Antioksidanteista edelleen. Oxidatiivinen stressi.

 Päivitystä antioksidanteista NNR 2012 mukaan.  

(I) Dietary antioxidants

(II) Introduction

(III) Compounds with ability to scavenge or neutralize free radicals

(IV) Compounds with ability to induce antioxidant enzymes

(V) Protective effects of antioxidant-rich diets in experimental animal and human studies

(VI) Intervention trials with antioxidant supplements

(VII) Recommendations

(1) Antioxidant or redox-active compounds supplements

(2) Antioxidant-rich foods

(X) Reasoning behind the recommendation

References

(III)  Yhdisteitä, jotka kykenevät pyydystämään tai neutraloimaan vapaita radikaaleja.   Compounds with ability to scavenge or neutralize free radicals

KAROTENOIDIT

Karotenoidit (carotenoids) ovat kasvikunnassa yleisiä ja niitä on tunnistettu luonnosta noin tuhat erilaista. Karotenoidit ovat hyvä esimerkki sellaisista yhdisteistä, jotka sekä estävät, että kiihdyttävät oksidaatiota bioloogisesta järjestelmästä riippuvalla tavalla ( El-Agamey et al. 2004). Kasveista on luonnehdittu noin 600 erilaista karotenoidia ja meidän ravintomme käsittää niistä ainakin 60 erilaista.
Ravinnon pääasialliset karotenoidit ovat provitamiini A-karotenoidien alfa-karoteenin ja beeta-karoteenin sekä beeta-kryptoxantiinin (cryptoxanthins) ohella lykopeeni (lycopene) ja hydroksikarotenoidit (xantofylliinit, xantophyllins) luteiini (lutein) ja zeaxantiini (zeaxanthin). Kasveissa niiden päätehtävänä on toimia valoa keräävänä lisälaitteena ja fotosynteesissä mahdollisesti muodostuneitten virittyneiten molekyylien sammuttajina.

Carotenoids are ubiquitous in the plant kingdom, and as many as >1000 naturally occurring variants have been identified. Carotenoids are good examples of compounds that have properties both to inhibit and to enhance oxidation, depending on the biological system (El- Agamey et al., 2004). About 600 different carotenoids have been characterised in plants and of these our diet contains at least 60 (6).

Besides the provitamin A carotenoids, alfa- and beta-carotene and beta cryptoxanthin, lycopene and the hydroxy-carotenoids (xanthophylls) lutein and zeaxanthin are the main carotenoids present in the diet. Their major role in plants is light harvesting as auxiliary components and quenching of excited molecules that may be formed during photosynthesis (4-6).

FENOLISET YHDISTEET

Fenoliset yhdisteet (phenolic compounds) ovat myös tavallisia monissa syötävissä kasveissa. Niitä syntetisoituu monen muotoisina ja niitä kuuluu useisiin molekyyliperheisiin kuten bentseenihappojohdannaisiin ( benzoic acid derivatives), flavonoideihin (flavonoids), proantosyanideihin (proanthocyanides), stilbeeneihin (stilbenes), kumariineihin (coumarins), lignaaneihin (lignans) ja ligniineihin (lignins). On kyetty eristämään yli 8000 erilaista kasvifenolia. Kasvifenolit kykenevät toimimaan antioksidantteina, koska niiden fenoliset OH-ryhmät voivat luovuttaa vetyatomin (H)

Phenolic compounds are also ubiquitous in many edible plants (6). They are synthesized in a large variety of forms belonging to several molecular families such as benzoic acid derivatives, flavonoids, proanthocyanidins, stilbenes, coumarins, lignans and lignins. Over 8000 plant phenols have been isolated. Plant phenols are antioxidants by virtue of the hydrogen-donating properties of the phenolic hydroxyl groups (6).

GLUTATIONI (GSH)

Glutationi on yksi tärkeä pääasiallinen soluantioksidantti ja sitä on ravinnossakin runsaasti, mutta se ei  imeydy sellaisenaan, vaan pilkkoutuu aminohappo-osiinsa: glutamiini (Q), cysteiini C (joka sisältää . –SH ryhmän) ja glysiini (G). Kuitenkin ravintoperäisten rikkipitoisten aminohappojen (Met, Cys) saatavillaolo moduloi osaltaan solun oman glutationin (GSH) tuotantoa.

