12.4.2003 V průběhu fylogeneze vytvářely biologické systémy ochranné antioxidační mechanismy, které za fyziologických podmínek postačují k inaktivaci volných radikálů. Antioxidační látky mohou zachytit reaktivní radikály (superoxiddismutáza, tokoferoly), inhibovat jejich tvorbu vazbou iontů železa nebo mědi, rozkládat lipidové hydroperoxidy (glutathionperoxidáza), nebo se tyto možnosti kombinují.

Antioxidační systémy můžeme rozdělit do dvou skupin - na antioxidační enzymy a antioxidační substráty. K antioxidačním enzymům patří super- oxiddismutáza (SOD), glutathionperoxidáza (GPx), kataláza, laktoperoxidáza a mitochondriální cytochromoxidázový systém P-450. Antioxidační substráty můžeme dále dělit na membránové (lipofilní) - tokoferoly, karotenoidy (retinol) - a nemembránové (hydrofilní) - kyselina askorbová, glutathion, thioly, cystein, ceruloplasmin, transferin, albumin, kyselina močová, bilirubin, feritin.
Podle jiného principu se antioxidační substráty dělí na nízkomolekulární, k nimž patří např. glukóza, bilirubin, albumin, a ostatní antioxidační proteiny, kam řadíme transferin, feritin či ceruloplazmin.
Antioxidační enzymy patří mezi metaloproteiny. Organismus k jejich syntéze potřebuje dostatečné množství stopových prvků - zinku, manganu, mědi, selenu, železa.
Stopové prvky mají řadu biologicky významných funkcí, jsou součásti řady enzymů, podílejí se katalyticky na syntézách proteinů (hemoglobinu, elastinu), sacharidů, lipidů (fosfolipidů, mastných kyselin) a prostaglandinů. (Výrazný nedostatek selenu se např. významně patogeneticky podílí na vzniku kardiomyopatie v oblasti Keshan v Číně.)

Antioxidační enzymy

Superoxiddismutáza (SOD, EC. 1.15.1.1) se vyskytuje v lidském organismu ve třech formách: CuZnSOD, která je lokalizovaná převážně v cytoplazmě, MnSOD, nacházející se zejména v mitochondriích, a extracelulární EC-SOD, nacházející se v plazmě, lymfě a synoviální tekutině (byla popsána Marklundem). CuZnSOD objevili McCord a Fridovich koncem 60. let. Vyskytuje se ve všech tkáních a orgánech člověka, má charakter dimeru a její gen se nachází na 21. chromozomu (21q22). Gen pro MnSOD je na 6. chromozomu. MnSOD i EC-SOD jsou tetramery.
Superoxiddismutáza katalyzuje dismutaci superoxidu na peroxid vodíku a kyslík. Tato reakce probíhá i spontánně. Aktivita SOD je stimulována zvýšenou tvorbou superoxidu.
Glutathionperoxidáza (GPx, EC 1.11.1.9.), selenoenzym, tetramer ze čtyř podjednotek o molekulové hmotnosti 21 000, je lokalizována v cytoplazmě, ale i v mitochondriích. Odstraňuje z organismu především peroxid vodíku a hydroperoxidy nenasycených mastných kyselin. Při těchto reakcích dochází k oxidaci redukovaného glutathionu.
Kataláza (EC 1.11.1.6.) je složena ze čtyř podjednotek, z nichž každá obsahuje prostetickou protoporfyrinovou skupinu s Fe3+. Katalyzuje přeměnu peroxidu vodíku na vodu a kyslík. Je lokalizována v peroxisomech.

