Obsah článku
Čo sú voľné radikály a reaktívne formy?
Kyslík je prvok nevyhnutný pre život. Pri jeho bunkovom využití na tvorbu energie vznikajú voľné radikály ako dôsledok tvorby energie. Energia vo forme ATP sa tvorí v špecializovaných štruktúrach bunky, tzv. mitochondriách. Voľný radikál je každá molekula alebo jej časť, ktorá môže jestvovať nezávisle a obsahuje jeden alebo dva nespárené elektróny.
Kyslík, teda O2, nie je veľmi reaktívny. Rozoznávame tzv. reaktívne formy kyslíka (angl. reactive oxygen species, skr. ROS). Sú to látky, obsahujúce jeden alebo viac atómov kyslíka a sú oveľa viac reaktívnejšie ako molekulový kyslík. Reaktívne formy kyslíka môžu byť samotné kyslíkové radikály alebo látky, ktoré sa v organizme ľahko premieňajú na radikály.
Kyslík v molekule O2 sa musí v tele aktivovať. Dochádza pritom k niekoľkým jednoelektrónovým redukciám za vzniku reaktívnych foriem kyslíka: superoxidový radikál, peroxid vodíka, hydroxylový radikál. V živom systéme však môžu vznikať aj ďalšie reaktívne formy kyslíka, ku ktorým patrí alkoxylový a peroxylový radikál.
Voľné radikály môžu okrem kyslíka vznikať aj zo sírnych, uhlíkových a dusíkových atómov. Z nich majú veľký biologický význam reaktívne formy dusíka (z angl. reactive nitrogen species, skr. RNS) – oxid dusnatý a peroxidusitan.
Voľné radikály sú síce škodlivé, avšak nesú so sebou aj benefity a práve tieto dve protipólne vlastnosti musia byť v zdravom tele v rovnováhe. Reaktívne formy teda v nízkych hladinách majú priaznivý vplyv na imunitu a bunkovú odpoveď. Vo vyšších koncentráciách však vytvárajú oxidačný stres, proces ničiaci všetky bunkové štruktúry. Voľné radikály spôsobujú choroby a vedú k starnutiu.
Aké sú zdroje voľných radikálov v živom systéme?
Voľné radikály môžu byť tvorené v neenzymatických reakciách kyslíka s organickými látkami, ale napríklad aj pri ionizácií žiarením. Neenzymaticky môžu tiež vznikať v mitochondriách počas dýchania v procese oxidatívnej fosforylácie.
Stav, keď je v bunke výrazne zvýšená tvorba voľných radikálov, alebo sú oslabené jej obranné antioxidačné mechanizmy, sa označuje ako oxidačný stres, respektíve oxidačné preťaženie.
ROS a RNS sú tvorené ako z vonkajších, tak z vnútorných zdrojov:
- Vnútorne reaktívne formy vznikajú pri aktivácií imunitných buniek, zápale, mentálnom strese, preťažení cvičením, nedokrvení, infekcií, rakovine či starnutí.
- Vonkajším zdrojom reaktívnych foriem kyslíka či dusíka sú znečistené ovzdušie a voda, cigaretový dym, alkohol, ťažké a prechodné kovy (ortuť, železo, olovo, ...), niektoré látky ako cyklosporín či gentamycín, rozpúšťadlá, údené potraviny a použitý olej či tuk, žiarenie. Po prechode týchto zdrojov do organizmu sú tieto rozložené alebo metabolizované na voľné radikály.
Benefity voľných radikálov a oxidantov
Nízke, takpovediac striedme koncentrácie reaktívnych foriem kyslíka a dusíka sú potrebné pre zrenie niektorých bunkových štruktúr a môžu figurovať ako zbrane hostiteľského obranného systému.
Skutočne, fagocyty ako niektoré špecializované bunky z radu bielych krviniek, uvoľňujú voľné radikály k zničeniu mikroorganizmov. Jedná sa teda o obranný systém organizmu proti chorobám.
