Čo sú to „voľné radikály“?

• Voľný radikál je atóm alebo molekula s jedným alebo viacerými nepárovými elektrónmi.
• Voľné radikály sú veľmi nestabilné a snažia sa dosiahnuť stabilitu získaním potrebného elektrónu; preto sú voľné radikály veľmi reaktívne.
• Reagujú s inými chemickými zlúčeninami zachytením potrebného elektrónu, čím spúšťajú reťazové reakcie s tvorbou ďalších radikálov.
• Tieto reakcie sú neregulované a nepredvídateľné – vo všeobecnosti môžu ovplyvniť všetky biologické štruktúry. & Molekuly spôsobujú poškodenie
• Obzvlášť postihnuté sú:
  Bunkové komponenty (z.B. Poškodenie genetického materiálu v bunkovom jadre alebo DNA)
  • Tuky (oxidácia lipoproteínov) a sacharidy
  • Bielkoviny/Enzýmy
  • Aminokyseliny ako napríklad z.B. L-cysteín (stavebný blok glutatiónu)

Čo znamenajú pojmy „oxidácia“ a „redukcia“?

• Antioxidant daruje elektrón voľnému radikálu, čím ho neutralizuje; voľný radikál sa opäť stáva „zdravou“ molekulou.
• Uvoľnenie elektrónov spôsobuje oxidáciu (radikalizáciu) antioxidantu a následnú jeho opätovnú redukciu atď.

Čo je to „oxidačný stres“?

• Ak existuje nerovnováha medzi oxidáciou a redukciou alebo je v tele viac voľných radikálov (oxidantov) ako antioxidantov, hovorí sa o oxidačnom strese.

Ako vznikajú voľné radikály?

Voľné radikály sa tvoria exogénne (faktory prostredia) aj endogénne (prostredníctvom vlastných procesov tela):

• Endogénne:
  • Produkcia bunkovej energie v mitochondriách: V mitochondriách sa kyslík redukuje na vodu. Tento proces však nie je úplný: časť redukovaného kyslíka sa premieňa na voľné radikály (zlúčeniny kyslíka s vodíkom alebo dusíkom). Aby sa zabránilo tomu, aby reakcia kyslíka a vodíka v tele spôsobila explozívnu plynovú reakciu, elektróny sa prenášajú v niekoľkých fázach – to sa deje v takzvanom „respiračnom reťazci“ (elektrónový transportný reťazec). Tento reťazec pozostáva z niekoľkých prepojených redoxných systémov, v ktorých voľné radikály kradnú elektrón z molekúl, čím ich následne radikalizujú atď. Napríklad NADH sa oxiduje na NAD+ voľnými radikálmi, pričom sa uvoľňujú ióny H+.
  • Bunková imunitná obrana a zápal („Oxidačný vzplanutie“): v mitochondriách aktivovaných fagocytov (fagocytujúcich buniek, ako sú granulocyty a makrofágy, ktoré pohlcujú vírusy a baktérie) sa tvoria voľné radikály (napr. H2O2 a hydroxylové radikály), ktoré podporujú ničenie fagocytovaných baktérií (vírusov, baktérií) à Keď je imunitný systém nadmerne aktívny (napr. v dôsledku autoimunitných ochorení) a súčasne existuje nedostatok antioxidantov, dochádza k oxidačnému stresu!
  • detoxikácia (Detoxikačná fáza I): Aby sa toxické látky odstránili, musia sa najprv radikalizovať, d.h. Sú „reaktívne“. Produkty fázy I sú preto zvyčajne agresívnejšie ako samotný toxín, čo robí rýchlu detoxikáciu alebo vylúčenie vo fáze II dôležitou. Vo fáze II sa polárne hydrofilné molekuly, ako je glutatión alebo cysteín, pripájajú k metabolitom fázy I, čím sa stávajú dostupnými vo vode rozpustnej forme na vylúčenie obličkami.
  • Metabolizmus homocysteínu: Napríklad tvorba radikálov H2O2.interakciami s prechodnými kovmi alebo enzýmami
  • Glukooxidácia (v prípadoch vysokej hladiny glukózy alebo cukrovky) s tvorbou H2O2
  • Chronické ochorenia vo všeobecnosti: viesť k zápalu a zvýšenému uvoľňovaniu voľných radikálov
  • Fyzický stres (z.B. fyzická práca, súťažné športy)
• Exogénne:
  • Slnko a UV svetlo
  • Ozón O3
  • Rádioaktívne žiarenie z prostredia (z.B. (pri lietaní)
  • Rádioaktívne lekárske žiarenie (z.B. Terapia, mamografie a iné diagnostické postupy)
  • lieky (z.B. Antikoncepcia, paracetamol, antibiotiká, cytostatiká)
  • Cigarety a alkohol
  • Iné znečisťujúce látky v životnom prostredí, z.B. Kovy, smog, oxidy dusíka, výfukové plyny z automobilov, rozpúšťadlá, pesticídy & iné chemikálie

Aké škody môžu spôsobiť voľné radikály?

