MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BRNO 2011 VERONIKA NIEDROVÁ
Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav Technologie potravin Nutriceutika s potenciálním antikarcinogenním účinkem Bakalářská práce Vedoucí práce: prof. MVDr. Ing. Tomáš Komprda, CSc. Vypracovala: Veronika Niedrová Brno 2011
PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma NUTRICEUTIKA S POTENCIÁLNÍM ANTIKARCINOGENNÍM ÚČINKEM 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 Agronomické fakulty Mendelovy univerzity v Brně. dne. podpis.
PODĚKOVÁNÍ Děkuji vedoucímu bakalářské práce prof. MVDr. 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.
ABSTRAKT Rakovina se stala obávanou civilizační chorobou. Mnohé výzkumy a studie jsou zaměřeny na pochopení jejich příčin a tím na možnou prevenci. Základem pochopení prevence rakoviny, je prostudování kancerogeneze a jednotlivých kancerogenních faktorů. V popředí protirakovinné prevence stojí výživa jakožto komplexní faktor zdravého životního stylu. Podle mnohých studií se výživa velmi významně podílí na procesu kancerogeneze. V poslední době je pozornost věnována zejména antikancerogenům, které se v potravinách přirozeně vyskytují nebo do nich mohou být přidávány. Předkládaná bakalářská práce si klade za cíl prostudování dostupných literárních pramenů a ozřejmění kancerogeneze jako následek mnoha faktorů vnějšího prostředí. Klíčová slova: rakovina, kancerogeneze, kancerogeny, antikancerogeny, antioxidanty, volné radikály. ABSTRACT Cancer has recently become feared disease of civilization. Many researches and studies are aimed to understand their causes and the possible prevention. The study of carcinogenesis and individual carcinogenic factors is basic understanding of cancer. At the foreground of anti-cancer prevention is a comprehensive nutrition as a factor of a healthy lifestyle. According to many studies, the attention is especially paid to anticancerogens, which occur naturally in foods or they may be added. This bachelor thesis aim to study the available literature which should demonstrate carcinogenesis as a consequence of many external factors. Key words: cancer, carcinogenesis, carcinogens, anticancerogens, antioxidants, free radicals.
OBSAH 1. ÚVOD... 7 2. CÍL PRÁCE... 8 3. PATOGENEZE NÁDOROVÉHO RŮSTU... 9 3.1 Nádorová buňka... 10 3.2 Protoonkogeny a onkogeny... 11 3.3 Antionkogeny... 12 3.4 Vznik zhoubných nádorů... 14 3.4.1 Fáze iniciace... 14 3.4.2 Fáze promoce... 14 3.4.3 Fáze progrese... 15 3.5 Kancerogenní faktory... 16 3.5.1 Chemické kancerogeny... 17 3.5.2 Fyzikální kancerogenní faktory... 17 3.5.3 Biologické karcinogenní faktory... 18 3.5.4 Karcinogenní faktory konstituční... 19 3.5.4.1. Genetické vlivy... 19 3.5.4.2 Hormonální faktory... 20 4. KANCEROGENY POTRAVY... 20 5. ANTIKANCEROGENY... 22 5.1 Chemopreventivní strategie antikancerogenů... 22 5.2 Bioaktivní látky (nutriceutika)... 22 5.2.1 Potravní vláknina... 24 5.2.2 Sekundární rostlinné látky... 25 5.2.2.1 Karotenoidy... 25 5.2.2.2 Fytosteroly... 28 5.2.2.3 Saponiny... 29 5.2.2.4 Glukosinoláty... 30 5.2.2.5 Polyfenoly... 32 5.2.2.5.1 Fenolové kyseliny... 34 5.2.2.5.2 Flavonoidy... 34 5.2.2.5.3 Stilbeny... 36 5.2.2.5.4 Lignany... 37 5.2.2.6 Inhibitory proteas... 38 5.2.2.7 Terpeny... 39 5.2.2.8 Fytoestrogeny... 40 5.2.2.9 Sirné sloučeniny... 41 5.2.2.10 Kyselina fytanová... 43 5.2.3 Substance ve fermentovaných potravinách... 44 5.2.4 Vitamíny... 46 5.2.4.1 Vitamin A... 46 5.2.4.2 Vitamin C... 47 5.2.4.3 Vitamin D... 48 5.2.4.4 Vitamin E... 49
5.2.4.5 Kyselina listová... 50 5.2.5 Stopové prvky a minerální látky... 51 5.2.5.1 Selen... 51 5.2.5.2. Zinek... 53 5.2.5.3 Kalcium... 54 6. ZÁVĚR... 56 7. SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY... 57
1. ÚVOD Rakovina je nejčastější příčinou úmrtí na celém světě. V roce 2004 si vyžádala (podle studií WHO) dokonce 7,5 milionů obětí. Znalosti příčin rakoviny a její prevence mohou napomoci ke snížení úmrtí v důsledku tohoto onemocnění. Více než 30 % případů lze předejít odstraněním rizikových faktorů. Jak dokazují mnohé studie, primárním rizikovým faktorem většiny typů rakoviny je životní styl, stravovací a pohybové návyky, kancerogeny vnějšího prostředí a infekční agens. Výživa, jako jeden z hlavních rizikových faktorů, se velmi významně podílí na procesu kancerogeneze. Mezi hlavní příčiny nádorů, spojené s výživou, patří například přejídání spojené s obezitou, nevhodná skladba stravy (množství bílkovin, tuků, nadbytek cholesterolu, nedostatek vlákniny a vitamínů, zbytečné solení a další), dále konzumace alkoholu, špatné stravovací návyky a nevhodná úprava stravy. V poslední době je pozornost věnována zejména látkám, obsaženým v potravinách, díky jejichž účinkům lze předcházet mnoha druhům rakoviny. Takové látky se označují jako antikancerogeny. Antikancerogeny mohou chránit naše tělo před rakovinným bujením mnoha mechanismy. Jedná se například o cytotoxický efekt, antioxidační vlastnosti, inhibici zánětu nebo inhibici některých enzymů. Jejich škála je velmi široká a nacházíme je přirozeně ve většině potravin rostlinného původu, zejména v ovoci, zelenině, ale také v luštěninách a celozrnných obilovinách. Zmíněné látky je také možné do potravy přidávat nebo je přijímat v podobě doplňků stravy. Podle rozličných vlastností, mechanismů působení a zejména původu lze antikancerogeny pro přehlednost rozdělit na potravní vlákninu, sekundární rostlinné produkty, vitaminy, stopové prvky, minerální látky a v neposlední řadě probiotika. 7
2. CÍL PRÁCE Cílem mé bakalářské práce je zpracovat literární rešerši na téma Nutriceutika s potenciálním antikarcinogenním účinkem, prozkoumat mechanismus vzniku nádorového onemocnění u člověka a na základě zjištěných informací se zaměřit na možné způsoby prevence vzniku nádoru. Tato práce se zaměřuje především na kancerogeny a jednotlivé antikancerogenní látky obsažené v potravinách. 8
