Η βιοχημεία των ελευθέρων ριζών και του οξειδωτικού στρες Τζώρτζης Νομικός Επίκουρος Καθηγητής Τμήμα Επιστήμης Διαιτολογίας-Διατροφής Χαροκόπειο Πανεπιστήμιο.

Παρουσίαση με θέμα: "Η βιοχημεία των ελευθέρων ριζών και του οξειδωτικού στρες Τζώρτζης Νομικός Επίκουρος Καθηγητής Τμήμα Επιστήμης Διαιτολογίας-Διατροφής Χαροκόπειο Πανεπιστήμιο."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Η βιοχημεία των ελευθέρων ριζών και του οξειδωτικού στρες Τζώρτζης Νομικός Επίκουρος Καθηγητής Τμήμα Επιστήμης Διαιτολογίας-Διατροφής Χαροκόπειο Πανεπιστήμιο

2 Μερικές βασικές έννοιες για αρχή (1) Οξειδοαναγωγικές αντιδράσεις (redox reactions) Οξειδοαναγωγικές αντιδράσεις είναι οι αντιδράσεις μεταφοράς e- από ένα χημικό είδος στο άλλο. Οι ενώσεις που δίνουν e- οξειδώνονται και αυτές που δέχονται e- ανάγονται Ελεύθερη ρίζα (free radical) Άτομο ή μόριο το οποίο έχει ένα ή περισσότερα ασύζευκτα ηλεκτρόνια (μονήρη) και μπορεί να υπάρχει ως αυτόνομη μορφή σε χημικά η βιολογικά συστήματα. Τα μέταλλα μετάπτωσης όπως Fe, Cu, Mo έχουν και αυτά ασύζευκτα ηλεκτρόνια στα τροχιακά τους αλλά δεν θεωρούνται ρίζες

3 Μερικές βασικές έννοιες για αρχή (2) Το Ο 2 Το Ο2 είναι biradical  δύο μονήρη ηλεκτρόνια σε διαφορετικά τροχιακά Θερμοδυναμικά πολύ δραστικό Οι αντιδράσεις του καταλύονται από μέταλλα Το Ο2 μπορεί να δεχτεί μέχρι και 4 e- που το ανάγουν σταδιακά στο νερό.

4 Μερικές βασικές έννοιες για αρχή (3) Το ΝΟ Το ΝΟ είναι ελεύθερη ρίζα Αέριο, έχει μεγάλη διαχυτική ικανότητα

5 Μερικές βασικές έννοιες για αρχή (4) Δραστικές μορφές οξυγόνου (Reactive oxygen species, ROS) Χημικές μορφές, οι οποίες μπορεί να είναι ελεύθερες ρίζες ή όχι και έχουν ως δραστικό κέντρο το άτομο του οξυγόνου Τα ROS που δεν είναι ρίζες μπορούν εύκολα να μετατραπούν μέσα στο κύτταρο σε ρίζες. Δραστικές μορφές αζώτου (Reactive nitrogen species, RNS) Χημικές μορφές, οι οποίες μπορεί να είναι ελεύθερες ρίζες ή όχι και έχουν ως δραστικό κέντρο το άτομο του αζώτου Συνολικά, οι δραστικές μορφές οξυγόνου και αζώτου αναφέρονται και ως RONS (reactive oxygen and nitrogen species) Οι RONS αποσπούν e- από άλλες ενώσεις (συνήθως υπό τη μορφή Η. ) για να συμπληρώσουν τα δικά τους τροχιακά και δημιουργούν μία νέα ελεύθερη ρίζα και με αυτό τον τρόπο εκκινούν αλυσιδωτές αντιδράσεις ελευθέρων ριζών.

6 Οι σημαντικότερες RONS στον οργανισμό

7 Το ανιόν υπερυπεροξειδίου (Ο 2 -. ) (superoxide anion) Παράγεται είτε από την ατελή αναγωγή του Ο 2 σε συστήματα μεταφοράς ηλεκτρονίων (όπως στην αναπνευστική αλυσίδα) είτε ως προϊόν ενζυμικών διεργασιών. Παράγεται σε μεγάλα ποσά από τα φλεγμονώδη κύτταρα Το αρνητικό φορτίου του ανιόντος δεν του επιτρέπει να διαχέεται από τις βιολογικές μεμβράνες με ευκολία. Σε σχέση όμως με άλλες ελεύθερες ρίζες, το Ο2.- έχει μεγάλο χρόνο ζωής, ο οποίος του επιτρέπει να διαχέεται διαμέσου των κυττάρων και να οξειδώνει μεγάλη γκάμα βιομορίων.