Antioxidační substráty

Antioxidační vitaminy

Vitamin A (retinol) a karotenoidy
Karotenoidy (vitamin A) jsou účinné lapače singletového kyslíku, hydroxylového a peroxidových radikálů. Jsou vázány na protein, který váže retinol (retinol-binding protein), na lipoproteiny o vysoké (HDL) a nízké hustotě (LDL). Chrání před fotosenzibilizujícím poškozením kůže. Plazmatická koncentrace retinolu se pohybuje okolo 0,4 - 1,2 mg/l.
Karotenoidy se užívají v léčbě fotosenzibilizujících nemocí (erytropoetická porfyrie, sluneční urtica). Významné je jejich ochranné působení na kůži před vlivy UV záření. Diskutuje se také o možném snížení rizika nádorů např. dutiny ústní, jícnu, žaludku, tlustého střeva a prsu.
Studie s podáváním beta-karotenu, které měly za cíl prokázat jeho možný vliv na riziko nádorových onemocnění, vedly k velmi nepříznivým výsledkům. Studie CARET (beta-Carotene and Retinol Efficacy Trial), prováděná u více než 18 000 mužů a žen v USA, byla předčasně ukončena, protože v léčebné skupině stoupla incidence plicních nádorů. Tento nález je v souladu se studií ATBC (Alpha-Tocopherol Beta-Carotene Cancer Prevention Study), která proběhla ve Finsku a do níž bylo zařazeno více než 29 000 mužů, kuřáků středního věku. Ve studii ATBC také stoupla incidence plicních nádorů a nebyl v ní prokázán vliv beta-karotenu na změny ústní sliznice ani výskyt neoplazií žaludku.
Suplementace beta-karotenem nemá kardioprotektivní účinek, nesnížila mortalitu na kardiovaskulární nemoci ani výskyt akutního infarktu myokardu (AIM). Při kombinovaném podání spolu s tokoferolem nebyly u pacientů s anginou pectoris popisovány změny. Podání retinolu předčasně narozeným dětem snižuje oxidační stres a upravuje sníženou koncentraci retinolu, ovšem bez rychlého klinického přínosu.
Na základě současných znalostí lze říci, že suplementovat retinol nebo karotenoidy má význam při prokázaném deficitu, chceme-li organismus chránit před UV zářením a při fotosenzibilizujících onemocněních. Běžné dávky jsou dobře tolerovány, avšak většinou jsou bez prokázaného účinku na civilizační (tj. kardiovaskulární a nádorové) nemoci.

Vitamin C - kyselina askorbová
Kyselina askorbová (vitamin C) je významným lapačem volných radikálů, ale v přítomnosti Fe3+ nebo peroxidu vodíku může zvyšovat jejich tvorbu. Její antioxidační účinky in vivo jsou známé, prooxidační již méně. Kombinace vitaminu C a Fe2+ nebo Fe3+ in vitro vede k intenzivní oxidaci nenasycených mastných kyselin. Radikál vzniklý reakcí (Fe3+ + vitC - Fe2+ + 2H+ + vitC je relativně málo reaktivní. Kyselina askorbová má přímé antioxidační účinky v cytosolu - odstraňuje volné radikály několika mechanismy: superoxid redukuje na peroxid, hydroxylový radikál na vodu. Je kofaktorem řady hydroxyláz. V hydrofilním prostředí s hydroxylovým radikálem vzniká radikál askorbátu. Vitamin C je nezbytný pro regeneraci tokoferolu, který by bez přítomnosti askorbátu byl rychle vyčerpán. Jeho koncentrace v krvi se pohybuje od 2 do 20 mg/l.
Kyselina askorbová je významná esenciální složka potravy potřebná pro řadu dějů. Má protinádorový, antisklerotický a protizánětlivý účinek, jenž byl prokázán experimentálními studiemi, klinické studie však tak jednoznačné výsledky nepřinášejí. Podávání kombinace železo/askorbát, užívané pro zlepšení absorpce železa v jeho redukované formě, může vést k intestinálnímu poškození prostřednictvím lipoperoxidace, což bylo pozorováno u hlodavců. Významné je podávání s vitaminem E. Vhodné se jeví podání askorbátu jako adjuvantní terapie u septického šoku spolu s dalšími antioxidanty (vitamin E), u předčasně narozených dětí (v dávce 100 mg/kg je bezpečný) jako součást ochrany před vznikem a rozvojem bronchopulmonální dysplazie a intravaskulární hemoragie. Askorbát chrání plicní surfaktant před působením kyseliny chlorné vznikající v makrofázích, ale není protektivní u neuromuskulárních nemocí. Kombinované podávání vitaminů C a E ve studii u amerických lékařů (17 744 mužů) naznačilo pokles výskytu katarakty.
Nejrozšířenější mýtus o léčebném účinku askorbátu u běžného nachlazení nebyl prokázán studiemi, a pokud nějaký účinek existuje, pak v možné profylaxi, nikoliv však v terapii. Některé práce popisují snížení příznaků a zkrácení doby nemoci. Diskutuje se o snížení rizika výskytu karcinomu žaludku, a možný je také antikancerogenní účinek u karcinomu jazyka, faryngu, jícnu, plic, pankreatu a hrdla děložního při suplementaci askorbátem.
Dvě ze tří studií v USA prokázaly snížení výskytu kardiovaskulárních nemocí u osob s vysokým příjmem vitaminu C (Enstrom 1992, Rimm 1993, Pandey 1955). Vysoké dávky beta-karotenu a vitaminů C a E snížily oxidovatelnost LDL u pacientů s kardiovaskulárními nemocemi. Tato kombinace může tedy preventivně působit na rozvoj kardiovaskulárních onemocnění svojí spoluprací v hydrofilním a lipofilním kompartmentu. Studie o vlivu askorbátu jsou bez jednoznačných závěrů, a někdy jsou závěry nedostatečné. Je to také dáno tím, že většinou se nevyskytuje nedostatek vitaminu C, a proto je jeho suplementace bez účinku vzhledem k jeho snížené absorpci z trávicího ústrojí při vyšších přijímaných dávkách.

