MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA BAKALÁŘSKÁ PRÁCE

Transkript

1 MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BRNO 2010 KRISTÍNA POLÁKOVÁ

2 Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav technologie potravin Antioxidanty ve výživě člověka Bakalářská práce Vedoucí práce: prof. MVDr. Ing. Tomáš Komprda, Csc. Vypracovala: Kristína Poláková Brno 2010

3 PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma Antioxidanty ve výživě člověka vypracovala samostatně a použila jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. Bakalářská práce je školním dílem a může být použita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího bakalářské práce a děkana AF MENDELU v Brně. dne podpis...

4 PODĚKOVÁNÍ Děkuji vedoucímu bakalářské práce prof. MVDr. Ing. Tomáši Komprdovi Csc. za cenné rady, připomínky a odborné vedení práce. Poděkování patří také mé rodině a nejbližším za podporu a zázemí, které mi poskytovali v průběhu celého studia.

5 ABSTRAKT Antioxidantům a volným radikálům se v poslední době věnuje zvláštní pozornost jak ve výživě lidí, tak i ve výživě zvířat a jsou předmětem zájmu jak potravinářských, tak zdravotnických odborníků. Antioxidanty jsou nezbytné k prevenci vzniku a proti působení reaktivních kyslíkatých částic (ROS), které vznikají in vivo během metabolismu molekulárního kyslíku, a tím mohou poškodit DNA, proteiny, sacharidy a lipidy. ROS se běžně vyskytují ve všech aerobních buňkách v rovnováze s antioxidanty. Pokud dojde k narušení vzájemné rovnováhy, nastává oxidační stres, který souvisí s rozvojem řady lidských onemocnění včetně rakoviny, srdečních chorob, stárnutí a další. Tato bakalářská práce podává přehled o příčinách a důsledcích oxidačního stresu, jednotlivých antioxidantech syntetizovaných v lidském těle a v neposlední řadě zdroje a role antioxidantů z potravy. Antioxidační kapacita je také stručně probrána. Klíčová slova: antioxidanty, volné radikály, reaktivní kyslíkaté částice, oxidační stres, antioxidační kapacita

6 ABSTRACT Antioxidants and free radicals have recently been paying special attention in human and animal nutrition and are of interests to food and health professionals. Antioxidants are needed to prevent the formation and oppose the actions of reactive oxygen species (ROS), which are generated in in vivo from the metabolism of molecular oxygen, and thus cause damage to DNA, proteins, carbohydrates and lipids. ROS normally exist in all aerobic cells in balance with antioxidants. When this critical balance is disrupted, oxidative stress occurs, which has been implicated in the development of wide array of human deseases including cancer, heart deseases, aging and other. This bachelor thesis gives an overview of the causes and consequences of oxidative stress, the various antioxidants synthesized in human body and finally the sources and role of dietary antioxidants. Antioxidant capacity will be briefly discussed too. Keywords: antioxidants, free radicals, reactive oxygen species, oxidative stress, antioxidant capacity

7 OBSAH 1 ÚVOD.9 2 CÍL PRÁCE CO JE TO ANTIOXIDANT? VOLNÉ RADIKÁLY Příčiny vzniku ROS Zdroje ROS in vivo Účinky volných radikálů v těle člověka Oxidační stres Volné radikály a ateroskleróza Příznivé účinky volných radikálů ANTIOXIDAČNÍ OCHRANNÝ SYSTÉM Fyziologická obrana organismu Antioxidační enzymy Kataláza (CAT) Superoxiddismutázy (SOD) Glutathionperoxidázy (GSHPx) Glutathion (GSH) Látky chelatující přechodné kovy Exogenní antioxidanty Vitamin C Vitamin E Karotenoidy Polyfenoly Endogenní antioxidanty Ubichinon (Koenzym Q 10 ) Kyselina močová Melatonin STOPOVÉ PRVKY Selen Zinek Měď ANTIOXIDAČNÍ KAPACITA... 35

8 7.1 Nejčastější metody stanovení antioxidační kapacity ANTIOXIDANT JAKO PŘÍDATNÁ LÁTKA Proč se přidávají přídatné látky? ZÁVĚR SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY PŘÍLOHY..44

9 1 ÚVOD Antioxidantům se v poslední době věnuje zvláštní pozornost jak ve výživě lidí, tak i ve výživě zvířat a jsou předmětem zájmu jak potravinářských, tak zdravotnických odborníků. Hlavní příčinou je jejich vztah k volným radikálům, jejich schopnost podporovat imunitní systém na buněčné úrovni a jejich celkový vliv na podporu zdraví organismu. Jedná se o látky, které ve vhodných koncentracích zabraňují oxidaci substrátu vedoucí k nežádoucím změnám v biochemických systémech (organizmus člověka, potraviny) a mají schopnost eliminovat působení reaktivních forem kyslíku a dalších radikálů vznikajících ve tkáních. V lidském organismu tvoří ochranu před oxidačním poškozením nejen antioxidanty syntetizované v těle, ale i ty, které přijímáme potravou hlavně z ovoce, zeleniny, obilovin a nápojů. Konzumace antioxidačně působících látek je spojována např. se sníženým rizikem rakoviny a kardiovaskulárních onemocnění. Proto je jim věnována ve výzkumu potravin mimořádná pozornost. Antioxidanty v potravinách prodlužují jejich úchovnost tak, že je chrání před znehodnocením způsobeným oxidací, jejímž projevem je žluknutí přítomných tuků a dalších snadno se oxidujících složek potravin. Oxidace lipidů vyvolává další chemické změny v potravinách, které negativně ovlivňují jejich výživovou, hygienickotoxikologickou a senzorickou (vůni, chuť, barvu) hodnotu. Látky s antioxidačními účinky se přidávají k potravině záměrně při její výrobě, zpracování, skladování nebo balení za účelem zvýšení její kvality a řadíme je v chemii potravin do skupiny přídatných látek, která obsahuje spolu s antioxidanty 26 kategorií (patří sem dále např. barviva, kyseliny, tavící soli, emulgátory a další). Druh a množství látek, které se smí v potravinách vyskytovat, podmínky používání a označení jejich přítomnosti na obalech stanovují příslušné legislativní předpisy. Přítomnost těchto látek v potravině musí být uvedena na obalu (v sestupném pořadí podle klesajícího množství) názvem nebo číselným kódem E systému EU nebo obojím. 9

10 2 CÍL PRÁCE Cílem mé bakalářské práce bylo zpracovat literární rešerši na téma Antioxidanty ve výživě člověka a seznámit se s problematikou oxidačního stresu a reaktivních kyslíkatých částic, označovaných ve vědecky psané literatuře jako ROS. Tato práce pojednává dále o možnostech a mechanismech ochrany orgánů člověka před ROS prostřednictvím endogenních a exogenních antioxidantů. Také byly prostudovány některé nejběžnější hodnocení antioxidační kapacity výše uvedených látek. 10

