Masarykova univerzita v Brně
Lékařská fakulta
ANTIOXIDAČNÍ ÚČINKY OVOCE A ZELENINY Bakalářská práce
v oboru výživa člověka
Vedoucí bakalářské práce: RNDr. Danuše Lefnerová Ph.D. Květen 2007
Autor: Iva Cabálková
PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že bakalářská práce byla vypracována samostatně pod vedením RNDr. Danuše Lefnerové a že všechny použité literární zdroje jsou správně a úplně citovány. Tato práce je z hlediska obsahu majetkem Lékařské fakulty Masarykovy univerzity v Brně a může být využita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího diplomové práce. V Brně dne 10.5.2007
………….. Cabálková
PODĚKOVÁNÍ Ráda bych poděkovala všem, kteří přispěli k úspěšnému dokončení této bakalářské práce, zejména RNDr. Danuši Lefnerové, Ph.D. a MVDr. Halině Matějové za velmi cenné rady a všestrannou spolupráci. Za velkou podporu během celého studia jsem vděčná své rodině a všem svým blízkým.
Použité symboly a zkratky ABTS
2,2−azinobis (3−ethylbenzothiazolin−6−sulfonát)
DNA
deoxyribonukleonová kyselina
DPMD
dimethylfenylfenylendiamin
FRAP
metoda na měření antioxidační kapacity na principu redukce železa (ferric reducting ability of plasma)
GSH
glutathion
GSHPx
glutathionperoxidáza
H2O2
peroxid vodíku
HClO
kyselina chlorná
HPLC
vysokoúčinná kapalinová chromatografie (high performance liquid chromatography)
LDL
nízkohustotní lipoprotein (low density lipoprotein)
LPX
metoda na měření antioxidační aktivity
NADPH
redukovaný nikotinamidadenindinukleotidfosfát
ORAC
metoda na měření antioxidační kapacity na principu zhášení fluorescence (oxygen radical absorbance kapacity)
PCB
polychlorované bifenyly
RNS
reaktivní formy dusíku (reactive nitrogen species)
ROS
reaktivní formy kyslíku (reactive oxygen species)
SOD
superoxiddismutáza
TAC
celková antioxidační kapacita
TEAC
metoda na měření antioxidační kapacity (trolox equivalent antioxidant capacity)
WHO
světová zdravotnická organizace (world health organization)
OBSAH 1. Úvod ............................................................................................................... 7 2. Volné radikály............................................................................................... 8 2.1 Vznik volných radikálů ................................................................................................ 8 2.1.1 Příčiny vzniku volných radikálů ..................................................................... 10 2.2 Příznivé účinky volných radikálů............................................................................... 10
3. Antioxidanty, antioxidace .......................................................................... 12 3.1 Oxidační stres............................................................................................................. 12 3.2 Antioxidační aktivita .................................................................................................. 13 3.2.1 Nejčastější metody stanovení antioxidační aktivity ....................................... 13 3.3 Přirozené antioxidanty................................................................................................ 14 3.3.1 Rozdělení přirozených antioxidantů............................................................... 14 3.3.1.1 Antioxidační enzymy ........................................................................ 15 3.3.1.2 Glutathion(GSH) ............................................................................... 18 3.3.1.3 Vitamin C (kyselina askorbová)........................................................ 18 3.3.1.4 Vitamin E (α− −tokoferol).................................................................... 19 3.3.1.5 Beta-karoten a jiné karotenoidy ........................................................ 20 3.3.1.6 Ubichinol (Koenzym Q10)................................................................ 21 3.3.1.7 Fenolické sloučeniny......................................................................... 22 3.4 Umělé antioxidanty .................................................................................................... 23
4. Stopové prvky ............................................................................................. 25 4.1 Měď (Cu).................................................................................................................... 25 4.2 Selen (Se) ................................................................................................................... 25 4.3 Zinek (Zn) .................................................................................................................. 26
5. Antioxidanty ve vybraných druzích ovoce a zeleniny............................. 27 5.1 Jablka.......................................................................................................................... 32 5.2 Jahody......................................................................................................................... 34
5.3 Brukvovitá zelenina.................................................................................................... 34 5.4 Česnek ........................................................................................................................ 36
6. Antioxidanty a zdraví................................................................................. 38 7. Závěr ............................................................................................................ 39 Seznam použité literatury Příloha
-6-
1.
ÚVOD Mezi aktuální témata současné doby v oblasti výživy člověka patří vliv konzumace
ovoce a zeleniny na lidské zdraví. Nejen odborná, ale i laická veřejnost věnuje velkou pozornost volným radikálům a sleduje především jejich negativní působení na lidský organismus. Jednou z možností jak chránit organismus před škodlivými účinky volných radikálů je aplikace látek s antioxidačními účinky, tzv. antioxidanty. Volné radikály působí v těle na biologicky významné sloučeniny, především bílkoviny, lipidy a nukleové kyseliny, pozměňují strukturu buněk a v konečném důsledku mohou vést ke zhoubnému nádorovému bujení. U všech potravin se tradičně hodnotí výživová hodnota z hlediska obsahu základních živin jako jsou bílkoviny, tuky či cukry, nezastupitelnou roli mají vitaminy a stopovéprvky. V posledních deseti letech se však odborníci zaměřují i na další biologické faktory potravy, jejichž fyziologická aktivita sice není zastupitelná a pro uchování života nezbytná, ale přesto se s ní spojuje posilování a upevňování zdraví. Tyto skupiny přírodních látek se někdy označují jako faktory semiesenciální či jako látky chemoprotektivní, někdy jako fytonutrienty. K nejdéle známým a nejpodrobněji zkoumaným patří potraviny s prokazatelným a účinným antioxidačním biologickým působením. Se vznikem koncepce a hypotézy tzv. oxidačního stresu, tj. nerovnováhy mezi intenzitou oxidačních podnětů a přirozenou antioxidační kapacitou lidského organismu, se zrodil zájem o přirozené látky, obsažené zejména v potravinách rostlinného původu, které v různé míře antioxidační ativitu vykazují. Právě ovoce a zelenina je nejdostupnějším zdrojem antioxidantů a díky bohatému obsahu těchto látek může významně přispět v prevenci závažných onemocnění u člověka. Proto cílem mé bakalářské práce bylo právě studium antioxidačních účinků ovoce a zeleniny.