3. PATOGENEZE NÁDOROVÉHO RŮSTU Zhoubné nádorové bujení je chorobný stav, charakterizovaný nekontrolovatelným růstem abnormálních buněk, jejichž množení je rychlejší, než růst okolní tkáně a jsou schopny postupného šíření do okolních tkání (Konopásek, Petruželka et al., 2003). Buňky tvořící nádor jsou všechny přímými potomky jediné buňky, která se uvnitř tkáně začala množit podle vlastního systému. Jak nádorové, tak ostatní buňky pocházejí ze stejné zárodečné buňky, kterou je oplozené vajíčko. Během opakovaných cyklů růstu a dělení se z této jediné buňky vytvoří buňky celého těla. Potomci oplozeného vajíčka vznikající během několika dalších generací, si jsou velmi podobní, vytvářejí homogenní shluk ještě nediferencovaných buněk. Během dalšího vývoje zárodku již začíná docházet k diferenciaci a buňky začínají vykazovat rozdíly. Stávají se členy společenství různých typů buněk, jako například svalových, mozkových, krevních a dalších (Weinberg, 2003). Rozdíl v dynamice růstu normálních a transformovaných tkání je v tom, že v normální tkáni existuje rovnováha mezi vznikem a zánikem buněk, naproti tomu nádorovou tkáň charakterizuje velké množství nově vznikajících buněk, které zcela přesahuje množství buněk odumírajících (Komprda 2009; Rejthar, Vojtěšek, 2002). Obrázek 1. Nekontrolovatelný růst rakovinné buňky (Anonym 2, 2005) 9
3.1 Nádorová buňka Všechny somatické buňky mají identický genom, který se uplatňuje v diferencované buněčné populaci v 1-5 procentech. Strukturální i funkční vlastnosti tkání organismu jsou selektivně programované a po celý život identické. Změna somatického buněčného fenotypu vede k porušení homeostázy a k chorobnému stavu. Při nádorové transformaci buňky dochází ke změně fenotypu, které však předchází změna genotypu somatické buňky, například mutací (Rejthar, Vojtěšek, 2002). Nádor nevzniká pouze pod vlivem jedné genetické změny, předpokládá se, že pro vznik nádorové buňky je nutná kumulace poruch 5-6 klíčových regulačních genů. Pro růst nádoru je také rozhodující přítomnost kmenových buněk ve výchozí tkáni. Kmenové buňky normálních tkání bývají častěji a snáze ovlivňovány mutagenními vlivy, včetně vlivů kancerogenních. Nádorovou mutací jedné nebo více kmenových buněk výchozí tkáně vzniká základ nádoru (Konopásek, Petruželka, et al., 2003). Nádorové buňky se vyznačují autonomním chováním, nereagují na podněty a příkazy genů buněčné proliferace a nádorově supresorových genů, což má za následek relativní nesmrtelnost (při poskytnutí vhodných podmínek mohou žít bez časové limitace) a nekontrolovatelný růst. Další odlišností nádorových buněk je jejich nezralost. Nedochází k diferenciaci buněk, tyto se naopak během života stávají stále primitivnějšími a mají tendenci množit se ještě rychleji. V neposlední řadě nádorové buňky ztrácejí molekuly na svém povrchu, které mají za úkol držet buňky pohromadě a uvolňují se do prostředí, čímž mohou zakládat vzdálená ložiska - metastázy (Anonym 3, 2010; Rejthar, Vojtěšek, 2002). Obrázek 2. Oddělení nádorové buňky od okolních buněk (Anonym 3, 2010) 10
3.2 Protoonkogeny a onkogeny V buněčném genomu se vyskytují geny, jejichž narušení (mutace) má přímý vliv na vznik nádoru. Jedná se o strukturní geny, které kódují proteiny, podílející se funkčně na regulaci dělení buněk a jejich diferenciaci. Označujeme je jako protoonkogeny. Jinými slovy, proteiny kódované protoonkogeny mají stimulační vliv na růst buňky. Jejich přítomnost v buňce je jednou z podmínek normálního růstu (Konopásek, Petruželka et al., 2003). Onkogeny jsou tytéž strukturní geny, ovšem již určitým způsobem mutované. Po proběhlé mutaci zůstávají na svých místech, ale vydávají buňkám signály zcela odlišné od dřívějších. Jejich vliv na buňku je čistě negativní rakovinotvorný. Základní rozdělení produktů onkogenů (Anonym 1, 2007; Komprda 2008): Růstové faktory nebo jejich receptory (růstový faktor krevních destiček) Cytoplazmatické proteinkinázy (serin/threoninkinázy, tyrozinkinázy) Jaderné transkripční faktory Látky ovlivňující apoptózu Společným a základním rysem multifaktoriální karcinogeneze je několikanásobná mutace nejméně ve dvou, spíše však ve čtyřech soustavách genů, stěžejních pro život buňky. Jsou to v čase postupně proběhlé mutace v celulárních protoonkogenech, ovládajících buněčnou proliferaci. Pro všechny obratlovce společný soubor protoonkogenů může být přeměněn v potentní onkogeny virovými nebo nevirovými mutageny. Zdá se tedy, že přítomnost protoonkogenů představuje hlavní význam při vzniku nádorů (Rejthar, Vojtěšek, 2002; Weinberg, 2003). Změny postihující aktivitu protoonkogenů mohou probíhat na úrovní regulace jejich exprese nebo vlivem strukturních změn, které postihují samotné protoonkogeny. K nejčastějším strukturním aberacím protoonkogenů patří bodová mutace, amplifikace (zmnožení kopií určitého protoonkogenu v genomu) a přestavba chromozomů (Konopásek, Petruželka et al., 2003). 11
3.3 Antionkogeny Nádory vznikají jako výsledek akumulace mutací v protoonkogenech (viz výše) a tumor supresorových genech. Úkolem antionkogenů neboli tumor supresorových genů je oprava úseků DNA poškozených vlivem působení zevních i vnitřních faktorů s cílem zabránit další kumulaci genetických změn. Jejich inaktivace, dysfunkce nebo ztráta má tedy za následek nádorovou transformaci buněk. Za dlouhou dobu studií byla identifikována celá řada antionkogenů, mezi něž patří například: transkripční faktory, regulátory buněčného cyklu, složky buněčných signálních drah nebo inhibitory množení buněk, jež jsou uvedeny v tabulce 1. (Komprda 2008; Rejthar, Vojtěšek, 2002). Tabulka 1. Seznam nejznámějších antionkogenů a mechanismus jejich účinku (Rejthar, Vojtěšek, 2002) Nejznámější antionkogeny: Protein prb Protein prb je jaderný fosfoprotein, který se vyskytuje ve všech buňkách organismu. Svojí činností hraje důležitou roli při kontrole transkripce a expresi genů řídících průběh buněčného cyklu. Existuje v různě fosforylovaných formách, což závisí na stadiu buněčného cyklu. V nefosforylované formě působí jako supresor buněčného dělení, zatímco v hyperfosforylované formě svoji antiproliferační (antionkogenní) schopnost ztrácí (Komprda 2008; Rejthar, Vojtěšek, 2002). 12
