คิดว่าคนส่วนใหญ่พยายามมองหาสิ่งที่เรียกว่าสารต้านอนุมูลอิสระกันให้ควัก แต่น้อยคนนักที่จะเข้าใจสิ่งที่เรียกว่าอนุมูลอิสระจริง ผมเลยอยากสรุปแบบเข้าใจง่ายๆ(มั้ง)ให้ทุกคนฟังกันครับ
ก่อนเริ่ม คุณอาจจะต้องใช้จินตนาการในการอ่านบทความนี้ซักหน่อยนะครับ เพราะถ้าเข้าใจเรื่องนี้ คุณจะเข้าใจว่าทำไมคุณถึงแก่ลง ทำไมถึงเสื่อม และเราจะเข้าไปขัดขวางกลไกของความเสียหายเหล่านี้ได้อย่างไร
คำว่า Free Radical เราจะพูดถึงโมเลกุลหรืออะตอมที่มีอิเลคตรอนไม่ครบคู่ ทำให้ต้องคอยวิ่งหาโมเลกุลอื่นที่มีอิเลคตรอนเพื่อแย่งมาให้ตัวเองมีอิเลคตรอนครบคู่ ฟังดูเหมือนสาวขี้เหงาที่คอยแย่งสามีชาวบ้าน ทำให้บ้านหลังนั้นแตกสาแหรกขาดกันไปและนี้คือสิ่งที่เกิดขึ้นกับโมเลกุลที่โดนแย่งอิเลคตรอนไป
Free Radical จริงไม่ได้มีแค่โมเลกุลของ Oxygen นะครับ แต่ยังมี Nitrogen หรือ RNS, Sulfur(RSS), Halogen(RHS), Carbon/Carbonyl / Phosphorus / Metal-Centered Species. แต่เราขอโฟกัสกันที่ ROS หรือ Reactive Oxygen Species ซึ่งสัมพันธ์กับ Mitochondria dysfunction หัวใจของการเกิดความเสื่อมของร่างกาย
เวลาเรากินอาหารเข้าไป สารอาหารที่เข้าไปถึงไมโทคอนเดรียซึ่งเป็นแหล่งผลิตพลังงาน (ATP) สารอาหารเหล่านี้สุดท้ายแล้วจะได้ ATP ผ่านกระบวนการส่งผ่านอิเลคตรอนหรือ Electron Transport Chain แต่กระบวนการนี้ไม่ได้สมบูรณ์แบบ 100% เพราะมีอิเลคตรอนบางส่วนตกรางหรือรั่ว(Electron Leakage)เกิดขึ้น
อิเลคตรอนที่รั่วออกมาจะเปลี่ยน O₂ ที่ล่องลอยอยู่รอบให้กลายเป็นแมวสาวยั่วสวาท เกิด เป็น Superoxide Anion (O₂•⁻)
O2- มีฤทธิ์แต่ไม่ค่อยมาก เรียกได้ว่าเป็นอนุมูลอิสระด่านแรกสุดในไมโทคอนเดรีย
Remind อีกครั้ง ตอนนี้เรากำลังคุยกันอยู่ ณ Electron Transport Chain ที่ฝังตัวอยู่บน inner mitochondrial membrane โดย ROS ที่เกิดขึ้นสามารถปรากฏได้ทั้งทาง mitochondrial matrix และ intermembrane space ขึ้นอยู่กับแหล่งกำเนิด
ก่อนไปดูว่า O₂•⁻ จะไปไหนต่อ เพื่อป้องกันไม่ให้งง เราต้องรู้จัก ROS ที่เกี่ยวข้องทั้งหมดก่อน
ROS จะมี 2 กลุ่ม
1. Radical ROS ได้แก่ Superoxide Anion (O₂•⁻), Hydroxyl(•OH) โผล่มาสั้นๆ แต่มีฤทธิ์ทำลายล้าง
2. Non-Radical ROS ได้แก่ Hydrogen Peroxide H₂O₂, Singlet Oxygen (O₂) อยู่ได้นานกว่า มีข้อดีตรงที่ค่อนข้าง stable และสามารถใช้เป็น signaling molecule ได้ แต่เมื่อมีมากเกินไปหรือเจอ transition metal เช่น Fe²⁺ ก็สามารถนำไปสู่ oxidative damage ได้
ส่วน singlet oxygen ก็ reactive และสามารถ oxidize biomolecules ได้เช่นกัน
O₂•⁻ ที่เกิดขึ้น จะอดแผลงฤทธิ์เพราะเอนไซม์สำคัญที่ชื่อว่า Superoxide dismutase(SOD) เพราะ SOD จะช่วยเปลี่ยน O₂•⁻ ให้ใจเย็นลง ด้วยการเปลี่ยนให้เป็น H₂O₂ ซึ่งเป็นตัวกลางที่รอการระบายต่อไป