-7-
2.
VOLNÉ RADIKÁLY V posledních desetiletích přicházejí vědci se stále novými poznatky o úloze
volných radikálů při oxidačním stresu u živých organismů. Tyto radikály působí na biologicky významné sloučeniny, především lipidy, bílkoviny a nukleové kyseliny, pozměňují jejich strukturu a tím modifikují jejich funkci. Reakce iniciované radikály vedou k následným změnám ve struktuře buněk, poškození celých tkání, orgánů a důležitých funkcí v organismu (29,30). Volnými radikály se nazývají takové částice, jejichž atomy či molekuly obsahují alespoň jeden orbital s jediným, tedy nepárovým elektronem. Jedná se především o reaktivní kyslíkové radikály (ROS – reactive oxygen species) a dusíkové radikály (RNS – reactive nitrogen species), které mají značný fyziologický i patogenetický význam (9). Některé volné radikály jsou běžnou součástí zdravého metabolismu, jiné se objevují nebo se jejich množství zvyšuje v průběhu nemoci či psychické a fyzické zátěže. Volné radikály způsobují rychlé opotřebovávání tkáňových buněk, především, když se jejich množství v těle zvyšuje špatnou výživou a pobytem ve znečištěném prostředí. Volným radikálům, které vznikají in vivo a mají řadu fyziologických funkcí, se v současnosti věnuje velká pozornost a sleduje se jejich negativní působení na organismus při řadě onemocnění (35).
2.1 Vznik volných radikálů Volný radikál vzniká z molekul třemi způsoby : homolytickým štěpením kovalentní chemické vazby, přičemž každý fragment získá jeden nepárový elektron přidáním jednoho elektronu k normální molekule (redukce) ztrátou jednoho elektronu (oxidací) Mezi reaktivní formy kyslíku se řadí například superoxid (O2●−) vznikající přijetím jednoho elektronu molekuly kyslíku : O2 + e- → O2●− . Pokud superoxid přijme další elektron, dojde k redukci na peroxid vodíku : O2●− + e- + 2H+ → H2O2. Vzniklý peroxid vodíku se může vlivem dalšího elektronu rozpadnout na vodu a hydroxylový radikál (HO●) a ten opět reaguje s jedním elektronem za vzniku hydroxidového anionu (OH-). Tato čtyřelektronová redukce molekulového kyslíku na dvě molekuly vody je
-8-
nezbytnou reakcí pro aerobní způsob života a probíhá v dýchacím řetězci mitochondrií v aktivním centru enzymu cytochromoxidázy. Vzniklý hydroxylový radikál není ve vazbě s enzymem škodlivý. Za jiné situace, v tzv. Fentonově reakci, vzniká z peroxidu vodíku v reakci s dvojmocným železem Fe2+ vysoce toxický hydroxylový radikál HO●, který v živé hmotě okamžitě reaguje s okolními molekulami, a jako extrémně silné oxidační činidlo vytrhuje elektron z nenasycených mastných kyselin a atakuje baze nukleových kyselin (9). Fentonova reakce: H2O2 + Fe2+ → HO● + OH- + Fe3+ Každý vzorec radikálu se označuje tečkou, indikující nepárový elektron, a jsou-li popisované částice zároveň ionty, vzorec se doplňuje podle počtu a typu náboje symboly plus (+) nebo minus (-) (35). Molekula superoxidu
Tabulka č.1 Přehled volných radikálů (9)
-9-
2.1.1 Příčiny vzniku volných radikálů Volné radikály se do organismu dostávají zvenčí, velké množství však vzniká i v průběhu metabolismu. Podle toho rozdělujeme příčiny vzniku volných radikálů na exogenní a endogenní (29).
Exogenní příčiny:
Ionizující záření (γ a X-paprsky)
UV-světlo, modré světlo (léčba hyperbilirubinémie u novorozenců)
Vysoký obsah škodlivin ve vzduchu (tepelné elektrárny, doprava, průmysl)
Kouření
Intoxikace (PCB, tetrachlormethan, chloroform, alkohol..)
Potrava
Endogenní příčiny
Vznik kyseliny močové – při úrazech, nekrózách, pooperačních stavech
Rozpad fagocytů a mikrofágů (záněty, popáleniny, septický stav)
Vznik methemoglobinu
Syntéza prostaglandinů
Zvýšený metabolismus estrogenů
Autooxidace thiolů
Hyperglykémie
Reperfuze po předchozí ischemii včetně svalového výkonu na „kyslíkový dluh“
Volné radikály mohou napadnout prakticky kteroukoliv molekulu organismu a způsobit tak její oxidační poškození. Nejzávažnější je poškození fosfolipidů buněčných membrán vedoucí k poruše nukleových kyselin (mutageneze, karcinogeneze, zánik buňky) a bílkovin (inaktivace enzymů a jiných bílkovin s různým biologickým významem) (29).