11 3 CO JE TO ANTIOXIDANT? Definice: Antioxidant je jakákoliv látka, která, jestliže je přítomna v nízkých koncentracích ve srovnání s oxidovatelným substrátem, významně oddaluje nebo zamezuje oxidaci tohoto substrátu. Oxidovatelným substrátem může být téměř vše obsažené v potravinách a živých tkáních, např. proteiny, lipidy, sacharidy a DNA (Kvasničková, 2000). Z toho, jak se dnes často mluví o nutnosti přijímat ve stravě antioxidanty, by se mohlo usuzovat, že oxidace je obecně nežádoucí. Ve skutečnosti je však oxidace zcela nezbytná k tomu, abychom my a všechny živé organismy mohli získávat energii pro životní procesy a aby se sloučeniny vzniklé živými organismy po splnění svých funkcí zase rozložily na jednoduché sloučeniny a biogenní prvky se tak vrátily do koloběhu v přírodě a mohly posloužit dalším živým bytostem (Pokorný, 2001). Kyslík je tedy jedním ze základních prvků nezbytných pro udržení života, ale může mít škodlivé účinky, pokud množství jeho reaktivních sloučenin ve formě volných radikálů přesáhne potřebu buněk a není toto množství včas zablokováno (Kalač, 2003). Nežádoucí je proto hlavně oxidace příliš rychlá nebo probíhající ve velkém rozsahu (Pokorný, 2001). Významnou pomoc pro zvýšení obrany organismu vůči nadměrnému výskytu těchto volných radikálů představují ty složky potravy, které volné radikály převádějí na nereaktivní, nebo alespoň méně reaktivní formy. Tyto látky se označují jako antioxidanty (Kalač, 2003). Procesy likvidace reaktivních forem kyslíku a dusíku se nazývají lapání, zhášení, zametání. Antioxidantům se také říká zhášeče nebo zametače (Grofová, 2007). 4 VOLNÉ RADIKÁLY Volné radikály jsou atomy nebo molekuly obsahující jeden nebo více nepárových elektronů (Dreher, Junod, 1996). V rámci oxidačních procesů v biochemických systémech je zvláště nebezpečná tvorba těchto volných vysoce reaktivních kyslíkových radikálů. Jestliže ionty se tvoří tzv. heterolytickým štěpením, kdy jeden z reakčních produktů získává celý elektronový pár, volné radikály se tvoří homolytickým štěpením původní kovalentní vazby (sdílený elektronový pár) a každému z obou reakčních produktů zůstává jeden nepárový 11

12 elektron. Volný radikál je často bez náboje, může však kromě nepárového elektronu zároveň nést i náboj, např. molekula superoxidu (Komprda, 2003). Obrázek 1. Molekula superoxidu (Rokyta et al., 2006) Molekula superoxidu bývá vysoce nestabilní a značně reaktivní. Snaží se dostat do rovnovážného stavu tím, že získá ve svém okolí jiný elektron do páru. Potom se stane novým volným radikálem molekula, která elektron ztratila, a tak to pokračuje a vzniká řetězová reakce (Sizer, Whitney, 2003). V biologických systémech jsou vysoce reaktivními radikály hlavně kyslíkové radikály. V anglicky psané vědecké literatuře se pro ně používá několik termínů a zkratek, jako oxygen free radicals, oxygen derived species, oxy-radicals, reactive oxidants, reactive oxygen species, OFR nebo ROS. Výrazy zahrnují nejen radikály jako superoxidový, hydroxylový, oxidu dusnatého, ale i neradikálové deriváty kyslíku (nemají nepárový elektron) jako peroxid vodíku, singletový kyslík, kyselina chlorná a bromná (Stratil, 2005). Kromě těchto forem existují i volné dusíkaté radikály nebo také reaktivní dusíkaté částice (Reactive Nitrogen Species, RNS), kam patří oxid dusnatý, oxid dusičitý jako radikály a nitrosonium, nitroxyl, oxid dusitý, nitronium, peroxynitrit, kyselina dusitá a alkylperoxynitrit jako neradikály. V poslední době se dává přednost ještě obecnějšímu termínu reaktivní částice (Reactive Species, RS), který může zahrnovat i radikály síry a další možné biologicky závažné radikály (Kalousová, 2006). Reaktivní radikály mohou v biologických systémech reagovat s jinými molekulami mnoha způsoby. Podle principu mohou být reakce radikálů rozděleny do tří skupin (Stratil, 2005): 12

13 radikál může předat nepárový elektron jiné molekule nebo od jiné molekuly elektron přijmout za vzniku stabilní molekuly a nového reaktivního radikálu druhé molekuly reakce s jiným radikálem za vzniku kovalentní vazby a stálé molekuly (terminační fáze) nebo působením antioxidantu (fyziologický antioxidační systém nebo antioxidační molekuly produkované organismem nebo přijímaných potravou) reakce se sloučeninou s konjugovaným systémem dvojných vazeb a vznik stabilní molekuly nového stabilního radikálu Tabulka 1. Přehled některých vybraných reaktivních forem (Strain, Benzie, 2005) Superoxid, Hydroxyl, Peroxyl, Alkoxyl, Volné radikály Látky, které nejsou volnými radikály O Singletový kyslík, 2 2 OH Peroxid vodíku, 2 ROO RO Ozón, O 3 1 O H 2O Kyselina chlorná, HOCl Hydroperoxyl, HOO Peroxynitrit, ONOO Oxid dusnatý, NO Kyselina dusitá, HNO 2 Oxid dusičitý, NO Oxid dusitý, N O Příčiny vzniku ROS Reaktivní formy kyslíku jsou vytvářeny při zcela normálních metabolických pochodech naší látkové výměny a podílejí se na syntéze pro organismus tak nezbytných látek, jako jsou bílkoviny, hormony či nukleové kyseliny. Vznikají v procesu postupné redukce kyslíku na vodu nebo sekundárními reakcemi působením protonu ( H kovů, jako železo nebo měď (Kalač, 2003; Komprda, 2003). + ), resp. Obecně znám je vznik volných radikálů v dýchacím řetězci, kde oxidací vzdušným kyslíkem vzniká energie a jako vedlejší produkty volné radikály superoxid a hydroxylový radikál. Reakce většinou probíhají velmi rychle, např. volný hydroxylový 13

14 radikál má poločas trvání jen 9 10 sekund, superoxid kratší, tím je radikál reaktivnější (Rokyta et al., 2006) sekund. Čím je tato doba V terminální části mitochondriálního řetězce je kyslík bezpečně redukován enzymem cytochromoxidázou pomocí čtyř elektronů a čtyř protonů na dvě molekuly vody a tato redukce je nezbytná pro aerobní způsob života (Pláteník, 2009). Dostane-li jinde v těle kyslík jen jeden elektron, vzniká kyslíkový radikál, konkrétně superoxid. Superoxid spontánně nebo působením antioxidačního enzymu superoxidismutázy přechází na peroxid vodíku, který se vyznačuje značnou reaktivitou s redukovanými redoxně aktivními přechodnými kovy, typicky v těle atomy železa nebo mědi. Tato tzv. Fentonova reakce poskytuje nesmírně reaktivní hydroxylový radikál, který se považuje za vlastní agens startující oxidační poškození biomolekul organismu (Dreher, Junod, 1996). 4.2 Zdroje ROS in vivo Obrázek 2. Fentonova reakce (Racek, 2003) Reaktivní formy kyslíku v těle člověka mohou být produkovány jak patologicky, tak i fyziologicky. Některé volné reaktivní radikály jsou v organismu produkovány pro určité fyziologické funkce a pak je obvykle jejich produkce úmyslná, směrovaná nebo náhodná, ale potenciálně škodlivá, jestliže volné radikály jsou produkovány v nadbytku. Patologický význam spočívá v produkci ROS, která se může nazvat jako neúčelná, ale vždy potenciálně škodlivá (Strain, Benzie, 2005). Zdá se, že za normálních fyziologických podmínek jsou čtyři hlavní zdroje volných kyslíkových radikálů: elektronový transport při aerobní respiraci v mitochondriích, peroxisomální metabolismus mastných kyselin, reakce cytochromu P- 14

