• utworzono
  • zmodyfikowano 24-03-2013
ResearchBlogging.org Antyoksydanty dobreee, wolne rodniki złeee (G. Orwell "Folwark Zwierzęcy" cytat nieco zmieniony)

Streszczenie:

Globalny Śmietnik internetu,mediów i reklamy pełen jest ostrzeżeń przed wolnymi rodnikami, które znajdują się w niezdrowej żywności, zanieczyszczonej wodzie, powietrzu itd. Wchłaniając je  - narażamy się na wiele chorób, na czele z nowotworami i chorobami ukł. krążenia. Radą na to mają być "zmiatacze" wolnych rodników i antyoksydanty. Tymczasem wolne rodniki są wytwarzane przede wszystkim przez własny organizm,  odgrywają rolę zarówno w powstawaniu chorób, jak i w obronie przed nimi. To, że w powstawaniu wielu chorób dostrzegamy znaczenie "wolnych rodników" - nie znaczy, że unikniemy ich poprzez substancje określane jako"zmiatacze" i antyoksydanty. 

Dotąd prowadzone badania nie wykazały korzyści z ich stosowania, zresztą jest wątpliwe, czy rzeczywiście mają taka właściwość wewnątrz żywych komórek, gdyż procesy metaboliczne łatwo inaktywują takie substancje. Korzyści ze stosowania "zdrowej" diety i "zdrowego" trybu życia nie podlegają żadnej dyskusji, lecz działanie substancji uznawanych za sprzyjające zdrowiu (na przykład flawonoidów, wielonienasyconych tłuszczów, witamin) opiera się na wielu różnych mechanizmach, niekoniecznie działaniu antyoksydacyjnym i zmiatającym.

Nie wiem, czy jest termin z dziedziny chemii i biologii o gorszej sławie, niż wolne rodniki. Wpiszmy te złowieszcze słowa w najlepszą z wyszukiwarek internetowych i poczytajmy.   Przeczytamy wiele o tym, jak rodnikowy "cichy wróg" niszczy nasz organizm, jak wiele jest przyczyn powstawania wolnych rodników: stres, konserwowana żywność, promieniowanie, zanieczyszczenie środowiska...  Brrr. Nie wiem jak można zachować równowagę emocjonalną czytając to wszystko, być może  tylko przy pomocy portfela.  

Bowiem internetowy Globalny Śmietnik po wolnorodnikowym kiju przedstawia również marchewkę (dosłownie i w przenośni). Aby przeżyć niezbędne jest konsumowanie najróżniejszych antyoksydantów i "zmiataczy" wolnych rodników. Dobrze, jezeli zalecenia ograniczają się do diety i zdrowego trybu życia, jednak zazwyczaj gdzieś na dole, na górze, czy z boku mamy reklamę nietaniego preparatu, który owe złowrogie wolne rodniki usuwa szczególnie aktywnie.

Czy to wszystko prawda? Aby zrozumieć "co poeta ma na myśli" rzucając  złowrogie zaklęcie wolne rodniki potrzebne będzie zapoznania się z paroma niuansami z dziedziny chemii i wyjaśnienie nieścisłości terminologicznych. Rodnik to atom lub cząsteczka chemiczna zaopatrzona w niesparowany "samotny" elektron, zatem skłonna do reakcji chemicznej, aby ów elektron sobie sparować. Chemicy  dążą do ograniczenia użycia  terminu "Wolny rodnik" o czym więcej w literaturze (1).

Tak się jednak przyjęło, że niezbyt szczęśliwe pojęcie "wolne rodniki" ma w biologii inne znaczenie - jest łączone tylko niektórymi rodzajami rodników: przede wszystkim rodnikiem tlenowym O2•− i rodnikami zawierającymi tlen (na przykład rodnik hydroksylowy OH•−). Ze względu na podobne znaczenie i przekształcanie się jednych w drugie - jednym tchem jako znienawidzone "wolne rodniki" wymienia się inne indywidua rzeczywistości nie będące rodnikami:

  • reaktywne formy tlenu (ROS - reactive oxygen species) jak tlen singletowy czyli pojedynczy atom tlenu, nadtlenki (związki zawierające połączenia O-O jak H2O2) i inne. Do reaktywnych form tlenu literatura  zalicza również wyżej wymienione rodniki tlenowe
  • reaktywne formy azotu  (RNS reactive nitrogen species) - na przykład tlenek azotu  (NO - nitic oxide) i różne inne związki azotu z tlenem

Zgodnie z powyższym  pojęcie "wolne rodniki" w zasadzie powinno wyjść z użycia i być zastąpione szerszym pojęciem reaktywne formy tlenu (ROS). Tak też często bywa w aktualnej literaturze biologicznej, aczkolwiek siła tradycji powoduje, że  "free radicals" dalej są spotykane.