2.2 Příznivé účinky volných radikálů Volné radikály se v lidském organismu nemusí projevovat pouze škodlivě, mohou sehrávat i řadu pozitivních funkcí. V imunitním systému umožňují bílým krvinkám
- 10 -
a makrofágům obranu proti infekci při tzv. respiračním vzplanutí. Jednou z fyziologických funkcí volných radikálů je zneškodnění patogenů fagocyty. V membráně fagocytů se nachází enzym NADPH−oxidáza, který usnadňuje jednoelektronovou redukci molekulárního kyslíku na superoxid. Ten je pak přeměňován na účinnější ROS, z nichž největší význam má kyselina chlorná, která patogen zničí (29, 35). Podílejí se také na reakcích, které vytvářejí některé důležité látky (biosyntéza cholesterolu a žlučových kyselin) nebo se uplatňují při detoxikaci některých xenobiotik a mnohých léků. Peroxid vodíku je nezbytný pro oxidaci jodidu na elementární jód, který je využit štítnou žlázou k jodaci aromatických jader tyroninu (35). Zajímavým poznatkem je působení superoxidu a peroxidu vodíku v roli úspěšného oplodnění vajíčka spermií. Zatímco superoxid narušuje membránu vajíčka a umožňuje tak prostup spermiím, peroxid vodíku s pomocí molekul tyrosinu, obsažených ve vajíčku, zabraňuje jejich dalším pronikáním. Neopomenutelný je i příznivý účinek oxidu dusnatého, který se také řadí mezi volné radikály, a jehož funkcí je výrazný vazodilatační účinek. Svůj význam má i v regulaci imunitních pochodů, při erekci a jako neurotransmiter (35).
Jak bylo výše uvedeno, volné radikály mohou náš organismus ohrožovat nejen zvenčí, ale mohou vzikat i v důsledku metabolismu, proto se v našem těle nachází ochranný enzymatický systém, který je neutralizuje. Stačí pouze jeden volný radikál ke spuštění řetězové reakce, při které vznikají další radikály a poškozují tak naše tělo. Patologické působení volných radikálů je také příčinou procesu stárnutí, bohužel však dnešní medicína nemůže 100% čelit degenerativním nemocem, které provázejí stáří. Najdou se i pozitiva, v malém množství naše tělo volné radikály potřebuje, jak bylo uvedeno v předešlém odstavci.
- 11 -
3.
ANTIOXIDANTY, ANTIOXIDACE Reparativní procesy organismu nemohou samy plně eliminovat poškození
důležitých funkcí v organismu. Jednou z možností, jak chránit organismus před vlivem radikálů je působení antioxidantů (8). Dr. Bruce Amens z Kalifornské univerzity odhaduje, že každá buňka našeho těla prožívá 10 000 „útoků“ volných radikálů denně. Mnoho z těchto poškození postihne deoxyribonukleovou kyselinu (DNA) a způsobí tak zvýšený počet mutací. U starších lidí se ve srovnání s dětmi mutace vyskytují devětkrát častěji a zvyšují tak riziko rakoviny. Volné radikály poškozují kromě DNA i buněčné membrány, proteiny a tuky. Během 70 let života se v těle vytvoří přibližně jedenáct tun volných radikálů, proto tělo potřebuje antioxidační ochranu dostatečné úrovně neustále(38). Antioxidační ochrana organismu představuje složitý komplex mechanismů, které pracují ve vzájemné souhře, doplňují se a mnohdy i potencují, navíc musejí být v rovnováze s prooxidačními látkami, tedy produkcí volných radikálů (25).
Kritéria antioxidantů v roli antioxidační ochrany :
Antioxidanty musí být schopny reagovat s ROS v místě, kde se v těle nacházejí.
Při interakci ROS a antioxidantu nesmí vzniknout více reaktivnější forma ROS než byla doposud.
V těle musí být dostatek antioxidantu, aby si mohl dovolit reagovat s ROS a zajistit tak dostatečnou ochranu (25).
3.1 Oxidační stres Lidský vnější antioxidační systém je efektivní, avšak nekompletní. Naše tělo potřebuje pravidelně a v dostatečném množství přijímat především rostlinné antioxidanty, nejvýznamnější je vitamin C, vitamin E a kyselina listová, které jsou obsaženy hlavně v čerstvém ovoci a zelenině. Ke snížení rizika rakoviny různého typu se proto doporučuje konzumovat ovoci a zeleninu alespoň pětkrát denně. Dosud není známo, zda antioxidanty působí samostatně, či jejich klíčová role v ochraně spočívá v souhře všech antioxidantů obsažených v potravinách (1). Protože volné radikály odebírají molekulám elektron a působí tedy oxidačně, všechny látky, které jejich působení brání jsou označovány jako ANTIOXIDANTY. - 12 -
Za normálních podmínek existuje mezi produkcí volných radikálů a antioxidanty rovnováha, převažuje-li však jedna či druhá složka, dochází k poruchám, které mohou organismus vážně poškodit. Převaha volných radikálů se označuje termínem OXIDAČNÍ STRES. Následkem může být disfunkce buněk vedoucí ke stárnutí, funkční neschopnosti a nemocím (8,29). Oxidační stres je způsobován škodlivým vlivem reaktivních forem kyslíku. ROS jsou v těle produkovány dvěma cestami, a to záměrně, pro tělo užitečné ROS, nebo náhodně, kdy je tvorba ROS nevyhnutelná (např. během respiračního vzplanutí aktivovaných fagotických bílých buněk) (25).
3.2 Antioxidační aktivita Antioxidační aktivita hraje důležitou roli mezi příznivými biologickými účinky potravin na zdraví člověka. V rostlinných materiálech bylo zjištěno přes pět tisíc druhů fytonutrientů (faktorů s mimonutriční aktivitou), které ovlivňují řadu biochemických pochodů. Rozhodující je jejich schopnost působit již v malých koncentracích na intracelulární úrovni a zpomalovat nebo rušit nežádoucí oxidační reakce. Je to dáno relativně vyšším oxidačně−redukčním potenciálem, schopností rychle odstranit reaktivní formy kyslíku a další volné radikály, schopností chelátově vázat katalyticky aktivní prvky, redukovat meziprodukty řetězových oxidačních změn nebo stimulovat aktivity endogenních antioxidačních enzymů (22).
