Molecole dotate di notevole aggressività, dovuta alla presenza di uno o più elettroni solitari (non appaiati) nelle orbite più esterne. Queste sostanze possono a loro volta reagire con molte specie non radicali, producendo così nuovi radicali liberi, mediante reazioni a catena. Il bersaglio più noto nel SNC è costituito dalle membrane fosfolipidiche, nelle quali gli acidi grassi polinsaturi (PUFA) vengono attaccati a livello dei loro doppi legami e distrutti, con un processo in grado di autopropagarsi. Le reazioni dei radicali liberi si verificano solo in piccola parte nelle cellule normali, nelle quali vengono adeguatamente controllate da un efficiente sistema di scavenger (spazzini) naturali. Normalmente, all’interno dei mitocondri solo l’1-5% delle molecole di ossigeno sfugge alla riduzione totale (O2 + 4e– + 4H+ = 2 H2O) lungo la catena respiratoria e dà origine all’anione superossido O2 (ossigeno “singoletto”). Quest’ultimo viene convertito dalla superossido dismutasi (SOD) in perossido di idrogeno H2O2, che a sua volta è annullato per azione della glutatione perossidasi (che richiede selenio) e della catalasi. Oltre a questi agenti di disintossicazione enzimatica, sono presenti nella cellula antiossidanti non enzimatici quali l’a-tocoferolo (vitamina E) e l’acido ascorbico (vitamina C). In condizioni patologiche, gli stessi radicali liberi e altri agenti analoghi vengono prodotti in enorme quantità, potendo poi a loro volta essere successivamente trasformati in molecole di maggiore tossicità. Per esempio, O2 e H2O2, in presenza di ioni ferro e rame, vengono trasformati in radicali idrossilici OH+, che rappresenta l’agente prodotto in caso di esposizione a radiazioni ionizzanti. Un radicale libero particolarmente rilevante per il ruolo svolto a livello del SNC nella cascata eccitotossica a seguito dell’ischemia è il monossido di azoto (NO) .I processi biochimici che conducono a un’aumentata produzione di radicali liberi sono probabilmente gli stessi nell’ischemia cerebrale e nei traumi cerebrali e appaiono come una conseguenza del danno da Ca++. Anche il ferro, secondario allo stravaso emetico intraparenchimale, è in grado di generare reazioni di iperossidazione con successivo rilascio di radicali liberi. La loro produzione deriva infatti dalla cascata dell’acido arachidonico (vedi
Eccitotossicità).Alcune sostanze possono essere utilizzate per contrastare il danno da radicali liberi. Tra queste, le vitamine C ed E, il selenio, l’allopurinolo, i barbiturici, l’indometacina, i chelanti del ferro (desferoxamina), il glutatione, la SOD e i corticosteroidi ad alte dosi. Tra questi ultimi, particolare importanza assume la famiglia dei 21-aminosteroidi o “lazzaroidi”, ad azione antiossidante molto simile alla vitamina E.

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