Ova monografija posvećena je aktuelnim i sve značajnijim pitanjima vezanim za značaj i ulogu reaktivnih hemijskih vrsta, slobodnih radikala i antioksidanasa u biološkim sistemima, sa naglaskom na humanu populaciju. O njima se, kao što znamo i svakoga dana se u to osvedočavamo, šesto govori, ali nedovoljno pouzdano i bez razumevanja suštine ove problematike. Koliko god da su slobodni radikali i antioksidansi šesta tema savremenih rasprava, pa su čak stalno prisutni u medijima, marketinški se eksploatišu i pretvaraju u neku vrstu zdravstvene opsesije, medicinski aspekti slobodnih radikala i antioksidansa do sada nisu u dovoljnoj meri privukli našu medicinsku javnost. Zapostavljanje ove problematike kod nas za razliku od razvijenih zemalja, utoliko je očiglednije jer ova važna problematika nije obuhvaćena programom studija na fakultetima zdravstvene struke (medicinski, farmaceutski, stomatološki i fakultet veterinarske medicine) – što je razlog za ozbiljno čuđenje, pa čak i zbunjenost.
U našoj stručnoj i obrazovnoj literaturi postoji izvesna praznina kada je reč o ovoj tematici. Želja autora ove monografije – koja samo delimično obuhvata njihove bogate istraživačke opuse posvećene ovoj temi, ali predstavlja i naučna dostignuća stranih autora – je da se ublaži taj nedostatak u onoj meri u kojoj su ovom knjigom obuhvaćena mnoga od najvažnijih pitanja slobodnih radikala, šire reaktivnih vrsta i antioksidanasa. Knjiga koju ovde predajemo medicinskoj javnosti i budućim stručnjacima ima naučne, ali i edukativne odlike.
U monografiji su definisani pojmovi slobodnih radikala i šire reaktivnih hemijskih vrsta, data je njihova nomenklatura, razmotrena su i utvrđena pitanja antioksidativne zaštite i oksidativnog/nitrozativnog stresa, a rezultatima brojnih ogleda naših eminentnih stručnjaka potvrđeno je da je oksidativni stres veoma značajan medicinski entitet. Oksidativni stres, najjednostavnije rešeno, označava stanje organizma u raznim bolestima i trovanjima kada povećana produkcija slobodnih radikala i njihovi štetni efekti nadvladavaju kapacitet antioksidativnog sistema odbrane organizma i time dovode do niza patofizioloških poremećaja sa nekada veoma teškim posledicama. Oksidativni stres može imati različito poreklo i razvoj i osnovna podela je na endogenu i egzogenu genezu ovog procesa. U prvom slušaju, dakle, stvara ga sam organizam, dok je u drugom posledica izloženosti ksenobioticima, kakvi su na primer pesticidi, teški metali ili neki lekovi, kao i spoljnim uticajima kakvi su jonizujuse ili UV zračenje. Ova monografija daje zbir fundamentalnih rezultata i velikog broja najvažnijih aspekata dosadašnjih saznanja, to je stručan i naučno utemeljen izveštaj o najnovijim rezultatima proučavanja reaktivnih vrsta i antioksidanasa. Posebno se vodilo računa o tome da praktišna primena antioksidanasa koji su danas široko zastupljeni u medicinskoj praksi u svetu i kod nas bude dobro predstavljena i kritički razmotrena.
Naučni rezultati iz ove atraktivne oblasti istraživanja, i to treba posebno naglasiti, unapređeni su ili potvrđeni naučnim istraživanjima autora ove monografije. U tom pogledu ova monografija je kruna dugogodišnjeg timskog istraživačkog rada kod nas, ona daje pregled najznačajnijih rezultata istrajnog napora grupe naučnika i istraživača koji su se posvetili jednom od važnih i veoma propulzivnih domena istraživanja savremene nauke. Pored toga što ova monografija donosi naučni meritum tog istraživanja, jako se vodilo računa da ona ima i jednu širu, moglo bi se resi fundamentalno edukativnu funkciju. Ona predstavlja doprinos edukaciji studenata zdravstvene struke, a samim tim se može očekivati da ona, učvršćujući svest budućih stručnjaka, s vremenom doprinese i boljem razumevanju ovih pitanja u široj javnosti. Nije preterano resi da se usvajanjem sadržaja ove monografije jedan širi krug medicinskih stručnjaka moći da na osnovu produbljenih saznanja i potpunijeg razumevanja opisanih fenomena, u izvesnoj meri kvalitetnije obavlja svoju profesiju. Taj cilj i doprinos ove monografije, naravno, valja shvatiti u onom smislu u kojem je medicinski rad zasnovan na fundamentalnim istraživanjima i temeljnoj edukaciji u svim domenima koji se tišu dijagnostike i tretmana bolesti i očuvanja zdravlja.
