Co jsou to „volné radikály“?

• Volný radikál je atom nebo molekula s jedním nebo více nepárovými elektrony.
• Volné radikály jsou velmi nestabilní a snaží se dosáhnout stability získáním potřebného elektronu; proto jsou volné radikály velmi reaktivní.
• Reagují s jinými chemickými sloučeninami zachycením potřebného elektronu, čímž spouštějí řetězové reakce s tvorbou dalších radikálů.
• Tyto reakce jsou neregulované a nepředvídatelné – obecně mohou ovlivnit všechny biologické struktury. & Molekuly způsobují poškození
• Obzvláště postiženy jsou:
  Buněčné komponenty (z.B. Poškození genetického materiálu v buněčném jádru nebo DNA)
  • Tuky (oxidace lipoproteinů) a sacharidy
  • Proteiny/Enzymy
  • Aminokyseliny, jako například z.B. L-cystein (stavební blok glutathionu)

Co znamenají pojmy „oxidace“ a „redukce“?

• Antioxidant daruje elektron volnému radikálu, čímž jej neutralizuje; volný radikál se opět stává „zdravou“ molekulou.
• Uvolnění elektronů způsobí oxidaci (radikalizaci) antioxidantu a jeho následnou redukci atd.

Co je to „oxidační stres“?

• Pokud existuje nerovnováha mezi oxidací a redukcí, nebo pokud je v těle více volných radikálů (oxidantů) než antioxidantů, hovoří se o oxidačním stresu.

Jak vznikají volné radikály?

Volné radikály se tvoří jak exogenně (vlivem faktorů prostředí), tak endogenně (prostřednictvím vlastních procesů v těle):

• Endogenní:
  • Produkce buněčné energie v mitochondriích: V mitochondriích se kyslík redukuje na vodu. Tento proces však není úplný: část redukovaného kyslíku se přeměňuje na volné radikály (sloučeniny kyslíku s vodíkem nebo dusíkem). Aby se zabránilo tomu, aby reakce kyslíku a vodíku v těle způsobila explozivní plynovou reakci, jsou elektrony přenášeny v několika fázích – k tomu dochází v tzv. „respiračním řetězci“ (řetězci transportu elektronů). Tento řetězec se skládá z několika propojených redoxních systémů, ve kterých volné radikály kradou elektrony z molekul, čímž je následně radikalizují atd. Například NADH je volnými radikály oxidován na NAD+, čímž se uvolňují ionty H+.
  • Buněčná imunitní obrana a zánět („Oxidační vzplanutí“): v mitochondriích aktivovaných fagocytů (fagocytujících buněk, jako jsou granulocyty a makrofágy, které pohlcují viry a bakterie) se tvoří volné radikály (např. H2O2 a hydroxylové radikály), které podporují usmrcování fagocytovaných choroboplodných zárodků (virů, bakterií) à Když je imunitní systém hyperaktivní (např. v důsledku autoimunitních onemocnění) a zároveň je nedostatek antioxidantů, dochází k oxidačnímu stresu!
  • detoxikace (Detoxikační fáze I): Aby se toxické látky mohly eliminovat, musí se nejprve radikalizovat, d.h. Jsou „reaktivní“. Produkty fáze I jsou proto obvykle agresivnější než skutečný toxin, což zdůrazňuje důležitost rychlé detoxikace nebo vyloučení ve fázi II. Ve fázi II se polární hydrofilní molekuly, jako je glutathion nebo cystein, navážou na metabolity fáze I, čímž je zpřístupní ve vodě rozpustné formě pro vyloučení ledvinami.
  • Metabolismus homocysteinu: Například tvorba radikálů H2O2.interakcemi s přechodnými kovy nebo enzymy
  • Glukooxidace (v případech vysoké hladiny glukózy nebo cukrovky) za vzniku H2O2
  • Chronická onemocnění obecně: vést k zánětu a zvýšenému uvolňování volných radikálů
  • Fyzický stres (z.B. fyzická práce, soutěžní sporty)
• Exogenní:
  • Slunce a UV záření
  • Ozon O3
  • Radioaktivní záření z okolního prostředí (z.B. (při létání)
  • Radioaktivní lékařské záření (z.B. Terapie, mamografie a další diagnostické postupy)
  • léky (z.B. Antikoncepce, paracetamol, antibiotika, cytostatika)
  • Cigarety a alkohol
  • Další znečišťující látky v životním prostředí, z.B. Kovy, smog, oxidy dusíku, výfukové plyny z automobilů, rozpouštědla, pesticidy & jiné chemikálie

Jaké škody mohou způsobit volné radikály?