• Poškodenie DNA
• Dysregulácia metabolizmu sacharidov, aminokyselín a tukov
• Zrýchlenie starnutia
• Zníženie výkonu
• Zvýšené riziko tzv. „ochorení spôsobených voľnými radikálmi“ (postihujúcich...) v.a. Tkanivá s vysokou výmenou kyslíka, ako napríklad srdcový sval, kostrové svalstvo, očná šošovka atď.):
  • Neurodegeneratívne ochorenia, ako je Alzheimerova choroba
  • arterioskleróza
  • Alergie
  • procesy starnutia
  • Amyotropná laterálna skleróza (ALS): Narušenie rozpadu SOD a deštrukcia motorických nervových buniek voľnými radikálmi
  • Kataraktogénna makulárna degenerácia
  • cukrovka
  • Rakovina
• Zrýchlenie progresie a zvýšenie závažnosti mnohých ochorení
• Zvýšené riziko relapsu pri mnohých ochoreniach

Aké pozitívne funkcie majú voľné radikály v tele?

• Tréningová funkcia: Malé množstvá radikálov trénujú redoxný systém.
  (podporujú výkonnosť, produkciu antioxidantov a odolnosť), porovnateľné s očkovaním
• Imunitná funkcia:
  • Makrofágy a granulocyty tvoria v mitochondriách redoxné systémy; týmto spôsobom ničia voľné radikály. z.B. Baktérie a prvoky v interakcii s lytickými enzýmami
  • Vysoké dávky vitamínu C s radikálovou aktivitou majú cytotoxický účinok proti rakovinovým bunkám.
  • Chemoterapeutické látky a ožarovanie produkujúce radikály zabíjajú rakovinové bunky; UPOZORNENIE: Preto by sa antioxidanty nemali užívať počas chemoterapie a/alebo rádioterapie!
• Signálna funkcia: Radikály môžu pôsobiť ako signálne látky, z.B. pri zápale (stimulácia transportu imunitných buniek do miesta zápalu), pri raste nervových buniek (z.B. po poraneniach miechy, v kontexte neurogenézy u dospelých) a počas hojenia rán

Čo sú antioxidanty?

• Antioxidanty sú „lapače voľných radikálov“, d.h. Darujú radikálu elektrón a tým ho redukujú (a tým sú zničené). i.d.R. (samooxidovaný)
• Majú redukovanú skupinu OH, SH alebo NH a reagujú s radikálmi rýchlejšie ako iné biologické štruktúry (napr.(1 molekula antioxidantu vitamínu E chráni až 1000 reťazcov mastných kyselín!)
• Antioxidanty pôsobia synergicky a navzájom sa regenerujú: vytvárajú sieť. Enzymatické a neenzymatické antioxidanty: Vitamíny C, E, koenzým Q10 (ubichinón v oxidovanej forme, ubichinol v redukovanej forme), glutatión a kyselina alfa-lipoová sa po oxidácii navzájom regenerujú (redukujú).

Enzymatický (vyššia molekulová hmotnosť)	Neenzymatické (nízka molekulová hmotnosť)
• Tvorí sa v tele („endogénne“) • Účinky závislé od genetiky (Enzymopatia) a rýchlosť syntézy • Vysoká reakčná rýchlosť • Počas detoxikácie sa sami neradikalizujú (Žiadne reťazové reakcie!) • Vyžadujú kofaktory pre účinok • Nie sú k dispozícii na dobu neurčitú	• Väčšinou sa prijímajú prostredníctvom potravy • Účinky závisia od ponuky • Pomalý reakčný čas • Počas samotnej detoxikácie sa radikalizujú (treba zneškodniť!) • Možnosť rýchlej výmeny • Sú (teoreticky) dostupné na neurčito

Ktoré sú najdôležitejšie antioxidačné enzýmy?

