi proteina care va lega un radical de sarcină pozitivă.
  Unii radicali pot reacţiona cu fierul şi sub acţiunea unei game largi de enzime şi formează diverse specii chimice unele cu acţiune bactericidă (Cooper 1994), alţii participă la biosinteza diferitelor biomolecule cu rol catalitic, exemplu biosinteza prostaglandina H sintetaza  (Ashton 1998).
  Atât hemoglobina, cât şi mioglobina nu sunt concepute pentru a produce ionul feril şi alte specii reactive care pot reacţiona cu o gamă variată de biomolecule, cele mai sensibile fiind lipidele care sunt rapid peroxidate (Cooper 1994). Rata de autooxidare a hemoglobinei este dependentă de pO₂ (Balagopalakrishna 1996).
  După cum reiese din paragrafele mai sus redate există diverse combinaţii în care radicalii liberi se leagă de hemoglobină alterând funcţia fiziologică a celulelor roşii .
  În urma rupturilor musculare produse de exerciţiul fizic intens în circulaţie este eliberată o mare cantitate de  mioglobină, care ajunsă la nivel renal formează mici agregate.
  Moore (1998) a arătat pe un model experimental (folosind şobolani din linia albinosul Sprague-Dawley) că mioglobina este acumulată în stare ferică la nivel renal. Aici iniţiază peroxidarea lipidelor şi în special conversia acidului arahidonic într-un factor de vasoconstricţie F2-isoprostan (Holt 1999).
  Prin urmare, odată ce F2-isoprostan atinge un nivel critic un “ciclu vicios” este pus în mişcare, iar pH-ul scade în schimb, creşte concentraţia de F2-isoprostan. Creşterea pH-ului converte ciclul vicios în ciclu virtuos care scade reactivitatea mioglobinei, scade concentraţia F2-isoprostan rezultatul fiind vasodilataţia şi prin urmare, creşterea livrării de oxigen către ţesut (Holt 1999). Această activitate scade metabolismul anaerob în favoarea celui aerob în schimb, acidul lactic rezultat în urma metabolismului anaerob scade în continuare pH-ul, inactivând unele enzime ale lanţului aerob, care conduc la reacţii incomplete cu eliberare de ROS (Reeder 2002).
  O altă sursă de radicali liberi o reprezintă autooxidarea catecolaminelor care sunt secretate în cantităţi crescute ca  urmare a stressului adaptativ.
  Numeroase studii au arătat că, peroxidul de hidrogen  modifică statusul de legare a componentei  proteice din hemoglobină (Reeder 2002), în acest mod probabil iniţiază alterări oxidative ale celulelor rosii in vivo (Osawa 1996).
  În ceea ce priveşte posibilele surse de eliberare a radicalilor liberi ai oxigenului, în timpul exerciţiului fizic studiile sunt încă la început de drum, elucidarea acestor  fenomene nu este decât o chestiune de timp.
  În limite “fiziologice normale”, radicalii liberi ai oxigenului participă la îndeplinirea multor roluri în sistemele biologice precum: reglarea expresiei genelor, reglarea căilor de semnalizare celulară, reglarea fluxului sanguin, precum şi controlul asupra activităţii nervoase superioare.