• Poškození DNA
• Dysregulace metabolismu sacharidů, aminokyselin a tuků
• Zrychlení stárnutí
• Snížení výkonu
• Zvýšené riziko tzv. „onemocnění způsobených volnými radikály“ (které postihují...) v.a. Tkáně s vysokou obměnou kyslíku, jako je srdeční sval, kosterní sval, oční čočka atd.):
  • Neurodegenerativní onemocnění, jako je Alzheimerova choroba
  • arterioskleróza
  • Alergie
  • procesy stárnutí
  • Amyotropní laterální skleróza (ALS): Narušení rozpadu SOD a destrukce motorických nervových buněk volnými radikály
  • Kataraktogeneze makulární degenerace
  • cukrovka
  • Rakovina
• Zrychlení progrese a zhoršení mnoha onemocnění
• Zvýšené riziko relapsu u mnoha onemocnění

Jaké pozitivní funkce mají volné radikály v těle?

• Trénovací funkce: Malé množství radikálů trénuje redoxní systém.
  (podporují výkon, produkci antioxidantů a odolnost), srovnatelné s očkováním
• Imunitní funkce:
  • Makrofágy a granulocyty tvoří v mitochondriích redoxní systémy; tím ničí volné radikály. z.B. Bakterie a prvoci v interakci s lytickými enzymy
  • Vysoké dávky vitaminu C s radikálovou aktivitou mají cytotoxický účinek proti rakovinným buňkám.
  • Chemoterapeutické látky a záření produkující radikály zabíjejí rakovinné buňky; VAROVÁNÍ: Antioxidanty by se proto neměly užívat během chemoterapie a/nebo radioterapie!
• Signální funkce: Radikály mohou působit jako signální látky, z.B. při zánětu (stimulace transportu imunitních buněk do místa zánětu), při růstu nervových buněk (z.B. po poranění míchy, v kontextu neurogeneze u dospělých) a během hojení ran

Co jsou antioxidanty?

• Antioxidanty jsou „lapače volných radikálů“, d.h. Darují radikálu elektron a tím ho redukují (a tím jsou zničeni). i.d.R. (samozoxidovaný)
• Mají redukovanou skupinu OH, SH nebo NH a reagují s radikály rychleji než jiné biologické struktury (např.(1 molekula antioxidantu vitaminu E chrání až 1000 řetězců mastných kyselin!)
• Antioxidanty působí synergicky a vzájemně se regenerují: tvoří síť. Enzymatické a neenzymatické antioxidanty: Vitamíny C, E, koenzym Q10 (ubichinon v oxidované formě, ubichinol v redukované formě), glutathion a kyselina alfa-lipoová se po oxidaci vzájemně regenerují (redukují).

Enzymatický (vyšší molekulová hmotnost)	Neenzymatické (nízká molekulová hmotnost)
• Tvoří se v těle („endogenní“) • Účinky závislé na genetice (Enzymopatie) a rychlost syntézy • Vysoká reakční rychlost • Během detoxikace se sami neradikalizují (Žádné řetězové reakce!) • Pro účinek vyžadují kofaktory • Nejsou k dispozici na dobu neurčitou	• Většinou se přijímají potravou • Účinky závisí na nabídce • Pomalá reakční doba • Během samotné detoxikace se radikalizují (musí být zneškodněno!) • Možná rychlá výměna • Jsou (teoreticky) k dispozici neomezeně dlouho

Které jsou nejdůležitější antioxidační enzymy?