15 450 a fagocytující buňky. Existuje však celá řada dalších, často velmi významných zdrojů reaktivních kyslíkatých částic (Stratil, 2005). Endogenní zdroje kyslíkových radikálů: průsak elektronů z dýchacího řetězce v mitochondriích respirační vzplanutí aktivovaných fagocytů (makrofágy, neutrofilní granulocyty, monocyty) záněty, infekce produkce oxidu dusnatého ( silný vasodilatační účinek) buněčná signalizace reakce cytochromu P-450 peroxisomální oxidace mastných kyselin autooxidace katecholaminů biosyntéza kyseliny močové, prostaglandinů a estradiolu hypercholesterolemie, hyperglykemie nadměrná fyzická aktivita některé patologické stavy, např. reperfuzní fáze při ischemii (Strain, Benzie, 2005; Stratil, 2005). Exogenní zdroje kyslíkových radikálů: radioaktivní a UV záření tepelné zpracování potravin znečištěné ovzduší životního a pracovního prostředí (zplodiny aut, kouření cigaret), toxiny (Stratil, 2005). 4.3 Účinky volných radikálů v těle člověka Oxidační stres Lidskou činností volných radikálů přibývá a stále častěji je mezi nimi a antioxidanty porušována rovnováha. Oxidační/antioxidační rovnováha je organismem 15

16 účinně regulována. Pokud však dojde k výrazné nadprodukci reaktivních sloučenin kyslíku, možnosti regulace jsou překročeny a organismus je vystaven tzv. oxidačnímu stresu (Kalač, 2003). Oxidační stres tedy nastává, pokud je narušena tato rovnováha převahou volných radikálů nebo vyčerpáním antioxidantů. Porušená rovnováha může nastat na jedné i druhé straně. (Waris, Ahsan, 2006). Obrázek 3. Optimální oxidační/antioxidační rovnováha (Strain, Benzie, 2005) Radikálové poškození má často podobu řetězové reakce, neboť volný radikál se typicky stabilizuje vytržením elektronu z jiné struktury, čímž ji přemění na jiný radikál a proces pokračuje. Všechny typy biomolekul mohou být, a reálně také během lidského života jsou, poškozovány oxidací (Pláteník, 2009). Oxidační změny významných buněčných komponentů, jako jsou sacharidy, proteiny, lipidy a DNA, mohou vést až k jejich dysfunkci a rozvoji nemoci. Stěny buněk se naruší, enzymy se vyřadí z činnosti, imunitní obrana se oslabí, dochází k poškození dědičné substance a mutacím, a tím se oxidační stres zvyšuje. Zda je také primární příčinou nemoci je vědecky nedokázané, ale chorob, s kterými je oxidační stres spojován, je velmi mnoho (Strain, Benzie, 2005; Dittrich, Leitzmann, 1999). K dobře známým škodlivým účinkům nadměrného generování radikálů a reaktivních kyslíkových molekul je peroxidace membránových i nemembránových lipidů. V biologickém systému organizmus člověka jsou velice náchylné k oxidaci působením volných radikálů mastné kyseliny, především polynenasycené mastné kyseliny PUFA. Při zpracování nebo skladování potravin je to autooxidace. Vzdušným kyslíkem se při běžných teplotách oxidují jen nenasycené mastné kyseliny, 16

17 při vyšších teplotách (pečení, smažení, pražení) dochází k autooxidaci i nasycených mastných kyselin. Tato radikálová řetězová reakce probíhá ve třech stupních iniciační, propagační a terminační (Blattná et al., 2005; Komprda, 2003; Stratil, 2005). V prvním fázi vzniká působením volného radikálu ( R ) radikál příslušné mastné kyseliny. Tento radikál je velmi reaktivní a v druhé fázi se sloučí s molekulou kyslíku a vznikne peroxidový (peroxylový) radikál, další reakcí hydroperoxid a další volný radikál mastné kyseliny (Komprda, 2008): PUFA H + R PUFA + O PUFA O O 2 + PUFA + PUFA O R H O PUFA H PUFA O OH + PUFA Radikál mastné kyseliny může také vzniknout homolytickým štěpením lipidového peroxidu (Komprda, 2008): PUFA O OH PUFA O + O H 2PUFA O OH PUFA O O + PUFA O + H 2O. Ve třetím stupni je pravděpodobné, že dva volné radikály spolu zreagují za vzniku poměrně stabilního produktu a tím reakční řetěz končí nebo může nastoupit antioxidant (A), který přebírá nepárový elektron a neutralizuje jeho účinky v rámci své molekuly (Blattná, 2005; Komprda, 2003; Pokorný, 2001):. A H + PUFA O O PUFA O OH + A. Obrázek 4. Peroxidace lipidů (Anonym 1, 2007) 17

18 Volné radikály se mohou rovněž zachytit na molekuly, které jejich volný elektron kryjí, takže reakce neprobíhá, nebo se mohou z organismu vyloučit ven, například močí (Holeček, 2006). Podobně jako lipoperoxidace probíhá oxidace proteinů. Lze ji sledovat stanovením karbonylů. Reakcí dochází k oxidativnímu poškození proteinů. Volné radikály poškozují jejich strukturu a funkci, nebo je modifikují. Oxidované proteiny mohou být imunitním systémem rozpoznávány jako cizí bílkovina, proti které se vytváří protilátky. To může vést k iniciování autoimunní reakce. V bílkovinách se oxidují hlavně sirné aminokyseliny (cystein, methionin) a aromatické aminokyseliny (tryptofan, tyrosin, fenylalanin), méně histidin, lysin, leucin, isoleucin, valin. Histidin obvykle váže v enzymech a jiných funkčních bílkovinách specificky kovy a jeho modifikace může mít za následek uvolnění kovu z vazby a ztrátu funkce. Také dochází k fragmentaci, agregaci, síťování proteinů, změnám aktivity receptorů a enzymů (Stratil, 2005). Látky pokročilé glykace (Advanced Glycosylation End-products, AGE) vznikají při oxidačním poškození sacharidů reakcí proteinů s glukózou. AGE látky vznikají nejvíce při zvýšené hladině krevní glukózy, tj. u pacientů s diabetes mellitus (Holeček, 2006; Rokyta et al., 2006). Další reakce, kde působí volné radikály, je vznik kyseliny chlorné a chloraminů z peroxidu vodíku účinkem enzymu myeloperoxidázy. Vzniká silně oxidační kyselina chlorná, která reakcí s aminy tvoří chloraminy; kyselina chlorná zabíjí mikroorganismy, aktivuje proteázy, ale oxiduje i LDL-cholesterol, čemuž nezabrání ani vitamin C a E (Rokyta et al., 2006; Holeček, 2006). Dalším významnou reakcí, způsobenou volnými radikály, je oxidace dědičné informace DNA. Reaktivní formy kyslíku, jako je superoxid, peroxid vodíku, singletový kyslík a hydroxylový radikál, jsou dobře známy jako cytotoxické (poškozující buňky) a hrají důležitou roli v etiologii řady lidských nemocí, např. rakoviny. Stav organismu označovaný jako oxidační stres promočně účinkuje tedy i na vývoji nádorových buněk, kdy oxidací aminoskupiny, např. na adeninu vznikne skupina OH, na kterou se místo tyminu váže cytosin, a tak vznikají mutace, které mohou vyvolat zhoubné bujení. Kromě faktu, že reaktivní kyslíkaté částice zvyšují riziko rakoviny, je třeba uvést, že rovněž poškozují cévní stěny, a tak významně přispívají ke vzniku 18