3.2.1 Nejčastější metody stanovení antioxidační aktivity Antioxidační aktivitu látek lze změřit metodami jednak chemickými a jednak fyzikálními. Chemické metody mohou být založeny na použití činidel,které poskytují s volnými
kyslíkovými radikály barevné produkty, jejichž vzniku brání ve vzorku
obsažené antioxidanty. Intenzita zbarvení se většinou měří spektrofotometricky (47). Jednou ze základních metod pro stanovení antioxidační aktivity je metoda využívající
zhášení
radikálového
kationu
ABTS+
[2,2′−azinobis(3−ethylbenzothiazolin−6−sulfonát)]. Radikál kation se připravuje reakcí ABTS diamonné soli s peroxodisíranem v poměru 2:1 za vzniku modrozeleného roztoku, jehož zbarvení je měřitelné při 734 nm. Vlivem antioxidantů dochází
- 13 -
k odbarvení modrozelené reakční směsi, přičemž úbytek absorbance je úměrný antioxidační aktivitě (16,47). Pro vzájemné porovnávání antioxidačních účinků různých směsí látek byl zaveden pojem celková antioxidační kapacita TAC (Total Antioxidant Capacity). Existuje velké množství metod pro stanovení TAC, přičemž nejčastěji používanou metodou je TEAC (Trolox Equivalent Antioxidant Capacity). Antioxidační kapacita se vyjadřuje jako poměr antioxidačního účinku vzorku k 1,0 mmol/l roztoku Troloxu ve vodě rozpustného vitaminu E (13,47). Pro měření antioxidační kapacity lze také využít metody založené na zhášení fluorescence. Metoda ORAC (Oxygen Radical Absorbance Capacity) a metoda FRAP (Ferric Reducting Ability of Plasma) jsou založené na principu redoxní reakce, kde je u antioxidantu měřena spíše redukční schopnost. Metoda FRAP je založena na redukci železitých komplexů, které jsou téměř bezbarvé a po redukci vytvářejí fialové produkty měřitelné spektrofotometricky při 793 nm (47).
3.3 Přirozené antioxidanty Jedná se o látky, které je člověk schopen produkovat nebo je přijímá v potravě a které se zapojují do metabolismu. Mezi přirozené antioxidanty patří například vitaminy (30).
3.3.1 Rozdělení přirozených antioxidantů Hydrofilní
INTRACELULÁRNÍ ●
Enzymové →
superoxiddismutáza (SOD), glutathionperoxidáza
(GSHPx),kataláza (CAT), peroxidázy ●
Neenzymové → glutathion (GSH)
EXTRACELULÁRNÍ ●
Vysokomolekulární (albumin a jiné bílkoviny obsahující -SH skupiny,
transferin, ceruloplazmin, haptoglobin, hemopexin) ●
Nízkomolekulární (kyselina askorbová, kyselina
polyfenolické sloučeniny)
- 14 -
močová, bilirubin
Lipofilní
Vitamin E (α-tokoferol)
Karotenoidy (β-karoten, lykopen)
Ubichinol (koenzym Q10)
Estrogeny a některé další steroidy
V menší míře i vitamin A (retinol)
Amfofilní - obsahují hydro- i lipofilní část
Kyselina lipoová
Melatonin
Fenolické sloučeniny
Tabulka č.2 Koncentrace hlavních antioxidantů plazmy a jejich podíl na celkové antioxidační kapacitě (Randox), * podíl méně než 2% (17)
Následující text popisuje vybranou skupinu antioxidantů.
3.3.1.1 Antioxidační enzymy Při vzniku a vzájemných přeměnách reaktivních forem kyslíku se významně uplatňují enzymy. Některé jsou právě tvorbou volných radikálů nezbytné pro správnou funkci organismu, např. tvorba volných radikálů v neutrofilních fagocytech a jiných fagocytujících buňkách, kterými zabíjejí fagocytované mikroorganismy, či vznik - 15 -
superoxidu v osteoklastech jsou pod enzymovou kontrolou. Jiné enzymy dávají vzniknout volným radikálům, které se mohou uplatnit při poškození buněk a tkání, a v neposlední řadě velkou skupinu tvoří enzymy představující základ intracelulární antioxidační ochrany. Nesmírně důležitá je souhra všech anntioxidačních enzymů navzájem i s ostatními nitrobuněčnými neenzymovými antioxidanty (29).