Rezultati istraživačkog rada autora pokazuju da je oksidativni stres jedan od opštih i ključnih patofizioloških mehanizama u raznim patologijama i trovanjima. Data je celovita slika oksidativnog stresa, lekova i drugih jedinjenja sintetskog i biljnog porekla, sa prooksidativnim i atioksidativnim dejstvom, i skrenuta je pažnja na dualnu prirodu antioksidanasa, dakle oprečno dozno zavisne efekte – prooksidativni vs. antioksidativni. To je posebno važno sa stanovišta samomedikacije kod preparata sa antioksidativnim delovanjem (spadaju u tzv. OTC preparate – Over the Counter, ne prepisuju se na lekarski recept) i njihove široke, šesto nekontrolisane upotrebe. Nedekvatnom primenom i prekoračivanjem dnevnih propisanih doza pogotovu multikomponentnih vitaminsko/oligomineralnih preparata ili mineralnih preparata u kombinaciji sa vitaminima koji imaju antioksidativni potencijal (vitamin E i vitamin C) uvećava se mogućnost razvoja oksidativnog stresa, tj. ostvaruje se kontraefekat, prooksidativni efekat.
Monografiju šini pet osnovnih celina. Prva je posvećena detaljnom prikazu reaktivnih kiseoničnih i azotovih vrsta, druga preparatima sa antioksidativnim delovanjem, tresa prooskidansima kao uzročnicima oksidativnog stresa, četvrta oksidativnom stresu kao mehanizmu toksičnosti, a u petoj su za sve oblasti data test pitanja sa odgovorima. U tom smislu ova monografija je celovita, metodički zaokružena i široj stručnoj čitalaškoj publici omogućava da lakše usvoji i primeni znanja koja se u njoj izlažu, po šemu je ova monografija ujedno i edukativnog karaktera.
Urednik i koautor
Prof. dr Mirjana M. Ðukić
Sadržaj
PREDGOVOR
AUTORI
SKRAĆENICE
REAKTIVNE HEMIJSKE VRSTE I OKSIDATIVNI STRES
Mirjana M. Ðukić
Slobodni radikali
Definicija i nomenklatura slobodnih radikala
Osobine i otkrice slobodnih radikala
Mehanizam delovanja slobodnih radikala
Reaktivne vrste
Stvaranje reaktivnih vrsta/slobodnih radikala u organizmu
Proces oksidativne fosforilacije
Biotransformacija ksenobiotika
Inflamacija
Metali sa promenljivom valencom
Najznačajnije reaktivne vrste
Reaktivne kiseonične vrste
Superoksil anjon radikal
Vodonik peroksid
Hidroksil radikal
„Singlet” kiseonik
Reaktivne azotove vrste
Azot monoksid
Peroksinitritni anjon
Oksidativni stres
Odabrani rezulatati naših istraživanja
Zaključak
AZOT OKSID: SINTEZA, METABOLIZAM I FUNKCIJA
Ankica Jelenković, Marina D. Jovanović, Bogdan Bošković
Hemijske karakteristike azot oksida
Sinteza azot oksida
Azot oksid sintaza
Regulacija aktivnosti azot oksid sintaze
Fiziološka funkcija azot oksida – održavanje fiziološke homeostaze
Mehanizam delovanja azot oksida
Direktna dejstva azot oksida
Indirektna dejstva azot oksida
Mitohondrije, ćelijsko disanje i azot oksid
Kardiovaskularni sistem i azot oksid
Nervni sistem i azot oksid
Azot oksid u patogenezi bolesti i toksičnosti centralnog nervnog sistema
Ostala dejstva azot oksida
Terapijske mogucnosti
Umesto zaključka
ANTIOKSIDATIVA ZAŠTITA I PREPARATI SA ANTIOKSIDATIVNIM DELOVANJEM
Mirjana M. Ðukić, Ljiljana Tasić
Sistem antioksidativne zaštite
Sekvestracija, tj. „hvatanje” SR
Bioinaktivacija SR
Sprečavanje stvaranja sekundarnih SR
Obezbeđivanje redukcionih ekvivalenata
Reparacija oksidativno oštećenih biomolekula
Enzimi antioksidativne odbrane
Superoksidna dizmutaza
Katalaza
Glutation peroksidaza
Glutation reduktaza
Glutation-S-transferaza
Neenzimski antioksidansi
Vitamin E
Vitamin C
Glutation
Ćelijska mesta na koje deluju pojedini antiosidanasi
Preparati sa antioksidativnim delovanjem
Faktori koji utiču na krajnji efekat antioksidanasa
Doza
Hemijski oblik
Rastvorljivost
Poreklo
Put administracije
Za koji preparat sa antiokisidativnim dejstvom se opredeliti ?