Vitamin E (tokoferoly)
Tokoferoly (vitamin E) byly objeveny Herbertem Evansem a Katherine Bishopovou v roce 1922 na University of California Berkeley. Reagují s hydroxylovými, peroxidovými, alkoxylovými radikály a se singletovým kyslíkem. Chrání především nenasycené mastné kyseliny v buněčných membránách, plazmě, lipoproteinech o velmi nízké hustotě (VLDL) a LDL. Významně chrání LDL před oxidací, a působí tak preventivně proti aterogenezi. Vysoká koncentrace vitaminu E však může mít i prooxidační aktivitu (vitE + LOOH, LO + vitE + H2O). Koncentrace alfa-tokoferolu v krvi dospělých se pohybuje v rozmezí 5,5 - 17,0 mg/l.
Při odstraňování radikálů reaguje fenolická hydroxyskupina tokoferolu s organickým lipidovým peroxidovým radikálem za vzniku organického hydroxyperoxidu a tokoferylového radikálu. Tento radikál je regenerován/redukován zpět na tokoferol donorem elektronu rozpustným ve vodní fázi. Touto redukující látkou může být askorbát (vitamin C) nebo thioly (GSH). Vzniklý radikál askorbátu se pak redukuje zpět na askorbát pomocí NADH nebo NADPH.
Vitamin E je definován jako veškeré tokoferoly a deriváty tokotrienolu. Jsou to hlavní lipofilní antioxidační látky, a koncentrace alfa-tokoferolu v krvi je u dospělých v rozmezí 5 - 18 mg/l. Vitamin E se podává při infertilitě, atrofii sliznic, neurastenii, degeneraci kloubů, onemocnění kůže, při malabsorpci, dlouhodobé parenterální výživě, myopatiích, cystické fibróze a v dalších indikacích. Běžná terapeutická dávka je 200 - 400 mg denně.
Bylo provedeno mnoho studií, ve kterých byl vitamin E suplementován samostatně nebo v kombinaci s dalšími antioxidanty, především s cílem ozřejmit jeho úlohu v prevenci kardiovaskulárních nemocí, nádorových onemocnění, katarakty, v procesu stárnutí a u dalších chorob.
U mužů ve věku 40 - 75 let, bez ICHS, diabetu a hypercholesterolémie, pracujících ve zdravotnictví, byl studován vliv příjmu vitaminu C, E a beta-karotenu v průběhu čtyř let. Do studie bylo zařazeno téměř 40 000 osob. Ve studii byl prokázán nižší výskyt koronárních příhod u mužů, kteří měli denní příjem tokoferolu vyšší než 60 IU.
V 80. letech bylo v obdobné studii (stejná kombinace antioxidačních vitaminů) vyšetřeno 87 245 zdravotních sester ve věku 34 - 59 let bez ICHS a nádorového onemocnění. Tato studie dospěla k závěru, že suplementace tokoferolem snižuje riziko kardiovaskulárních nemocí. Tyto studie (Nurses Health Study a Health Professional Follow up Study) prokazují preventivní vliv tokoferolu na kardiovaskulární onemocnění. Ve studii CHAOS (2 002 pacientů s koronograficky prokázanou aterosklerózou) podávání 800 IU (400 IU) vedlo ke zvýšení koncentrace vitaminu E, snížení kardiovaskulární mortality a rizika nefatálních akutních infarktů myokardu po dobu jednoho roku. Ve Skotsku byla popsána nižší koncentrace tokoferolu u pacientů s anginou pectoris. Při nízké koncentraci antioxidačních vitaminů jsou částice LDL méně rezistentní proti oxidaci. Vysoké dávky vitaminu E, C a beta-karotenu snížily oxidovatelnost LDL za 12 týdnů podávání, ale střední dávky byly bez účinku. Podle Basel Study nízké koncentrace antioxidantů zvyšují riziko ICHS a nádorového onemocnění.
Projekt WHO/MONICA prokazuje souvislost mezi koncentrací vitaminu E v plazmě a počtem úmrtí na kardiovaskulární nemoci v řadě evropských zemí. V současné době probíhají velké klinické studie, které možná lépe ozřejmí úlohu tokoferolu a dalších antioxidačních látek v prevenci kardiovaskulárních chorob (studie WASC, SU.VI.M.AX). Lze shrnout, že po podávání tokoferolu byl pozorován pokles výskytu mortality na kardiovaskulární nemoci, který je nejspíše dán zvýšením koncentrace tokoferolu v částicích LDL, a tím následně vyšší ochranou těchto částic před jejich oxidativní modifikací nutnou pro proces aterogeneze. Tokoferol má také významné antiagregační účinky. Imunomodulační působení tokoferolu není dosud plně objasněno. Příznivý vliv na incidenci nádorů a u neurodegenerativních onemocnění byl zatím prokázán pouze u určitých stavů a stadií chorob.