Superoxiddismutáza (SOD) Jedná se o základní antixidační enzym. Superoxid (02●-) vzniká jednoelektronovou redukcí kyslíku při autooxidaci flavinů, hydrochinonů, katecholaminů, thiolů., tetrahydropterinů a hemoproteinů. Je to nejčastěji se objevující radikál v živých organismech,
tvoří
se
při
četných
enzymových
reakcích,
např. katalytickým účinkem xantinoxidázy a řady jiných oxidáz, lipoxygenázy, cyklooxygenázy, při přenosu v dýchacím řetězci a při fotosyntéze v chloroplastech (3). Superoxid sám není příliš reaktivní, a tedy ani škodlivý. Spontánně se tzv. dismutací přeměňuje na peroxid vodíku. Mohou však vznikat i mnohem škodlivější reaktivní formy kyslíku, např. hydroxylový radikál, peroxylový radikál či kyselina chlorná. Nejnebezpečnější z těchto produktů je hydroxylový radikál. Má tak krátký biologický poločas (řádově 10-9 s), že nemůže existovat účinný mechanismus k jeho odstranění. Enzym superoxiddismutáza urychluje dismutaci superoxidu o čtyři řády (29). 2O2●- + 2H+ → H2O2 + O2 SOD je obsažena ve všech aerobních organismech a rozeznáváme tři druhy SOD, lišící se kofaktorem, tím je vždy atom kovu, hrající roli v katalytickém účinku enzymu (17). 1)
Mn2+ SOD a Fe2+ SOD
2)
Cu2+ /Zn2+ SOD
3)
CU/Zn SOD
Glutathioperoxidáza (GSHPx) Jedná se o enzym katalyzující redukci peroxidu vodíku a současnou oxidaci glutathionu (GSH), obsahující cystein : H2O 2 + 2GSH → H2O + GSSG - 16 -
Aby tento enzym mohl plynule zajišťovat likvidaci peroxidu vodíku, je třeba regenerovat glutathion v redukované formě. K tomu slouží enzym glutathionperoxidáza, který využívá k redukci GSH pyridinový koenzym NADPH: GSSG + NADPH + H+ → 2GSH + NADP+ GSHPx se vyskytuje ve třech různých formách, které se nacházejí v různých oddílech buňky. Odlišují se stavbou molekuly a dají se stanovit imunochemicky nebo na základě různé pohyblivosti v elektrickém poli. První dvě formy se nacházejí v cytoplazmě buněk a v krevní plazmě. Jedná se o bílkoviny obsahující v aktivním centru speciální aminokyselinu selenocystein. Nedostatek selenu se projeví poklesem aktivity GSHPx. Třetí typ glutathionperoxidázy se od předchozích liší, je vázaný v buněčné membráně a odtud pochází i název fosfolipidová glutathionperoxidáza (pGSHPx). Tento enzym redukuje nejen H2O2, ale na rozdíl od předchozích dvou typů redukuje i lipidové hydroperoxidy, čímž chrání buněčnou membránu (29).
Kataláza Tento enzym zajišťuje štěpení peroxidu vodíku na vodu a kyslík: 2H2 O2 → 2H2O + O2 Působí na peroxid vodíku ve vysokých koncentracích, tím s liší od peroxidáz, které působí jen na nízké koncentrace. Nachází se v mitochondriích a peroxisomech hepatocytů a v cytoplazmě enterocytů. Význam pro organismus je jasný, chrání uvedené buňky před toxickým vlivem vyšší koncentrace peroxidu vodíku činnost superoxiddismutázy (29). Obrázek č.1 Schéma Fentonovy reakce (29)
- 17 -
navazuje tak na
3.3.1.2 Glutathion(GSH) Řadí se mezi nejvýznamnější intracelulární neenzymový antioxidant. Jeho koncentrace v buňkách je vysoká, řádově mmol/l. Chemicky se jedná o tripeptid γ−glutamylcysteinylglycin. Vyskytuje se převážně ve formě redukované jako thiol GSH nebo ve formě oxidované jako disulfid GSSG. Organismus se snaží udržet poměr GSH/GSSG, aby nedošlo k narušení antioxidační kapacity buňky. Hlavní úlohou glutathionu je ochrana bílkovin obsahujících sulfhydrilové (-SH) skupiny, které jsou pro jejich funkci nezbytné (6). Glutathion se uplatňuje nejen v cytoplazmě, ale chrání i DNA v buněčném jádře před oxidačním poškozením, podílí s také na regeneraci vitaminu E a C, a tedy i na ochraně buněčných membrán částic LDL před oxidační modifikací volnými radikály (29).
3.3.1.3 Vitamin C (kyselina askorbová) Kyselina askorbová působí jako kofaktor řady enzymů, je potřebná pro hydroxylaci aminokyselin prolinu a lyzinu při biosyntéze kolagenu, uplatňuje se při tvorbě glukosaminoglykanů, karnitinu, noradrenalinu a účastní se metabolismu cholesterolu. Významnou roli sehrává při oxidoredukčních dějích a jako antioxidant zastává nezastupitelné místo (29). Antioxidační účinek askorbátu spočívá v redukci anorganických i organických radikálů jako O2●-, HO2●-, HO●-, hydrofilní NO2●, RO2●, a reaguje s 1O2 a HClO. Mimo jiné regeneruje tokoferylový radikál (35). Vitamin C stimuluje obranyschopnost organismu, mimo jiné zvyšuje aktivitu fagocytů a chrání jejich membrány před oxidačním poškozením(43). Obrázek č.2 Chemická struktura vitaminu C (43)
- 18 -
Mnoho studií prokázalo prospěšný účinek ovoce a zeleniny v prevenci plicních onemocnění. Pravidelný příjem čerstvého ovoce bohatého na vitamin C (citrusové plody, kiwi) snižuje výskyt kašle a kýchaní u dětí. Vitaminu C je hlavní antioxidant přítomný v extracelulární tekutině ve výstelce plic, jeho nízký příjem souvisí s výskytem astmatu, bronchitidy, kýcháním a dalšími plicními onemocněními (24).
3.3.1.4 Vitamin E (α−tokoferol) Pod názvem vitamin E zahrnujeme skupinu osmi izomerů tokoferolu, z nichž biologicky nejúčinnější je α−tokoferol. Vedlejší izoprenový řetězec způsobuje nerozpustnost vitaminu E ve vodě, a tudíž jeho lipofilní charakter. Vitamin E je typický membránový antioxidant, uplatňuje se v antioxidační ochraně lipidů biologických membrán a lipoproteinových částic plazmy (32).