ORAC jedinice
Odabrani rezultati naših istraživanja
1) Odabrani rezultati aktivnosti antioksidativnih enzima kod alkoholičara na dvonedeljnoj terapiji različitim dozama dislufirama
2) Vitamin E u prevenciji oksidacije fosfatidilserina tokom
indukcije apoptoze
Zaključak
DIJETETSKI PREPARATI SA ANTIOKSIDATIVNIM DELOVANJEM
Slađana Šobajić
Optimalne potrebe za nutritivnim antioksidansima
Doze i nacin upotrebe dijetetskih suplemenata
Karakterisitke delovanja pojedinih antioksidanasa
Selen
Vitamin E
Vitamin C
Koenzim Q10
Beta-karoten
Alfa-lipoinska kiselina
Umesto zaključka
ANTIOKSIDATIVNI POTENCIJAL LEKOVITOG BILJA
Zoran Maksimović
Antioksidansi – osnovne teorijske postavke
Polifenoli
Farmakološka aktivnost polifenolnih sastojaka lekovitog i jestivog bilja
Polifenoli kao antioksidansi
FITOPREPARATI SA ANTIOKSIDATIVNIM DELOVANJEM – DIJETETSKI SUPLEMENTI I TRADICIONALNI LEKOVI
Suzana Miljković
Čajevi
Zeleni čaj
Osnovni sastojci
Terapijska primen
Priprema caja i postignuti nivoi antioksidanasa u napitku
Antioksidativni potencijal
Doziranje
Neželjeni efekti
Interakcije sa lekovima
Kontraindikacije
Trudnoća i dojenje
Toksikološki podaci
Upozorenja
Pregled domaćeg tržišta
Vinova loza – grožđe
Osnovni sastojci
Terapijska primena
Antioksidativni potencijal
Doziranje
Neželjeni efekti
Interakcije sa lekovima
Kontraindikacije
Trudnoća i dojenje
Toksikološki podaci
Preparati na tržištu
Pregled domaćeg tržišta
Ginko biloba
Osnovni sastojci
Terapijska primena
Antioksidativni potencijal
Doziranje
Neželjeni efekti i upozorenja
Interakcije
Trudnoća i dojenje
Kontraindikacije
Pregled domaćeg tržišta
DERMOKOZMETIŠKI PREPARATI – PREVENCIJA I TRETMAN OKSIDATIVNIH OŠTEŠENJA KOŽE
Snežana Savić
Zaštita od sunca
Kako se postiže zaštita od sunca?
Šta farmaceut, takođe, treba da zna i kako da savetuje pacijenta u vezi sa preparatima za zaštitu od sunca?