8 Οι σημαντικότερες RONS στον οργανισμό Το ανιόν υπερυπεροξειδίου (Ο 2 -. ) Μπορεί να οδηγήσει στην παραγωγή ΟΗ. και υδρουπεροξυ ριζών αντιδρώντας με το H 2 O 2 στην αντίδραση Haber-Weiss Το Ο 2.- μπορεί να υποστεί αυτοοξειδοαναγωγή (dismutation), είτε αυθόρμητα, είτε από ένζυμα που λέγονται υπεροξειδικές δισμουτάσες (superoxide dismutases, SOD) και να μετατραπεί σε υπεροξείδιο το υδρογόνου. Η αντίδραση αυτή αποτελεί βασική πηγή του Η 2 Ο 2 στα κύτταρα. Επίσης, το Ο 2.- μπορεί να απελευθερώνει σίδηρο από τις σιδηροπρωτείνες και τις μεταλλοπρωτείνες επιτείνοντας την οξειδωτική του δράση.

9 Οι σημαντικότερες RONS στον οργανισμό Το υπεροξείδιο του Η 2 Ο 2 (hydrogen peroxide) Σχετικά σταθερό, λιπόφιλο, διαπερνάει τις κυτταρικές μεμβράνες και έχει σχετικά μεγάλο χρόνο ζωής μέσα στο κύτταρο. Παράγεται από α) αυτοοξειδοαναγωγή του Ο2.- β) ενζυμικές αντιδράσεις (οξειδάσες ουρικού, αμινοξέων κ.α.) Ασθενής οξειδωτικός παράγοντας αλλά κυτταροτοξικό Η κυτταροτοξικότητα οφείλεται στις αντιδράσεις Fenton Πρόδρομη ένωση για την παραγωγή υποχλωριώδους οξέος HOCl

10 Οι σημαντικότερες RONS στον οργανισμό Ρίζα υδροξυλίου (ΗΟ. ) Οι πιο δραστικές ελεύθερες ρίζες, υψηλή οξειδωτική ικανότητα. Καταστρέφουν τα μόρια που βρίσκονται κοντά στο σημείο παραγωγής των.ΟΗ και εξαιτίας της μεγάλης δραστικότητας τους δεν μπορούν να διαπεράσουν μεμβράνες. Δεν είναι δυνατόν να ανιχνευτούν στα βιολογικά συστήματα παρά μόνο τα προϊόντα των αντιδράσεων τους. Οξυγόνο απλής κατάστασης (singlet oxygen, 1 O 2 ) Hλεκτρονικά διεγερμένη μορφή του Ο2 Mικρός χρόνο ζωής, μεγάλη διαχυτική ικανότητα διαμέσου των μεμβρανών, ιδιαίτερα οξειδωτικό. Η αυτοοξειδοαναγωγή του Ο2.- στο νερό μπορεί να οδηγήσει στο σχηματισμό 1 Ο 2

11 Οι σημαντικότερες RONS στον οργανισμό Μονοξείδιο του αζώτου (nitric oxide, NO) Είναι αέριο, μεγάλη διαχυτική ικανότητα. Συντίθεται από τις συνθάσες του ΝΟ (ΝΟS)

12 Οι σημαντικότερες RONS στον οργανισμό Μονοξείδιο του αζώτου (nitric oxide, NO) Aντιδρά με την γουανυλική κυκλάση (περιέχει Fe στο ενεργό της κέντρο)  προς cGMP. Σύνδεση με Fe αιμοσφαιρίνης  βασικός μηχανισμό απομάκρυνσης του από την κυκλοφορία. To παραγόμενο ΝΟ μπορεί να έχει άμεσες τοξικές δράσεις με το να συνδέεται με ενώσεις που περιέχουν Fe και έχουν μονήρη ηλεκτρόνια και αυτές. Κάποιοι από τους στόχους το ΝΟ είναι Fe-S κέντρα πρωτεϊνών (ακονιτάση, συμπλέγματα Ι και ΙΙΙ της αναπνευστικής αλυσίδας) και πρωτεΐνες που περιέχουν αίμη

13 Οι σημαντικότερες RONS στον οργανισμό Υπεροξυνιτρώδες ανιόν (peroxynitrite anion, ΟΝΟΟ - ) Δεδομένου ότι η αντίδραση μεταξύ Ο 2.- και ΝΟ γίνεται τρεις φορές ταχύτερα από ότι η μετατροπή του Ο2.- σε Η 2 Ο 2 και η αντίδραση του ΝΟ με τις πρωτεΐνες της αίμης, αυτή είναι η κύρια αντίδραση όταν βρεθούν μαζί το Ο 2.- και το ΝΟ. Διαχέεται διαμέσου των κυτταρικών μεμβρανών Το ΟΝΟΟ- αλλά και η πρωτονιομένη μορφή του ΟΝΟΟΗ είναι ισχυρά οξειδωτικά, σταθερά και τοξικά οδηγώντας στην οξείδωση θειολών, καταστροφή στο DNA και νίτρωση πρωτεινών. Μπορεί επίσης, να διασπάται σε RNOS όπως ΝΟ2, το οποίο μπορεί να εκκινεί λιπιδικές υπεροξειδώσεις και το Ν2Ο3 που να νιτρώνει πολλούς μοριακούς στόχους.