Obrázek č.3 Chemická struktura vitaminu E (44)
Při peroxidaci lipidů dochází k řetězové reakci, která nakonec vede až ke štěpení uhlíkového řetězce, vzniku reaktivních aldehydů a alkanů. Tokoferol reaguje s meziprodukty lipoperoxidace, alkylperoxylovými radikály lipidů LOO●. Mění je na hydroperoxidy
(LOOH),
které
jsou
pak
rozkládány
působením
enzymu
glutathionperoxidázy, tím dojde k přerušení řetězce lipoperoxidace a alkylperoxylové radikály nemohou napadat další molekuly mastných kyselin a propagace reakce se zastavuje (29). Při reakci vitaminu E s volnými radikály však vzniká tokoferylový radikál, tím se vitamin E inaktivuje a ztrácí svou antioxidační aktivitu. V důsledku omezeného počtu molekul vitaminu E v lipoproteinové částici je nesmírně důležité zajistit zpětnou redukci tokoferoxylového radikálu, tj. regeneraci vitaminu E v jeho původní podobě s aktivní hydroxylovou skupinou na aromatickém jádře. K tomu obvykle slouží kyselina askorbová, tím však děj nekončí, následuje regenerace kyseliny askorbové, kterou zajišťuje glutathion s celým systémem negenerujícím tento antioxidant (29).
- 19 -
Obrázek č.3 Působení vitaminu E v lipoproteinové částici (29)
Obrázek č.4 Schéma regenerace vitaminu E (29)
3.3.1.5 Beta-karoten a jiné karotenoidy Karotenoidy jsou pigmenty rostlinného původu, řadící se svou strukturou mezi terpeny. Jedná se o lipofilní látky, proto jsou pro jejich vstřebávání v tenkém střevě nutné žlučové kyseliny a neporušená absorpce lipidů. Nejdůležitějšími karotenoidy jsou β−karoten, α−karoten, lykopen, lutein a zeaxantin a z nich nejrozšířenějším je β−karoten, který je největším zdrojem vitaminu A vznikajícího jeho štěpením. Beta−karoten tvoří asi 90% všech karotenoidů lidské plazmy a jeho koncentrace při
- 20 -
normální stravě s obsahem zeleniny odráží schopnost tenkého střeva absorbovat lipidy (41). V antioxidační ochraně se karotenoidy uplatňují
při odstraňování radikálů
centrovaných na uhlík a alkylperoxylových radikálů (ROO●) v lipidech (35). Obrázek č.5 Chemická struktura β−karotenu (41)
Obrázek č.6 Živiny obsažené v syrové mrkvi (41)
β−karoten lze najít především ve žluté, oranžové a zelené listnaté zelenině a ovoci. Do této skupiny se řadí například mrkev, špenát, salát, rajčata, sladké brambory, brokolice,ananasový meloun a pomeranče. Čím je barva ovoce či zeleniny intenzivnější, tím více obsahuje β−karotenu(41).
- 21 -
3.3.1.6 Ubichinol (Koenzym Q10) Koenzym Q10 je antioxidant a látka nutná pro tvorbu a využití energie v organismu. Chemicky se jedná o derivát benzochinolu, který obsahuje deset izoprenoidních jednotek (odtud název Q10). Protože biosyntéza ubichinolu je zpočátku shodná s biosyntézou cholesterolu, blokují látky, které se podávají na snížení biosyntézy cholesterolu
i
biosyntézu
koenzymu
Q10
(např.
inhibitory
3−hydroxy−3methylglutarylCoA). Ubichinol chrání LDL před oxidací silněji než α−tokoferol a snižuje jeho ztráty při oxidačním stresu. Podílí se také na regeneraci kyseliny askorbové v extracelulární tekutině (5).
3.3.1.7 Fenolické sloučeniny Mezi fenolické sloučeniny se řadí flavonoidy a fenolické kyseliny. Flavonoidy tvoří pestrou a rozsáhlou skupinu látek vyskytujících se v potravinách rostlinného původu, např. v citrusových plodech, jablkách, rajčatech, cibuli, houbách a dalších druzích zeleniny. Kromě toho jsou flavonoidy obsaženy v nápojích jako např. v čaji, pivě, bílém a červeném víně a v ovocných šťávách (15). Na fenolické kyseliny (skořicová, kávová, ferulová) připadá menší podíl z této skupiny látek (29). Flavonoidy jsou schopné vázat přechodné kovy, inaktivovat a ovlivňovat některé enzymy (např.proteinázu C), inhibovat XOD, lipooxygenázu a lipoperoxidázu. Projevují se protizánětlivým, protisklerotickým a protinádorovým účinkem (29). Flavonoidy obsahující v molekule 2 benzenové kruhy spojené tříuhlíkovým řetězcem. Podle stupně oxidace C3 řetězce se rozeznávají následující základní struktury flavonoidů (37) : •
Katechiny (3-flavanoly)
•
Leukoanthokyanidiny (3,4-flavandioly)
•
Flavanony
•
Flavony
•
Flavonoly
•
Anthokyanidiny
- 22 -
Obrázek č.7 Obecná struktura flavonoidních látek (37)
3.4 Umělé antioxidanty Celá řada léků má antioxidační účinek, který se může uplatnit i při jejich působení na organismus. Do této skupiny lze zařadit i přirozené látky, které jsou chemicky či jinak modifikovány, čímž získávají jiné požadované vlastnosti.
Tabulka č. 3 Umělé antioxidanty (29)
- 23 -
Antioxidanty jsou hlavním mechanismem, pomocí kterého tělo kontroluje oxidační procesy volných radikálů, které mohou být zhoubné a škodlivé pro tělesné tkáně. Existuje několik způsobů, jak tyto antioxidanty fungují, byly prokázány i osvědčené přínosy pro zdraví. Rovnováha mezi volnými radikály a antioxidanty je nejdůležitějším, rozhodujícím činitelem pro délku života, pokud prooxidační látky „přemohou“
použitelné
obranné
schopnosti
k vážnému poškození tkání.