19 srdečně-cévních onemocnění, a že poškozují rovněž oční čočku, což může vést ke vzniku šedého očního zákalu, katarakty. (Waris, Ahsan, 2006; Rokyta et al., 2006; Komprda, 2009). Oxidační stres se také podílí na patogenezi mnoha zánětlivých a degenerativních onemocnění. Také podstatou fyziologického stárnutí je akumulace malých chyb systému antioxidační ochrany a údržby tělesných struktur (Pláteník, 2009) Volné radikály a ateroskleróza Proces aterosklerózy stojí v základu všech onemocnění kardiovaskulárního systému. Ateroskleróza je po desetiletí se vyvíjející a probíhající chronický proces degenerativních změn cévní stěny. Role výživy je klíčová v tom smyslu, že modifikuje poměr mezi LDL- a HDL-cholesterolem. HDL přenáší cholesterol do jater a následuje jeho vyloučení z organismu nebo recyklace (bývá označován jako tzv. dobrý cholesterol) a LDL ho přenáší naopak, z jater do tkání (tzv. špatný cholesterol) (Komprda, 2003). Důležitá role v patogenezi aterosklerózy je spojována s oxidací LDLlipoproteinu. Pozměněná molekula není rozpoznána receptory na buňkách, a tak ji organizmus (pomocí makrofágů) jako cizorodou látku odstraňuje do cévní stěny a tak ji zraňuje. V buňkách cévních stěn se tvoří další a další cholesterol, a proto rostou, a mění se v obrovské, tzv. pěnové buňky. Kromě cholesterolu se do těchto buněk dostává i vápník. Takto nahromaděný cholesterol a vápník vede ke zúžení a tuhnutí cév. V stěnách se pak následkem tvoří pevný povlak, tzv. plaky. Je-li cévní stěna po léta opakovaně poškozována, narůstají plaky a cévy se zužují, až nakonec nemůže protékat žádná krev. Jde-li o postižení cév v oblasti srdce, dochází k infarktu myokardu, který často končí smrtelně. Antioxidační ochrana je složitá, podání vitaminů C a E nestačí, protože tyto dva vitaminy činí jen 12% z celkové antioxidační kapacity (Holeček, 2006; Dittrich, Leitzmann, 1999; Rokyta et al., 2006; Strain, Benzie, 2005). V epidemiologických studiích se obvykle neberou v úvahu fakta, že sledovaná skupina lidí z hospodářských bohatých zemí konzumuje dostatek antioxidantů v potravě a tedy další suplementace již nemá patřičný účinek. Dále oxidované LDL vznikají i působením kyseliny chlorné za katalytického účinku myeloperoxidázy. Oxidované LDL působí tedy intracelulárně, kde hlavními antioxidanty jsou redukovaný glutation a 19

20 selenoenzym thioredoxin reduktáza, které v epidemiologických studiích podobně jako selen nebo antioxidační kapacita nebyly sledovány. Míra a rychlost aterogeneze je tedy určena nejen vysokým obsahem cholesterolu v krvi, vysokým tlakem, kouřením či geneticky danými receptorovými změnami, ale především rovnováhou mezi kyslíkovými radikály a systémem antioxidační ochrany. Pro akceleraci aterogeneze jsou tedy rizikové veškeré činnosti a veškeré dietologické zvyklosti, které zvyšují množství kyslíkových radikálů a snižují aktivitu antioxidačního systému (Holeček, 2006; Dittrich, Leitzmann, 1999; Rokyta et al., 2006; Strain, Benzie, 2005) Příznivé účinky volných radikálů Ačkoliv se dnes volné radikály vnímají především jako viníci mnoha nemocí, lidský organismus se je naučil využívat i ke svému prospěchu, takže cílem není likvidovat úplně všechny radikály, ale pouze ty, které jsou v nadbytku, a tím mohou poškozovat oxidací, už v této práci zmíněné, lipidy, sacharidy, proteiny a DNA. Radikálové prekurzory a enzymatické systémy, které je dokážou generovat, jsou nahromaděny v různých typech bílých krvinek. Takže buňky imunitního systému za pomocí volných radikálů se účastní likvidace bakterií ve fagocytech, zneškodňují kvasinky, viry, parazity a nádorové buňky. V osteoklastech přispívají k odstraňování kostní hmoty, a tím umožňují průběžnou přestavbu kostí. Kromě toho se volné radikály účastní průniku spermie do vajíčka, tedy usnadňují oplodnění (Kalousová, 2006; Rokyta et al., 2006; Dittrich, Leitzmann, 1999). 5 ANTIOXIDAČNÍ OCHRANNÝ SYSTÉM Volné radikály mohou mezi sebou reagovat, mohou být metabolizovány, jejich neutralizace může být dost obtížná. Poškozují buněčné struktury, proto má člověk v těle synchronizovaný soubor enzymů nazývaný antioxidační systém. V součinnosti s tímto systémem působí i mnohé látky přiváděné do organizmu formou potravy (např. z ovoce a zeleniny) antioxidanty (Holeček, 2006; Komprda, 2009). Antioxidační ochrana lidského těla je proto mnohem komplexnější pojem a zahrnuje antioxidanty enzymové a neenzymové, ve vodě a v tucích rozpustné, ale i ionty nutné k tomu, aby v organismu mohla proběhnout jejich syntéza (např. selen pro selenoenzymy GPx glutathionperoxidáza, thioredoxinreduktázu). Dělí se i podle toho, jestli působí uvnitř buňky, nebo vně. I původ antioxidantů bývá důležitý, přirozené antioxidanty bývají účinnější než syntetické. Podle současných poznatků jsou sice 20

21 zdravotně bezpečné, avšak jejich velmi dlouhodobé působení dosud nemohlo být prověřeno. Proto se dává, pokud je to možné, přednost přirozeným antioxidantům (Holeček, 2006; Kalač, 2003; Komprda, 2009; Pláteník, 2009). Podle původu antioxidantů v těle člověka se mohou rozdělit na (Stratil, 2005): exogenní - látky přiváděné do organismu potravou (např. vitamin C, vitamin E, karotenoidy, vitamin A, lipoová kyselina, fenolické a jiné rostlinné sloučeniny) endogenní - látky vznikající metabolicky v organismu (např. ubichinon, glutathion, močová kyselina, melatonin) Kritéria antioxidantů (Strain, Benzie, 2005): antioxidanty musí být schopny reagovat s reaktivními kyslíkatými sloučeninami v místě, kde se v těle nacházejí při interakci reaktivních kyslíkatých sloučenin s antioxidanty nesmí vzniknout více reaktivnější forma těchto reaktivních sloučenin než byla doposud v těle musí být zajištěn dostatek antioxidantů, aby mohly reagovat s volnými radikály a zajistit tak dostatečnou ochranu 5.1 Fyziologická ochrana organismu Fyziologická ochrana organismu zahrnuje anatomické uspořádání regulující hladinu kyslíku ve tkáních. Jednobuněčné organizmy se mohou před toxickou koncentrací kyslíku chránit tak, že se shluknou. Prostý fakt, že buňky kyslík spotřebovávají, vede k jejich vzájemné ochraně. Řada bakterií se před kyslíkem ukrývá do hlenových pouzder. Jakkoliv se tyto způsoby antioxidační ochrany zdají primitivní, i lidské tělo je využívá: povrch těla je chráněn vrstvou mrtvých buněk, které se říká kůže, a epitel dýchacích a trávicích cest je zase pokryt hlenem (Pláteník, 2009). Další obranné mechanismy u člověka je možné rozdělit na antioxidanty podle mechanismu účinku (Stratil, 2005): 21