Protein p53 Protein p53 je patrně nejznámějším nádorovým supresorovým genem. Gen kóduje transkripční faktor, který je nezbytný pro expresi sady genů, podílejících se na zástavě buněčného cyklu, opravách genomové DNA a regulaci apoptózy. Protein p53 bývá nazýván jako strážce genomu. Při jeho mutacích zůstává poškození jaderné DNA bez oprav a může tak docházet ke kumulaci genetických změn v buňce, což má za následek maligní transformaci buněk (Konopásek, Petruželka et al., 2003). Mechanismus účinku proteinu p53 (Komprda, 2008): poškození DNA aktivace proteinkinázy (ATM; aktivní ve fázi G1) aktivace (fosforylace) kinázy kontrolního bodu (chk2) fosforylace p53 jeho stabilizace (za normálních okolností má krátký biologický poločas) působí jako transkripční faktor genu pro protein (p21) ten inaktivuje proteinkinázu (Cdk) zástava buněčného cyklu Gen p53 nás denně zachraňuje před rakovinou a ne náhodou mají mnohé nádorové buňky tento gen těžce poškozený a vyřazený z činnosti. Mutace antionkogenu p53 je nejčastější mutací, která se vyskytuje u více než 50% lidských nádorů, zejména u karcinomů plic, tlustého střeva a prsu (Komprda, 2008; Rejthar, Vojtěšek, 2002). Proteiny BRCA Jedná se o proteiny BRCA1, BRCA2, jejichž funkce nejsou dosud přesně definovány. Předpokládá se, že se oba proteiny podílejí na regulaci transkripce a procesu DNA reparace. Uplatňují se v patogenezi familiárního karcinomu prsu. Až v 80 % případů rakoviny prsu a ovária se setkáváme s mutacemi v těchto genech. (Adam, Vorlíček, 2004; Rejthar, Vojtěšek, 2002). APC gen APC gen se nachází na chromozomu 5q a kóduje protein, regulující hladinu transkripčního faktoru β-kateninu. Aktivace tohoto transkripčního faktoru přispívá ke zvýšení buněčné proliferace, což se při ztrátě regulační úlohy APC, projeví jako FAP (familial adenomatous polyposis), onemocnění s vývojem mnohačetných pre-maligních polypů. Téměř vždy dochází k maligní transformaci polypů, které jsou následně zodpovědné za vznik rakoviny tlustého střeva (Konopásek, Petruželka et al., 2003; Rejthar, Vojtěšek, 2002). 13
3.4 Vznik zhoubných nádorů Vznik nádorového onemocnění (karcinogeneze) je vícestupňový multietiologický proces. K přeměně normální buňky v nádorovou dochází v důsledku změn genetické informace (mutace) na úrovni genomové DNA. Zhoubné bujení, probíhá obecně ve třech na sebe navazujících fázích, jimiž jsou iniciace, promoce a progrese (Konopásek, Petruželka et al., 2003). 3.4.1 Fáze iniciace Jedná se o trvalou a ireverzibilní změnu genotypu buňky v důsledku mutace. Tyto mutace se obvykle postupně hromadí v genomu buněk v průběhu života jedince, až dosáhnou kritického množství a kvality. Tak vznikne tzv. iniciovaná buňka. Tato geneticky pozměněná buňka ještě nemusí dát impuls ke vzniku nádoru a může po značně dlouhou dobu přežívat ve tkáni, aniž by se začala nekontrolovatelně množit (Anonym 5, 2010; Rejthar, Vojtěšek, 2002). Iniciace je způsobená celou řadou onkogenních faktorů a dochází k ní většinou bezprostředně po jejich působení. Zmíněné onkogenní faktory se nazývají iniciátory a rozlišujeme je na fyzikální, chemické a biologické. Po iniciační mutaci dochází ve většině případů k opravě vzniklé chyby nebo postižená buňka spontánně zaniká. U nádorových buněk však dochází k likvidaci buněčných reparačních mechanismů působením řady mutací (Komprda, 2008; Rejthar, Vojtěšek, 2002). 3.4.2 Fáze promoce Promoce představuje nejdelší a nejkritičtější fázi vývoje nádoru (trvá až desítky let). Vyžaduje obvykle dosti dlouhé působení promočního faktoru (promotoru), kterým je látka vzácně identická s iniciátorem. Jedná se tedy nejčastěji o látku, která bez předchozí iniciace sama nádorovou přeměnu neindukuje, ale povzbudí dělení buňky a pomůže jí vymanit se z vlivu kontrolních mechanismů homeostázy. Těchto sloučenin, tzv. nádorových promotorů, je známa celá řada, např. dioxin, sacharin, insekticid DDT, látky v cigaretovém kouři, polychlorované bifenyly, některé hormony atd. Ultrafialové světlo má rovněž prokázaný účinek jako promotor nádorů. Zvětšením intenzity proliferace dochází ke zvýšení počtu mitóz a tím ke zvýšení pravděpodobnosti fixace 14
genetické chyby podmíněné iniciační mutací (Anonym 5, 2010; Komprda, 2009; Rejthar, Vojtěšek, 2002). 3.4.3 Fáze progrese Fáze progrese zahrnuje šíření nádoru do celého organismu. Jak již bylo uvedeno výše, rakovinné buňky nedrží pohromadě, jako normální buňky. Je pro ně tedy snadné se odtrhnout a šířit se do celého těla. Poté mohou zakládat sekundární novotvary neboli metastázy. Metastáza je dceřiný nádor, který se může vyskytovat v tkáních, orgánech, tělních dutinách a lymfatických uzlinách. Ne všechny maligní buňky, které se dostanou do lymfatického nebo krevního oběhu však zakládají metastázy, mnohé z nich časem zahynou v oběhu nebo po jeho opuštění (Adam, Vorlíček, 2004). Fázi progrese můžeme rozdělit do dvou částí, které však nemusí být vyjádřeny u všech nádorů a přesný moment jejich přechodu neznáme. Jedná se o etapu invaze a diseminace. Etapa invaze má délku 1 až 3 roky a je charakterizována lokálním infiltrativním nebo destruktivním růstem bez diseminace. Metastatický rozsev je charakteristický pro etapu diseminace, jejíž schematická délka je odhadována na 1 až 5 let (Rejthar, Vojtěšek, 2002). Nádor je schopen se šířit jak prorůstáním do okolí (infiltrativní a destruktivní růst), tak lymfogenní nebo hematogenní cestou. Proces metastazování lze rozdělit do několika etap (Konopásek, Petruželka et al., 2003): uvolnění nádorových buněk z ložiska invaze buněk do okolí novotvoření cévního zásobení vycestování do cílové tkáně nebo orgánu vytvoření metastázy v cílové oblasti 15
3.5 Kancerogenní faktory Jako kancerogen označujeme látku nebo faktor vyvolávající zhoubné bujení. Tato látka, způsobující změnu v příslušném genu, musí mít mutagenní účinky. Zhoubný nádor je poté výsledkem několika po sobě jdoucích mutací. Na buňky působí dva typy faktorů, jak bylo již uvedeno výše iniciátory a promotory. Iniciátory působí genotoxicky a nevratně tak poškozují DNA. Promotory podporují expanzi buněk, změněných iniciátory, ale samy působí negenotoxicky (Konopásek, Petruželka et al., 2003). Kancerogenní látky v zevním prostředí, schopné vyvolat iniciační genetické změny mutace v příslušných genech somatických buněk dělíme do několika základních skupin (Rejthar, Vojtěšek, 2002): chemické kancerogeny fyzikální kancerogeny biologické kancerogenní faktory kancerogenní faktory konstituční o genetické vlivy o hormonální vlivy Úmrtnost na nádorová onemocnění by bylo možné, podle odhadů, snížit úpravou životního stylu a omezením expozice ke kancerogenům až o 33% (Rejthar, Vojtěšek, 2002). Obrázek 3. Odhadovaný podíl některých faktorů zevního prostředí na nádorové úmrtnosti (Konopásek, Petruželka et al., 2003) 16