14 Οι σημαντικότερες RONS στον οργανισμό Υποχλωριώδες οξύ (hypochlorous acid, HOCl) To HOCl παράγεται από τη δράση της μυελοϋπεροξειδάσης στο Η 2 Ο 2 Παράγεται κυρίως από τα ουδετερόφιλα και μπορεί να οδηγήσει στη καταστροφή βιομορίων με το να οξειδώνει θειόλες, λιπίδια, ασκορβικό οξύ και NADPH.

15 Οι σημαντικότερες RONS στον οργανισμό Αλληλομετατροπές RNS

16 Οι αλληλομετατροπές των RONS στον οργανισμό

17 Πηγές RONS στον οργανισμό Πηγές RONS στον ανθρώπινο οργανισμό Ενδογενείς μηχανισμοί Τυχαία παραπροιόντα φυσιολογικών ενζυμικών αντιδράσεων Φυσιολογικά προϊόντα ενζυμικών αντιδράσεων Παραγωγή τους ως τοξικές ενώσεις για την καταστροφή μικροοργανισμών στην φλεγμονώδη απόκριση. Εξωγενείς παράγοντες Φάρμακα Ακτινοβολία Ατμοσφαιρικοί ρύποι Κάπνισμα.

18 Ενδογενείς μηχανισμοί παραγωγής RONS Αναπνευστική αλυσίδα

19 Ενδογενείς μηχανισμοί παραγωγής RONS Ενζυμικές αντιδράσεις οξειδασών, οξυγονασών, υπεροξειδασών (1) Δεσμεύουν Ο2 και μεταφέρουν μονήρη ηλεκτρόνια σε αυτό μέσω ενός μετάλλου. Ελεύθερες ρίζες, που είναι ενδιάμεσα αυτών των αντιδράσεων μπορούν να απελευθερωθούν τυχαία πριν ολοκληρωθεί η αναγωγή του Ο2. Βασική πηγή ελευθέρων ριζών μέσω αυτών των αντιδράσεων είναι το κυτόχρωμα Ρ450. Επαγωγή του Ρ450 από αιθανόλη, φάρμακα ή τοξικές ενώσεις αυξάνουν την απελευθέρωση ελευθέρων ριζών από αυτό.

20 Ενδογενείς μηχανισμοί παραγωγής RONS Ενζυμικές αντιδράσεις οξειδασών, οξυγονασών, υπεροξειδασών (2) Το Η 2 Ο 2 και τα λιπιδικά υπεροξείδια παράγονται ενζυμικά από αρκετές οξειδάσες που βρίσκονται στα υπεροξυσωμάτια, μιτοχόνδρια και στο ενδοπλασματικό δίκτυο. Μονοάμινοοξειδάση

21 Ενζυμικές αντιδράσεις οξειδασών, οξυγονασών, υπεροξειδασών (3) Υπεροξυσωμιακή οξειδάση των λιπαρών οξέων Ενδογενείς μηχανισμοί παραγωγής RONS Ενζυμικές αντιδράσεις οξειδασών, οξυγονασών, υπεροξειδασών ( Υπεροξυσωμιακή οξειδάση των λιπαρών οξέων

22 Ενδογενείς μηχανισμοί παραγωγής RONS Ενζυμικές αντιδράσεις οξειδασών, οξυγονασών, υπεροξειδασών (4) Οξειδάση της ξανθίνης

23 Ενδογενείς μηχανισμοί παραγωγής RONS Ενζυμικές αντιδράσεις οξειδασών, οξυγονασών, υπεροξειδασών (5) Λιπιδικά υπεροξείδια ως ενδιάμεσα της σύνθεσης εικοσανοειδών

24 Ενδογενείς μηχανισμοί παραγωγής RONS Φλεγμονώδης απόκριση

25 Εξωγενείς πηγές RONS Ιονίζουσα ακτινοβολία (κοσμική ακτινοβολία, ραδιενέργεια, ακτίνες Χ) Κάπνισμα Ατμοσφαιρική ρύπανση

26 Μηχανισμοί αντιμετώπισης RONS και δράσεων τους Μηχανισμοί αποικοδόμησης και απομάκρυνσης των οξειδωτικά τροποποιημένων βιομορίων Συστήματα δέσμευσης των ελευθέρων ριζών ή μετατροπής τους σε μη δραστικές, μη τοξικές ενώσεις Αναστολή παραγωγής ελευθέρων ριζών Διαμερισματοποίηση παραγωγής RONS

27 Διαμερισματοποίηση παραγωγής ROS Συνήθως η παραγωγή RONS γίνεται σε διαμερίσματα του κυττάρου (π.χ υπεροξυσωμάτια), τα οποία είναι απόμονωμένα από το υπόλοιπο κύτταρο και με μεγαλά ποσά αντιοξειδωτικών ενζύμων.