• Superoxiddismutázy (SOD)
  • Katalyzují přeměnu superoxidového radikálu (O2-) na H2O2 + O2
  • s mědí (Cu)/zinkem (Zn) jako kofaktorem v cytoplazmě a extracelulárním prostoru
  • s manganem (Mn) jako kofaktorem v mitochondriích
• Katalázy
  • Katalyzují redukci H2O2 na H2O (prevence hydroxylových radikálů)
  • S železem (Fe) jako kofaktorem
  • a. v játrech, kůži, buňkách ledvin a erytrocytech
• Peroxidázy
  • Katalyzace redukce H2O2 na H2O ve vodném prostředí buňky
  • Peroxidázy nezávislé na selenu (dependentní na železe (Fe))
  • Selen-dependentní fosfolipid hydroperoxid glutathionperoxidáza
  • a. v erytrocytech, játrech, plicích a ledvinách

Jaké jsou nejdůležitější neenzymatické antioxidanty?

• Karotenoidy
  • Beta-karoten: Antioxidační účinek prostřednictvím inaktivace (tzv. „zhášení“) reaktivních sloučenin
  • Zeaxanthin
  • Lutein
  • Lykopen
• Polyfenoly --> práce v.a. Antioxidační účinek díky fenolickým OH skupinám; počet OH skupin ovlivňuje antioxidační účinek.
  • Resveratrol --> 3 OH skupiny
  • Kvercetin --> 5 OH skupin a proto obzvláště silný antioxidační účinek
  • Matcha: S hodnotou ORAC 1 711 jednotek/g má nejvyšší známou hodnotu ORAC u přírodního produktu (ORAC zkratka pro „kapacitu absorpce kyslíkových radikálů“, d.h. schopnost redukovat kyslíkové radikály)
  • Brahmí: Vědecké studie v.a. Antioxidační účinek Brahmi ve vztahu k neurodegenerativním onemocněním je předmětem výzkumu (viz níže). https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4564646/ )
• Vitamíny
  • Vitamín C (rozpustný ve vodě)
  • Vitamín E (rozpustné v tucích)
  • Tokoferol E-OH se oxiduje na tokoferoxylový radikál a poté se redukuje zpět na tokoferol E-OH vitamínem C nebo glutathionem jako donorem vodíku.
  • „Vitamín E přispívá k…“ „K ochraně DNA, proteinů a lipidů před oxidačním poškozením.“ (Oficiální zdravotní tvrzení)
  • Vitamín B2 (rozpustné ve vodě): "Vitamin B2 (riboflavin) přispívá k ochraně buněk před oxidačním stresem. (Oficiální zdravotní tvrzení)
  • Vitamín A (rozpustný v tucích)
  • Vitamín K (rozpustný v tucích)
• Thiol (se skupinou SH)
  • Glutathion
  • L-cystein
  • Kyselina alfa-lipoová
  • Dokáže procházet hematoencefalickou bariérou a regenerovat použité antioxidanty, jako jsou vitamíny C a E, koenzym Q10 nebo glutathion; proto je klíčovou složkou synergických antioxidačních komplexů.
  • Německý lékárník: „Klinická studie u pacientů s mírnou až středně těžkou Alzheimerovou demencí ukázala, že dodatečné podávání kyseliny alfa-lipoové k inhibitorům acetylcholinesterázy extrémně zpomaluje progresi onemocnění.“ (viz. https://www.deutsche-apotheker-zeitung.de/daz-az/2009/daz-3-2009/liponsaeure-bei-alzheimer-demenz )
• Další aminokyseliny obsahující síru
  • Taurin
  • L-methionin
• Léčivé houby, zejména Cordyceps: Antioxidační účinnost extraktu z Cordycepsu byla prokázána v laboratorních testech (viz [odkaz]). https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/11114006/ )
• Koenzym Q10
• L-karnitin
• NADP (aktivní vitamin B3)
• Kofaktory enzymatických antioxidantů
  • Selen (Se)
  • Zinek (Zn)
  • Železo (Fe)
  • Mangan (Mn)
  • Měď (Cu)

Které potraviny jsou obzvláště bohaté na antioxidanty?