3.5.1 Chemické kancerogeny Chemické kancerogeny mají ve většině případů mutagenní účinky. V dnešní době je známo více než 3000 chemických kancerogenních látek. Za nejnebezpečnější skupiny považujeme polycyklické aromatické uhlovodíky, především dehet, benzypyren a benzantracen. Benzypyren je hlavní kancerogen cigaretového kouře. Dále nitrosaminy, které jsou ve značné míře obsaženy v uzeninách a smažených potravinách. K nejčastějším skupinám dále patří aromatické aminy, hydraziny, triaziny, chlorované uhlovodíky a alkylační a acylační činidla. V neposlední řadě působí jako chemické kancerogeny řada anorganických látek, například těžké kovy (Konopásek, Petruželka et al., 2003; Mačák, Mačáková, 2004). 3.5.2 Fyzikální kancerogenní faktory Nejznámější složkou fyzikální karcinogeneze je ionizující záření. Onkogenní účinek mají všechny druhy ionizujícího záření. Jak záření elektromagnetické, představované rtg zářením a γ paprsky, tak záření α, β, elektronové i protonové. Stupeň rizika nádorového onemocnění stoupá do značné míry lineárně s dávkou ozáření. Kancerogenní účinek záření je vázán na poškození buněčné DNA (Anonym 6, 2000; Konopásek, Petruželka et al., 2003). Jednotlivé lidské tkáně vykazují různou citlivost na ionizující záření. Nejcitlivější (nejlépe malignizovatelná) je tkáň lymfatická a štítná žláza mladých lidí. Středně citlivá je tkáň prsu a plic a nejméně citlivá je kůže, kosti a tkáně zažívacího traktu (Rejthar, Vojtěšek, 2002). Karcinogenní účinek ultrafialového záření je prokázán epidemiologickými studiemi, které poukazují na zvýšený výskyt nádorů kůže u osob se zvýšenou expozicí slunečnímu záření. Jako účinná složka vystupuje zejména záření délky 280-320 nm, tedy tzv. UVB záření. Jde o schopnost UVB záření vytvářet v buněčné DNA dimery pyrimidinu. Vzniklé poškození je opravováno excizním nukleotidovým mechanismem. Ve zdravé kůži stačí tento mechanismus při přiměřeném osvitu likvidovat vzniklá poškození, kdežto po nadměrném ozáření je překonán a část dimerů zůstane neopravena. Tento stav vede k základním transkripčním chybám, které mohou být příčinou malignizace (Adam, Vorlíček, 2004; Rejthar, Vojtěšek, 2002). 17
Ionizující i ultrafialové záření může, mimo jiné, být příčinou vzniku volných radikálů v organismu. Volné radikály jsou atomy nebo molekuly obsahující jeden nebo více nepárových elektronů. Tyto vysoce reaktivní kyslíkové radikály podporují propuknutí rakoviny na mnoha různých stupních. Mohou způsobit mutaci nebo trvale změnit DNA. Buňky normálně regulují své množení tím, že jsou schopny vnímat sousední buňky a tolerovat je. Volné radikály mohou ničit buněčné membrány a deaktivovat senzorické mechanismy v membránách, které omezují růst buněk a jejich reprodukci. Při poškození buněčných senzorů se množení buněk zcela vymkne kontrole. Volné radikály jsou také schopny potlačovat imunitní systém a deaktivovat tak obranu organismu proti rakovině (Passwater, 1998). 3.5.3 Biologické karcinogenní faktory Z mnoha biologických faktorů obviňovaných z onkogenního působení byly poměrně rychle, pečlivými pokusy a pozorováním, vyloučeny bakterie, s výjimkou diskutovaného Helicobactera pylori, jakožto potenciálního faktoru při vzniku karcinomu žaludku (Adam, Vorlíček, 2004). Významnou skupinou biologických příčin v prokazatelné souvislosti s nádory obratlovců tvoří RNA onkogenní viry. Onkogenní viry infikovanou buňku přímo nezničí, ale provedou reverzibilní integraci svého genomu do genomu hostitelského, v podobě DNA kopie svého RNA genomu. Transformační potenciál DNA onkogenních virů je výrazně nižší a jejich onkogenní působení méně jasné (Adam, Vorlíček, 2004; Rejthar, Vojtěšek, 2002). Mezi nejznámější viry spojované se vznikem nádorů patří původce infekční mononukleózy, EB-virus (Epstein-Baar virus), který se podílí na vzniku Burkittova lymfomu, dále lidské papilomaviry (HPV), které se spolu se skupinou herpes virů podílejí na vzniku karcinomu děložního čípku. A v neposlední řadě viry hepatitidy B a C. Virus HIV, způsobující onemocnění AIDS (Acquired Immune Deficiency Syndrome), nemá onkogenní potenciál, ale imunosupresí usnadňuje vznik maligních onemocnění. Pacienti s tímto onemocněním trpí ve zvýšené míře lymfomy, za něž je zodpovědný HTLV-1 virus (human T lymphoma/leukemia virus). V tomto případě jde o nepřímý vliv viru HIV na vznik nádorů (Adam, Vorlíček, 2004; Mačák, Mačáková, 2004). 18
3.5.4 Karcinogenní faktory konstituční K hostitelským předpokladům, kromě obecné přítomnosti onkogenů v genotypu, patří i individuální genomové vlastnosti umožňující různý stupeň rozvinutí přítomných vloh. Výrazný vliv mají také hormonální faktory, představující významnou složku hostitelského prostředí pro nádorovou transformaci somatické buňky (Rejthar, Vojtěšek, 2002). 3.5.4.1. Genetické vlivy Dosud v žádném případě nebyla prokázána přímá, jednoduše charakterizovatelná dědičnost konkrétního nádoru. U 5-10 % případů lze vystopovat familiární výskyt malignit a detekovat vrozenou dispozici ke vzniku nádorů. Mutace aktivující protoonkogeny na onkogeny jsou dominantní, ale natolik pro buňku životně závažné, že jejich přenos terminální linií je prakticky nemožný (Rejthar, Vojtěšek, 2002). Každé nádorové onemocnění je způsobeno genetickými změnami na buněčné úrovni. Tyto změny mohou být způsobeny výše uvedenými zevními faktory. Přesto, že dědičné formy nádorů představují pouze malou část ze všech nádorů, existují tři typy vrozené predispozice k výskytu specifického typu nádoru (Adam, Vorlíček, 2004): Familiární výskyt Familiární výskyt maligních chorob je pozorován poměrně často. Pouze u části těchto rodin se však podaří prokázat monogenně dědičnou dispozici. Spoluúčast genetických faktorů na onkogenezi v toto případě je natolik multifaktoriální, že nemůže být zcela objasněna. Mezi takto závislé nádory patří především karcinomy prsní žlázy, ovariální nádory a dále karcinom žaludku. Příčinou familiárních forem nádorů mohou být i jiné faktory. Patří mezi ně vliv podobného životního stylu, výživy nebo typ imunitního a metabolického systému (Adam, Vorlíček, 2004). Autosomálně dominantní vloha Jedná se o podstatně vzácnější predispozici ke specifickému nádorovému onemocnění. Tato vada je spojena s detekovatelnou chromozomální abnormitou pravidelně provázenou vznikem daného nádoru. Takovýmito abnormitami jsou například delece u retinoblastomu nebo translokace u Burkittova lymfomu (Rejthar, Vojtěšek, 2002). 19
