Antioksidantit ja vapaat radikaalit

Antioksidantit (hapettumisen estoaineet) ja myrkylliset vapaat radikaalit

Antioksidantit ja vapaat radikaalit ovat toistensa vastavaikuttajia. Jokaisessa kroonisessa sairaudessa esiintyy vapaiden radikaalien aiheuttama hapetusstressi sekä omega-6-rasvahappojen aiheuttama tulehdus eli inflammaatio. Vapaat radikaalit lyhentävät solujen telomeerejä (aitotumallisilla soluilla esiintyvä DNA-jakso kromosomien päässä). Se kiihdyttää vanhenemismuutoksia sekä kasvattaa vanhenemiseen liittyvää sairastumisen riskiä.

Tässä artikkelissa käsitellään tarkemmin hapetusstressiä ja sen alkuperää sekä ehkäisemisen mahdollisuuksia, samoin puhutaan tulehdussytokiineistä, glykaatiosta, endogeenisistä ja eksogeenisistä antioksidanteista. Antioksidantteihin liittyvät näkemykset päivittyvät kun antioksidanteista saadaan uutta tutkimustietoa. Antioksidantit ja omega-3-rasvahapot hidastavat hapetusstressiä ja tulehdussytokiinien haittavaikutusta, joten
antioksidanttien ja omega-3-rasvahappojen nauttiminen ehkäisee useimpia pitkäaikaisia sairauksia.

Tyypillisimmät vitamiiniantioksidantit eli C-, E- ja beetakaroteeni eivät ole lunastaneet niihin liittyviä odotuksia joka suhteessa, sillä ne toimivat tehokkaimmin vain koeputkessa. Eräässä 10 vuotta kestäneessä terveystutkimuksessa kyseiset vitamiinit eivät kyenneet
parantamaan sydänsairauksia potevien naisien ennustetta. Jokunen yksittäinen negatiivinen tutkimustulos ei kuitenkaan voi kumota teoriaa antioksidanteista. Antioksidanttiteoriaa tukee esimerkiksi tutkimus, jossa ilmeni, että C- ja E-vitamiini sekä omega-3 antavat oleellista apua skitsofrenian tukihoitona, sillä skitsofrenian lääkityksenä käytettävä haloperidol kasvattaa hapetusstressiä. Mutta nykyään on käytössä uusia ja vitamiineja parempia antioksidantteja kuten karnosiini ja ubikinoni, joita käytetään vitamiinien lisänä tai sijasta. Sydänsairauksien riski on sitä vähäisempi mitä vähemmän ravinto aiheuttaa hapetusstressiä.

C-vitamiinin on todettu ehkäisevän kihtiä. Myös berberiini on tehokas uudempi antioksidantti ja sitä on käytetty laajalti kansanlääkinnässä, mm. Kiinassa ja Intiassa. Berberiini on yhteensopiva miltei jokaisen lääkkeen kanssa, eikä siinä ole lääkkeille tyypillisiä haittavaikutuksia. Berberiini on alkaloidi,jota löytyy useista eri kasveista kuten ruostehappomarjasta. Berberiinillä on myös tulehdusta ehkäisevä ja sammuttava vaikutus.
Syöpäpotilaatkin hyötyvät antioksidanteista, sillä antioksidanttihoito saattaa estää syöpähoitojen aiheuttamaa muistin ja keskittymiskyvyn heikentymistä. Hapetuksen estoaineet eli antioksidantit suojelevat soluja neutraloimalla myrkyllisiä vapaita radikaaleja.

On todettu, että äidit saavat ruoastaan ainoastaan varsin vähäisen määrän (2-6 mg/vrk) E-vitamiinin tarpeestaan, joka on 15 mg/vrk. Samaten sinkin saanti on heillä liian vähäistä. E-vitamiinia ja sinkkiä ravintolisinä käyttävien äitien lapset sairastuvat astmaan 5 vuotiaina muita vähemmän. D-vitamiinin sekä antioksidanttien syöminen raskausaikana pienentää lapsen riskiä sairastua allergioihin, astmaan ja hengitysteiden sairauksiin.

Vanhan näkemyksen mukaan antioksidanteilla on vaikutusta ainoastaan vapaiden radikaalien aikaansaamien vaurioiden torjumisessa. Uusimman näkemyksen mukaan antioksidantit aktivoivat vitageenejä, jotka hillitsevät sairaus- ja vanhenemisgeenejä.