Glutathione, which is the major cellular antioxidant, is present in abundant amounts in the diet, although it is not absorbed as such from the diet but broken down to its constituent amino acids on digestion. The dietary availability of sulphur amino acids can, however, modulate cellular glutathione production (4-6, 11-12).

On todennäköistä että ylläoleviin molekyyliperheisiin kuuluvat antioksidantit erilaisine kemiallisine ja biokemiallisine ominaisuuksineen aktivoivat kukin toisiaan monimutkaisella integroidulla tavalla. Sellaisia vuorovaikutuksia on koeputkessa esitetty tapahtuvan alfa-tokoferolille, alfa-tokotrienolille, askorbiinihapolle, liponihapolle ja tioleille ( Packer et al.), mutta tällä konseptilla saattaa olla paljon laajempaa pätevyyttä kuten Buettner uumoilee. Näistä näkymistä asianmukaisen endogeenin antioksidanttipuolustuksen ylläpitoon tarvittaisiin moninaisia antioksidanteja. Dieetin erillisten antioksidenttien korostamisen sijaan olisi parempi konsepti sellainen, missä pyritään antioksidanttien soveliaaseen tasapainoon ( esim elektroneja ja vetyä luovuttavien reduktanttien kesken) tai puhutaan ravinnon kokonaisantioksidanteista.

It is likely that antioxidants from the molecular families described above with different chemical and biochemical properties activate each other in a complex integrated manner. Such interaction has been proven in vitro for alfa-tocopherol, alfa-tocotrienol, ascorbic acid, lipoic acid and thiols by Packer and colleagues (11), but the concept could have much broader validity as suggested by Buettner (12). This raises the prospect that a variety of antioxidants are necessary to maintain the proper endogenous antioxidant defence system. Thus, the total amount or appropriate balance of antioxidants (i.e. electron- or hydrogen-donating reductants) in the diet may be a better concept than individual dietary antioxidants.

Ihmisen antioksidanttinen järjestelmä käsittää sekä ravinnosta saatavia antioksidantteja että endogeenisiä kehon muodostamia antioksidantteja. Kasvin antioksidanttinen puolustuskyky saattaa olla relevantti ihmisen terveydelle tai ehkäpä ei ole (Sies , 2007). Ravintokasvien totaalia antioksidatiivisuutta mittaavien menetelmien pätevyys saattaa olla erilainen sovellettaessa ihmisen plasmaan tai kehonesteisiin (Sies, 2007), koska nämä menetelmät perustuva antioksidanttien erilaisiin kemiallisiin ominaisuuksiin ja kyky poimia sekä vesiliukoisia että rasvaliukoisia antioksidantteja voi vaihdella substraatista riippuvalla tavalla.

The antioxidant defence system in humans consists of both antioxidants obtained from the diet and endogenous antioxidants generated in the body. The antioxidant defence capacity in a plant may or may not be relevant to human health (Sies, 2007). The ability of a method to assess the total antioxidant capacity of dietary plants may differ when applied to plasma or bodily fluids in humans (13-17, Sies, 2007), since the basis of these methods are the different chemical properties of the antioxidants, and the ability to pick up both water- and fat-soluble antioxidants may vary depending on the substrate.

Runsaita kokonaisantioksidanttipitoisuuksia sisältäviä ravinteita ovat seuraavat: useat marjat (kuten mustikat, karhunvatut, mansikat ja vadelmat), hedelmät (granaattiomenat, viinirypäleet ja appelsiinit), pähkinät ja siemenet ( saksanpähkinät ja auringonkukansiemet), vihannekset (lehtikaali, punakaali ja pippuri) ja juomat ( vihreä tee sekä punaviini). Niillä yksilöryhmillä, jotka käyttävät pitkiä aikoja suuria määriä tuollaista antioksidanttipitoista ravintoa, oksidatiivisen stressiin liittyvien tautien riskejä on vähemmän. Ei kuitenkaan tiedetä, johtuuko tämä joistain spesifisistä antioksidanteista vai kohonneesta antioksidatiivisesta puolustuksesta. 
 