Zvýšená fragilita chromosomů a defektní oprava DNA Bývá provázena charakteristickými recesivními autosomálními syndromy, k nimž patří některé dermatózy (xeroderma pigmentosus, albinismus), u kterých je častější výskyt rakoviny kůže. Patří sem i Bloomův syndrom a Fanconiho aplastická anemie, se zvýšeným výskytem leukemií (Rejthar, Vojtěšek, 2002). 3.5.4.2 Hormonální faktory Celá řada nádorů je svou proliferační aktivitou ve fázi iniciace, ale i progrese závislá na hladině hormonů steroidního typu. Patří sem zejména některé formy karcinomu prsní žlázy, některé karcinomy dělohy a vaječníků a karcinomy prostaty. Hormony se stávají pravděpodobnou příčinou nádorů zejména v období hormonální nerovnováhy (klimakterium u žen) (Rejthar, Vojtěšek, 2002). 4. KANCEROGENY POTRAVY Potraviny nelze považovat za zcela bezpečné. Bezpečnost potravin je ohrožena četnými patogeny, způsobujících řadu onemocnění. Dalším rizikem jsou toxiny řas a plísní, které mohou mít akutní i chronické následky na zdraví, patří sem účinky teratogenní, imunotoxické, nefrotoxické a další. Nepřehlédnutelné jsou následky průmyslové činnosti, které v potravinách zanechávají rezidua toxických kovů jako je olovo, kadmium, rtuť nebo arzen. Následkem průmyslové činnosti v našem prostředí přetrvávají také látky, které ač jsou již mezi látkami zakázanými, stále kontaminují naše potraviny. Patří mezi ně chlorované organické sloučeniny, jako DDT, organofosfáty, dioxiny, PCB a jejich sloučeniny. Další kontaminující látky v potravinách mohou pocházet z veterinárních léčiv, pesticidů nebo mohou vznikat přímo při zpracování a vaření potravin. Mnohé z těchto látek jsou známé nebo potenciální kancerogeny (Borchers et al., 2002). Navzdory tomu, že se v potravinách mohou vyskytovat chemické látky, které patří do kategorie předpokládaných, pravděpodobných nebo dokonce prokázaných kancerogenů, ovlivňují riziko vzniku rakoviny rozhodujícím způsobem i jiné dietární faktory (Komprda, 2009). 20
Výživa, jako jeden hlavních pilířů životního stylu, se vedle kouření podílí na vzniku malignit nejvyšší měrou. Mezi hlavní příčiny nádorů, spojené s výživou, patří například přejídání spojené s obezitou, nevhodná skladba stravy (množství bílkovin, tuků, nadbytek cholesterolu, nedostatek vlákniny a vitamínů, zbytečné solení a další), dále konzumace alkoholu a v neposlední řadě špatné stravovací návyky (nepravidelnost, hlavní příjem až večer) a nevhodná úprava stravy (Konopásek, Petruželka et al., 2003; Komprda, 2009). Obezita je považována za vysoce významný rizikový faktor pro vznik rakoviny ledvin, prsu, žlučníku a pro kolorektální karcinom. Relativní riziko kolorektálního karcinomu se zvyšuje na 1,25 u žen a 1,5 u mužů při vzestupu body mass indexu (BMI) z 23 na 30. Vztah mezi nadváhou a karcinomem prsu nebo kolorektálním karcinomem je zcela nezávislý na přítomnosti ostatních rizikových faktorů (Adam, Vorlíček, 2004). Tabulka 2. Vliv stravování na kancerogenezi v semikvantitativním hodnocení (Rejthar, Vojtěšek, 2002) 21
5. ANTIKANCEROGENY Vedle rizikových látek se v potravinách vyskytují i látky, které svým působením mohou chránit organismus před karcinogenezí různými účinky. Mezi nejvýznamnější antikancerogeny ze skupiny vitamínů jsou řazeny vitamin A společně s jeho prekurzory, dále vitaminy E, C, D a kyselina listová. Další významné látky s chemoprotektivním účinkem jsou zejména vápník, zinek a selen. V neposlední řadě mají potenciální schopnost zvrátit nádorové bujení bakterie mléčného kvašení, vláknina a sekundární rostlinné látky (Wilhelm et al., 2001). 5.1 Chemopreventivní strategie antikancerogenů Jako chemopreventivní strategii označujeme mechanismy, pomocí nichž dané látky zabraňují nádorové transformaci buněk. Mezi nejdůležitější mechanismy patří (Komprda 2008; Komprda 2009): inhibice zánětu potlačení oxidačního stresu inhibice angiogenese inhibice enzymu ornitindekarboxylázy vyvolání apoptózy nebo ovlivnění buněčného cyklu modulace mezibuněčné komunikace metylace DNA, metylace/acetylace histonů 5.2 Bioaktivní látky (nutriceutika) Pod názvem nutriceutika se skrývají zdraví podporující látky v potravinách, které neslouží jako živiny (neslouží k vybudování tělesné konstituce). Extrahují se z rostlin, mořských řas a dalších biologických zdrojů. K těmto látkám řadíme potravní vlákninu, sekundární rostlinné metabolity, určité substance ve fermentovaných potravinách a v neposlední řadě vitaminy, stopové prvky a minerální látky (Diettrich, Leitzman, 1999; Mindell, Mundisová, 2010). 22
Farmakologické cíle nutriceutik (Béliveau, Gingras, 2008): potlačení nádorového rozsevu a metastáz inhibice receptoru pro růstový faktor inhibice transkripčních faktorů inhibice enzymu COX-2 (cyklooxygenázy-2) odstranění rezistence na chemoterapeutickou léčbu potlačení srážlivosti krve antiestrogenní účinky antibakteriální účinky podpora imunitního systému toxicita pro rakovinné buňky a jejich následné zneškodnění inhibice metabolického účinku jaterních enzymů fáze I aktivace a podpora jaterních enzymů fáze II Obrázek 4. Bioaktivní substance a jejich účinky (Dittrich, Leitzman, 1999) 23
5.2.1 Potravní vláknina Jako potravní vlákninu, dříve balastní látky, označujeme takové složky potravy, které jsou vylučovány střevem v téměř nezměněné podobě, jinými slovy jde o takzvané nestravitelné složky potravy (Wilhelm et al., 2001). Vláknina je nehomogenní směs polysacharidů a nepolysacharidových polymerů. Dělíme ji na rozpustnou, neboli měkkou vlákninu, kam řadíme hemicelulozy, pektiny, guar, agar a slizy. Hlavními úkoly rozpustné vlákniny je regulace absorpce sacharidů a tuků (především cholesterolu) v tenkém střevě a vazba na žlučové kyseliny. Rozpustná vláknina je také potravou pro bakterie tlustého střeva a současně zvětšuje obsah tlustého střeva, čímž se naředí toxické látky obsažené ve střevě. Druhou součástí vlákniny je nerozpustná vláknina, označovaná jako hrubá. Řadíme k ní celulosu a lignin. Její hlavní funkcí je zvětšení střevního obsahu (Komprda, 2009; Wilhelm et al., 2001). Vláknina patří mezi často uváděné faktory s protektivním účinkem. Existuje celá řada epidemiologických studií, poukazující na snížení rizika kolorektálního karcinomu při konzumaci vlákniny. Celkově ochranný účinek vlákniny však nelze označit za jednoznačně prokázaný. Protože hlavním zdrojem vlákniny jsou ovoce, zelenina a celozrnné obiloviny, je nesnadné odlišit samotný efekt vlákniny od efektu doprovodných látek, například v zelenině (Adam, Vorlíček, 2004). Mechanismus účinku: Působení vlákniny na trávení a trávicí systém je mnohostranné. V rostlinných potravinách obklopuje živiny a tím zpomaluje trávení a vstřebávání, zejména sacharidů. Snižuje tím hladinu krevního cukru a tak i hladinu inzulinu. Dále snižuje vstřebávání tuků, koncentraci plasmových triacylglycerolů a cholesterolu. Na snižování cholesterolu se podílejí především pektinové látky. Vláknina také ovlivňuje vyprazdňování žaludku a zrychluje průchod tráveniny střevem, čímž výrazně zkracuje kontakt kancerogenů se střevní sliznicí. Dále také působí vhodnou konzistenci stolice a podporuje množení a růst užitečných bakterií střeva. (Kalač, 2003, Komprda, 2009). 24