Antioksidativna zaštita kože – topikalni antioksidansi
Vitamin C (L-askorbinska kiselina)
Askorbil-6-palmitat
Magnezijum askorbil fosfat (MAF)
Vitamin E
Biljni antioksidansi
Primeri dermokozmetičkih preparata za prevenciju i tretman oksidativnih oštećenja kože prisutnih na našem i tržištu EU
Intezivni dnevni krem Reti C (Vichy Laboratoires, Francuska); SPF 8, sa
retinolom i vitaminom C
Solar expertise, Active Anti-wrinkle cream (L’oréal, Francuska); SPF 50+, sa Activa Cell® i vitaminom E, L’oréal-ov patentirani UVA/UVB sistem filtera Mexoryl® SX + XL
Anti-age krem za zaštitu od sunca (Nivea Sun, Beiersdorf, Nemacka); SPF 20, UVA/UVB zaštita, sa a-flavonom
Vodootporno mleko za zaštitu od sunca za kompleksom za ucvršcivanje kože (Nivea Sun, Beiersdorf, Nemacka); SPF 25, UVA/UVB zaštita
Zaključak
LEKOVI SA PROOKSIDATIVNIM I ANTIOKSIDATIVNIM DELOVANJEM
Mirjana M. Ðukić, Miodrag P. Dikić, Branisalava Miljković, Ljiljana Tasić
Antikancerogeni lekovi
Cisplatin
Bleomocin
Adriamicin (doksorubicin)
Antibiotici
Aminoglikozidni antibiotici
Cefalosporini
Tetraciklini
Nesteroidni antiinflamatorni lekovi
Aspirin
Paracetamol (acetamiofen)
Ostali NSAIDS
Nitrati
Opšti anestetici
Antituberkulotici
Antiepileptici
Lekovi u terapiji obstrukcije disajnih puteva
Tranki lizeri (anksiolitici )
Lekovi u terapiji Parkinsonizma
Kratak osvrt na lekove sa antioksidativnim dejstvom
PROOKSIDATIVNO DEJSTVO METALA
Vesna Matovic, Danijela Ðukic-Šosić
Gvožae (Fe)
Bakar (Cu)
Hrom (Cr)
Kadmijum (Cd)
Živa (Hg)
Olovo (Pb)
Cink (Zn)
Magnezijum (Mg)
Zaključak
OKSIDATIVNI STRES – MEHANIZAM TOKSIŠNOSTI DIPIRIDILSKIH HERBICIDA
Mirjana M. Ðukić, Marina Jovanović, Milica Ninković, Ivana Stevanović
Mehanizmi toksičnosti herbicida dipiridilske strukture
Toksičnost parakvata
Sistemski efekti trovanja parakvatom
Neurotoksicnost parakvata
Toksičnost dikvata
Odabrani rezultati naših istraživanja
Lipidna peroksidacija u selektivno osetljivim strukturama mozga Wistar pacova i.s. trovanih parakvatom i dikvatom
Aktivnost antioksidativnih enzima (SOD i GSH-Px) i glutationa u strijatumu Wistar pacova i.s. trovanih parakvatom i dikvatom
Sadržaj glutationa u u selektivno osetljivim strukturama mozga Wistar pacova i.s. trovanih parakvatom i dikvatom
Zaključak
AZOT(II)-OKSID U NEUROTOKSIŠNOSTI HERBICIDA DIPIRIDILSKE STRUKTURE
Marijana Šurcić Jovanović, Mirjana M. Ðukić
Mehanizmi toksičnosti herbicida dipiridilske strukture
Azot(II)-oksid
Hemijska reaktivnost NO u biološkim sistemima
Nitrozativno oštecenje lipida kod trovanja herbicidima bipiridilske strukture
Neurotoksicnost
Ekscitotoksičnost
Apoptoza
Odabrani rezultati naših istraživanja
Zaključak
Reaktivne hemijske vrste i oksidativni stres
Prof. dr Mirjana M. Ðukić
Prisustvo slobodnih radikala (SR) u biološkom materijalu otkriveno je kasnih 1950-ih [1]. Nešto kasnije hipoteza Denhama Harmana bila je da kiseonični radikali verovatno nastaju kao sporedni produkti u enzimski kontrolisanim reakcijama i opisao ih je kao Pandorinu kutiju zla, odgovorne za velika ćelijska oštećenja, mutagenezu, kancer, degenerativne procese, itd. [2].