Wspólnym mianownikiem wszystkich tych substancji  jest  ich działanie utleniające. Można je zidentyfikować w żywych organizmach, są normalnymi składowymi metabolizmu, są ciągle produkowane i zużywane w trakcie normalnych czynności życiowych przez wszystkie komórki. Bez nich nie byłoby życia w formie, jakiej znamy (2).  Z drugiej strony nie ma żadnych wątpliwości, że wiele chorób ma związek z zaburzeniami metabolizmu poprzez utlenianie. Na przykład centralną rolę w patogenezie miażdżycy odgrywa tworzenie oxLDL - utlenionych lipoprotein  - tworów będących przenośnikami cholesterolu we krwi, nieprawidłowo zmodyfikowanymi przez utlenianie (3). Drugi przykład to promieniowanie jonizujące - jego szkodliwe następstwa są wiązane właśnie z wytwarzaniem reaktywnych form tlenu.

Już latach 50-tych pojawiła się teoria starzenia, która mechanizmy chorobotwórcze wiązała z brakiem równowagi pomiędzy tworzeniem wolnych rodników a ich utylizacją (4). W następnych latach sformułowano koncepcję "stresu oksydacyjnego"  - czyli  braku równowagi pomiędzy tworzeniem i utylizacją ROS i RNS. Trudno lepiej przedstawić ten proces, niż na schemacie pochodzącym z  poz. 3 piśmiennictwa (miniaturka obok prowadzi do linku).

Drug Discov Today Ther Strateg. 2008 March; 5(1): 5–13

Stres oksydacyjny pojawia się  w różnych okolicznościach  i może być   przyczyną wielu chorób. Do grupy chorób podejrzanych o wywoływanie przez stress oksydacyjny dołączyły choroby neurodegeneracyjne (Parkinsona, Alzheimera, stwardnienie boczne zanikowe), nowotwory, cukrzyca i wiele innych (5). Świat medyczny poświęca wiele uwagi na  tym badaniom, powstały specjalistyczne stowarzyszenia naukowe jak Society for Free Radical Biology and Medicine czy  Society for Free Radical Research, specjalistyczne czasopisma, jak Free Radical Biology & Medicine,  czy Antioxidants and Redox Signaling o znaczącym w świecie nauki Impact Factor.

Pojawił się oczywiście pomysł, aby podjąć próbę  ingerencji w opisane mechanizmy. Na przykład   zwalczać wolne rodniki poprzez podawanie "zmiataczy" wolnych rodników, czyli substancji mających zdolności ich unieczynniania, oraz antyutleniaczy. Pomysł w wypaczonej formie przedostał się do Globalnego Śmietnika mediów, komercji i internetu, który szczególnie ukochał  witaminy E, C i  beta-karoten. Dziś już trudno znaleźć tekst dotyczący zdrowia, gdzie nie byłoby nic o wolnych rodnikach, utleniaczach i przeciwdziałających im przeciwutleniaczach. Na przykład felietonistka GW o nicku "Bosa" pisząc o chlebie nie mogła nie dodać:  "Skórka. Ma najwięcej przeciwutleniaczy chroniących nas przed nowotworami i starzeniem." (przykład wzięty z blogu Miski do mleka)

Co z tych koncepcji utrzymało się do czasów dzisiejszych? Koncepcja stresu oksydacyjnego, czy szerzej powiedziawszy zaburzeń równowagi redukcyjno-oksydacyjnej w patogenezie chorób ma niekwestionowane podstawy, co pokazuje przytoczona literatura.  Nie udał się natomiast żaden z dużych programów badawczych z użyciem suplementów diety i środków farmakologicznych o działaniu stricte "zmiatającym wolne rodniki" czy "przeciwutleniajacym". 