Oxid dusnatý (NO) je napríklad medzibunkovým poslom modulujúcim prietok krvi, trombózu, ako aj aktivitu nervového systému. Má tiež veľkú úlohu v nešpecifickej obrane organizmu pri zabíjaní vnútrobunkových patogénov a nádorov.
V skratke, ROS a RNS sú v nízkych koncentráciách potrebné v zachovaní ľudského zdravia.
Ako voľné radikály poškodzujú organizmus?
Ak sú produkované v prílišnej miere, voľné radikály a oxidanty vedú k javu, ktorý nazývame oxidatívny stres. Jedná sa o vážny stav vedúci k poškodeniu bunkových membrán a iných štruktúr, vrátane bielkovín, tukov, lipoproteínov a DNA, teda deoxyribonukleovej kyseliny, nesúcej genetickú informáciu. V tomto prípade hovoríme o mutagenicite voľných radikálov, respektíve vzniku mutácií.
Oxidačný stres môže narásť vtedy, keď bunky nemôžu efektívne ničiť sformované voľné radikály.
Aj napriek tomu, že v tele existujú aj nápravné, tzv. reparačné procesy, zastúpené niektorými enzýmami alebo antioxidantami, oxidačný stres môže viesť k vzniku serióznych chronických degeneratívnych ochorení, tak ako aj k starnutiu a niektorým náhlym chorobným stavom.
Rakovina a oxidačný stres
Vznik rakoviny u ľudí je komplexný proces zahŕňajúci bunkové a molekulárne zmeny na podklade vnútorných a vonkajších stimulov. Je všeobecne uznávané, že oxidačný stres vedie k vzniku mutácií DNA a je zodpovedný za vznik rakoviny. Voľné radikály v tomto prípade figurujú ako aktivátory onkogénov. Jedným z dejov, ktorý môže viesť k vzniku rakoviny, je lipidová peroxidácia, pri ktorej vznikajú voľné radikály. Je častejšia u konzumentov tukov, pričom sa dáva do súvisu so vznikom rakoviny hrubého čreva, prsníka, vaječníkov a leukémie, hlavne u starších ľudí.
Akú úlohu zohrávajú voľné radikály pri ochoreniach kardiovaskulárneho systému?
Kardiovaskulárne ochorenia sa dávajú do súvisu s fajčením a ďalšími rizikovými faktormi ako zvýšený krvný tlak, zvýšený cholesterol, cukrovka, stres a zvýšená fyzická inaktivita. Oxidačný stres je prvotnou, alebo druhotnou príčinou viacerých kardiovaskulárnych ochorení.
Voľné radikály sa tu dávajú do súvisu so vznikom aterosklerózy (kôrnatenie tepien), ischémie (nedokrvenia), hypertenzie (zvýšený tlak krvi), kardiomyopatie (ochorením svaloviny myokardu), zväčšením srdca a s kongestívnym srdcovým zlyhaním.
Iné choroby spojené s vyššou koncentráciou voľných radikálov
Oxidačný stres sa odráža pri vzniku neurologických ochorení ako Alzheimerova a Parkinsonova choroba, roztrúsená skleróza, amyotrofická laterálna skleróza, strata pamäti či depresia. Bolo napríklad dokázané, že tvorba beta-amyloidu pri Alzheimerovej demencií úzko súvisí s vplyvom voľných radikálov a oxidačným stresom.
Ochorenia ako priedušková astma a chronická obštrukčná choroba pľúc sú spojené s dlhotrvajúcim zápalom a oxidačným stresom. Reaktívne formy kyslíka tu pritom zohrávajú rolu v stupňovaní ochorenia.
Reumatoidná artritída je chronické zápalové autoimunitné ochorenie. Sú pri ňom postihnuté kĺby a tkanivá v okolí kĺbov. Tieto miesta sú infiltrované špecializovanými bunkami imunitného systému, ktoré sa volajú makrofágy, a tiež T-bunkami. Keďže je tu prítomný zápal, tvoria sa ROS aj RNS a dochádza k oxidačnému poškodeniu.