Nežádoucí účinky antioxidačních vitaminů

Občas se objevují informace o bezpečnosti podávání vitaminů, především vitaminů lipofilních - tokoferolu a retinolu. Přibližně 60 % populace ve Spojených státech konzumuje vitaminy A, E, C a beta-karoten. V USA jsou nejvíce užívány multivitaminové přípravky, a z monokomponentních vitaminů vitamin C a E asi stejným podílem. Údaje získané za posledních 50 let vedou k následujícím závěrům.
Vitamin A může vyvolat akutní toxicitu při dávkách 2 - 5 mil IU/den a chronickou při dávkování 300 000 IU/den/70 kg po dobu 7 měsíců. Chronická toxicita se objevuje u dávek 100 000 IU za den a u dětí při denních dávkách 18 000 až 60 000 IU. Teratogenní účinek se může projevit už při dávkách nad 10 000 IU denně. Ročně bývá registrováno celosvětově na 200 případů chronické intoxikace, a v USA je zaznamenáno 10 - 15 případů toxické reakce za rok. Dávky beta-karotenu 30 - 180 mg za den podávané po dobu 15 let nevyvolaly vedlejší účinky.
Pro vitamin E je stanovena letální dávka 2 g/kg. Nežádoucí účinky byly pozorovány při i.v. aplikaci (1 500 mg) u předčasně narozených dětí. Vitamin C se absorbuje z 50 % při dávce 1,5 g, ale jen z 16 % při dávce 12 g. Kyselina askorbová interferuje s řadou biochemických testů. Při vysokých dávkách se spíše objevují nežádoucí účinky, např. stoupá riziko močových konkrementů.
Vysoké dávky - i nižší než toxické - mohou vyvolat změny v organismu a narušit rovnováhu antioxidačních systémů i jejich vzájemnou souhru. Je nutné mít na zřeteli, že antioxidační vitaminy jsou za určitých podmínek také prooxidanty - vytvářejí radikály (tokoferylový radikál, radikál askorbátu).