22 preventivní potlačují tvorbu radikálů regulací aktivity enzymů nebo vychytáním tranzitních prvků z reaktivních míst (antioxidační enzymy, látky chelatující přechodné kovy, látky zhášející aktivní kyslík) inaktivující radikály inhibují iniciaci řetězové reakce a přerušují propagační reakci o hydrofilní: vitamin C, kyselina močová, glutation, bilirubin, albumin, polární fenolové sloučeniny o lipofilní: vitamin E, ubichinon, karotenoidy (β-karoten, lykopen), retinoidy, flavonoidy o amfofilní lipoová kyselina reparační opravují a rekonstitují poškozené membrány (lipázy, proteázy, transferázy, enzymy pro reparaci DNA) Antioxidační enzymy Enzymatické antioxidanty jsou proteiny rozpustné ve vodě, mají velké molekuly a při svém působení se nespotřebovávají. Uplatňují se při vzniku a vzájemných přeměnách reaktivních forem kyslíku. Buď tvoří volné radikály, které mohou poškodit buňky a tkáně, nebo jsou některé právě tvorbou volných radikálů nezbytné pro správnou funkci organismu (již zmiňovaná likvidace bakterií ve fagocytech pomocí volných radikálů nebo remodelace kostí). Především ale tvoří intracelulární ochranný antioxidační systém, nejlépe ve vzájemné souhře celého antioxidačního systému (Racek, 2003) Kataláza (CAT) Kataláza je enzym ze třídy oxidoreduktáz katalyzující rozklad peroxidu vodíku na vodu: 2 H2O2 2 H2O + O2. Vysoký obsah katalázy je zejména v erytrocytech a v peroxisomech jaterních buněk, naopak velmi nízký obsah v mozku, svalu a slezině. Uplatňuje se v ochraně před toxickým vlivem vyšší koncentrace peroxidu vodíku a navazuje na činnost superoxiddismutázy (Racek, 2003). 22

23 Superoxiddismutázy (SOD) Superoxiddismutázy jsou metaloenzymy ze třídy oxidoreduktáz katalyzující rozklad superoxidu kyslíku na peroxid vodíku: 2 O H + H 2 O 2 + O 2. Enzym působí jako silný antioxidační prostředek. SOD se nacházejí ve všech aerobních organismech a mají důležitou roli v ochraně aerobních buněk proti toxickému působení kyslíku. Rozeznáváme tři druhy SOD lišící se atomy kovu Cu, Zn, Mn a Fe. Lidská SOD je tvořena dvěma podjednotkami se 153 AK a jedním atomem Cu a Zn na každé podjednotce. Nejvyšší koncentrace SOD u člověka je v játrech, šedé kůře mozkové, varlatech, srdečním svalu a ledvinách (Racek, 2003; Stratil, 2005) Glutathionperoxidázy (GSHPx) Glutathionperoxidázy jsou enzymy ze třídy oxidoreduktáz a existují dvě různé formy, a to obsahující selen a neobsahující selen. GSHPx katalyzuje rozklad peroxidu vodíku nebo organických peroxidů na vodu za přítomnosti glutationu (GSH), jako zdroje vodíku, tudíž se oxiduje: H 2O2 + 2GSH 2H 2O + GSSG. Vzniká oxidovaná forma glutationu (GSSG). Aby došlo ale k plynulé likvidaci peroxidu vodíku, musí se zpátky glutation redukovat, a to zajistí enzym glutathionreduktáza. Obsah GSHPx u člověka je vysoký v játrech, ledvinách a erytrocytech (Racek, 2003; Stratil, 2005). 23

24 Obrázek 6. Tvorba superoxidu a jeho následná dismutace na peroxid vodíku, který je zneškodňován katalázou, nebo glutathionperoxidázou za přítomnosti glutathionu, jako zdroje vodíku (Anonym 2, 2010) Glutathion (GSH) Glutathion je jeden z nejdůležitějších buněčných antioxidantů. Chemicky se jedná o tripeptid (γ-glutamylcysteinylglycin), který vznikl spojením tří aminokyselin cysteinu, kyseliny glutamové a glycinu. Působí proti oxidaci uvnitř buňky a v buňce je udržován v redukovaném stavu. Podílí se na regeneraci vitaminu E tak, že volný radikál oxiduje vitamin C na askorbylový radikál, který dále oxiduje vitamin E na tokoferolový radikál, a ten je zpětně redukován na vitamin E tímto redukovaným glutathionem. Při nedostatku se nemohou regenerovat tyto vitaminy C a E, které potom zůstávají ve škodlivé formě svých radikálů. Nemůže se ani zpětně redukovat oxidovaná forma glutathionu, a tím se hladina GSH snižuje (Mindell, 2000; Rokyta et al., 2006). Glutathion chrání mozkové buňky po úrazu hlavy, chrání játra, zmírňuje účinek alkoholu (odstraňuje kocovinu ). Chrání i DNA v buněčném jádře a buněčné membrány částic LDL-cholesterolu před oxidací. Jeho nitrobuněčná hladina je snížena u 24

25 srdečních onemocnění, při cukrovce nebo v pokročilém věku (Racek, 2003; Rokyta et al., 2006). Obrázek 7. Chemická struktura glutathionu (GSH) (Anonym 3, 2010) Látky chelatující přechodné kovy Jedná se o sekvestraci redoxně aktivních přechodných kovů, jako je železo nebo měď. Patří sem proteiny, které minimalizují dostupnost těchto kovů. Tyto kovy jsou zcela nezbytné pro život díky své schopnosti snadno přijímat/dávat jeden elektron a tím katalyzovat reakce s molekulárním kyslíkem. Na druhé straně tytéž vlastnosti železa a mědi jsou extrémně nebezpečné, pokud nejsou kontrolovány (již zmiňovaná Fentonova reakce), a bezpečná vazba těchto kovů různými specializovanými proteiny představuje jednu z hlavních antioxidačních strategií organizmu (Pláteník, 2009). Mezi látky chelatující přechodné kovy patří (Strain, Benzie, 2005): transferrin, ferritin, laktoferrin sekvestrace Fe haptoglobin sekvestrace hemoglobinu hemopexin stabilizace hemu ceruloplasmin sekvestrace mědi, oxidace železnatých iontů albumin vazba přechodných kovů 5.2 Exogenní antioxidanty Vitamin C Základní biologicky aktivní sloučeninou je askorbová kyselina. Ze čtyř možných stereoisomerů vykazuje aktivitu vitaminu C pouze L-askorbová kyselina (Velíšek, 1999). 25

