Introducere
Expunerea organismelor vii la stresul de mediu declanșează răspunsuri defensive care duc la activarea proceselor de protecție. Ori de câte ori expunerea are loc la doze mici, efectele defensive copleșesc efectele adverse ale expunerii; această situație adaptativă este denumită „hormesis”. Hormezele de mediu, fizice și nutriționale conduc la stimularea și întărirea sistemelor de întreținere și reparare din celule și țesuturi. Exercițiul fizic, căldura și iradierea sunt exemple de hormetine fizice, care activează răspunsurile la șocul termic, la repararea ADN-ului și la stresul antioxidativ. Efectul de promovare a sănătății al multor bioactivi din fructe și legume poate fi considerat ca fiind efectul unor compuși ușor toxici care declanșează acest stimulent adaptativ. Numeroase studii indică faptul că organismele vii posedă capacitatea de a se adapta la condiții de mediu nefavorabile, după cum ilustrează faptul că deteriorarea ADN-ului și profilul expresiei genice la populațiile care trăiesc în medii cu niveluri ridicate de poluare a aerului nu corespund concentrațiilor de poluanți. Mecanismele moleculare ale răspunsului hormetic includ modularea (a) factorului de transcripție Nrf2 care activează sinteza de glutation și protecția ulterioară a celulei; (b) metilarea ADN-ului; și (c) microARN. Aceste constatări oferă dovezi că hormeza este un eveniment toxicologic, care apare la doze mici de expunere la factorii de stres din mediul înconjurător, având ca beneficiu menținerea unei stări de sănătate.
Unul dintre domeniile de cercetare în care conceptul de hormeză este acceptat și aplicat pe scară largă este cel al modulării îmbătrânirii și longevității celulelor și organismelor , și se bazează pe faptul că comportamentul adaptativ al sistemelor biologice ca răspuns la un stres(e) ușor(e) de mediu sau autoimpus(e) îmbunătățește funcționalitatea și supraviețuirea acestora. Stresurile sau provocările fizice, nutriționale și mentale care induc hormesis, denumite hormesis, conduc la stimularea și întărirea sistemelor de întreținere și reparare din organism . Câteva exemple de hormesis fizică sunt exercițiile fizice, căldura și iradierea, care activează răspunsurile antioxidative, de șoc termic și, respectiv, de reparare a ADN-ului la stres . O mare varietate de componente non-chimice din alimente, cum ar fi flavonoidele și polifenolii prezenți în condimente, ierburi și alte surse, sunt exemple de hormesis nutrițional, care induc răspunsuri de stres anti-oxidativ, antiinflamator și autofagie. În mod similar, restricția calorică (CR) și postul intermitent sunt, de asemenea, hormesis, care activează răspunsurile la stres mediate de autofagie și sirtuină .
CR pare să prelungească viața prin modularea daunelor oxidative mediate de speciile reactive de oxigen (ROS) prin formarea de ROS, care este un proces foarte reglementat, controlat de o rețea complexă de căi de semnalizare intracelulară . Mai mult, factorul nuclear aferent factorului eritroid 2 (Nrf2) care se leagă de elementele de răspuns antioxidant (ARE), reglează expresia bazală și inductibilă a glioxilazei 1 (Glo1), precum și a AKR și ADH . Activitatea redusă a Nrf2 și creșterea stresului oxidativ în îmbătrânire și boală pot predispune la stresul dicarbonilic, care începe să apară puternic ca un motor al patogenezei în bolile legate de îmbătrânire. În mod similar, starea intracelulară a nutrienților și a energiei, starea funcțională a mitocondriilor și concentrația de ROS produsă în mitocondrii sunt implicate în reglarea duratei de viață la toate speciile prin coordonarea informațiilor și divergența mai multor căi de semnalizare ramificate, inclusiv vitagene în păstrarea homeostaziei celulare în condiții de stres . Activitatea cerebrală intensă și atenția concentrată cuprind hormesisul mental, care induce, de asemenea, diverse răspunsuri la stres, inclusiv răspunsul la șocul termic. În mod similar, starea intracelulară a nutrienților și a energiei, starea funcțională a mitocondriilor și concentrația de ERO produsă în mitocondrii sunt implicate în reglarea duratei de viață la toate speciile prin coordonarea informațiilor și divergența mai multor căi de semnalizare ramificate, inclusiv vitagene în menținerea homeostaziei celulare în condiții de stres . Activitatea cerebrală intensă și atenția concentrată cuprind hormeza mentală, care induce, de asemenea, diverse răspunsuri la stres, inclusiv răspunsul la șocul termic .