Foods containing high levels of total antioxidants include several berries (such as blueberries, blackberries, strawberries and raspberries), fruits (pomegranates, grapes and oranges), nuts and seeds (walnuts and sunflower seeds), vegetables (kale, red cabbage and pepper) and drinks (green tea and red wine) (9, 10). Groups of individuals eating high amounts of such antioxidant-rich foods for longer periods have reduced risk of diseases related to oxidative stress; however it is not known if this is due to specific antioxidants or to enhanced antioxidant protection.

On edelleen hankalia vastuksia jäljellä määriteltäessä luotettavasti oksidatiivista stressiä in vivo, elävässä kudoksessa, sillä vapaitten radikaalien  reaktiot ovat hyvin monimutkaisia täsmällissti määritettäväksi erilaisissa biologisissa olosuhteissa. Esimerkiksi hedelmien, marjojen ja vihannesten saannin monimuotoiset vaikutukset oksidatiivisen stressin merkitsijöihin, joita moni observaatiotutkimus esittää, voivat riippua erilaisista käytetyistä menetelmistä (Helmersson et al. 2005, Dragsted et al. 2004).

Severe difficulties to reliably determine oxidative stress in vivo still remain because of the complexities associated with measuring free radicals-reactions and defining them correctly for different biological conditions. For instance, the variable effects on oxidative stress markers of fruit, berry and vegetable intakes seen in many observational studies possibly depend on the different assays used (Helmersson et al., 2005, 2009, Dragsted et al., 2004). 

(IV) Antioksidanttientsyymejä indusoimaan kykenevät yhdisteet

Lisämekanisminä antioksidanttipuolustuksessa on useisiin entsyymiluokkiin kuuluvien myrkyttomäksi tekevien eli detoksikoivien entsyymien indusoiminen.

Erääseen entsyymiperheeseen kuuluu gamma-glutamyylicysteini syntetaasi, joka avustaa kehon endogeenin antioksidantin glutationin (GSH) synteesiä; glutationireduktaasi, joka palauttaa glutationin (GS-SG) toimintakykyiseksi (GSH- muotoon ja NAD(P)H kinonireduktaasi ( Quinone reductase, QR) ( joka avustaa esim. K-vitamiinin epoksimuodosta asteittaista takaisin palautumista toimintakykyiseen redusoituun KH muotoon (KO- VK- KH).

Näitä entsyymejä kutsutaan yhteisnimellä faasi-2- entsyymeiksi, koska ne säätyvät yhdessä niiden entsyy- ien kanssa, jotka katalysoivat xenobioottien, mutageenisten metaboliittien ja vahingoittamattomienkin kasviyhdisteiden konversiota molekyylejä eritettävään muotoon. Arvellaan, että jos hyvänlaatuiset tai vahingoittamattomat kasviyhdisteet indusoivat (saavat muodostumaan) faasi-2- entsyymeitä, niin solut pystyvät helpommin neutraloimaan toksisia agensseja kuten vapaita radikaaleja tai muita myrkyllisiä elektrofiilejä niiden ilmestyessä.

Compounds with ability to induce antioxidant enzymes

An additional antioxidant defence mechanism involves the induction of detoxification enzymes belonging to several classes. One family includes the gamma-glutamyl cysteine synthetase for synthesis of our endogenous antioxidant glutathione, glutathione reductase for glutathione reformation, and NAD(P)H:quinone reductase (quinone reductase, QR) (18-19). These enzymes are generally referred to as phase 2-enzymes, because they are regulated together with enzymes that catalyse conversion of xenobiotics, mutagenic metabolites or their precursors to compounds that are more readily excreted. It is believed that if benign or non-damaging plant compounds induce the phase 2 enzymes, cells are more readily able to ‘neutralize’ toxic agents such as free radicals and other toxic electrophiles when they appear.