26 Obrázek 8. Chemická struktura vitaminu C (Talbott, 2003). Vitamin C je velmi účinným hydrofilním redukčním činidlem, tzv. donor elektronů, zabraňuje tedy poškozování organizmu vlivem ROS v těle při všudypřítomném okysličování. Je jeden z nejvýznamnějších antioxidantů, přitom jeho hlavní funkci v těle je regenerovat železo v aktivních centrech hydroláz (např. syntéza kolagenu), což je v principu činnost prooxidační (Komprda, 2009; Pláteník, 2009). Účastní se i celé další řady dalších procesů, v nichž se vitamin C uplatňuje katalyticky a působí zde jako enzymový kofaktor, např. (Mindell, 2000): kofaktor hydroxylačních reakcí (syntéza kolagenu) antioxidant (obnova aktivní formy vitaminu E) přeměna cholesterolu na žlučové kyseliny zvýšení resorpce železa detoxikace cizorodých látek brání tvorbě karcinogenních nitrosaminů Klasickým onemocněním z absolutního nedostatku jsou kurděje (skorbut). Projevuje se krvácením vnitřních orgánů, kůže a poruchou tvorby kostí. Dnes v hospodářsky vyspělých zemích se tato těžká karence tohoto vitaminu nevyskytuje. Naopak hypovitaminóza je častá. Spočívá v nedostatečné konzumaci ovoce a zeleniny. Projevem je únava, oslabení imunity, ztížené hojení ran (Komprda, 2009; Müllerová, 2003). Současné doporučení denní dávky vitaminu C je u zdravé dospělé ženy 75 mg/den, u mužů, těhotných i kojících žen potřeba zvýšena. Potřeba dále vzrůstá při stresu, užívání antikoncepce a u kuřáků. Kyselina L-askorbová je obsažena především v ovoci a zelenině (Kvasničková, 2000; Sizer, Whitney, 2003). 26

27 5.2.2 Vitamin E Látky s účinností vitaminu E se odvozují od tokolu, derivátu chromanu. Vitamin E představuje skupinu sloučenin s touto příbuznou strukturou a skládá se ze dvou skupin tokoferolů a tokotrienolů. Tokoferoly tvoří čtyři formy vitaminu E s nasyceným postranním řetězcem (α-tokoferol, β-tokoferol, γ-tokoferol a δ-tokoferol) a tokotrienoly čtyři formy s nenasyceným postranním řetězcem (α-tokotrienol, β- tokotrienol, γ-tokotrienol, δ-tokotrienol). Jednotlivé tokoferoly a tokotrienoly se liší polohou a počtem methylových skupin v chromanovém cyklu, z nichž biologicky nejúčinnější je α-tokoferol a také je zdaleka nejhojnější v plazmě a tkáních. Je to vynikající antioxidant a inhibitor radikálů. (Stratil, 2005; Tiwari, Cummins, 2009; Velíšek, 1999). Obrázek 9. Chemická struktura tokolů (tokoferolů, tokotrienolů) a jejich isomerů (Tiwari, Cummins, 2009) Tento hlavní lipofilní antioxidant chrání buněčné membrány především nenasycených MK před oxidačním poškozením lipoperoxidací, a tím snižuje aterogenní agresivitu, protože se uplatňuje i v ochraně plazmatického lipoproteinu LDL, který je náchylný k oxidaci, a proto má také největší zmiňovaný aterogenní potenciál (Komprda, 2003; Müllerová, 2003). Neutralizace peroxylových radikálů probíhá tak, že molekula α-tokoferolu reaguje s peroxylovým radikálem MK ( PUFA O O ) za vzniku radikálu α- tokoferolu ( TO ) (Stratil, 2005): PUFA O O + TOH PUFA O OH + TO. 27

28 Takto vzniklý oxidovaný vitamin E v podobě radikálu je zpětně redukován hydrofilními antioxidanty, které jsou hojně zastoupeny, např. vitamin C nebo glutathion. Kromě volných radikálů vychytává vitamin E i reaktivní singletový kyslík (Stratil, 2005). Nedostatek vitaminu E se projevuje anémií (zkrácení doby přežívání erytrocytů), poruchami reprodukce, neurologickými poruchami a svalovou dystrofií. Je také zároveň snížena antioxidační obrana organismu před volnými radikály a může docházet k rozvoji nemoci (katarakta, srdečně-cévní onemocnění, Alzheimerova choroba, stárnutí) (Müllerová, 2003). Pro zabránění zjevného nedostatku je doporučená denní dávka dospělého jedince 15 mg/den, u kojících žen potřeba zvýšena. Naproti tomu pro posouzení potřeby vitaminu E z hlediska optimálního příjmu s cílem snížit riziko chronických degenerativních onemocnění se doporučuje zvýšit příjem na mg/den tohoto vitaminu. Nejvydatnějším zdrojem vitaminu E jsou oleje z pšeničných klíčků, rostlinné oleje jako slunečnicový, sójový nebo řepkový, ořechy, mandle, špenát, mouka pšeničná, máslo, méně maso, ryby a většina ovoce a zeleniny. (Komprda, 2003; Sizer, Whitney, 2003) Karotenoidy Karotenoidy jsou rostlinné pigmenty, které se řadí do skupiny tetraterpenoidů a dělí se na dvě skupiny karoteny, a jejich oxidované formy xanthofyly. Chemicky se jedná o uhlovodíky se čtyřiceti atomy uhlíku s vysokým počtem dvojných vazeb. Tato chemická struktura určuje jejich lipofilní vlastnost rozpustné v tucích, jsou poměrně citlivé vůči oxidaci, zejm. při působení ultrafialového záření a jsou intenzivně žlutě, oranžově či červeně zbarvené. Nejznámější skupinou karotenoidů jsou karoteny, z těch je nejrozšířenější a nejznámější β-karoten, který je významných prekurzorem vitaminu A v lidském organismu. Z dalších karotenoidů se již vitamin A vytvářet nemůže. Patří mezi ně lykopen, kapsantin, zeaxantin, lutein, kryptoxantiny, violaxantin a neoxantin. Systémy četných dvojných vazeb, které se střídají s vazbami jednoduchými umožňuje likvidovat rizikové radikály (Kalač, 2003; Klouda, 2005). 28

29 Obrázek 10. Chemická struktura β-karotenu (Klouda, 2005) Roli antioxidantů plní karotenoidy schopností přeměnit rizikovou energii ultrafialového záření, předávanou ROS, na teplo. Tím zhášejí volné radikály, které by mohly poškodit buněčné struktury v důsledku mutace. Proto se karotenoidy označují jako tzv. zhášeče či lapače, anglicky quencher či scavenger. Mechanismus zhášení se uplatňuje především v prevenci nádorových onemocnění kůže, karotenoidy jsou však účinné i vůči rakovině plic a močového měchýře (Kalač, 2003). Výživová doporučení pro příjem β-karotenu v potravě jsou 2-4 mg/den. Skutečný příjem je u většiny lidí nižší. Co se týká β-karotenu, jako potravního doplňku, studie provedené ve Finsku a USA přinesly překvapující zjištění. Při dlouhodobém podávání β-karotenu mg denně ve formě farmakologických preparátů, karotenoidy mění své účinky z antioxidačních na prooxidační, tzn., že oxidační procesy urychluje a zvyšuje se riziko vzniku rakoviny plic u kuřáků. Zdrojem β-karotenu je ovoce a zelenina (Kalač, 2003) Polyfenoly Další přirozeně se vyskytující složku potravin s předpokládaným antikarcinogenním účinkem a schopností vychytávat volné radikály představují fenolické látky, z nichž jsou nejvíce v přírodě zastoupeny polyfenoly. Účinné jsou hlavně dvě skupiny těchto látek flavonoidy a fenolické kyseliny odvozené od kyseliny skořicové a hydroxybenzoové (Scalbert et al., 2005; Komprda, 2008). Flavonoidy jsou velice rozsáhlou skupinou potravin rostlinného původu obsahujících v molekule dva benzenové kruhy spojené tříuhlíkatým řetězcem. Jedná se o uspořádání C6 C3 C6. Podle stupně oxidace C3řetězce se rozeznávají následující základní struktury flavonoidů, doplněno o jejich zdroje (Velíšek, 1999): flavony v některých druzích ovoce a zeleniny (např. celer, paprika) flavonoly kvercetin (čaj, cibule, jablka) 29