• Superoxiddismutázy (SOD)
  • Katalyzujú premenu superoxidového radikálu (O2-) na H2O2 + O2
  • s meďou (Cu)/zinkom (Zn) ako kofaktorom v cytoplazme a extracelulárnom priestore
  • s mangánom (Mn) ako kofaktorom v mitochondriách
• Katalázy
  • Katalyzujú redukciu H2O2 na H2O (prevencia hydroxylových radikálov)
  • So železom (Fe) ako kofaktorom
  • a. v bunkách pečene, kože, obličiek a erytrocytoch
• Peroxidázy
  • Katalyzácia redukcie H2O2 na H2O vo vodnom prostredí bunky
  • Peroxidázy nezávislé od selénu (závislé od železa (Fe))
  • Selén-dependentná fosfolipidová hydroperoxidová glutatiónperoxidáza
  • a. v erytrocytoch, pečeni, pľúcach a obličkách

Aké sú najdôležitejšie neenzymatické antioxidanty?

• Karotenoidy
  • Betakarotén: Antioxidačný účinok prostredníctvom inaktivácie (tzv. „zhášania“) reaktívnych zlúčenín
  • Zeaxantín
  • Luteín
  • Lykopén
• Polyfenoly --> diela v.a. Antioxidant vďaka fenolickým OH skupinám; počet OH skupín ovplyvňuje antioxidačný účinok.
  • Resveratrol --> 3 OH skupiny
  • Kvercetín --> 5 OH skupín a preto má obzvlášť silný antioxidačný účinok
  • Matcha: S hodnotou ORAC 1 711 jednotiek/g má najvyššiu známu hodnotu ORAC v prírodnom produkte (ORAC znamená „Kapacita absorpcie kyslíkových radikálov“, d.h. schopnosť redukovať kyslíkové radikály)
  • Brahmí: Vedecké štúdie v.a. Antioxidačný účinok Brahmi v súvislosti s neurodegeneratívnymi ochoreniami sa skúma (pozri nižšie). https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4564646/ )
• Vitamíny
  • Vitamín C (rozpustný vo vode)
  • Vitamín E (rozpustné v tukoch)
  • Tokoferol E-OH sa oxiduje na tokoferoxylový radikál a potom sa redukuje späť na tokoferol E-OH vitamínom C alebo glutatiónom ako donorom vodíka.
  • Vitamín E prispieva k tomu, „Na ochranu DNA, bielkovín a lipidov pred oxidačným poškodením.“ (Oficiálne tvrdenie o vplyve na zdravie)
  • Vitamín B2 (rozpustné vo vode): "Vitamín B2 (riboflavín) prispieva k ochrane buniek pred oxidačným stresom. (Oficiálne zdravotné tvrdenie)
  • Vitamín A (rozpustný v tukoch)
  • Vitamín K (rozpustný v tukoch)
• Tiol (so skupinou SH)
  • Glutatión
  • L-cysteín
  • Kyselina alfa-lipoová
  • Dokáže prechádzať hematoencefalickou bariérou a regenerovať použité antioxidanty, ako sú vitamíny C a E, koenzým Q10 alebo glutatión; preto je kľúčovou zložkou synergických antioxidačných komplexov.
  • Časopis nemeckých farmaceutov: „Klinická štúdia u pacientov s miernou až stredne ťažkou Alzheimerovou demenciou ukázala, že dodatočné podávanie kyseliny alfa-lipoovej k inhibítorom acetylcholínesterázy extrémne spomaľuje progresiu ochorenia.“ (porov. https://www.deutsche-apotheker-zeitung.de/daz-az/2009/daz-3-2009/liponsaeure-bei-alzheimer-demenz )
• Iné aminokyseliny obsahujúce síru
  • Taurín
  • L-metionín
• Liečivé huby, najmä Cordyceps: Antioxidačná účinnosť extraktu z Cordycepsu bola preukázaná v laboratórnych testoch (pozri [odkaz]). https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/11114006/ )
• Koenzým Q10
• L-karnitín
• NADP (aktívny vitamín B3)
• Kofaktory enzymatických antioxidantov
  • Selén (Se)
  • Zinok (Zn)
  • Železo (Fe)
  • Mangán (Mn)
  • Meď (Cu)

Ktoré potraviny sú obzvlášť bohaté na antioxidanty?