5.2.2 Sekundární rostlinné látky Jedná se o barviva, aromatické látky, regulátory růstu, přirozené ochranné látky a mnohé další. Tyto metabolity vznikají při takzvané sekundární látkové výměně. Rostlina je produkuje na svoji ochranu proti škůdcům (Dittrich, Leitzman, 1999). Seznam nejdůležitějších sekundárních rostlinných látek s potenciálními antikancerogenními účinky (Dittrich, Leitzman, 1999): Karotenoidy Fytosteroly Saponiny Glukosinoláty Polyfenoly Inhibitory proteas Terpeny Fytoestrogeny Sirné sloučeniny Kyselina fytanová Sekundární rostlinné látky mají, ve většině případů, mohutný antioxidační efekt, který přináší zlepšení většiny závažných onemocnění, včetně srdečních chorob, diabetu, vysokého krevního tlaku, jaterních nemocí a v neposlední řadě rakoviny (Mindell, Mundisová, 2010). 5.2.2.1 Karotenoidy Jsou to žluté, oranžové nebo výjimečně žluto-zelené a červené převážně lipofilní pigmenty vyskytující se ve všech fotosyntetizujících rostlinách, houbách, řasách, mikroorganismech, ale také u korýšů, ryb a ptáků. Po chemické stránce se jedná vesměs o uhlovodíky se čtyřiceti atomy uhlíku s vysokým počtem dvojných vazeb. Právě systém četných dvojných vazeb jim umožňuje likvidovat rizikové volné radikály (Kalač, 2003; Stratil, 2009). Karotenoidy jsou významnými fytochemikáliemi, které působí především jako antioxidanty proti vzniku rakoviny. Chrání nás proti vlivu ultrafialových paprsků 25
i jiným druhům záření, které mohou způsobit rakovinné bujení. Současně chrání naši pokožku před projevy předčasného stárnutí. Dále stimulují imunitní systém a snižují hladinu cholesterolu v krvi (Dittrich, Leitzman, 1999). Několik hlavních biologických účinků karotenoidů v lidském organismu z obecného hlediska (Stratil, 1993): některé karotenoidy mohou být transformovány na vitamin A působí jako antioxidanty, zhášejí vysoce reaktivní kyslíkové radikály zvyšují imunitní odpověď (zvyšují množství T a B lymfocytů) snižují poškození jater mohou zvyšovat plodnost snižují výskyt rakoviny kůže inhibují mutagenezi a vznik nádorů chrání chromozomy před poškozením chrání buňky, tkáně a celý organismus před neoplastickými změnami Dosud je známo asi 800 druhů těchto látek, z nichž okolo 50 bylo zjištěno v ovoci a zelenině. Rozdělujeme je na karoteny a xanthofyly. Nejběžnější a strukturně základním zástupcem karotenoidů je lykopen. Nejznámějším karotenem je beta-karoten, známý jako prekurzor vitaminu A. Vyskytuje se téměř ve všech oranžově zbarvených druzích ovoce a zeleniny (Dittrich, Leitzman, 1999; Stratil 2009). Obrázek 5. Vzorec lykopenu (Velíšek, 2002) Xanthofyly vznikají jako produkty biochemické oxidace karotenů. V potravinách se vyskytují v malém množství. Minoritní pigmenty jsou přítomny například v rajčatech. K zástupcům patří například zeaxanthin (barvivo kukuřice), alfakryptoxanthin, odvozen od alfa-karotenu nebo beta-kryptoxanthin, odvozen od betakarotenu (Velíšek, 2002). 26
Při technologických a kuchyňských úpravách jsou karotenoidy poměrně stálé, pokud nejsou vystaveny působení světla a vzduchu. Jejich chemická struktura jim totiž přisuzuje značnou oxidovatelnost, a to zejména působením ultrafialového záření. Snadno se odbourávají také sušením a při skladování sušeného ovoce a zeleniny jsou značně nestálé (Kalač, 2003). Tabulka 3. Nejúčinnější zástupci karotenoidů (Mindell, Mundisová, 2010; Ortembergová, 2003) Karotenoidy Účinky Příklady výskytu v potravě alfa- karoten Možná transformace ve vitamin A. Radikálně potlačuje všechny druhy nádorů. Jeho účinek je asi 10x silnější, než účinek beta-karotenu. beta- karoten kryptoxantin lykopen Prekurzor vitaminu A. Ničí volné radikály, působí protirakovinně, posiluje imunitní systém, snižuje riziko ateriosklerózy, srdečního infarktu a mozkové příhody. Pravděpodobně slouží jako prevence rakoviny krku, následkem kouření. Potlačování růstu všech nádorových buněk. Především chrání prostatu a trávicí systém. Likviduje volné radikály. Mrkev, dýně. Červeně, žlutě a zeleně zbarvené ovoce a zelenina, sladké brambory, dýně, mango, špenát, slunečnicová semena, obilné klíčky. Papája, broskve, mandarinky, pomeranče. Rajčata lutein zeaxantin Ochrana očí. Odstraňuje volné radikály, vznikajících působením ultrafialového záření na sítnici. Chrání oči před degenerací žluté skvrny sítnice, následkem volných radikálů. Potlačuje růst rakovinných buněk. Špenát, listová zelenina. Řeřicha, špenát, listy čekanky a ibišku. Mechanismus účinku: Karotenoidy dokáží přeměnit rizikovou energii ultrafialového záření na teplo, čímž zhášejí volné radikály, které by mohly poškodit nukleové kyseliny a strukturu buněk takovou měrou, že by došlo k mutacím. Karotenoidy se díky této vlastnosti označují jako tzv. zhášeče či lapače (quencher či scavanger). Mechanismus zhášení se uplatňuje především v prevenci rakoviny kůže, vyvolané zvýšenou intenzitou ultrafialového záření. Tyto látky jsou však účinné také proti rakovině plic, močového měchýře a proti předčasným projevům stárnutí. Jejich působení pravděpodobně dokáže chránit i ne zcela zdravou (ale ne rakovinnou) tkáň před případným rakovinným bujením (Kalač, 2003). 27
5.2.2.2 Fytosteroly Fytosteroly (steroly rostlin) patří mezi lipofilní přirozeně se vyskytující sloučeniny. Nacházíme je v potravinách rostlinného původu. Dosud bylo identifikováno a popsáno více než 250 různých fytosterolů a jim příbuzných sloučenin. Mezi nejrozšířenější fytosteroly patří beta-sitosterol, kampesterol a stigmasterol (Dittrich, Leitzman, 1999). Obrázek 6. Vzorec cholesterolu a kampesterolu (Stratil, 2009) Tyto rostlinné steroly se strukturálně podobají cholesterolu, od kterého se liší postranním uspořádáním řetězce. Vyskytují se v potravinách jednak volné nebo vázané s mastnými kyselinami nebo cukry. Bohatým zdrojem fytosterolů jsou např. rostlinné oleje, rýžové otruby, sezamové semeno, ořechy, mandle, sója, pohanka a obiloviny (Kalač, 2003). Tabulka 4. Obsah fytosterolů v rostlinných olejích (Ostrý, Ruprich, 2006) Druh oleje Obsah celkových sterolů (mg/100g) Řepkový 450-780 Slunečnicový 240-450 Sójový 180-410 Palmový 40-60 Olivový 100-200 Fytosterolům se v současné době věnuje stále větší pozornost, z důvodů jejich preventivního působení proti kardiovaskulárním onemocněním, jejich vlivu na metabolismus lipidů (tzn. snížení celkového a LDL cholesterolu) a možné protinádorové aktivitě. Vysoké dávky fytosterolů nad 3g/osobu/den bohužel ale snižují absorpci beta-karotenu a vitaminů rozpustných v tucích. Řada experimentálních studií dokumentuje protinádorovou aktivitu ve střevě. Jedna z nejrozsáhlejších holandských epidemiologických studií však nepotvrdila statisticky významný vztah mezi vysokým přívodem fytosterolů v potravě a sníženým rizikem kolorektálních karcinomů (Kalač, 2003; Ostrý, Ruprich, 2006). 28