Na przykład nie wykazano korzyści z podawania witamin o działaniu antyutleniającym w dawkach przewyższających dotąd rekomendowane zapotrzebowanie. Badania takie prowadzono z założeniem, iż ujawni się nie tylko znane od dawna działanie zapobiegające chorobom niedoborowym, ale ujawnią się dodatkowe korzyści z działania przeciwutleniającego. Tak jednak się nie stało. 

Gdy wnikliwie przyjrzymy się procesom metabolicznym w komórce nie budzi to zaskoczenia. Jak to ujął January - żywa komórka posiada własne mechanizmy utrzymujące potencjał redukcyjno-oksydacyjny,  nieporównywalnie potężniejsze od działania substancji antyutleniających. Na dodatek antyoksydanty, zanim dotrą do miejsca potencjalnego działania, już dawno mogą zostać unieczynnione przez maszynerię enzymatyczną na skutek wiązania aktywnych centrów hydroksylowych przez reszty siarczanowe, metylowe i glukuronowe.

Ponadto wiele badań nad patomechanizmem chorób nie wpisuje się w orwellowski schemat "cztery nogi dobre, dwie nogi złe". Na przykład kluczową rolę w ochronie naczyń przed procesami miażdżycowymi odgrywa tlenek azotu - NO - nie da się ukryć, że jest to reaktywna forma azotu (RNS) a złowieszcza kropka przy wzorze chemicznym mówi sama za siebie. Nie wierzycie - to dlaczego czasopismo Nitric Oxide jest również afiliowane przy Society for Free Radical Biology and Medicine

Nie trzeba tłumaczyć o niekorzystnych efektach objadania się tłuszczem zwierzęcym a korzystnych - roślinnym. Korzystne efekty wykazano także w przypadku diety śródziemnomorskiej, z dużą ilością ryb i owoców morza. No ale tłuszcze roślinne i morskie zawierają nienasycone kwasy tłuszczowe, nader łatwo tworzące wstrętne nadtlenki, zatem powinny być gorsze od tłuszczów zwierzęcych. Wysiłek fizyczny generuje zwiększoną ilość wolnych rodników, zatem powinien być gorszy niż brak aktywności fizycznej, a przecież nie jest.  

Również hormony stresu - katecholaminy można zaliczyć do "zmiataczy" wolnych rodników, ale dlaczego stres jest zły i przyczynia się do zawałów serca? Najwymowniejszym przykładem bezmyślnego majstrowania przy "wolnych rodnikach" okazała się sprawa selenu. Pierwiastek ten wchodzi w skład wielu enzymów antyoksydacyjnych. Podawanie go powinno zmniejszyć ryzyko chorób neurodegeneracyjnych jak stwardnienie boczne zanikowe (SLA)  czy metabolicznych jak cukrzyca. Cała blogosfera zdążyła już się najeść selenu, gdy wykazano, iż jego suplementacja zwiększa częstość pomienionych chorób.

Z drugiej strony nie ma wątpliwości, iż  "zdrowy" tryb życia i "zdrowa" dieta zmniejsza chorobowość i przedłuża życie. Nie trzeba daleko szukać - taką właśnie przyczynę poprawy statystyk umieralności  widzi cytowany w poprzednim wpisie prof.  Zatoński.  Dlaczego tak się dzieje? Rzecz w tym, iż niekoniecznie poprzez "zmiatanie" wolnych rodników. W przypadku flawonoidów,  sztandarowych składników zdrowej diety - przedstawiono wiele mechanizmów alternatywnych - na przykład  unieczynnianie substancji prokarcinogennych in vitro już w przewodzie pokarmowym, zresztą prezentowana tu literatura przytacza kilkadziesiąt różnych mechanizmów ich działania (6).  Zdaje się, że one w ogóle nie mają takiego działania in vivo, czyli tak na prawdę trudno je zaliczyć do  "zmiataczaczy wolnych rodników" (7).  Ograniczenia dietetyczne tłuszczów i kaloryczności zmniejszają poziom frakcji LDL cholesterolu, zatem zmniejszają poziom substratu i przez to zmniejszają efekt  utlenienia LDL.  Przykłady można  mnożyć i mnożyć.