28 Διατήρηση μεταλλικών ιόντων σε δεσμευμένη αδρανή μορφή Ο οργανισμός έχει φροντίσει έτσι ώστε τα μεταλλικά ιόντα που λειτουργούν ως καταλύτες οξειδωτικών αντιδράσεων (π.χ Fe2+ αντίδραση Fenton) να είναι δεσμευμένα σε πρωτεϊνικές μορφές που δεν μπορούν να επιτελέσουν οξειδώσεις (π.χ. Fe στην φεριτίνη)

29 Ενδογενή αντιοξειδωτικά συστήματα Ενζυμικά συστήματα μετατροπής των ελευθέρων ριζών σε μη τοξικές ενώσεις Μη ενζυμικά βιομόρια με αντιοξειδωτική δράση

30 Ενδογενή ενζυμικά αντιοξειδωτικά συστήματα Υπεροξειδικές δισμουτάσες (superoxide dimsutases, SOD)

31 Ενδογενή ενζυμικά αντιοξειδωτικά συστήματα Υπεροξειδάσες της γλουταθειόνης (Glutathione peroxidases, GPXs)

32 Ενδογενή ενζυμικά αντιοξειδωτικά συστήματα Καταλάση (Catalase) Η καταλάση καταλύει την μετατροπή του Η 2 Ο 2 προς H 2 O και έτσι αποτρέπει τη μετατροπή του Η 2 Ο 2 προς HO. Απαιτεί Fe στο ενεργό της κέντρο και αν και έχει το ίδιο υπόστρωμα με την GPX η καταλάση έχει πολύ μικρότερη συγγένεια για το Η 2 Ο 2 σε χαμηλές συγκεντρώσεις. Εντοπίζεται κυρίως στα υπεροξυσωμάτια και η υψηλότερη δραστικότητα εντοπίζεται σε ιστούς με υψηλό υπεροξυσωμιακό περιβάλλον (νεφρά και ήπαρ). Στα λευκοκύτταρα, έχει ως σκοπό την προστασία του κυττάρου από το Η 2 Ο 2 που παράγεται κατά την αναπνευστική έκρηξη.

33 Ενδογενή ενζυμικά αντιοξειδωτικά συστήματα Σύστημα θειορεδοξίνης (TRXs)

34 Ενδογενή ενζυμικά αντιοξειδωτικά συστήματα Σύστημα γλουταρεδοξίνης (glutaredoxin system, GRXs)

35 Ενδογενή ενζυμικά αντιοξειδωτικά συστήματα Οξυγονάση αίμας (Ηeme oxygenase, HO) Προ-οξειδωτική δράση Εκκαθαριστής ελευθέρων ριζών Αντιυπερπλαστικό Αντιφλεγμονώδες Αγγειοδιασταλτικό Παραοξονάσες (paraoxonases, PON) Οι παραοξονάσες είναι ομάδα ενζύμων που συντίθενται στο ήπαρ και κυκλοφορούν στο πλάσμα συνδεόμενες με HDL. Είναι ένζυμα που περιορίζουν την λιπιδική υπεροξείδωση.

36 Ενδογενή, μη ενζυμικά αντιοξειδωτικά συστήματα Ενδογενείς, αντιοξειδωτικές ενώσεις Πρωτείνες Αλβουμίνη, Τρασφερίνη Μεταλλοθειονίνες Μικρά οργανικά μόρια Ουρικό οξύ Λιποικό οξύ Γλουταθειόνη Ουβικινόλη Χολερυθρίνη

37 Ενδογενή, μη ενζυμικά αντιοξειδωτικά συστήματα Ουρικό οξύ (1) Το ουρικό οξύ αποτελεί προϊόν του μεταβολισμού των πουρινών και είναι σημαντικό αντιοξειδωτικό των βιολογικών υγρών (αίμα, σάλιο, βρογχοκυψελιδικό υγρό) αφού είναι ισχυρός εκκαθαριστής των υπερόξυ- και υδροξυ-ριζών καθώς και του 1 Ο 2.

38 Ενδογενή, μη ενζυμικά αντιοξειδωτικά συστήματα Ουρικό οξύ (2) Στην ανιοντική μορφή του το ουρικό ανιόν λειτουργεί ως χηλικό μεταλλικών ιόντων, όπως το σιδήρου και του χαλκού, εμποδίζοντας αυτά να καταλύσουν το σχηματισμό υδροξυλικών ριζών με τις αντιδράσεις Fenton. Απενεργοποιεί άμεσα OH., προϊόντα οξειδωμένης αίμης που σχηματίζονται με την αντίδραση τα αιμοσφαιρίνης και υπεροξυ-ριζών. Λειτουργώντας ως εκκαθαριστής ελευθέρων ριζών το ουρικό παράγει πλήθος προϊόντων οξείδωσης που εκκρίνονται από τα νεφρά Μαζί με τις πρωτεϊνικές θειόλες είναι τα ισχυρότεροι δεσμευτές ελευθέρων ριζών στο πλάσμα.