- 24 -
organismu,
dochází
tak
4.
STOPOVÉ PRVKY
4.1 Měď (Cu) Měď je pro lidské tělo nezbytným stopovým prvkem. Na jeho nedostatečný přísun reaguje řada orgánů, především srdečně-cévní systém, plíce, kosti a chrupavky. 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. Je součástí ceruloplazminu. Doporučená denní dávka mědi v potravě by se měla pohybovat kolem 1 mg Cu denně. Nedostatek mědi se projevuje anémií, zpomalením duševního vývoje a zhoršením metabolismu cukrů. Dochází ke ztrátě pigmentů a vypadávání vlasů, k poruše tvorby a kvality kostí a vaziva. Přebytek mědi je u zdravých osob možný pouze po požití minimálně 250 mg mědi současně. Existuje však vzácná genetická porucha- tzv. Wilsonova choroba, při níž tělo nedokáže měď správně zpracovat a ta se pak ukládá ve tkáních. Postižené děti trpí poškozením jater, demencí, křečemi a třesem (22,42,).
4.2 Selen (Se) Nejznámějším stopovým prvkem s antioxidační aktivitou je selen. Uplatňuje se při syntéze tyroidálních hormonů, při syntéze prostaglandinů a má přímý antioxidační účinek, protože je součástí glutathionperoxidázi. Je obsažen v červených krvinkách, v játrech, je součástí řady enzymů v buňkách, které mají protiradikálové působení, tudíž chrání organismus před radikálovým poškozením, k němuž může docházet při stresu. Selen oddaluje patologický proces stárnutí, další jeho funkce spočívá v zamezení vzniku krevních sraženin, zvyšuje účinnost imunitního systému a odolnost organismu vůči virovým a bakteriálním infekcím.Také byl zjištěn příznivý účinek u akutní pankreatitidy. Podávání selenu snižuje riziko nádoru plic, incidenci akutního renálního selhání a celkově zlepšuje klinický stav u sepse. Přestože většina sloučenin selenu je značně toxická, je zvláště v posledních letech intenzivně zkoumán vliv nedostatku selenu v každodenním potravinovém příjmu (14,35,45,).
- 25 -
Bylo zjištěno, že pravidelně nízký příjem selenu v potravě nepříznivě ovlivňuje především kardiovaskulární systém a zvyšuje riziko infarktu myokardu a cévních onemocnění. Nedostatek selenu v potravě těhotných žen může nepříznivě působit na vývoj plodu. Za optimální dávku se v současné době pokládá kolem 60 -200 mikrogramů selenu denně (45). Kombinované podávání selenu, tokoferolu a β−karotenu vedlo v Číně k poklesu úmrtí na nádorová onemocnění o 13% (31).
4.3 Zinek (Zn) Zinek je v lidském organismu nepostradatelným stopový prvkem. Aktivuje řadu enzymů, jako např. tzv. antioxidační enzym superoxiddismutáza, který chrání buňky proti škodlivému působení volných radikálů vyvolaných stresem. Je také důležitý pro posílení imunitních reakcí probíhajících v těle. Doporučená denní dávka zinku v lidské potravě se pohybuje mezi 15 – 25 mg prvku. Přítomnost zinku v organizmu je nezbytnou
podmínkou
pro
správné
fungování
řady
enzymatických
systémů
- nejvýznamnější je patrně inzulínový. Přítomnost zinku v potravě je důležitá nejen v době růstu organizmu, kde jeho nedostatek vede opožďování tělesného i duševního dospívání, ale i v dospělosti. Nedostatečné množství zinku v potravě způsobuje totiž nechtěný úbytek na váze, pomalé hojení ran, zhoršování paměti a smyslové poruchy - především zrakové, čichové. Experimentálně snižuje postischemické poškození srdce (27, 41).
- 26 -
5.
ANTIOXIDANTY VE VYBRANÝCH DRUZÍCH OVOCE A ZELENINY Na konci roku 2004 se zabýval tým z Katedry technologie a měření v Plzni
laboratorním hodnocením celkové antioxidační kapacity 40 druhů potravin a zaměřil se především na ovoce, zeleninu a výrobky z nich. Na měření celkové antioxidační aktivity použil metody FRAP, dále
DPMD a metodu LPX (v prostředí mozkového
homogenátu) (48). DPMD je dimethylfenylendiamin, který se nejdříve převede chemickou reakcí neradikálovou (tj.barevnou) formu, která se pak redukuje (odbarvuje) antioxidanty přítomnými ve vzorku. Metoda LPX využívá stimulovanou lipidovou peroxidaci v homogenátu krysího mozku. Po přidání testovaného vzorku se určuje velikost inhibice této peroxidace antioxidačními faktory (48). Výsledky všech tří testů byly vyjádřeny ekvivalentním množstvím kyseliny gallové, řadící se mezi typický rostlinný fenol s výraznou antioxidační aktivitou. Následující dvě tabulky ukazují výsledky získané u každého ze 25 vybraných vzorků každou ze tří aplikovaných laboratorních metod.