Czy to znaczy, iż koncepcja stresu oksydacyjnego jest jednak do chrzanu, a wolne rodniki pomagają zamiast szkodzić? Oczywiście nie, to tak, jakbyśmy wzorem "Folwarku Zwierzęcego" zmienili hasło "Cztery nogi dobre, dwie nogi złe"  na "cztery nogi dobre, dwie nogi lepsze".  Koniec końców okazało się, że każda choroba ma swoje szczegółowe mechanizmy patogenezy, w jej skład jak najbardziej mogą wchodzić opisane mechanizmy stresu oksydacyjnego czy zaburzeń równowagi redukcyjno-oksydacyjnej. Rzecz w tym, iż przeciwdziałanie im nie da się sprowadzić do bezmyślnego "zmiatania" wolnych rodników czy zajadania się antyoksydantami. Nie przeszkadza to oczywiście medialno-internetowemu Globalnemu Śmietnikowi w dalszym powielaniu uproszczonych schematów i reklamowania coraz to lepszych specyfików działających przeciwutleniająco. No cóż - jak mówią Rosjanie "s żyra biesitsja"...

P.S

Jako antidotum na dominujące w mediach tematy dotyczące  raportu można rzucić okiem na  kolejne  czasopismo z grupy afiliowanych przy Society for Free Radical Research, pod równie elektryzującym tytułem Redox Report.

Piśmiennictwo:

Powyższy tekst jest w zasadzie podsumowaniem dyskusji  z Januarym i Telemachem pod poprzednimi  wpisami na  blogu. Tam też można znaleźć odnośniki do  literatury dotyczącej niektórych poruszonych tematów, w szczególności  badań klinicznych antyoksydantów, witamin i selenu i danych demograficznych. W pierwszym rzędzie warto zapoznać się z wyszukanym przez  Januarego krótkim artykułem:

Sies H (2007). Total antioxidant capacity: appraisal of a concept. The Journal of nutrition, 137 (6), 1493-5 PMID: 17513413

Dla osób posiadających dostęp do zasobów bibliotecznych (lub takich, dla których wydatek 55$ nie ma znaczenia) polecam artykuł B. Halliwela o historii 40 lat badań nad antyoksydantami.  Praca została oczywiście opublikowana w mateczniku dyskusji nad wolnymi rodnikami - czasopiśmie Free Radical Biology & Medicine. Halliwell, B. (2009). The wanderings of a free radical Free Radical Biology and Medicine, 46 (5), 531-542 DOI: 10.1016/j.freeradbiomed.2008.11.008

Pozostałe pozycje piśmiennictwa:

  1. IUPAC. Compendium of Chemical Terminology, 2nd ed. (the "Gold Book"). Compiled by A. D. McNaught and A. Wilkinson. Blackwell Scientific Publications, Oxford (1997). XML on-line corrected version: http://goldbook.iupac.org (2006-) created by M. Nic, J. Jirat, B. Kosata; updates compiled by A. Jenkins. ISBN 0-9678550-9-8. doi:10.1351/goldbook.

  2. Murphy, M. (2009). How mitochondria produce reactive oxygen species Biochemical Journal, 417 (1) DOI: 10.1042/BJ20081386
  3. Leopold JA, & Loscalzo J (2008). Oxidative mechanisms and atherothrombotic cardiovascular disease. Drug discovery today. Therapeutic strategies, 5 (1), 5-13 PMID: 21048889
  4. Sanz, A., & Stefanatos, R. (2010). The Mitochondrial Free Radical Theory of Aging: A Critical View Current Aging Science, 1 (1), 10-21 DOI: 10.2174/1874609810801010010
  5. Gemma C, Vila J, Bachstetter A, Bickford PC, & Riddle DR (2007). Oxidative Stress and the Aging Brain: From Theory to Prevention Brain Aging. Models, Methods, and Mechanisms Frontiers in Neuroscience PMID: 21204345
  6. HALLIWELL, B. (2007). Dietary polyphenols: Good, bad, or indifferent for your health? Cardiovascular Research, 73 (2), 341-347 DOI: 10.1016/j.cardiores.2006.10.004
  7. HALLIWELL, B. (2008). Are polyphenols antioxidants or pro-oxidants? What do we learn from cell culture and in vivo studies? Archives of Biochemistry and Biophysics, 476 (2), 107-112 DOI: 10.1016/j.abb.2008.01.028