Mechanismus účinku: Mechanismus protinádorového účinku fytosterolů nebyl dosud objasněn. Dosavadní poznatky naznačují, že fytosteroly potlačují bakteriální transformace cholesterolu a sekundárních žlučových kyselin v tlustém střevě a tím tvorbu metabolitů, které jsou považovány za nádorové promotory v tlustém střevě. Fytosterol avenasterol, přítomný např. v ovsu a v olivovém oleji působí proti volným radikálům (Ostrý, Ruprich, 2006). 5.2.2.3 Saponiny Saponiny jsou různorodou skupinou heterogklykosidů, vyskytující se převážně v rostlinách. Z chemického hlediska se jedná o glykosidy obsahující lipofilní aglykon (sapogenin) a hydrofilní cukerný zbytek. Aglykon může mít steroidní nebo triterpenoidní strukturu, podlé níž jsou saponiny obvykle klasifikovány (Podolák et al., 2010; Velíšek, 2002). Jako saponiny jsou označovány ty složky rostlin, jejichž vodné roztoky třepáním silně pění, mají tedy vlastnosti povrchově aktivních látek. Na základě těchto vlastností se používají ve farmaceutickém průmyslu, v potravinářství a kosmetice, dříve se užívaly rovněž k praní. Největší množství saponinů se nachází v kořenech, kůře a rostoucích částech rostlin. Hojně se vyskytují v rostlinné čeledi liliovité (Liliaceae) nebo amarylkovité (Amaryllidaceae) (Chapagain, Wiesman, 2003; Velíšek, 2002). Saponiny způsobují nežádoucí hořkost a trpkost sojových bobů a ostatních luštěnin. Dříve byly považovány výhradně za antinutriční a toxické látky. Dnes již však víme, že jsou schopny povzbuzovat buňky imunitního systému k tvorbě obraných látek. Mohou bránit vzniku rakoviny, potlačovat mikroorganismy, snižovat hladinu cholesterolu a působit protizánětlivě (Dittrich, Leitzman, 1999). Mnohé studie proběhlé v nedávné době poukázaly na účinnost saponinů proti leukémii, rakovině tlustého střeva, ledvin, prostaty a prsu díky jejich cytotoxickému působení (Podolák et al., 2010). Mechanismus účinku: Saponiny jsou látky s cytotoxickými účinky, kterých dosahují několika mechanismy. Jsou schopny inhibovat rakovinné buňky vyvoláním apoptózy, zastavením 29
a modifikací buněčného cyklu, inhibicí angiogeneze nebo následkem rozpadu cytoskeletu buňky (Podolák et al., 2010). 5.2.2.4 Glukosinoláty Z chemického hlediska patří glukosinoláty mezi S-glykosidy (thioglykosidy). Jejich molekula je tvořena aglykonem, na který je vázána molekula glukosy. Aglykon je sulfonovaný oxim. Rozmanitostí postranního řetězce je dána možnost velkého počtu derivátů (Stratil, 2009). Obrázek 7. Vzorec glukosinolátů (Anonym 4, 2008). Glukosinoláty byly zjištěny již v 16 botanických čeledích. Nejvýznamnější je jejich výskyt v rostlinách čeledi brukvovité (Brassicaceae). V současnosti je známo asi 120 glukosinolátů, v zelenině se jich však vyskytuje ve významnějším množství jen deset až patnáct. Z výživového hlediska patří mezi nejdůležitější sinigrin a skupina tzv. indolylglukosinolátů, jejichž zástupci jsou glukobrassicin a neoglukobrassicin (Kalač, 2003). V povědomí veřejnosti mají glukosinoláty nevalnou pověst, zvláště z důvodu strumigenního účinku (narušení funkce štítné žlázy), z tohoto hlediska je nejvýznamnějším glukosnolátem progoitrin. Produkty jeho štěpení narušují tvorbu hormonů štítné žlázy. Progoitrin je v největší míře zastoupen v řepce. Zelenina obsahuje progoitrinu a příbuzných glukosinolátů velmi málo, tato rizika tedy nehrozí (Kalač, 2003). Četné epidemiologické studie poukazují na snížení rizika vzniku rakoviny tlustého střeva, konečníku, žaludku, prsu a plic při časté konzumaci brukvovitých. Nositeli antikarcinogenních účinků jsou zejména isothiokyanáty a indoly. Z některých studií plyne, že příjem jedné až tří porcí brukvovitých denně by mohl snížit riziko 30
vzniku rakoviny až o 40 %. Isothiokyanát má navíc silný bakteriostatický účinek proti Helicobacteru pylori. Urychlením odbourávání estrogenů snižují indoly riziko rakoviny prsu a dělohy. V našich podmínkách se doporučuje konzumace brukvovité zeleniny alespoň dvakrát týdně (Anonym 4, 2008; Komprda, 2009). Tyto látky jsou stabilní pouze v nepoškozených rostlinných pletivech. V poškozených buňkách jsou rychle hydrolyzovány přítomným enzymem myrosinasou. K tomuto štěpení dochází například při krájení, či rozkousání. Působením myrosinasy se vytvoří těkavé produkty, hlavně isothiokyanáty. Ty způsobují palčivou chuť a štiplavé aroma (křen, hořčice, ředkvičky) (Wilhelm et al., 2001). Mechanismus účinku: Látky, vznikající v těle rozkladem glukosinolátů, zabraňují vzniku rakoviny několika známými mechanismy (Komprda, 2009): Potlačují činnost jaterních enzymů fáze I Stimulují aktivitu detoxifikačních enzymů fáze II Blokují působení mutagenů Navozují buněčnou smrt (apoptózu) Allylisothiokyanát vznikající štěpením sinigrinu za účasti myrosinasy, je vůči zdravým buňkám neškodný, avšak rakovinné buňky dokáže selektivně odstranit. Brání tak jejich růstu a šíření. Dalším známým isothiokyanátem je sulforafan, který se uvolňuje z glukosinolátu glukorafaninu (především v brokolici, ředkvičce, ředkvi). Sulforafan aktivuje enzymy obranných systémů organismu. Případné prokancerogeny jsou těmito enzymy přeměněny na neškodné produkty a vylučovány z těla. Podobným mechanismem jako sulforan působí i indoly, které vznikají z indolylglukosinolátů (prakticky ve všech druzích brukvovité zeleniny) (Kalač, 2003). 31
5.2.2.5 Polyfenoly Polyfenoly a fenolové sloučeniny představují jednu z nejpočetnějších skupin sekundárních rostlinných metabolitů. Je známo více než 8000 fenolových sloučenin. Vznikají v šikimátové nebo acetátové dráze (Mandelová, 2005; Mandelová, 2006). Nacházejí se převážně v povrchových vrstvách zeleniny, ovoce a obilí, kde působí jako ochrana před oxidací. V lidském organismu působí jako antioxidanty, brzdí krevní srážlivost, předcházejí tvorbě rakoviny, potlačují mikroorganismy, podporují imunitní systém a regulují krevní tlak (Dittrich, Leitzman, 1999). Schematické rozdělení polyfenolů a vybraní zástupci jednotlivých skupin (Manach, 2004; Mandelová, 2005): Fenolové kyseliny Kyselina benzoová Kyselina skořicová Flavonoidy Flavonoly Kvercetin Kemferol Myricetin Flavony Isoflavony Genistein Dadzein Flavanony Hesperetin Antokyany Flavanoly Katechin Stilbeny Resveratrol Lignany Polyfenoly se vyznačují přítomností několika fenolických skupin. Jejich výskyt, stabilita a účinnost jsou stále předmětem výzkumu. Značné poznatky jsou o flavonoidech, zejména na studium katechinů v čaji je zaměřeno velké úsilí (Kalač, 2003; Komprda, 2009). 32