antioxidant	Potraviny
Vitamín C Vitamín E selén Glutatión β-karotén Lykopén Sulforafán Resveratrol Spermidín	Citróny, pomaranče, grapefruity, kivi Olivový olej, olej z pšeničných klíčkov, pšeničné klíčky Pšeničné klíčky, sezamové semienka, celozrnné výrobky, morské ryby, červené ryby Avokádo, melón, špargľa, brokolica, špenát Mrkva, paradajky, marhule Paradajková šťava brokolica Červené víno (mierne!), bobule, arašidy Pšeničné klíčky, sója

Indikátory a rizikové faktory oxidačného stresu (Čím viac otázok je odpovedaných „áno“, tým väčšie je riziko oxidačného stresu.; nenahrádza u.g. Diagnostika!)

• sťažnosti
  • Často som unavený/á.
  • Trpím nedostatkom motivácie.
  • Mám viac ako 3 prechladnutia p.a.
  • Moja fyzická a psychická výkonnosť je neuspokojivá.
• Životný štýl
  • Fajčím.
  • Pijem viac ako 20 g alkoholu niekoľko dní v týždni.
  • Často trávim čas na slnku a/alebo navštevujem solária.
  • Intenzívne cvičím niekoľkokrát do týždňa.
• bremená
  • Pravidelne som v strese.
  • Som vystavený/á látkam znečisťujúcim životné prostredie (napr. amalgámu alebo žiareniu).
  • Často držím diéty.
  • Veľa pracujem na počítači.
• Choroby a zdravotné riziká
  • Nadváha
  • Poruchy metabolizmu lipidov
  • Diabetes mellitus
  • Srdcové choroby
  • Reumatické ochorenia
  • Črevné choroby
  • Respiračné choroby
  • Alergie
  • Rakovina
• Užívanie liekov
  • Lieky proti bolesti
  • Hormonálne prípravky
  • Antikoncepcia
  • Chemoterapeutické látky
• Výživa
  • Denne zjem menej ako 3 porcie čerstvého ovocia a šetrne pripravenej zeleniny.
  • Denne pijem menej ako 2 poháre ovocnej alebo zeleninovej šťavy.
  • Moja strava pravidelne neobsahuje mlieko a mliečne výrobky.
  • Denne pijem menej ako 1,5 litra tekutín.
  • Ryby nejem pravidelne.

Diagnostika oxidačného stresu

• Stránka o antioxidantoch
  • Stanovenie hladín najdôležitejších antioxidantov v krvi
    • Neenzymatické látky ako glutatión, vitamíny C a E, koenzým Q10 a kofaktory selén a zinok
    • Enzymatické enzýmy, ako je superoxiddismutáza (SOD) a glutatiónperoxidáza (GPx).
  • Skríning na posúdenie antioxidačnej ochrany: Celková antioxidačná kapacita (TAS)/Antioxidačný potenciál (TEAC) (schopnosť reagovať s voľnými radikálmi)
    • V laboratóriu: z.B. Pacientovo sérum (s antioxidantmi) + definované množstvo voľných radikálov; meranie zvyškového množstva radikálov po detoxikácii (farbiaca reakcia):
      Počiatočné množstvo – zvyškové množstvo = Antioxidačný potenciál (normálna hodnota: 1,3 – 1,77 mmol/l krvi)
    • V praxi: z.B. FORD (ochrana pred voľnými kyslíkovými radikálmi) v kapilárnej krvi
• Radikálna strana
  • Meranie lipidovej peroxidácie: Malondialdehyd (MDA-LDL ako dlhodobá hodnota počas 7 – 10 dní), keďže aldehyd je merateľný produkt rozkladu voľných radikálov.
    • 4-Hydroxnonenal HNE (alkenal/aldehyd): oxidačné poškodenie polynenasýtených mastných kyselín
    • 8-Ispoprostán F2 α (8-izo-prostaglandín F2 α): oxidačné poškodenie syntézy prostaglandínov (z kyseliny arachidónovej)
    • 2-Propenal (akroleín/aldehyd): oxidačné poškodenie polynenasýtených mastných kyselín
  • Detekcia oxidačného poškodenia genetického materiálu: Deoxyguanozínový test (oxidácia DNA/8-OHdG) (vylučovanie 8-hydroxydeoxyguanozínu ako dôsledok oxidačného poškodenia nukleových kyselín/DNA močom; biomarker na posúdenie individuálnych mutagénnych/karcinogénnych účinkov oxidačného stresu)
  • Detekcia oxidácie bielkovín: nitrotyrozín (oxidácia tyrozínu peroxynitritom)
  • Elektrónová spinová rezonancia (ESR): Priama detekcia radikálov (princíp: absorpcia mikrovlnného žiarenia nepárovými elektrónmi; ale nie je stanovená kvôli nedostupnosti a krátkej životnosti radikálov)