Vapaat radikaalit toimivat siten, että ne tuhoavat solukalvoa ja vaurio levittäytyy molekyylistä toiseen solussa, jos sitä ei estetä antioksidantilla. Luonnollisia antioksidantteja ovat mm. karnosiini, ubikinoni, E-vitamiini, seleeni ja sinkki. Ne vahvistavat toistensa vaikutusta vapaita radikaaleja vastaan. Lepotilassa solujen ottamasta hapesta noin kaksi prosenttia muuttuu vapaiksi radikaaleiksi, jotka ovat hapen yhdisteitä, joiden atomin
uloimmilla kehällä on pariton elektroni. Radikaaleja syntyy molekyylin imiessä itseensä säteilyenergiaa tai kun happimolekyyli pelkistyy vähitellen. Mm. auringon ultraviolettisäteily nostaa happimolekyylin energiatasoa hiukkaskiihdyttimen tavoin. Kun happi pelkistyy syntyy superoksidia, hydroksiradikaaleja ja muita radikaaleja, vetyperoksidia tai muita hapettavia yhdisteitä.

Radikaaleja muodostuu jatkuvasti ihmisessä. Ulkoisia syitä ovat muun muassa

– radioaktiivinen säteily
– UV-säteet
– raskasmetallit kuten rauta ja lyijy
– typenoksidit eli kaupunkisaaste
– tupakansavu (myös passiivinen tupakointi)
– erilaiset torjunta-aineet
– alkoholi
– useat synteettiset lääkkeet.

Sisäisiä syitä ovat esimerkiksi

– kohonnut verensokeri
– erilaiset tulehdustilat
– krooniset sairaudet
– rankka fyysinen kuormitus (urheilu).

Myös sokerin hajoaminen elimistössä (anaerobinen glykolyysi) synnyttää sivutuotteina yhdisteitä, jotka aiheuttavat hapetusstressiä. Näitä sivutuotteita ovat glyoksaali,
metyyliglyoksaali (MG), jotka ”kytkevät pois päältä” merkittävää antioksidanttientsyymiä glutationiperoksidaasia. Kaiken lisäksi glyoksaali ja MG ovat solumyrkkyjä ja syöpää aiheuttavia aineita. Ison glykemiakuorman sisältävä ruokavalio ylläpitää jatkuvaa
glykolyysiä sekä lisää monien kroonisten sairauksien vaaraa, kuten sydän- ja verisuoni- sekä syöpäsairauksien. Karnosiini sen sijaan estää glyoksisaalin, MG:n sekä muiden myrkyllisten ja vanhentavien aineenvaihdunnassa syntyvien yhdisteiden syntymistä ja vaikutusta. Jokaista näistä haitoista ehkäisee varsinkin B1-vitamiinin rasvahakuinen muoto benfotiamiini, joka on diabeetikoille hyödyllinen antioksidantti (päiväannokseksi suositellaan 300 mg säännöllisessä käytössä). Hapetuksessa muodostuu vapaita
radikaaleja sekä neuroprostaaneja, joiden haitallisen vaikutuksen ehkäisemiseksi olisi hyvä käyttää karnosiinia ja/tai muita antioksidantteja. Hermosoluista vapautuu myös sinkkiä ja kuparia, joiden puskuroinnissa karnosiini on tarpeellinen.

Radikaalit aiheuttavat vahinkoa soluille

Radikaalit ovat varsin äkäisiä molekyylejä, sillä heti syntymänsä jälkeen ne reagoivat lähimmän sopivan molekyylin kanssa. Jos antioksidanttisuojausta ei ole, elävälle solulle käy kuten voille auringonpaisteessa, se härskiintyy. Radikaalit hyökkäävät solujen
solukalvojen kimppuun pilkkoen niiden rasvahappoja. Radikaalit tuhoavat soluja hajottamalla solujen hiilihydraatteja, proteiineja, nukleiinihappoja, entsyymeitä, solujen mitokondrioita ja mikrosomeja. Jokainen näistä on terveydelle ja solujen normaalille
toiminnalle välttämätön rakenne. Valtimonkovetustautia aiheuttavat osaltaan vuotavat ja vahingoittuneet mitokondriot. Vauriot pääsevät helposti leviämään koko kudokseen, kuten ihosoluista ihoon. Hapetusstressi vahingoittaa kenties herkimmin endoteelisoluja,
joita esiintyy mm. verisuonien sisäpinnoilla. Siksi varsinkin homokysteiinin aiheuttama hapetusstressi kasvattaa sydän- ja verisuonitautien riskiä ja kiihdyttää sairauden etenemistä. Mutta onneksi karnosiini ja muut antioksidantit suojelevat hyvin etenkin
valtimoiden sisäpintoja.