Obrázek 8. Chemické struktury polyfenolů (Manach, 2004) Mechanismus účinku: Kromě uvolňování antioxidačního stresu zabraňují polyfenoly také tvorbě látek s mutagenním a kancerogenním účinkem. K odstraňování nežádoucích látek v organismu dochází především v játrech. Jaterní buňky disponují dvěma sadami enzymů (enzymy fáze I a II). Enzymy fáze I nežádoucí látky oxidují a ty se poté snadněji slučují s příslušnými nosiči. Enzymy fáze II umožní samotné navázání látky na nosič, který látku přes žlučovod a střevo pomůže vyloučit z organismu. Enzymy fáze I tedy činí potenciální mutageny reaktivnějšími a ty se pak mohou navázat také na nukleové kyseliny a způsobit jejich nežádoucí mutaci. Polyfenoly potlačují činnost enzymů fáze I a podporují činnost enzymů fáze II, čímž snižují riziko mutací a tvorby nádoru (Komprda, 2009). 33
5.2.2.5.1 Fenolové kyseliny Fenolové kyseliny a jejich deriváty vykazují primární antioxidační účinky. Rozlišujeme dvě třídy fenolových kyselin: deriváty kyseliny benzoové (kyselina ellagová, gallová, hydrolyzované taniny) a deriváty kyseliny skořicové (kyselina kumarová, kávová, chlorgenová, ferulová, sinapová) (Mandelová, 2005). Hydroxybenzoové kyseliny, gallovou a ellagovou, nacházíme především v bobulích (maliny, jahody, ostružiny) a ořeších. Významným zdrojem kyseliny gallové je čaj. Hydroxyskořicové kyseliny jsou v naší stravě běžnější. Vyskytují se především ve vnějších vrstvách zralého ovoce. Nejrozšířenější je kyselina kávová, její ester - kyselina chlorgenová je přítomen v mnoha druzích ovoce a v kávě. Jeden šálek kávy (200 ml) obsahuje 50 350 mg této kyseliny (Mandelová, 2006). 5.2.2.5.2 Flavonoidy Flavonoidy jsou rozsáhlou skupinou polyfenolů. Obsahují více než 4000 sloučenin s různými funkcemi. Posilují účinky vitaminu C a fungují jako antioxidanty. Jsou známé pro svou protinádorovou a antimikrobní aktivitu. Chrání naše tělo také proti alergiím, zánětům a srdečně cévním onemocněním (Stratil, 2009). Obrázek 9. Chemické struktury flavonoidů (Manach, 2004) 34
V potravinách jsou obsaženy především vázané na cukry ve formě glykosidů, které jsou rozpustné ve vodě. Mají antioxidační účinek dvou typů: reagují s volnými radikály a váží rizikové kovy do neúčinných komplexů (Kalač, 2003). Jejich syntéza v potravinách je ovlivněna intenzitou slunečního záření. Ve skleníkové zelenině jsou tedy obsaženy v menší míře, než ve stejných druzích pěstovaných v polních podmínkách (Kalač, 2003). Flavonoly Nejznámějšími flavonoly jsou kvercetin, kemferol, isoramnetin a myricetin. Tyto sloučeniny se vyskytují převážně ve formě glykosidů. Běžným glykosidem rostlin je rutin, jehož aglykonem je kvercetin. Rutin má vedle antioxidačních účinků také příznivý vliv na pružnost a propustnost krevních kapilár. Dále zvyšuje využitelnost kyseliny askorbové z potravy. Bohatým zdrojem rutinu jsou pohanka a šípky (Kalač, 2003; Stratil, 1993). Ve větším množství než v ovoci se flavonoly a jejich glykosidy nacházejí v čaji. V černých čajích bývají v množství 0,4-1,7 % glykosidů, v zeleném čaji 1,5-1,7 % glykosidů (Velíšek, 2002). Flavony Jsou společně s flavonoly žlutými pigmenty rostlin. Hlavními zástupci této skupiny jsou glykosidy apigenin a luteolin, obsažené převážně v bylinkách (petržel), červených paprikách a celeru (Mandelová, 2006). Isoflavony Isoflavony byly ve významnějších koncentracích prokázány pouze v rostlinách čeledi bobovitých (Fabaceae). Z potravinářského hlediska je jejich významným zdrojem zejména soja (Velíšek, 2002). Vykazují estrogenní účinky a estrogenům jsou také strukturně podobné. Z tohoto důvodu jsou řazeny mezi tzv. fytoestrogeny (Mandelová, 2005). Flavanony Jsou v potravinách obsaženy poměrně málo a jako barviva nemají téměř žádný význam. Ve vyšších koncentracích se nalézají pouze v citrusovém ovoci, méně v rajčatech a některých aromatických rostlinách (máta, lékořice). Vyskytují se zde jako 35
glykosidy. Nejznámějšími aglykony jsou zejména hesperetin nebo narnigenin (Mandelová, 2005; Velíšek, 2002). Anthokyany Jedná se o nejrozšířenější skupinu nejvýznamnějších rostlinných barviv. Dosud bylo identifikováno okolo 300 sloučenin. Bohatými zdroji jsou plody černého bezu a vinná réva. Dále se nachází v červeném zelí, některých sladkých bramborách, pomerančích s červenou dužninou a semenech červených odrůd kukuřice (Stratil, 2009). Nejznámějšími zástupci anthokyanů jsou kyanidin, pelargonidin, peonidin, delfinidin, petunidin a malvidin (Mandelová, 2005). Flavanoly Mezi flavanoly patří významná skupina katechinů, vyskytující se zejména v čaji, ale také v kakau a ovoci. Katechiny brání bakteriálnímu růstu kmenům stafylokoků, snižují hladinu cholesterolu v krvi a působí jako prevence zubního kazu a krvácení dásní. Existují důkazy také pro antikancerogenní účinky proti rakovině žaludku a plic (Mindell, Mundisová, 2009; Ortembergová, 2003). Za nejvýznamnější látku z řad katechinů je považován epigallokatechingallát, jehož antioxidační účinnost je asi dvacetinásobná ve srovnání s kyselinou askorbovou. Zabraňuje vzniku rakoviny kůže díky absorpci ultrafialové složky slunečního záření. Dále navozuje apoptózu a brání růstu buněk. Jeho hlavním zdrojem je zelený čaj (Kalač, 2003; Komprda, 2009). 5.2.2.5.3 Stilbeny Jako přirozená barviva rostlin nemají stilbeny prakticky žádný význam. Řada těchto sloučenin však vykazuje významné biologické účinky, například antimikrobní a antikancerogenní (Velíšek, 2002). Resveratrol je nejznámějším zástupcem stilbenů a mimo jiné se řadí také mezi fytoestrogeny. Byl identifikován v roce 1996 a označen za první látku nutričního původu, která je schopná působit antikancerogenně. Chemicky jde o trojsytný fenol odvozený od stilbenu. V rostlinách plní roli ochrany proti vnějším vlivům, zejména proti mikroorganismům a ultrafialovému záření. V lidském organismu potlačuje tvorbu polyaminů (skupina biogenních aminů, např. putrescin, spermidin a spermin), 36