30 flavanoly katechin (červené víno, jablka) flavanony hesperetin (citrusové plody, např. pomeranč nebo grapefruit) isoflavony daidzein, genistein (sójové boby) antokyany kyanidin, prokyanidin (červenné vinné hrozny, borůvky, maliny, jahody) Obrázek 11. Chemické struktury flavonoidů (Velíšek, 1999) Většina flavonoidů se nevyskytuje volně v přírodě, ale ve formě glykosidů. Jsou primárními antioxidanty a jejich antioxidační působení závisí na poloze a počtu hydroxylových skupin v molekule. Tvoří také komplexy s kovy, a tím redukují jejich absorpci. Projevují se antikancerogenním, antimikrobiálním a estrogenním účinkem. Celkový příjem těchto látek se pohybuje v různých zemích Evropy v rozmezí mg/den. Asi polovina celkového příjmu flavonoidů tvoří černý čaj, dále česnek a jablka (Komprda, 2008; Racek, 2003; Velíšek, 1999). Druhou skupinu těchto látek tvoří deriváty kyseliny skořicové a hydroxybenzoové. Mezi deriváty kyseliny skořicové patří kyselina kávová, která se hojně vyskytuje v kávě, kyselina ferulová v celozrnných obilovinách. Dalšími zdroji těchto fenolických kyselin jsou některé druhy ovoce a zeleniny špenát, hlávkový salát, maliny, ostružiny, dále červené a bílé víno, vlašské ořechy. Fyziologický význam 30

31 spočívá v zábraně tvorbě peroxidových a hydroxylových radikálů, látek s mutagenním a kancerogenním účinkem (Komprda, 2003). Schematicky lze znázornit, jak jednoduchý fenolický antioxidant působí při zneškodnění peroxidového radikálu (Velíšek, 1999): Obrázek 12. Antioxidační mechanismus působení fenolické látky (Velíšek, 1999) 5.3 Endogenní antioxidanty Ubichinon (Koenzym Q 10 ) Molekula ubichinonu je strukturně tvořena skupinou ubichinonů, tedy organických chinonů s dlouhým postranním řetězcem tvořeným deseti isoprenoidními jednotkami. Tento řetězec dává molekule lipofilní charakter. Nachází se v každé buňce těla, protože je nezbytnou součástí dýchacího řetězce a je nutný pro téměř veškerou produkci energie. Proto se nejvíce vyskytuje v orgánech, které mají největší spotřebu energie (játra, srdce, kosterní svaly) a jeho funkce spočívá v přenosu elektronů a vodíkových protonů mezi enzymovými komplexy (Sizer, Whitney, 2003; Stratil, 2005). Druhou důležitou funkcí ubichinonu je funkce antioxidační. Jako důležitý antioxidant lapá peroxylové a alkoxylové radikály, čímž chrání buněčné membrány před oxidačním stresem. Má schopnost regenerovat vitamin E, inhibuje oxidaci LDL a preventivně působí proti aterogenezi. Stárnutím však jeho hladina klesá. Při poklesu hladiny v tkáni o 25 % se již objevují příznaky onemocnění. Hojně se vyskytuje v mase, rybách, sóji, ořeších a brokolici (Rokyta et al., 2006). 31

32 Obrázek 13. Chemická struktura ubichinonu (Anonym 4, 2010) Kyselina močová Kyselina močová je nejdůležitějším konečným produktem oxidace purinů, které jsou původem z bází nukleových kyselin. U člověka asi polovina vznikající kyseliny močové pochází z nukleotidů z potravy a druhá z odbourávaných tělních nukleotidů. U člověka je vylučována močí. Je to málo rozpustná látka a její nadbytek a ukládání v málo prokrvených tkáních je projevem dny (pakostnice). Příčinou jsou metabolické poruchy spojené buď se špatným vylučováním kyseliny močové, nebo její nadměrnou produkcí (Klouda, 2005). Kyselina močová je hlavním antioxidantem v krevní plazmě, váže železo a měď a tím také inhibuje např. oxidaci vitaminu C a peroxidaci lipidů v přítomnosti železa, čímž brání vzniku hydroxylového radikálu (Rokyta et al., 2006). Obrázek 14. Chemická struktura kyseliny močové (Klouda, 2005) Melatonin Hormon melatonin produkuje během spánku šišinka mozková a rychle se dostává do krve. Jeho hlavním úkolem je udržování pravidelných životních rytmů, především střídání bdění a spánku, tvoří naše vnitřní hodiny. V zimě, kdy je nedostatek 32

33 antioxidantů, jej vzniká více, čímž do jisté míry doplňuje antioxidační kapacitu. Snižuje riziko, že jiné antioxidanty budou podporovat vznik volných radikálů, s kterými melatonin tvoří stabilní produkt. Užívá se k léčbě nespavosti, reguluje průtok krve mozkem (Mindell, 2000; Rokyta et al., 2006; Talbott, 2003). 6. STOPOVÉ PRVKY 6.1 Selen Obrázek 14. Chemická struktura melatoninu (Talbott, 2003) Selen je nejznámější stopový prvek s antioxidační aktivitou. Je součástí enzymů a jako takový představuje ochrannou látku s mnoha účinky. Může například snižovat účinek těžkých jedovatých kovů, jako je kadmium, olovo a rtuť. Další ochranné působení selenu je srovnatelné s účinkem vitaminu E zabraňuje totiž na povrchu buněk zničení mastných kyselin oxidací. Současně přitom odstraňuje vzniklé škodlivé látky (peroxidy). Proto vitamin E a selen působí společně a při činnosti se navzájem doplňují (Hopfenzitzová, 1999). Příjem selenu v České republice se může považovat za nedostatečný, protože naše půdy a tím i rostliny na nich vypěstované mají selenu velmi málo. Proto se v některých zemích buď přidávají sloučeniny selenu do hnojiv, nebo do krmiv hospodářských zvířat. První způsob byl velmi úspěšně zaveden např. ve Finsku (Kalač, 2003; Komprda, 2009). Nízké hodnoty selenu v těle se vyskytují u těžkých onemocnění, v těhotenství, u kuřáků, vegetariánů aj. Nedostatek selenu působí kardiovaskulární choroby, snižuje plodnost mužů, zvyšuje krevní srážlivost a výskyt karcinomů. Nedostatkem selenu se objasňuje vznik mutací virů, například při epidemii chřipky. Na druhé straně nadbytečný příjem selenu může být toxický, projevuje se kažením zubů, vypadáváním vlasů a možná i rakovinou. Doporučená denní dávka činí v průměru 60 µg. Bohatým zdrojem selenu jsou plody moře, játra, maso, ryby, mléko, para ořechy nebo obiloviny, 33