39 Ενδογενή, μη ενζυμικά αντιοξειδωτικά συστήματα Χολερυθρίνη Η χολερυθρίνη αποτελεί το τελικό προιόν καταβολισμού της αίμης. Είναι εκκαθαριστής των υπεροξειδικών ριζών και προστατεύει τα κύτταρα από τα τοξικά επίπεδα Η 2 Ο 2.

40 Ενδογενή, μη ενζυμικά αντιοξειδωτικά συστήματα Μελατονίνη Νευροορμόνη που εκκρίνεται από την επίφυση Σχετίζεται με τη λειτουργία του κιρκαδιανού ρυθμού και την επαγωγή του ύπνου. Λειτουργεί ως ένα μη ενζυμικό αντιοξειδωτικό εξουδετερώνοντας ελεύθερες ρίζες. Η καλή αντιοξειδωτική της δράση έγκειται στο ότι δεν έχει προ-οξειδωτικές δράσεις και ότι έχει και υδροφιλικότητα και υδροφοβικότητα το οποίο της επιτρέπει να διαπεράσει μεμβράνες και τον αιματοεγκεφαλικό φραγμό.

41 Ενδογενή, μη ενζυμικά αντιοξειδωτικά συστήματα Γλουταθειόνη (1) Τριπεπτίδιο, το οποίο συντίθεται στο ήπαρ και και μεταφέρεται μέσω της κυκλοφορίας στους ιστούς. Η θειόλη με τη μεγαλύτερη συγκέντρωση στα κύτταρα (τάξης mM). Βιολογικοί ρόλοι GSH: Αντιδρά και απενεργοποιεί με πολλές ελεύθερες ρίζες δίνοντας ένα άτομο υδρογόνου. Αποτελεί υπόστρωμα για τις GPXs Διατηρεί στη ανηγμένη μορφή της βιταμίνες C και E. Αντιδρά τόσο με τις ρίζες βιταμίνης Ε, όσο και με τη ημιδιυδροασκορβική ρίζα διατηρώντας τα περιορισμένα επίπεδα αυτών των αντιοξειδωτικών στα κύτταρα.

42 Ενδογενή, μη ενζυμικά αντιοξειδωτικά συστήματα Λιποικό οξύ Συμπαράγοντα για α-αφυδρογονάσες, συμμετέχει σε αντιδράσεις μεταφοράς -S-O- Συντίθεται ενδογενώς αλλά μπορεί να παραληφθεί και από τη διατροφή Σε πολύ μικρά ποσά στα κύτταρα και συνδεδεμένο σε ενζυμικά συμπλέγματα και συνεπώς έχει περιορισμένη αντιοξειδωτική δράση σε αυτή τη μορφή. Ως μη δεσμευμένο όμως και στην ανηγμένη μορφή του (διυδρολιποικό οξύ) είναι ισχυρά αντιοξειδωτικό. Μπορεί να συμμετάσχει στην αναγέννηση της βιταμίνης C.

43 Εξωγενή αντιοξειδωτικά διατροφής Καροτενοειδή Μορφές: α-καροτένιο, β-καροτένιο, λυκοπένιο, λουτείνη, κρυπτοξανθίνη, ζεαξανθίνη  Δεσμευτές ΟΗ., Ο2 -., 1 Ο 2  Αναστολέας οξείδωσης LDL  Προοξειδωτικές δράσεις  λιπιδική υπεροξείδωση  RDA 700-900 μg/d, UL 3000 μg/d  Ειδικά το λυκοπένιο: o Δεσμεύει 1 Ο 2 2x ισχυρότερα από β-καροτένιο και 10x ισχυρότερα από α-τοκοφερόλη o Μειώνει SBP o Υποχοληστερολαιμική δράση

44 Εξωγενή αντιοξειδωτικά διατροφής Βιταμίνη Ε  Μίγμα τοκοφερολών και τοκοτριενολών  Αναστολή οξείδωσης LDL  Ενεργοποίηση έκφρασης ΝΟS και παραγωγής ΝΟ  Αντιφλεγμονώδεις δράσεις (κυρίως μέσω αναστολής PKC)  Αναστολή υπερπλασίας SMC  Αναστολή NADPH-οξειδάσης μέσω αναστολής φωσφορυλίωσης της p47  Αναστολή συγκόλλησης αιμοπεταλίων  γ-τοκοφερόλη  αναστολή COX-2  α-τοκοφερόλη  αναστολή 5-LOX  αναστολή IL-1 απελευθέρωσης από μονοκύτταρα  Αναστολή NF-kB  Αναστολή oxLDL-induced apoptosis  RDA 15 mg/d, UL 1000 mg/d