Radikaalit hapettavat solukalvojen rasvahappoja, jotka menevät rikki ja härskiintyvät. Tämä kasvattaa solukalvon läpäisevyyttä, jolloin ärsyttävät aineet pääsevät tunkeutumaan soluun sisälle ja solusta virtaa ulos elintärkeitä suoja-aineita. Hapetusstressin tähden arakidonihaposta ja DHA:sta muodostuu soluille myrkyllisiä
isoprostaaneja, mutta antioksidantit sekä EPA-rasvahappo hillitsevät tätä tapahtumasarjaa. Radikaalit hyökkäävät herkästi solujen ikäkellojen (telomeerien) ja solujen perimäaineksen DNA:n kimppuun hajottamalla sen hiilihydraattiketjun. Näin syntyy mutaatio, joka voi aiheuttaa syövän ilman korjausta. Juuri radikaalit ovat geenivaurioiden pohjimmaisia syitä, jos katsotaan atomitasolla. Antioksidantit pystyvät ehkäisemään ja korjaamaan solujen DNA:ssa olevia vaurioita. Telomeerien lyhentämistä voidaan estää käyttämällä karnosiinia ja muita antioksidantteja. Tällä tavalla antioksidantit varjelevat ihmisiä vanhentumiseen liittyviltä muutoksilta sekä rappeutumiselta.

Erään vuonna 2006 valmistuneen tutkimuksen mukaan munuaispotilaiden kannattaa käyttää ravintolisänä omega-3-rasvahappoja, sillä ne estävät ja hillitsevät hapetusstressiä. E-EPA on todettu olevan tehokkain antioksidatiivinen rasvahappo ja E-EPA estää, hillitsee
ja sammuttaa tehokkaasti myös tulehdusta (inflammaatiota), jota esiintyy kaikissa kroonisissa sairauksissa. Diabeetikot puolestaan valmistavat elimistössään ylimäärin superoksidia, jota muodostuu sokerin (glukoosin) palaessa väärää reittiä, eli polyolitietä. Tämä superoksidi vaurioittaa varsinkin mitokondrioita. Mutta niitä pystytään suojelemaan käyttämällä ravintolisänä benfotiamiinia, joka ohjaa sokerin palamisen takaisin normaalille
pentoosifosfaattireitille.

Soluvaurioit voivat johtaa kroonisiin sairauksiin

Vapaat radikaalit ja tulehdussytokiinit ovat sekä syitä että pahentajia miltei jokaisessa sairaudessa ja vanhentumismuutoksessa. Hapetusstressi nopeuttaa solujen ennenaikaista kuolemista ja lisää apoptoosia, joka johtaa immuunijärjestelmän toiminnan
heikentymiseen. Sairauden ilmenemismuoto eli diagnoosi on riippuvainen siitä, minkä kudoksen soluja radikaalit pystyvät vaurioittamaan (sydäntä, keuhkoja, ihoa jne.). Esim. sisävesien kaloissa on elohopeaa, joka kasvattaa sydän- ja verisuontisairauksien riskiä nimenomaan vapaiden radikaalien kautta.

Kohonnut verensokeri on haitallista elimistölle: se saa muodostumaan solujen mitokondrioissa superoksidia, joka käynnistää ja pahentaa muita sairauksia.

Antioksidanttihoitoja vastustettiin kauan koululääketieteessä, mutta nykyisin monet lääkärit pitävät sitä hyödyllisenä. Lancetissa, joka kuuluu johtaviin lääkärilehtiin,
ranskalaistutkijat suosittelevat lihaville lapsille antioksidanttihoitoa ravinnon lisänä, sillä lihavuus kasvattaa verisuonitautien riskiä ja antioksidantit normalisoivat valtimoiden
väliseinämän toimintaa ehkäisemällä ja hillitsemällä tulehdusreaktiota. Toinen ryhmä ranskalaisia tutkijoita suosittelee E-vitamiinia nivelreumaan. Saksassa on paljon sisätautilääkäreitä, jotka ovat jo pitemmän aikaa antaneet antioksidantteja diabeetikoille suojaksi lisäsairauksia vastaan. Uusissa tutkimuksissa on selvinnyt millä tavalla koholla oleva verensokeri molekyylitasolla kovettaa verisuonia sokeristumiseksi (glykaatio)
nimitetyssä reaktiossa. Glykaatio (glykosylaatio) tarkoittaa, että sokerit liittyvät valkuaisaineisiin ja rasvoihin. Glykoituneet proteiinit ja rasvat ovat myrkyllisiä soluille. Karnosiini ja kalsiumpyruvaatti estävät valkuaisaineiden glykaatiota ja
B6-vitamiini sekä karnosiini myös rasvojen sokeristumista. Nämä ovat niin tuoreita tutkimustietoja, että kaikki lääkäritkään eivät ole niihin vielä perehtyneitä.