SOD เป็นเอนไซม์ที่สร้างได้ตามอวัยวะสำคัญๆ Mainly หน่อยก็คือตับ ไต หัวใจ สมอง ผนังหลอดเลือด มี 3 isoform ตามตำแหน่งของการสร้าง
SOD1 -> สร้างใน Cytosol ใช้ Cofactor ที่สำคัญคือ Cu, Zn จัดการอนุมูลอิสระในเซลล์
SOD2 -> สร้างใน Cytoplasm แล้วจะถูกส่งไปประจำการอยู่ใน inner matrix ของ mitochondria รับผิดชอบจัดการ O₂•⁻ ที่เกิดขึ้นจาก ETC เป็นหลัก ใช้ Cofactor ที่สำคัญคือ Mn
SOD3 -> สร้างใน Cytoplasm เหมือนกันแต่จะถูกปล่อยไปจัดการอนุมูลอิสระนอกเซลล์ ใช้ Cofactor เหมือน SOD1 ทั้ง Cu,Zn
H₂O₂ จำชื่อนี้ไว้ เพราะร่างกายคุณจะพังหรือไม่พังขึ้นกับปลายทางของ H₂O₂
เอาแบบ Good ending ก่อน คือ H₂O₂ จะต้องถูกจัดการด้วยเอนไซม์ที่ควรรู้จัก 2 ตัวนี้คือ
1. Catalase 2. Glutathione peroxidase เพราะสุดท้ายจะได้น้ำ ออกซิเจนหรือ oxidised Gluta ที่ recycle ได้แบบปลอดภัยกลับมา
แต่ถ้า Bad ending คือกรณีเอนไซม์ 2 ตัวบนไม่พอ H₂O₂ จะวกมาป๊ะกับธาตุเหล็กเกิด(Fenton Reaction), โดนนางแมวยั่วสวาทอย่าง O₂•⁻ กลับมาเสี้ยมอีกรอบ และเข้าสู่ The Haber-Weiss Reaction ทั้งสองกระบวนการจะทำให้ H₂O₂ แตกตัวเป็นนางแมวตัวท๊อปก็คือ Hydroxyl Radical (•OH) ตัวนี้แหละ damage สูง แบบเดียวกับ H₂O₂ ที่ราดแผลแล้วเกิดฟอง ระเบิดเซลล์แบคทีเรียให้กระจุย เกิดความเสียหายทันทีระดับ Nanosecond เลย
ภาวะที่ Free radical มากเกินความสามารถของระบบ antioxidant/redox control จนรบกวน redox signaling และอาจนำไปสู่ความเสียหายของ lipid, protein และ nucleic acid เราก็จะเรียกว่า Oxidative Stress
ปัจจุบัน เราสามารถตรวจ biomarker ที่สะท้อนว่า oxidative damage เกิดกับองค์ประกอบ ประเภทใด เช่น lipid, DNA/RNA หรือ protein ตย.เช่น
-MDA → lipid peroxidation
-8-OHdG → oxidative nucleic-acid damage โดยเฉพาะนิยมใช้เป็น marker ของ oxidative DNA damage
-protein carbonyl → protein oxidation
Biomarker เหล่านี้ช่วยให้เราเห็นภาพว่า oxidative damage เด่นใน biomolecule กลุ่มใด แต่ปัจจุบันยังไม่มีหลักฐานเพียงพอที่จะใช้ผลตรวจเพียงตัวเดียวเพื่อระบุว่า ROS เกิดจาก organelle ใด หรือใช้เลือก antioxidant supplement แบบจำเพาะตำแหน่งได้โดยตรง การเลือก intervention จึงควรพิจารณาร่วมกับสาเหตุของ oxidative stress ภาวะโรค โภชนาการ การนอน การออกกำลังกาย การสูบบุหรี่ และปัจจัย metabolic อื่นๆ
ที่เล่ามาทั้งหมด อย่าลืมว่าเราพูดถึง ROS ที่ส่วนใหญ่เกิดจากน้ำมือของนิสัยตัวเราเองอันนำไปสู่ความเสื่อม แต่อย่างไรก็ตาม ROS ไม่ใช่ผู้ร้ายทั้งหมด เพราะในปริมาณที่เหมาะสม ROS โดยเฉพาะ H₂O₂ ทำหน้าที่เป็น messenger สำคัญของเซลล์ ปัญหาเกิดขึ้นเมื่อการสร้าง oxidant มากเกินความสามารถในการควบคุมของระบบ antioxidant ครับ
ในความเป็นจริง กระบวนการทางเคมีนั้นมีมากกว่านี้ สูตรทางเคมีคุณสามารถเปิดหาในเนตได้ทั่วไป หวังว่าจะเข้าใจเรื่องอนุมูลอิสระมากขึ้นครับ