45 Εξωγενή αντιοξειδωτικά διατροφής Βιταμίνη Ε

46 Εξωγενή αντιοξειδωτικά διατροφής Βιταμίνη C  Μπορεί να εκκαθαρίσει υπερυπεροξειδικές, υδροξυλικές και λιποϋδρουπεροξειδικές ρίζες  Aναγεννά την βιταμίνη Ε και καροτενοειδή  Μείωση έκφρασης μορίων προσκόλλησης  Ενεργοποίηση σύνθεσης ΝΟ  Αναστολή απόπτωσης λείων μυικών κυττάρων  Αντιυπερτασική δράση (250 mg/day  - 7/4 mmHg)  RDA 75-90 mg/d, UL 2000 mg/d

47 Εξωγενή αντιοξειδωτικά διατροφής Πολυφαινολικές ενώσεις  Αναστέλλουν ένζυμα, όπως η οξειδάση της ξανθίνης, υπεύθυνα για την παραγωγή υπερυπεροξειδικής ρίζας  Λειτουργούν ως χηλικά αντιδραστήρια για μεταλλικά ιόντα όπως Fe και Cu αποτρέποντας τα μέταλλα αυτά να συμμετάσχουν σε αντιδράσεις Fenton.  Λειτουργούν ως εκκαθαριστές ελευθέρων ριζών με το να δίνουν ηλεκτρόνια στην υπερυπεροξειδική ρίζα ή σε λιπιδικά υπεροξείδια.

48 Τα αντιοξειδωτικά λειτουργούν σε συνέργια

49 Η ισορροπία μεταξύ RONS και αντιοξειδωτικών Ο ανθρώπινος οργανισμός έχει αναπτύξει έτσι τα αντιοξειδωτικά του συστήματα έτσι ώστε να μην εξαλείφει πλήρως τις ελεύθερες ρίζες αλλά να ρυθμίζει τα επίπεδα τους. Αυτό γιατί: η πλήρης εξάλειψη των RONS είναι πολύ ενεργοβόρα για το κύτταρο. Είναι ενεργειακά πιο οικονομικό η επιδιόρθωση ή η αντικατάσταση των κατεστραμμένων μορίων Είναι σχεδόν αδύνατον να επιτευχτεί πλήρης εξάλειψη π.χ. ΟΗ. Οι RONS έχουν σηματοδοτικό ρόλο σε πολλά μονοπάτια μεταγωγής σήματος Η ισορροπία είναι και πρέπει να είναι πάντα λίγο προς τα δεξιά

50 RONS και μοτίβα ρύθμισης μεταβολισμού

51

52 Οξειδοαναγωγική ρύθμιση σηματοδοτικών μονοπατιών Το μονοπάτι του NF-kB Το μονοπάτι του PGC-1α

53 Τι είναι οξειδωτικό στρες ? 1985 Η διατάραξη της ισορροπίας μεταξύ παραγωγής ελευθέρων ριζών και της απενεργοποίησης τους από τον οργανισμό 1995 Ανισορροπία μεταξύ οξειδωτικών και αντιοξειδωτικών προς όφελος των οξειδωτικών που οδηγεί σε διαταραχή στην οξειδοαναγωγική σηματοδότηση/ ρύθμιση ή/και μοριακές βλάβες Η ορολογία οξειδωτικό στρες δεν είναι απολύτως σωστή δεδομένου ότι η οξείδωση συνοδεύεται πάντοτε από την αναγωγή συνεπώς ένας πιο σωστός όρος είναι «οξειδοαναγωγικό στρες, redox stress».

54 Γιατί ο δεύτερος ορισμός είναι πιο σωστός ;

55 Κυτταρικά αποτελέσματα οξειδωτικού στρες

56

57 Οξειδωτική τροποποίηση βιομορίων Λιπίδια – Λιποπρωτείνες - Κυτταρικές μεμβράνες

58 Οξειδωτική τροποποίηση βιομορίων Πρωτεΐνες – Πεπτίδια

59 Οξειδωτική τροποποίηση βιομορίων Νουκλεινικά οξέα

60 Βιοδείκτες εκτίμησης οξειδωτικού στρες

61 Οξειδωτικό στρες και άσκηση – Πηγές RONS Αίμοσφαιρίνη Μυοσφαιρίνη Φεριτίνη

62 Ο διττός ρόλος των RONS στην άσκηση

63 Οι RONS ως μεσολαβητές της προσαρμογής του μυ στην άσκηση Μία μικρή συγκέντρωση ROS είναι απαραίτητη για τη προσαρμογή του μυ στην έντονη άσκηση MnSOD Βιογένεση mit Εξειδίκευση μυϊκών ινών Ινσουλινοευαισθησία Powers SK, J Physiol, 2011