Oxidačný stres zohráva rolu aj pri ochoreniach obličiek. Patrí k nim hlavne glomerulonefritída a tubulointersticiálna nefritída. Zvýšená prítomnosť voľných radikálov je aj pri chronickom obličkovom zlyhaní. Hlavne vonkajšie zdroje voľných radikálov vytvárajú oxidačný stres cestou lipidovej peroxidácie. Ťažké kovy a prechodné kovy sú silným induktorom voľných radikálov v kontexte poškodenia obličiek a karcinogenicity.
Oxidačný stres má vplyv na vekom podmienenú makulárnu degeneráciu a vznik šedého zákalu. Kryštalické proteíny šošovky sa môžu skrížiť a agregovať, čo vedie k formovaniu katarakty.
Oxidačný stres a gravidita
Oxidačný stres zohráva tiež rolu v tehotenstve a môže viesť okrem preeklampsie aj k obmedzeniu plodového rastu. V gravidite komplikovanej preeklampsiou bola placentárne pozorovaná zvýšená expresia enzýmu, ktorý je enzymatickým zdrojom superoxidu, teda voľného radikálu.
Antioxidanty a zachovanie zdravia
Ľudské telo má viac mechanizmov, ako bojuje proti oxidačnému stresu. Jedným z nich je tvorba antioxidantov priamo v organizme (endogénne antioxidanty), ďalším je príjem protioxidačných látok cestou potravy (exogénne antioxidanty). Hlavnou úlohou antioxidantov je neutralizovať nadbytok voľných radikálov, chrániť bunky proti ich toxickému efektu a podieľať sa na prevencii chorôb.
Samotné antioxidanty môžeme rozdeliť na enzymatické a neenzymatické.
Existuje celá rada telu vlastných enzymatických mechanizmov, ktoré pomáhajú v boji s voľnými radikálmi a prispievajú k rovnováhe organizmu.
Neenzymatické antioxidanty sa rozdeľujú na metabolické a výživové. K tým metabolickým patria tiež telu vlastné látky ako kyselina lipoová, glutatión, L-arginín, koenzým Q10, melatonín, kyselina močová, bilirubín, transferín a podobne. K výživovým patria tie antioxidanty, ktoré si naše telo nevie vytvoriť a musia byť prijímané v potrave. Patrí k nim vitamín C, E, karotenoidy, minerály ako selén, mangán a zinok, flavonoidy, omega 3-6-mastné kyseliny a iné.
Samotný proces antioxidácie
Keď antioxidant zničí voľný radikál, stáva sa oxidovaným. Z toho vyplýva, že zdroje týchto látok musia byť v tele obnovované. Je však zrejmé, že kým v jednom systéme látka pôsobí ako antioxidant, v inom systéme môže byť prooxidačná, a môže generovať toxický ROS či RNS.
Jednoznačne sa dá povedať, že antioxidačné látky môžu pôsobiť v dvoch rovinách. Jednak voľný radikál môže uvoľniť alebo ukradnúť elektrón, v druhej rovine sa formuje samotný radikál. Klasickým príkladom reťazovej reakcie je lipidová peroxidácia, kedy antioxidanty ako superoxid dizmutáza, kataláza a glutatión môžu preventívne ochrániť pred oxidáciou redukciou stupňa reťazovej iniciácie- buď iniciálnym vyzbieraním voľných radikálov alebo stabilizáciou premeny radikálov ako meď alebo železo.
K nutričným antioxidantom patria
- Vitamín E – môže byť v podobách α, β, γ, δ tokoferolu a α, β, γ, δ tokotrienolu. Hlavný antioxidačný účinok má v ochrane pred lipidovou peroxidáciou. Zdrojom tohto vitamínu sú rastlinné oleje, obilniny, oriešky, ovocie, vajcia, hydina, mäso. Varenie a uskladňovanie môže viesť k zničeniu prírodnej formy tokoferolu.