O caracteristică importantă a hormezei pentru sănătate este stimularea simultană a mai multor funcții/puncte finale celulare independente – fiecare cu propriul set de caracteristici cantitative hormetice. De exemplu, îmbunătățirea reparării ADN-ului, a apărării antioxidante, a autofagiei etc., ale căror acțiuni sunt reglementate de mai multe căi de recepție/semnalizare care interacționează, produc în cele din urmă un răspuns celular integrat metabolic și coerent . Mai important, răspunsul hormetic are caracteristici specifice care definesc atât trăsăturile cantitative ale plasticității biologice, cât și potențialul de performanță biologică maximă, estimând astfel limitele până la care numeroase intervenții medicale și farmacologice pot sau nu pot afecta oamenii . Prin urmare, o combinație de hormesis diferite pot fi medicamentele pentru menținerea, îmbunătățirea și recuperarea sănătății în timpul îmbătrânirii .
Biomarkeri ai răspunsurilor adaptative în sănătatea umană
OMS a definit sănătatea ca fiind o stare de bunăstare fizică, mentală și socială completă . Astăzi, există o definiție mai dinamică a sănătății, care este „capacitatea unui organism de a se adapta la mediu” .
Răspunsurile adaptative explică în mare măsură beneficiile pentru sănătate ale fructelor și legumelor . Într-adevăr, mulți agenți chimiopreventivi naturali, sunt detoxificați prin reacția metabolică de fază I/fază II, activând astfel enzimele implicate și căile de reglare . De exemplu, această situație apare de obicei pentru indol-3-carbinole și catechine . Cu toate acestea, în prezent se recunoaște din ce în ce mai mult faptul că și substanțele toxice din mediul înconjurător prezintă frecvent un răspuns hormetic. Acest lucru are consecințe imense în evaluarea riscurilor . În prezent, înțelegem unele mecanisme moleculare ale acestui răspuns hormetic. Incubarea celulelor epiteliale pulmonare cu o concentrație scăzută de acroleină duce la activarea factorului de transcripție Nrf2 . Acesta activează sinteza glutationului și protecția ulterioară a celulelor pulmonare la o concentrație mare de acroleină . Mai mult decât atât, s-a demonstrat că o doză mică de nanoparticule de argint activează Nrf2 și, prin urmare, hormesisul .
Aceste cunoștințe de bază privind aspectele mecaniciste ale hormesisului ne permit să definim biomarkerii specifici pentru a urmări acest proces .
În consecință, biomarkerii hermetici depind de mecanismele specifice declanșate de condiția hormetică luată în considerare și pot fi fie genetici, epigenetici, fie metabolici. Printre biomarkerii genetici se numără scăderea leziunilor genotoxice, evaluată prin aductori de ADN sau biomarkerii citogenetici . Biomarkerii epigenetici includ în principal miARN datorită rolului lor specific și important în declanșarea și reglarea etapelor timpurii ale răspunsului adaptativ .
Concluzii
Existența efectului hormetic în toxicologia mediului are consecințe remarcabile în medicina preventivă și igiena mediului. Deoarece hormeza apare numai la doze mici de expunere, nu există nici o îndoială că toate eforturile în curs de desfășurare pentru reducerea poluanților din mediul înconjurător sunt absolut demne de a fi continuate. Cu toate acestea, obiectivul final nu este doza zero în mediu, care este adesea un obiectiv utopic pentru mulți poluanți generați din surse naturale sau existența înseamnă că, cel puțin pentru substanțele toxice de mediu pentru care acest eveniment este bine stabilit, pot fi tolerate doze mici. Cuantificarea acestei „doze mici” este extrem de dificilă din cauza variabilității interindividuale în ceea ce privește sensibilitatea la efectele asupra sănătății ale poluanților de mediu. Într-adevăr, subiecții fragili (de exemplu, subiecții vârstnici, copiii, fetușii) care au o slabă inductibilitate a mecanismelor lor de apărare activate prin hormeză, pot primi un risc pentru sănătate prin doze de expunere mai mici decât dozele tolerate de alți subiecți.
În consecință, hormeza are relevanță în medicina preventivă ca instrument capabil să sporească apărarea endogenă printr-o nutriție corectă (alimente funcționale chimiopreventive) și un stil de viață sănătos (de exemplu, activitate fizică). Această abordare, în paralel cu scăderea progresivă a cantității de poluanți din mediul înconjurător, va permite evitarea riscurilor pentru sănătate cu mult înainte de atingerea unei doze zero de poluanți în mediul înconjurător.
Intrarea este din 10.3390/ijms21197053
.