64 Οι RONS ως μεσολαβητές της επίδρασης της άσκησης και της μειωμένης πρόσληψης θερμίδων στην μακροζωία Ristow M., Free Rad Biol Med, 2011

65 Μεταγευματική κατάσταση και οξειδωτικό στρες (1) Κατανάλωση θερμιδικά πλούσιων γευμάτων Ταχεία αύξηση ενεργειακών υποστρωμάτων Κορεσμός κύκλου Krebs Αύξηση ταχύτητας αναπνευστικής αλυσίδας Αυξημένη έκκριση ανιόντος υπερυπεροξειδίου

66 Μεταγευματική κατάσταση και οξειδωτικό στρες (2) Αυξημένα ενδοκυτταρικά ROSΔιάσπαση γενετικού υλικού Ενεργοποίηση της πολύ (ADP- πολυμεράσης) (PARP) Αναστολή δράσης αφυδρογονάσης της 3- φωσφορικής γλυκεραλδεύδης μέσω πολύ ADP-ριβοζυλίωσης της Αναστολή γλυκόλυσης  συσσώρευση γλυκόζης, 3-φωσφορικής γλυκεριναλδεύδης και 6-φωσφορικής φρουκτόζης

67 Μεταγευματική κατάσταση και οξειδωτικό στρες (3) Είσοδος γλυκόζης στον κύκλο των πολυολών  μείωση ενδογενών αντιοξειδωτικών

68 Το οξειδωτικού στρες ως παθογενετικός μηχανισμός

69 Oξειδωτικό στρες, ενδοθηλιακή δυσλειτουργία και Αθηροσκλήρωση (1) Σχεδόν όλοι οι παράγοντες κινδύνου για καρδιαγγειακές παθήσεις οδηγούν σε δραματικές αυξήσεις ελευθέρων ριζών και μειώνουν τα αντιοξειδωτικά συστήματα με αποτέλεσμα οξειδωτικό στρες στο επίπεδο του ενδοθηλίου.

70 Oξειδωτικό στρες, ενδοθηλιακή δυσλειτουργία και Αθηροσκλήρωση (2) Το οξειδωτικό στρες καθιστά την eNOS συνθάση δυσλειτουργική, παράγοντας τελικά Ο2-. αντί για ΝΟ

71 Oξειδωτικό στρες, ενδοθηλιακή δυσλειτουργία και Αθηροσκλήρωση (3)

72 Αντιοξειδωτικές βιταμίνες (Α, C, E) – RCTs C. D. Morris and S. Carson, Routine vitamin supplementation to prevent cardiovascular disease: a summary of the evidence for the U.S. Preventive Services Task Force, Ann. Intern. Med., 139 (2003) 56-70.

73 Αντιοξειδωτικές βιταμίνες (Α, C, E) – Παρενέργειες, Αντενδείξεις G. Bjelakovic, et al Antioxidant supplements for prevention of mortality in healthy participants and patients with various diseases, Cochrane. Database. Syst. Rev., (2008) CD007176.

74 Μίγματα αντιοξειδωτικών βιταμινών – Πλεονεκτήματα έναντι μονοθεραπείας Προοξειδωτικές δράσεις των βιταμινών όταν χορηγούνται ως μονοθεραπεία Συνεργιστική δράση των βιταμινών στην αντιοξειδωτική προστασία

75 Μίγματα αντιοξειδωτικών βιταμινών και καρδιαγγειακός κίνδυνος L Badimon et al, Nutraceuticals and Atherosclerosis: Human Trials, Cardiovasc. Ther., 2010

76 Μίγματα αντιοξειδωτικών βιταμινών και καρδιαγγειακός κίνδυνος

77 JAMA.JAMA. 2012 Nov 7;308(17):1751-60. Multivitamins in the prevention of cardiovascular disease in men: the Physicians' Health Study II randomized controlled trial. Sesso HDSesso HD, Christen WG, Bubes V, Smith JP, MacFadyen J, Schvartz M, Manson JE, Glynn RJ, Buring JE, Gaziano JM.Christen WGBubes VSmith JPMacFadyen JSchvartz MManson JEGlynn RJBuring JE Gaziano JM Division of Preventive Medicine, Department of Medicine, Brigham and Women’s Hospital and Harvard Medical School, Boston, MA 02215, USA. OBJECTIVE: To determine whether long-term multivitamin supplementation decreases the risk of major cardiovascular events among men. DESIGN, SETTING, AND PARTICIPANTS: The Physicians' Health Study II, a randomized, double-blind, placebo-controlled trial of a common daily multivitamin, began in 1997 with continued treatment and follow-up through June 1, 2011. A total of 14,641 male US physicians initially aged 50 years or older (mean, 64.3 [SD, 9.2] years), including 754 men with a history of CVD at randomization, were enrolled. INTERVENTION: Daily multivitamin or placebo. CONCLUSION: Among this population of US male physicians, taking a daily multivitamin did not reduce major cardiovascular events, MI, stroke, and CVD mortality after more than a decade of treatment and follow-up. Πολυβιταμινούχα σκευάσματα και καρδιαγγειακός κίνδυνος