- Vitamín C – kyselina askorbová, jedná sa o vitamín rozpustný vo vode. Je esenciálny pri tvorbe kolagénu, karnitínu a neurotransmiterov. Znižuje výskyt rakoviny žalúdka, chráni pred rakovinou pľúc a hrubého čreva. Zdrojom vitamínu C sú zelenina, ovocie, jedná sa však o pomerne labilnú molekulu, ktorá sa môže zničiť pri varení.
- Betakarotén – provitamín vitamínu A. Je najlepším lapačom singletového kyslíka. Vyskytuje sa v ovocí, obilninách, zelenine, oleji. Bolo však aj zistené, že u fajčiarov je pravidelné užívanie betakaroténu spojené so zvýšeným rizikom pľúcnej a prostatickej rakoviny.
- Lykopén – niektoré vedecké štúdie sa zaoberali jeho úlohou pri prevencii rakoviny prostaty, výsledky sú nejednoznačné. Vyskytuje sa hlavne v rajčinách, pričom je viac biologicky dostupný vo varenej forme alebo v pripravenej šťave.
- Selén – rola tohto minerálu v prevencii rakoviny je zmyslom viacerých debát. Vyskytuje sa v zelenine, morských plodoch, mäse, pečeni a kvase.
- Flavonoidy – vyskytujú sa vo väčšine rastlín, sú preventívne pred vznikom viacerých degeneratívnych chorôb. Každá rastlina obsahuje unikátne flavonoidy, niektoré sa však vyskytujú aj u viacerých druhov. Hlavnými zdrojmi sú zelený čaj, hrozno, jablká, kakao, ginkgo biloba, sója, kurkuma, brokolica, cibuľa a podobne.
- Omega 3- a omega 6-mastné kyseliny – omega3- zmierňujú zápal a chránia pred chronickými ochoreniami ako infarkt myokardu, porážka, strata pamäti, depresia, artritída. Omega 6- mastné kyseliny pomáhajú pri diabetickej polyneuropatii, ale aj psoriáze, ekzéme, osteoporóze. Omega 3- sa vyskytujú v rybom tuku, riasach, vlašskom orechu, ľanovom semienku a niektorých olejoch. Zdrojom omega 6- sú rastlinné oleje, cereálie, orechy, vajcia a hydina.
Konečne, niektoré endogénne antioxidanty ako L-arginín alebo koenzým Q10 je možné použiť k prevencií alebo liečbe chronických ochorení vo forme doplnkov výživy.
Antioxidanty, ich výhody a nevhodnosť
Antioxidačné látky sú získavané z prírodných zdrojov, alebo chemickou syntézou. Aj napriek tomu, že ich používanie je spojené často s optimistickým úsudkom, dôkazy o ich benefitoch sú viac-menej nejednoznačné. Systematické používanie týchto látok je do istej miery sťažené faktormi, akými sú nedostatok prospektívnych a kontrolovaných štúdií či porozumenie dávkovaniu pri určitom ochorení.
Tiež je dôležitý fakt, že antioxidanty sa v určitých situáciách môžu správať ako prooxidanty, teda induktory oxidačného stresu.
Ak je to možné,
odporúča sa uprednostniť príjem antioxidantov vo forme bežných
potravín naproti výživovým doplnkom. Pochopenie problematiky
voľných radikálov a antioxidantov je dôležité pri
diagnostike niektorých ochorení a starnutia organizmu. Pred
účinkami oxidačného stresu nás ochráni zdravý životný štýl,
vyvarovanie sa znečistenému prostrediu i vyprážaným jedlám,
zákaz tabaku a alkoholu, ako aj vyvážená diéta.
Zdroje
DOBROTA D. a kol.: Lekárska biochémia. Voľné radikály. 2016. Osveta. s.715-728. [cit. 10.26.2024]. Dostupné z: ISBN 978-80-8063-444-5
WILSON R.D. a kol.: How do free radicals affect the body? 2017. MedicalNewsToday [online] [cit. 10.26.2024]. Dostupné z: https://www.medicalnewstoday.com/articles/318652
HUA H. a kol.: Free Radicals, Antioxidants in Disease and Health. 2008. PubMed [online] [cit. 10.26.2024]. Dostupné z: https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC3614697/