GLUKOSINOLAATIT

Pääasialliset kasviyhdisteet, joiden arvellaan kykyenevän antamaan tukea antioksidanttipuolustukselle tällä mekanismilla, käsittävät myös glukosinolaatit ja useita muita rikkiä sisältäviä kasviyhdisteitä.

Glukosinolaatteja esiintyy laajalti kasviainesosissa ja arvellaan glukosinolaattien pilkkoutumistuotteella kuten isotiosyanaattisulforafaanilla (isothiocyanate sulforaphane), olevan kykyä indusoida faasi-2-entsyymeitä. Tähän perustuisi kaalilajien (Brassica) ilmentävät suojavaikutukset. 
 

The major plant compounds believed to be able to support antioxidant defence via this mechanism include the glucosinolates and several other sulphur-containing plant compounds. Glucosinolates are widespread plant constituents, and it is believed that glucosinolate break- down products (such as the isothiocyanate sulphoraphane) induce phase 2 enzymes and are therefore responsible for the protective effects shown by Brassica vegetables (6, 18-19).

Faasin-2 detoksikoivia entsyymejä runsaasti sisältäviä ravintokasveja ovat broccoli, brysselikaali, keräkaali, lehtikaali, ruusukaali, porkkana, sipulit, tomaatit, pinaatti ja valkosipuli. Kuitenkin ihmisen tavallisella kasvisravinnon saannilla näyttö faasi-2 entsyymien induktiosta on rajallista ja epävarmaa on tämän puolustusmekanismin tärkeys suojauduttaessa oksidatiiviselta vauriolta

Dietary plants rich in compounds that induce phase 2 detoxification enzymes include broccoli, Brussels sprouts, cabbage, kale, cauliflower, carrots, onions, tomatoes, spinach and garlic. However, the evidence for phase 2 enzyme inductions at ordinary intake levels of plant foods in humans is limited, and the importance of this defence mechanism in the overall protection against oxidative damage is still uncertain.

Toinen tärkeä vaikka heterogeeninen antioksidanttientsyymiryhmä osallistuu suoraan reaktiivisten happilajien (ROS) poistamiseen. Tähän luokkaan kuuluu katalaasi, glutationiperoksidaasi (GSHPx), superoksididismutaasit(SOD), paraoxonaasi ja moni muu. Jotkut näistä indusoituvat ravintotekijöistä, esim. 1-tyypin glutationiperoksidaasi indusoituu lisättäessä hedelmien, marjojen ja vihannesten saantia ja yleensäkin monia polyfenolipitoisia elintarvikkeita.

Another important but heterogeneous class of antioxidant enzymes is directly involved in the removal of reactive oxygen species. This class includes catalase, glutathione peroxidases, superoxide dismutases, paraoxonase and several others. Some of these are inducible by factors in food, e.g. glutathione peroxidase type 1 is induced by increased intakes of fruit, berries and vegetables and in general by many polyphenol-rich foods (Dragsted et al., 2004).

Jotkut entsyymit molemmissa ryhmissä ovat selenoentsyymejä ja niiden säätö taas on suhteessa seleenin homeostaasiin. Seleeniä sinänsä, josta NNR 2012 esittää aivan oman kappaleensa , pidetään joskus antioksidantin veroisena, koska sitä esiintyy joissain näistä entsyymeistä.

Some of the enzymes in both of these groups are seleno-enzymes, and the control of their regulation is related to selenium homeostasis. Selenium (see Seleniumchapter) is therefore sometimes referred to as an antioxidant due to its presence in some of these enzymes.

Antioksidanttientsyymien useilla geneettisillä muunnoksilla on muuntuneita aktiviteettejäkin, jolloin ne muuntavat tautiriskin (Seow et al. 2001, Rawn-Haren et al. 2006). Sen takia katsotaan molempien ryhmien entsyymit ihmiselle tärkeiksi oksidatiivisen stressin vastaisessa puolustautumisessa.

Since several genetic variants of these enzymes with altered activities have been shown to alter the risk of disease (Seow et al. 2002, Ravn-Haren et al. 2006), enzymes from both groups seem to be important for our defence against oxidative stress.