Više decenija unazad započelo se sa proučavanjem uloge SR, kao finalnih medijatora oštećenja ćelijske funkcije i morfologije, brojnih patofizioloških zbivanja, starenja, trovanja, itd. [3]. Slobodni radikali su medijatori brojnih patologija (diabetes mellitus, HIV infekcija, autoimunih, neurodegenerativnih, koronarnih, malignih, plućnih, inflamatornih i mnogih drugih bolesti) i deo su kompleksnog patofiziološkog mehanizma oštećenja, a u pojedinim bolestima njihovo ucece je potencirano [4,5]. Jednom pokrenut lanac reakcija SR ima osobinu prostornog i vremenskog širenja uz pojačavanje efekta. Ova propagacija se ogleda u nastanku sekundarnih SR koji nastavljaju da šire kaskadu lančanih reakcija. U reakciji sa biomolekulama SR remete ćelijsku morfologiju, funkciju, jonsku homeostazu i enzimsku aktivnost [3]. Meautim, SR se u organizmu stalno stvaraju i pri niskim koncentracijama imaju fiziološku funkciju, naime, uključeni su u metabolizam prostaglandina, regulaciju ćelijske signalizacije (stimulišu stvaranje cikličnog guanozin monofosfata (cGMP), ćelijskog sekundarnog glasnika), aktivaciju ćelijskih receptora, utiču na eritropoezu, imaju bitnu ulogu u kontroli ventilacije, itd. U ćelijama imunog sistema (monociti, makrofagi, eozinofili) reaktivne kiseonične vrste (ROS, eng. reactive oxygen species) služe kao agensi za uništavanje virusa i bakterija [6-8]. Programirana ćelijska smrt (apoptoza) najčešće indukovana oksidativnim stresom (OS), takoae ima značaja u homeostazi rasta i razvoja tkiva i korisna je (npr. u embriogenezi) [9,10].
Aerobne ćelije se štite od toksičnog efekta SR kompleksnim sistemom antioksidativne zaštite (AOS, eng. antioxidative system). Antioksidativnu zaštitu
sačinjavaju dva segmenta odbrane od štetnih efekata SR: enzimski (superoksidna dizmutaza, katalaza, glutation peroksidaza itd) i neenzimski (peptidi sa SH grupama kao što je glutation i metalotioneini, vitamin E i C, koenzim Q, urea, proteini koji heliraju metale sa promenljivom valencom i brojna druga jedinjenja). Navedene AOS komponente, bilo da su enzimske ili neenzimske, u svom domenu, kako funkcionalno tako prostorno i sa vremenskom odrednicom, deluju protektivno, zaštitno ili reparativno. S jedne strane, stepen odnosno faza ćelijskog oštećenja (rana ili poodmakla) zavisi od tipa i koncentracije reaktivnih vrsta (RS, eng. reactive species), mesta i dužine delovanja, a s druge strane, od energetskog i redoks statusa same ćelije kao i kapaciteta AOS.
Slobodni radikali
Definicija i nomenklatura slobodnih radikala
Slobodni radikali su atomi, molekuli ili joni koji sadrže jedan ili više nesparenih elektrona u poslednjoj molekulskoj, odnosno atomskoj orbitali. Hemijski naziv SR, podrazumeva nastavak „il” na kraju. Reč “slobodan” ispred radikala nije primerena jer su radikali oragnizovane hemijske strukture koje su inače slobodne. U slučaju da su radikali intermedijeri u nekim hemijskim reakcijama, preporučljivo je da se ispred reci radikal koristi reč „vezani”. Ranije se reč radikal koristila u smislu obeležavanja grupe ili supstituenta nekog jedinjenja, npr. metil u 2−metilbutanu.
Slobodni radikali se obeležavaju tačkom u superskriptu ispred naelektrisanja, npr. superoksil anjon radikal (O2), hidroksil radikal (HO), a u slučaju diradikala tačka se stavlja iza broja u superskriptu, npr. O2 [3].
Osobine i otkriće slobodnih radikala
Prisustvo nesparenog/nesparenih elektrona ovu klasu jedinjenja cini vrlo reaktivnom. U slučaju jednog nesparenog elektorna oni se nalaze u dublet stanju (magnetni kvanti broj: + ½), a u slučaju dva nesparena elektorna su u triplet stanju (magnetni kvanti broj: 0, + 1). Usled prisustva nesparenog/nesparenih elektrona poseduju paramagnetske karakteristike i detektuju se elektron paramagnetnom rezonantnom spektrometrijom (EPR). Na žalost, kiseonični radikali kao što su O2, HO2, hidroperoksil (HO2) i nitroksil (NO), ne mogu se detektovati EPR tehnikom [3].