antioxidant	Potraviny
Vitamín C Vitamín E selen Glutathion β-karoten Lykopen Sulforafan Resveratrol Spermidin	Citrony, pomeranče, grapefruity, kiwi Olivový olej, olej z pšeničných klíčků, pšeničné klíčky Pšeničné klíčky, sezamová semínka, celozrnné výrobky, mořské ryby, červené rybky Avokádo, meloun, chřest, brokolice, špenát Mrkev, rajčata, meruňky Rajčatová šťáva brokolice Červené víno (s mírou!), bobule, arašídy Pšeničné klíčky, sója

Indikátory a rizikové faktory oxidačního stresu (Čím více otázek je zodpovězeno „ano“, tím větší je riziko oxidačního stresu.; nenahrazuje u.g. Diagnostika!)

• stížnosti
  • Často jsem unavený/á.
  • Trpím nedostatkem motivace.
  • Mám více než 3 nachlazení p.a.
  • Moje fyzická i psychická výkonnost je neuspokojivá.
• Životní styl
  • Kouřím.
  • Piji přes 20 g alkoholu několik dní v týdnu.
  • Často trávím čas na slunci a/nebo navštěvuji solária.
  • Několikrát týdně intenzivně cvičím.
• břemena
  • Jsem pravidelně ve stresu.
  • Jsem vystaven/a látkám znečišťujícím životní prostředí (např. amalgámu nebo radiaci).
  • Často držím diety.
  • Hodně pracuji na počítači.
• Nemoci a zdravotní rizika
  • Nadváha
  • Poruchy metabolismu lipidů
  • Diabetes mellitus
  • Srdeční onemocnění
  • Revmatická onemocnění
  • Střevní onemocnění
  • Respirační onemocnění
  • Alergie
  • Rakovina
• Příjem léků
  • Léky proti bolesti
  • Hormonální přípravky
  • Antikoncepce
  • Chemoterapeutické látky
• Výživa
  • Denně jím méně než 3 porce čerstvého ovoce a šetrně připravené zeleniny.
  • Denně piji méně než 2 sklenice ovocné nebo zeleninové šťávy.
  • Můj jídelníček pravidelně neobsahuje mléko a mléčné výrobky.
  • Denně piji méně než 1,5 litru tekutin.
  • Ryby nejím pravidelně.

Diagnostika oxidačního stresu

• Stránka s antioxidanty
  • Stanovení hladin nejdůležitějších antioxidantů v krvi
    • Neenzymatické látky, jako je glutathion, vitamíny C a E, koenzym Q10 a kofaktory selen a zinek
    • Enzymatické enzymy, jako je superoxiddismutáza (SOD) a glutathionperoxidáza (GPx).
  • Screening pro posouzení antioxidační ochrany: Celková antioxidační kapacita (TAS)/Antioxidační potenciál (TEAC) (schopnost reagovat s volnými radikály)
    • V laboratoři: z.B. Pacientovo sérum (s antioxidanty) + definované množství volných radikálů; měření zbytkového množství radikálů po detoxikaci (barvicí reakce):
      Počáteční množství – zbytkové množství = Antioxidační potenciál (normální hodnota: 1,3–1,77 mmol/l krve)
    • V praxi: z.B. FORD (ochrana proti volným kyslíkovým radikálům) v kapilární krvi
• Radikální strana
  • Měření lipidové peroxidace: Malondialdehyd (MDA-LDL jako dlouhodobá hodnota po dobu 7–10 dnů), protože aldehyd je měřitelný produkt rozkladu volných radikálů.
    • 4-Hydroxnonenal HNE (alkenal/aldehyd): oxidační poškození polynenasycených mastných kyselin
    • 8-Ispoprostan F2 α (8-iso-Prostaglandin F2 α): oxidační poškození syntézy prostaglandinů (z kyseliny arachidonové)
    • 2-Propenal (akrolein/aldehyd): oxidační poškození polynenasycených mastných kyselin
  • Detekce oxidačního poškození genetického materiálu: Deoxyguanosinový test (oxidace DNA/8-OHdG) (vylučování 8-hydroxydeoxyguanosinu v důsledku oxidačního poškození nukleových kyselin/DNA močí; biomarker pro posouzení individuálních mutagenních/karcinogenních účinků oxidačního stresu)
  • Detekce oxidace proteinů: Nitrotyrosin (oxidace tyrosinu peroxynitritem)
  • Elektronová spinová rezonance (ESR): Přímá detekce radikálů (princip: absorpce mikrovlnného záření nepárovými elektrony; ale nebyla prokázána kvůli nedostatku dostupnosti a krátké životnosti radikálů)