Další antioxidační substráty

Oxidovaný a redukovaný glutathion (GSH) představuje významný redoxní systém organismu. GSH je tripeptid (gama-glutamyl--cysteinyl-glycin) a hlavní funkční skupinou je jeho thiolová skupina. Chrání proteiny a biologické membrány před vlivem peroxidů a radikálů. Koncentrace GSH s věkem klesá, což se vysvětluje jeho sníženou biosyntézou a zvýšenou utilizací při odstraňování peroxidů. Spolupůsobí při ochraně DNA proti poškození ionizujícím zářením, je významným substrátem pro antioxidační enzymy GPx a glutathiontransferázu, slouží však také jako neenzymový lapač singletového kyslíku a hydroxylového radikálu.
Koenzym Q je součástí biologických membrán a dýchacího řetězce v mitochondriích. Je schopen inaktivovat peroxidové a alkoxylové radikály. Může též regenerovat tokoferylový radikál. Transferin a laktoferin vážou cirkulující Fe3+, a brání tak vzniku hydroxylového radikálu při Fentonově reakci. Transferin je glykoprotein, beta-globulin (Mr 90 000) vázající 2 mol Fe3+; jeho koncentrace v séru je v rozmezí 1,6 - 3,2 g/l.
Ceruloplasmin, alfa2-glykoprotein o Mr 132 000, obsahující 6 atomů mědi, eliminuje možnost produkce hydroxylových radikálů Fentonovou reakcí a má feroxidázovou aktivitu - oxiduje Fe2+ na Fe3+ a inhibuje lipoperoxidaci závislou na přechodných kovech železu a mědi. Jeho koncentrace v séru je v rozmezí 0,3 - 0,6 g/l (imunochemická metoda).
Kyselina močová inaktivuje singletový kyslík a hydroxylový radikál. Je schopna vázat železo a měď. Při její syntéze vzniká superoxid xanthinoxidoreduktázy (XOD), vysoké koncentrace kyseliny močové naopak tento enzym inhibují.
Bilirubin patří mezi hlavní lapače singletového kyslíku, ale také inaktivuje hydroxylový a peroxidový radikál.
Haptoglobin a hemopexin vážou volný hemoglobin nebo hem, které mohou uvolňovat železo za přítomnosti peroxidů, a tak potencovat lipoperoxidaci.
Albumin váže měď a železo, a tím brání vzniku hydroxylového radikálu.
Cystein, aminokyselina obsahující skupinu SH má schopnost sám nebo v proteinech vytvářet disulfidové můstky (oxidačně- -redukční vlastnosti), a tím snižovat tvorbu radikálů.
Glukóza může vychytávat hydroxylový radikál.
Flavonoidy jsou látky schopné vázat přechodné kovy, a tak zabraňovat vzniku radikálů; působí též dalšími mechanismy antioxidačně.
Melatonin, hormon epifýzy (N-acetyl-5-methoxytryptamin), má výrazné antioxidační vlastnosti, např. inaktivuje hydroxylový radikál.
Kyselina lipoová a její redukovaná forma kyselina dihydrolipoová jsou schopné odstraňovat hydroxylový radikál, kyselinu chlornou a singletový kyslík. Spolupodílejí se také na regeneraci askorbátu.

Antioxidační terapie

Antioxidační terapie závisí na stupni poznání úlohy volných kyslíkových radikálů v patogenezi nemocí. Cílem by mělo být v rámci prevence snížení incidence onemocnění, a při terapii pozitivní ovlivnění průběhu nemoci a rekonvalescence. Antioxidační látky mají bránit rozvoji radikálového poškození vychytáváním iniciujících radikálů, vazbou přechodných kovů, odstraňováním peroxidů a inhibicí dalších reakcí aktivních radikálů. Pomáhají reparovat vzniklá poškození.
Existuje řada epidemiologických i experimentálních studií dokazujících, že podávání antioxidačních látek snižuje riziko vzniku některých onemocnění - ICHS, aterosklerózy, cévních mozkových příhod, nádorového bujení (kolorektální karcinom, gynekologické nádory a další), šokového stavu, neurologických onemocnění - popřípadě zmírňuje jejich průběh. Jedná se především o tokoferoly, karotenoidy, kyselinu askorbovou, zinek a selen. Kromě podávání antioxidačních vitaminů a stopových prvků nelze zapomínat na další patogenetické rizikové faktory, jako je kouření, nevhodné životní prostředí, naopak na pozitivní vliv cvičení, snížení koncentrace cholesterolu.
K antioxidační terapii se používají:
- antioxidační enzymy,
- antioxidační substráty,
- stopové prvky,
- komplexní přípravky,
- syntetické antioxidanty,
- léky s antioxidační aktivitou.
Oxidační poškození organismu je komplexní proces a cílem léčby má být ochrana organismu před všemi potenciálními mechanismy poškození a progrese nemoci. Prostředkem by neměla být polyfarmacie, ale spíše použití léků, které působí několika doplňujícími se mechanismy. Mezi tyto léky patří i některé z antioxidačních látek, jako je N-acetylcystein, probucol, ebselen, cheláty železa, lazaroidy a řada dalších. U přirozených antioxidantů je velmi obtížné stanovit jejich doporučený denní příjem.
V budoucnu budou jistě objevovány a syntetizovány nové látky, které budou mít vedle antioxidačních účinků i další terapeutické vlastnosti pro možnou komplexní léčbu nemocí, na nichž se podílejí volné radikály a reaktivní formy kyslíku. Antioxidanty jsou nezbytné pro lidský život, nejsou to však elixíry života. O antioxidantech a jejich účincích je k dispozici relativně málo klinicky ověřených údajů. Jejich podání u většiny chorobných stavů není kauzální terapií (většinou je oxidativní stres jen následkem chorobných stavů), ale léčbou upravující a vyrovnávající redoxní prostředí buněk.