Nezavisno od njihove stabilnosti, SR stupaju u reakcije supstitucije, adicije, eliminacije, izomerizacije, rekombinacije i disproporcijacije (slobodnoradikalske reakcije). Međutim, s početka 1960-ih utvrđeno je da pored ovih reakcija SR učestvuju i u reakcijama koje nisu radikalske i koje su u savremenoj nauci od izuzetnog značaja. Poseban osvrt je dat neradikalskim reakcijama SR sa makromolekulama, kada se oni koriste kao spin-markeri, omogućavajući proučavanje makromolekula za koje su „zakačeni” (simetrija, konformacione promene, tercijarnu strukturu proteina, prirodu aktivnih centara enzima) [11].
Detekcija SR je kako u bazičnoj hemiji tako i u bio-medicinskim naukama bio limitirajući faktor za njihovo prepoznavanje, a time i verifikaciju njihovog postojanja i ulogu. S otkrićem trifenilmetil radikala i publikovanjem senzacionalnog rada pod naslovom „Thriphenylmethyl, a case of trivalent carbon” od strane američkog naučnika Gomberga, 1900. godine, započinje razvoj novog polja u organskoj hemiji, oblast slobodnih radikala. Godine 1905. naučnik Jacobson objavljuje rad kojim govori o dimernoj strukturi derivata cikloheksadiena (dimer trifenilmetila), a tek 1968. godine (objavljivanjem rada u časopisu Tetrahedron Lett. 1968, p. 249) potvrđuju se ova otkrića primenom tehnike nuklearne magnetne rezonance (NMR). Slobodni radikali lako i brzo reaguju sa svim klasama biomolekula iz okruženja, (lipidima, proteinima, DNK), što za posledicu ima oštećenje sveukupne ćelijske funkcije [12].
Autori
Bošković Bogdan
Medicinski fakultet u Foci, Foca, Republika Srpska
Ćurčić Jovanović Marijana
Institut za toksikologiju akademik Danilo Soldatović, Farmaceutski fakultet, Univerzitet u Beogradu, Beograd, Srbija
Dikić P. Miodrag
Institut za kardiovaskularne bolesti, Klinički centar Srbije, Beograd, Srbija
Jelenković Ankica
Institut za biološka istraživanja Siniša Stankovic, Beograd, Srbija
Ðukic M. Mirjana
Institut za toksikologiju akademik Danilo Soldatović, Farmaceutski fakultet, Univerzitet u Beogradu, Beograd, Srbija
Ðukić Šošić Danijela
Institut za toksikologiju akademik Danilo Soldatović, Farmaceutski fakultet, Univerzitet u Beogradu, Beograd, Srbija
Jovanović D. Marina
Institut za medicinska istraživanja, Vojnomedicinska akademija, Beograd, Srbija
Maksimović Zoran
Institut za farmakognoziju, Farmaceutski fakultet, Univerzitet u Beogradu, Beograd, Srbija
Matović Vesna
Institut za toksikologiju akademik Danilo Soldatović, Farmaceutski fakultet, Univerzitet u Beogradu, Beograd, Srbija
Miljković Branisalava
Institut za farmakokinetiku, Farmaceutski fakultet, Univerzitet u Beogradu, Beograd, Srbija
Miljković Suzana
Galenika a.d., Marketing lekova, Beograd, Srbija
Ninković Milica
Institut za medicinska istraživanja, Vojnomedicinska akademija, Beograd, Srbija
Savić Snežana
Institut za farmaceutsku tehnologiju i kozmetologiju, Farmaceutski fakultet, Univerzitet u Beogradu, Beograd, Srbija
Stevanović Ivana
Institut za medicinska istraživanja, Vojnomedicinska akademija, Beograd, Srbija
Tasić Ljiljana
Institut za socijalnu farmaciju, Farmaceutski fakultet, Univerzitet u Beogradu, Beograd, Srbija
Šobajić Slađana
Institut za bromatologiju, Farmaceutski fakultet, Univerzitet u Beogradu, Beograd, Srbija