Příklady použití antioxidantů

• procesy stárnutí
• Sport (zaměřený na výkon)
• Kardiovaskulární onemocnění (z.B. Arterioskleróza)
• neurolog & psychika (z.B. Alzheimerova choroba, Parkinsonova choroba, ALS, schizofrenie) (3)
• Imunitní systém a zánět obecně (revmatismus, parodontitida, akutní pankreatitida)
• Poruchy vyvolané léky
• Jiné znečištění životního prostředí (z.B. Alkohol, kouření, znečišťující látky)
• cukrovka
• Respirační onemocnění
• Oční onemocnění (z.B. Šedý zákal)
• Reprodukční medicína a neplodnost (2)
• Prevence rakoviny (Poznámka: Během chemoterapie/radiační terapie je třeba se vyhýbat antioxidantům, protože mohou zabránit (v tomto případě) požadované buněčné smrti!) (1)

(1) Antioxidanty a riziko rakoviny

Navazující opatření SU.VI.MAXStudie z Francie, do které bylo zařazeno 12 741 dospělých (primární prevence, placebem kontrolovaná, dvojitě zaslepená, sledování hladin v krvi), prováděná po dobu pěti let, potvrdila, že dlouhodobé podávání antioxidačního komplexu v nutričních dávkách (vitamin C 120 mg/den, vitamin E 30 mg/den, beta-karoten 6 mg/den, selen 100 mcg/den, zinek 20 mg/den) vedlo k 31% snížení rizika rakoviny a 37% snížení úmrtnosti u jedinců s nedostatečným přísunem antioxidantů ve formě ovoce a zeleniny (viz [odkaz]). https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/20104528/ ).

(2) Antioxidanty a neplodnost

Oxidační stres poškozuje spermie. Proti tomuto poškození lze tělu vlastní antioxidační obranyschopnost.
Riziko vrozených vad lze snížit. U partnerek neplodných mužů, kteří užívali antioxidanty jako součást reprodukčního programu, se zvýšila porodnost. Viz: Přehled 34 randomizovaných kontrolovaných studií s 2876 páry; Showell a kol., Antioxidanty pro mužskou subfertilitu; Cochrane 2012; DOI: 10.1002/14651858.CD007411.pub2 („Oxidační stres může způsobit poškození spermií. Toto poškození lze zmírnit přirozenou antioxidační obranou těla. Antioxidanty mohou být součástí naší stravy a užívat se jako doplněk stravy. Předpokládá se, že v mnoha případech nevysvětlitelné subfertility a také v případech, kdy se může jednat o problém související se spermiemi, může užívání perorálního antioxidačního doplňku zvýšit šanci páru na početí, pokud podstupuje léčbu neplodnosti.“)

(3) Antioxidanty a demence
Mitochondriální radikály jsou částečně zodpovědné za tvorbu agregátů amyloidu-β. Amyloid
β následně vede k mitochondriální dysfunkci a zvýšení ROS (viz Leuner K et al.; ROS odvozené z mitochondrií vedou ke zvýšené tvorbě amyloid-beta; Antioxid Redox Signal 2012; 16; 1421-1433; „Závěr: Několik důkazů ukazuje, že ROS odvozené z mitochondrií vedou ke zvýšenému zpracování amyloidogenního prekurzorového proteinu amyloidu a že Aβ…“ sama o sobě vede k mitochondriální dysfunkci a zvýšeným hladinám ROS. Domníváme se, že počínaje mitochondriální dysfunkcí se spouští začarovaný kruh, který přispívá k patogenezi sporadické Alzheimerovy choroby.“