Elimistön puolustusmekanismit

Ihmisessä olevat solut ja kudosnesteet on varustettu suojausmekanismeilla vapaita radikaaleja vastaan. Puolustuskeinoihin kuuluvat useat entsyymit (mm. seleenientsyymi
glutationoperoksidaasi ja superoksididismutaasi), vitamiinit, hivenaineet, eräät valkuaisaineet ja eräät lipidit (kuten omega-3-rasvahapot), jotka toimivat antioksidantteina (eli ne estävät liiallista hapetusta, härskiintymistä). Omega-3-rasvahappojen antioksidatiivisesta vaikutuksesta esim. punasoluissa on saatu uutta tutkimustietoa. Antioksidantit reagoivat kemiallisesti tai fysikaalisesti vapaiden radikaalien
kanssa. Kemiallisessa reaktiossa radikaali sidotaan antioksidanttimolekyyliin. Sen sijaan fysikaalisessa reaktiossa atomin elektroni luovutetaan tai vastaanotetaan.

Primääriset antioksidantit pystyvät hävittämään radikaaleja ja sekundaariset antioksidantit tekevät myrkyllisiä hapettavia yhdisteitä vaarattomiksi. Parhaita antioksidantteja terveyden kannalta ovat antioksidantit, jotka pystyvät pysäyttämään
solukalvoilla lipidiperoksidaation (rasvojen härskiintymisen). Tässä kohtaa tehokkaimpia antioksidantteja ovat glutationiperoksidaasi, isoprenoidit ja karnosiini. Antioksidantin
biologinen teho on riippuvainen myös sen molekyylin vakaudesta. Kun antioksidantti reagoi radikaalin kanssa se joko luovuttaa tai ottaa vastaan elektronin. Jokaisesta muusta molekyylistä poiketen isoprenoidit eivät menetä vakauttaan kun ne luovuttavat elektronin.

Sisäsyntyiset ja ulkoapäin saatavat antioksidantit

Eräät antioksidantit ovat sisäsyntyisiä eli endogeenisiä ja toiset ovat eksogeenisiä (ulkoa päin saatavia), joita elimistö ei pysty itse valmistamaan. Eksogeenisiä antioksidantteja saadaan ulkoapäin ravinnosta, juomasta ja ravintolisistä. Endogeenisiä antioksidantteja ovat esim. glutationisulfhydriidi, superoksididismutaasi, katalaasi, glutationiperoksidaasi,
skvaleeni, pyruvaatti (palorypälyhappo), karnosiini ja ubikinoni. Elimistö kykenee siis syntetisoimaan näitä yhdisteitä ja lisäämään  tai vähentämään niiden tuotantoa tarpeen mukaan. Eksogeenisiä antioksidantteja ovat ovat mm. C- ja E-vitamiini, seleeni, sinkki,
karotenoidit (beetakaroteeni jne.), valkosipuli ja vihreä tee. Sisäsyntyiset antioksidantit voivat olla elimistölle tarpeellisimpia kuin eksogeeniset, vaikka eksogeeniset
antioksidantit saattavat koeputkessa olla yhtä tehokkaita tai jopa tehokkaampia. Vitamiinit auttavat ehkäisemään kohtusyöpää.

Lykopeeni toimii itsenäisenä antioksidanttina inaktivoiden singlettihappea hyvin voimakkaasti. Lykopeeni on todella voimakas antioksidantti, sen teho on kaksinkertainen beetakaroteeniin ja peräti satakertainen E-vitamiiniin verrattuna. Miehillä lykopeeni
kerääntyy elimistössä varsinkin kiveksiin, eturauhaseen ja lisämunuaisiin. On saatu selville, että runsas lykopeenin ottaminen pienentää eturauhassyövän vaaraa. Lykopeenia tutkitaan paljon nykyään, koska se auttaa ehkäisemään eturauhassyöpää ja parantaa
taudin ennustetta.