Príklady použitia antioxidantov

• procesy starnutia
• Šport (zameraný na výkon)
• Kardiovaskulárne ochorenia (z.B. Arterioskleróza)
• neurológ & psychika (z.B. Alzheimerova choroba, Parkinsonova choroba, ALS, schizofrénia) (3)
• Imunitný systém a zápal vo všeobecnosti (reumatizmus, parodontitída, akútna pankreatitída)
• Poruchy vyvolané liekmi
• Iné znečistenie životného prostredia (z.B. Alkohol, fajčenie, znečisťujúce látky)
• cukrovka
• Respiračné choroby
• Očné choroby (z.B. Katarakta)
• Reprodukčná medicína a neplodnosť (2)
• Prevencia rakoviny (Poznámka: Počas chemoterapie/rádioterapie sa treba vyhýbať antioxidantom, pretože môžu zabrániť (v tomto prípade) požadovanej bunkovej smrti!) (1)

(1) Antioxidanty a riziko rakoviny

Následné kroky SU.VI.MAXŠtúdia z Francúzska, do ktorej bolo zapojených 12 741 dospelých (primárna prevencia, placebom kontrolovaná, dvojito zaslepená, monitorovanie hladín v krvi), ktorá sa uskutočnila počas piatich rokov, potvrdila, že dlhodobé podávanie antioxidačného komplexu v nutričných dávkach (vitamín C 120 mg/deň, vitamín E 30 mg/deň, betakarotén 6 mg/deň, selén 100 mcg/deň, zinok 20 mg/deň) viedlo k 31 % zníženiu rizika rakoviny a 37 % zníženiu úmrtnosti u jedincov s nedostatočným prísunom antioxidantov vo forme ovocia a zeleniny (pozri [odkaz]). https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/20104528/ ).

(2) Antioxidanty a neplodnosť

Oxidačný stres poškodzuje spermie. Proti tomuto poškodeniu sa dá telu pôsobiť pomocou vlastných antioxidačných obranných mechanizmov.
Riziko vrodených chýb sa dá znížiť. U partneriek neplodných mužov, ktorí užívali antioxidanty ako súčasť reprodukčného programu, sa zvýšila pôrodnosť. Pozri: Prehľad 34 randomizovaných kontrolovaných štúdií s 2876 pármi; Showell a kol., Antioxidanty pre mužskú subfertilitu; Cochrane 2012; DOI: 10.1002/14651858.CD007411.pub2 („Oxidačný stres môže spôsobiť poškodenie spermií. Toto poškodenie sa dá zmierniť prirodzenou antioxidačnou obranou tela. Antioxidanty môžu byť súčasťou našej stravy a užívané ako doplnok. Predpokladá sa, že v mnohých prípadoch nevysvetliteľnej subfertility a tiež v prípadoch, keď môže existovať problém súvisiaci so spermiami, užívanie perorálneho antioxidačného doplnku môže zvýšiť šancu páru na otehotnenie počas liečby neplodnosti.“)

(3) Antioxidanty a demencia
Mitochondriálne radikály sú čiastočne zodpovedné za tvorbu agregátov amyloidu-β. Amyloid
β následne vedie k mitochondriálnej dysfunkcii a zvýšeniu ROS (porov. Leuner K a kol.; ROS odvodené z mitochondrií vedú k zvýšenej tvorbe amyloidu-beta; Antioxid Redox Signal 2012; 16; 1421-1433; „Záver: Niekoľko dôkazov ukazuje, že ROS odvodené z mitochondrií vedú k zvýšenému spracovaniu amyloidogénneho prekurzorového proteínu amyloidu a že Aβ sama o sebe vedie k mitochondriálnej dysfunkcii a zvýšeným hladinám ROS. Predpokladáme, že od mitochondriálnej dysfunkcie sa spúšťa začarovaný kruh, ktorý prispieva k patogenéze sporadickej Alzheimerovej choroby.“