34 u nichž závisí na obsahu selenu v půdě (Blattná et al., 2005; Fořt, 2005; Hopfenzitzová, 1999; Rokyta et al., 2006). 6.2 Zinek Zinek patří také do této skupiny stopových prvků a působí jako biologický antioxidant na buněčné úrovni. Je složkou superoxiddismutázy u eukaryotů, inhibuje oxidaci lipidů na membránové úrovni. Zinek je redox-inaktivní kov, který vytěsňuje redox-aktivní kovy (např. železo a měď) z jejich biologicky vazebných míst. Bez jeho účasti by správně nefungovaly ani některé hormony, např. inzulin, a ani by nepracoval správně systém imunitní (Kvasničková, 2000). Doporučený denní příjem zinku je u žen 12 mg denně, u těhotných, kojících žen a zároveň i u mužů potřeba zvýšena. Nedostatek tohoto prvku se u dětí projevuje zpomalením růstu, obecně pak poruchami nervové a psychické činnosti, zhoršeným hojením ran, ztrátou chuti k jídlu, poruchami činnosti pohlavních žláz, což může vést až k neplodnosti. Nejbohatší zdroje zinku jsou ústřice, obilné klíčky, telecí játra, dýňová semena, hovězí a krabí maso, vepřový hřbet nebo sardinky v oleji (Komprda, 2009; Ursellová, 2004). 6.3 Měď Měď (podobně jako zinek) patří mezi prvky s významným vlivem na živý organizmus, vyskytuje se v řadě enzymatických cyklů nezbytných pro správnou funkci životních pochodů a její přítomnost v potravě ovlivňuje zdravotní stav organizmu. Tyto enzymy například ovlivňují metabolizmus sacharidů v organizmu, ovlivňují vytváření kostní hmoty a krvetvorbu, ovlivňují i fungování nervového systému. Na druhé straně však měď podporuje Fentonovu reakci, tedy vznik nebezpečného hydroxylového radikálu, a proto je zachycována ceruloplasminem (Holeček et al., 2008; Ursellová, 2004) Doporučená denní dávka se pohybuje kolem 2-4 mg pro dospělé, méně pro děti. Ztráty krve jdou často ruku v ruce se ztrátou mědi. Nedostatek se projevuje chudokrevností, neboť tvorba červených krvinek je právě tak narušena jako při zužitkování železa. S tím jsou spojeny poruchy tvorby kostí a pigmentu, tvorba vlasů a pokožky. Je také omezena obranyschopnost organismu, protože mědi je zapotřebí k vytváření antitělísek (Hopfenzitzová, 1999). 34

35 Jedovatý a zdraví škodlivý je i u vysokých dávek mědi. Poškozuje se tím střevní mikroflóra, dráždí sliznice hltanu, jícnu a žaludku. Měď se ukládá ve zvýšeném množství také ve tkáních při tzv. Wilsonově chorobě, což se projevuje prstencovitou pigmentací oční rohovky a vede k poškození mozku, jater a ledvin. Bohatým zdrojem mědi telecí játra, ústřice, sardinky v tomatě, slunečnicová semena, krab, humr, burské ořechy, houby, celozrnný chléb, ale i švestky (Hopfenzitzová, 1999). 7 ANTIOXIDAČNÍ KAPACITA Antioxidační kapacita je souhrnnou fyzikálně-chemickou vlastností extraktů, která je podmíněna oxidačně-redukčními aktivitami všech přírodních látek v nich přítomných a projevuje se ve svém výsledku a za přesně definovaných podmínek redukčním (antioxidačním) účinkem. Ten má potenciálně značný biologický význam, neboť může jednak ve vlastním potravinovém prostředí a také in vivo po vstřebání v trávicím ústrojí odstraňovat nebo zmírňovat účinky oxidačních faktorů (zejména volných radikálů), které vznikají při mnoha fyziologických procesech a vnějších podnětech a mohou podporovat rozvoj nejrůznějších patologických procesů. Hlavními přirozenými složkami potravin rostlinného původu, které se na jejich antioxidačním potenciálu podílejí, jsou vitaminy C a E, karotenoidy a fenolické látky (Anonym 5, 2009). Chybná by byla domněnka, že jeden antioxidant zabrání účinku všech volných radikálů. Podstatné je, kolik se antioxidantů vstřebá a kde, jak se zvýší antioxidační kapacita, jaký mají účinek, jaká je jejich stabilita a kdo, kolik, které a kdy je má užívat. Také je důležité, které antioxidanty při setkání s volnými radikály působí jako první, a tedy jsou nejdříve vyčerpány a zda vůbec a jak rychle může dojít k jejich zpětné redukci na účinnou složku. Stárnutím antioxidační kapacita klesá, i roční období má svůj vliv. I původ antioxidantů bývá důležitý, rovněž genetická výbava člověka je významná (Holeček et al., 2008). Pro posouzení antioxidační kapacity výše uvedených látek bylo vypracováno mnoho analytických metod. Nejčastější následující tři metody jsou založeny na vyvolání oxidačních procesů a přídavku vhodného činidla, které vytvoří na základě oxidačněredukční schopnosti antioxidantu poskytovat dobře stanovitelné látky nebo dobře stanovitelné radikály (Komprda, 2008; Stratil, 2005): R A H RH + A, ( A ox = antioxidant). + ox ox 35

36 7.1 Nejčastější metody stanovení antioxidační kapacity Jednou z nejčastěji používaných metoda je metoda TEAC (Trolox Equivalent Antioxidant Capacity). TEAC odpovídá antioxidační aktivitě vzorku, která je vztažena ke standardní látce Troloxu (hydrofilní vitamin E). Relativní antioxidační kapacita se vyjadřuje jako koncentrace Troloxu se stejnou antioxidační kapacitou jakou má 1 mmol, 1 ml či 1 g stanovované látky. Metoda je založena na zhášení radikálového kationu ABTS + [,2 azinobis( 3 ethylbenzothiazolin 6 sulfonát) ] 2 na radikál: ABTS e ABTS +. Vlivem antioxidantu dochází k odbarvení této reakční směsi, přičemž antioxidační kapacita je přímo úměrná úbytkem měřené absorbance. Metoda může být použita pro vzorky potravin, séra, plasmy a jiných tělních tekutin (Stratil, 2005). Pro měření antioxidační kapacity lze také využít metody, které jsou založeny na zhášení fluorescence. Metoda ORAC (Oxygen Radical Antioxidant Capacity) a metoda FRAP (Ferric Reducing Antioxidant Power) jsou založené na principu oxidačněredukční reakce, kde je u antioxidantu měřena spíše redukční schopnost. Metoda FRAP je založena na redukci železitých komplexů, které po redukci vytvářejí fialové produkty a měřitelné spektrofotometricky (Stratil, 2005, Zloch et al., 2004). 8 ANTIOXIDANT JAKO PŘÍDATNÁ LÁTKA Druhy a podmínky použití antioxidantů jako přídatných látek při výrobě potravin upravuje v současné době vyhláška Ministerstva zdravotnictví č.4/2008. Podle této vyhlášky jsou antioxidanty látky, které prodlužují trvanlivost potravin a chrání je proti zkáze způsobené oxidací, jejímiž projevy jsou např. žluknutí tuků nebo barevné změny potraviny (Klescht et al., 2006; Kvasničková, 2000). Vyhláška č.4/2008 se nevztahuje na tekuté přípravky obsahující pektin, odvozené od sušené jablečné dřeně nebo částí kůry citrusových plodů; žvýkačkové báze; dextriny určené k výrobě potravin, pražený nebo dextrinovaný škrob, škrob upravený působením kyseliny, alkálie, při jejichž použití nedochází ke změně chemické struktury a amylolytických enzymů, bělené nebo fyzikálně pozměněné škroby, pokud jsou určeny k výrobě potravin; chlorid amonný; krevní plasmu, jedlou želatinu, bílkovinné hydrolyzáty, amimokyseliny a jejich soli s výjimkou kyseliny glutamové, glycinu, cysteinu, cystinu a jejich solí, které nemají funkci přídatných látek, mléčné 36