Antioksidanttien merkitys tulehduksien (inflammaation) torjumisessa

Antioksidantit eivät vaikuta ainoastaan reagoimalla vapaiden radikaalien ja niiden myrkyllisten aineenvaihduntatuotteiden kanssa, kuten uskottiin 1980-luvulla, vaan lisäksi antioksidantit ehkäisevät, vaimentavat ja sammuttavat tulehdusta. Esim. tehokas
antioksidantti karnosiini estää tulehdusta ja syöpää aiheuttavaa sytokiinia, interleukiini 8:a Lisäksi myös karpalouute ja soijan isoflavonoidit hillitsevät tulehdusta. Sinkki estää tulehdusta aiheuttavia COX-2-entsyymejä, jotka ovat samoja, joihin tulehdus-
ja särkylääkkeet vaikuttavat, sekä ehkäisee syövän syntymistä. Erittäin tehokas tulehduksen hillitsijä on E-EPA, josta muodostuu kudoksissa resolviineja.

Hapetusstressi

Välittömästi kun radikaaleja muodostuu liikaa elimistö alkaa lisätä endogeenisten antioksidanttien tuotantoa. Hapetusstressi syntyy elimistössä kun endogeeninen antioksidanttipuolustus murenee. Hapetusstressi roihahtaa valloilleen kun radikaalien tuotanto ylittää tietyn kynnyksen, eivätkä antioksidantit pysty vakauttamaan tilannetta. Hapetusstressi muistuttaa sydämen toimintavajausta. Sydänlihaksen voiman alkaessa heiketä sydän laajentuu yrittäen sillä tavalla kompensoida tilannetta. Tällöin tarvitaan
sydänlääkkeitä, ubikinonia ja karnosiinia paikkaamaan tilannetta. Hapetusstressi kasvattaa sisäisten antioksidanttien tuotantoa yrittäen siten kompensoida tilaa. Ulkoiset antioksidantit, kuten C-ja E-vitamiini sekä seleeni, voivat jonkin verran auttaa
hapetusstressissä tuhoamalla vapaita radikaaleja, mutta niiden ottaminen ei vaikuta kompensoivaan sisäsyntyisten antioksidanttien tuotantoon soluissa. Tämä asiantila päätellään siitä, että kun vanhetessa sisäsyntyisten antioksidanttien pitoisuus pienentyy, on elimistö entistä alttiimpi hapetusstressille, vaikka ihminen nauttisi ravinnon lisäksi vitamiineja ja hivenaineita. Hapetusstressin syy on siten sisäsyntyisen, endogeenisen,
antioksidanttipuolustuksen mureneminen. Toisaalta useat eksogeeniset, ulkoiset, antioksidantit, kuten C- ja E-vitamiini auttavat ehkäisemään tulehdusta, minkä pystyy huomaamaan tulehdusmarkkereiden määrän vähenemisenä veressä. Myös E-EPA
ehkäisee hapetusstressiä, koska EPA-rasvahappo valmistaa elimistössä hyödyllisiä F3-isoprostaaneja (E-EPA on hyödyksi myös ylipainoisille, sillä heidän elimistössään syntyy liikaa tulehdusta aiheuttavia F2-isoprostaaneja).

Antioksidanttikapasiteetin mittaus

Ihmisen puolustuksen tehokkuus on riippuvainen antioksidanttien toimintakyvystä huolehtia tasapainosta (ns. antioksidanttikapasiteetti). Vanhastaan antioksidanttikapasiteettia on mitattu analysoimalla veren seerumin antioksidanttien, kuten C-vitamiinin ja seleenin, pitoisuuksia ja kerrottua ne keskenään. Mutta uudemman tiedon perusteella tällainen ei ole järkevää, koska se menettely ei ota huomioon useita ”uusia” antioksidantteja. Nykyään pystytään mittaamaan glutationiperoksidaasin aktiivisuus veren punasolusta. Tämä aktiivisuus kuvastaa sisäistä antioksidanttipuolustusta. Mutta herkin ja tarkin hapetusstressin
osoitin on veren seerumin isoprostaanien mittaaminen.

{lang: 'fi'}