78 Οι διεθνείς οργανισμοί και επιστημονικές εταιρείες δεν συνιστούν την χορήγηση συμπληρωμάτων για την μείωση του KAΔ ΣύστασηΟργανισμόςΠηγή Tα μέχρι σήμερα αποδεικτικά στοιχεία είναι ανεπαρκή για τη σύσταση υπέρ ή κατά της χρήσης του συμπληρωμάτων διατροφής από το αμερικανικό κοινό για την πρόληψη χρόνιων ασθενειών NIH State-of-the-Science Conference Am J Clin Nutr. 2007 Jan;85(1):257S-264S Δεν ενδείκνυται η χρήση συμπληρωμάτων βιταμίνης Ε ως μέσο πρόληψης των καρδιοαγγειακών συμβάντων. Επιπλέον δεν υπάρχει καμία ένδειξη χρήσης των συμπληρωμάτων βιταμίνης Α, φυλλικού οξέος, Β 6, Β 12 ή των σκευασμάτων αντιοξειδωτικών ως μέσο πρόληψης των καρδιοαγγειακών νοσημάτων European Society of Cardiology Eur J Cardiovasc Prev Rehabil. 2007 Σε γενικές γραμμές, όταν ακολουθούνται οι κανόνες για μια υγιεινή διατροφή, δεν χρειάζονται συμπληρώματα διατροφής. European Society of Cardiology European Heart Journal (2012) 33, 1635–1701

79 Γιατί τα RCT με αντιοξειδωτικά συμπληρώματα δίνουν αντικρουόμενα αποτελέσματα ?  Μεγάλες διαφορές στους σχεδιασμούς των RCT με διαφορετικές ηλικίες άρα και στάδια αθηροσκλήρωσης, διαφορετική αναλογία αντρών-γυναικών, μορφές συμπληρώματος (κ.α.)  Δεν υπάρχει έλεγχος για το αντιοξειδωτικό περιεχόμενο της δίαιτας των εθελοντών, την γενικότερη διατροφική τους συμπεριφορά αλλά και για την φυσική τους δραστηριότητα.  Δεν υπάρχει βιοχημικό κριτήριο εισαγωγής των εθελοντών

80 Γιατί οι κλινικές μελέτες με αντιοξειδωτικές βιταμίνες δεν έχουν δείξει επίδραση στον καρδιαγγειακό κίνδυνο;  Οι εθελοντές δεν έχουν έλλειψη βιταμινών  Οι περισσότερες εθελοντές είχαν ήδη εγκατεστημένη καρδιαγγειακή βλάβη  Οι περισσότερες μελέτες δεν είχαν στατιστική δύναμη ή ο χρόνος παρέμβασης δεν ήταν μεγάλος  Όχι βέλτιστη δόση ή σωστή επιλογή ισομερούς μορφής βιταμίνης  Το οξειδωτικό στρες δεν είναι τόσο σημαντικό όσο άλλοι παράγοντες κινδύνου όπως η υπερλιπιδαιμία  Προοξειδωτικές ιδιότητες καροτενοειδών  Οι ελεύθερες ρίζες είναι φυσιολογικοί μεταβολίτες αντιφλεγμονωδών διαδικασιών.  Δεν είναι η αντιοξειδωτικές βιταμίνες υπεύθυνες για την ευεργετική δράση των φρούτων και λαχανικών στον ΚΑΔ  Η χρόνια χορήγηση αντιοξειδωτικών βιταμινών αίρει τις ευεργετικές συνέπειες του pre-conditioning

81 Συμπερασματικά: Ο ανθρώπινος οργανισμός έχει προσαρμόσει τους ομοιοστατικούς, αντιοξειδωτικούς και ανοσολογικούς μηχανισμούς του στην ποσότητα, το ρυθμό απορρόφησης και συχνότητα κατανάλωσης των μικροθρεπτικών συστατικών από τη διατροφή. Η χορήγηση βιταμινών/ιχνοστοιχείων σε φαρμακολογικές δόσεις μέσω συμπληρωμάτων μπορεί να γίνει μόνο όταν και αν οι RCT βεβαιώσουν για την αποτελεσματικότητα και την ασφάλεια αυτής της χορήγησης.

82 Ευχαριστώ για την προσοχή σας