Tabulka č.4 Antioxidační kapacita ovoce v mg kyseliny gallové/10g čerstvého vzorku (48) Vzorek potraviny
Avokádo Meloun vodní Hruška letní Jablko letní Mandarinka Grapefruit Citron Pomeranč Hrozen červený Hrozen bílý Víno červené (Frankovka) Víno bílé (Veltlín) Cibule žlutá Paprika zelená Paprika červená
Metoda FRAP
Metoda DPMD
Metoda LPX
51 65,5 86 92,4 116,7 187,3 48,3 84,1 379 456
66,6 61,3 8,5 432 296 297,5 287 113,9 -
9 6,6 24,8 7,3 10,7 17,9 14,1 7,1 56,8 65,2
1323
108,2
-
56,6 178 10,3 67,2
178,2 186,1 1018 665
116,7 11 5,1
- 27 -
Vzorek potraviny
Metoda FRAP
Metoda DPMD
Metoda LPX
Kapusta Okurka salátová Brambor Rajče Květák Salát hlávkový
98,3 26,5 17,9 66,6 96,2 59,8
102,9 3,4 343 139,7 7,8
39,5 16,2 4,7 215,4 27
Tabulka č.5 Obsah vitaminu C, fenolických kyselin a polyfenolů ve stejných vzorcích potravin v mg/100 g čerstvého vzorku (48) Vzorek potraviny
Avokádo Meloun vodní Hruška letní Jablko letní Mandarinka Grapefruit Citron Pomeranč Hrozen červený Hrozen bílý Víno červené (Frankovka) Víno bílé (Veltlín) Cibule žlutá Paprika zelená Paprika červená Kapusta Okurka salátová Zelí bílé Cuketa Brambor Rajče Květák Salát hlávkový
Vitamin C (mg/100g) Fenoly (mg/100g) Polyfenoly (m/100g)
3,2 3,6 2,5 10,5 46,8 51,3 41,4 56 0,3 0,5
22,5 83 155 20,7 20,4 19,7 113,2 259 202
11 5,9 11 61,3 8,3 10,7 7,4 15,5 25 48
0,4
60,8
45,7
8,4 109,6 122 64 1,4 24,9 1,7 3,4 12,8 34 3,5
23,2 42,7 93,4 53,1 164 29,5 47,4 22,4 64,3 31,4 51,7 48,6
6,8 5,6 5,7 5,8 6,9 5,1 3,2 4,5 3,9 8,4 6,9 24,5
Z výsledků v tabulkách vyplývá, že jednotlivé hodnoty celkové antioxidační aktivity stanovené třemi metodami u téhož vzorku se liší, zároveň tabulky ukazují, že nejvyšší hodnoty celkové antioxidační aktivity
byly získány metodou DMPD
a nejmenší hodnoty metodou LPX. Rozdílné výsledky jsou odrazem odlišného spektra
- 28 -
antioxidačních látek v daném vzorku, které vstupují do oxidačně−redukční reakce s použitým činidlem rozdílnou reakční rychlostí (48). Porovnáním výsledků v tabulce č.3 je zřejmé, že všeobecně nejvyšší hodnotu celkové antioxidační kapacity má mandarinka, grapefruit, hrozen červený a bílý, červená vína a do jisté míry i jablko, cibule, kapusta, rajče a květák. Oproti tomu nejpříznivější hodnoty celkové antioxidační kapacity byly zjištěny u citronu, melounu, zelené papriky, cukety a brambor. Získaná data se však musí přijímat s opatrností a je nutno
respektovat podmíněnost zjištěných hodnot různými
okolnostmi
jako
např.antioxidační potenciál jednotlivých přírodních látek, použití odlišných oxidačních činidel, různé klimatické podmínky a způsob technologického zpracování potravin. Obsah vitaminu C v tabulce č.4 v daných vzorcích odpovídá hodnotám běžně uváděným v tabulkách výživových hodnot, oproti tomu hodnoty fenolů a polyfenolů se musí posuzovat opatrněji z důvodu stanovení málo specifickými metodami (48). Z této studie si tedy nelze odnést zcela přesvědčivé hodnoty o obsahu antioxidačních látek v ovoci a zelenině provedených třemi různými metodami.
V roce 2004 proběhla arkansaském centru v Americe další nejrozsáhlejší a nejkomplexnější analýza obsahu antioxidačních látek v běžně konzumovaných potravinách. Podle výsledků této studie se řadí mezi nejlepší zdroje antioxidačních látek v zelenině fazole, artyčoky a červené brambory, z ovoce klikva, borůvky, ostružiny, z ořechů pekany, vlašské a lískové ořechy, z koření hřebíček, skořice a oregano. Pracovníci tohoto centra upozornili, že celková antioxidační kapacita potravin nemusí nutně reflektovat jejich potenciální prospěšnost, která závisí do značné míry na tom, jak organismus tyto antioxidanty přijme a jak je využije. Na rozdíl od vitaminů a minerálních látek v současné době neexistují pro spotřebitele žádná doporučení odpovědných orgánů pokud se týká konzumovaného množství a druhu antioxidantů v denní stravě (48).
- 29 -
Obrázek č.8 Antioxidační kapacita šťávy z některých druhů ovoce (vyjádřena jako ekvivalent vitaminu E stejné antioxidační účinnosti) (26)
Pro dosažení maximálního prospěchu ze stravy doporučují odborníci na výživu konzumovat široký sortiment potravin. Potraviny rostlinného původu jsou zdrojem tzv. fytochemikálií. Za fytochemikálie se nepovažují vitaminy, minerální látky a vláknina, řadí se sem pouze biologicky aktivní sloučeniny. Zatím největší pozornosti z fytochemikálií se věnuje fenolovým sloučeninám, přičemž
asi dvě třetiny
z konzumovaných fenolových sloučenin jsou flavonoidy a asi jednu třetinu tvoří fenolové kyseliny (20). Flavonoidy jsou známé tím, že mají silný antioxidační účinek a jejich účinnost závisí na jejich struktuře. Flavonoidy i fenolové kyseliny mohou působit synergicky s ostatními antioxidanty, např.antioxidačními vitaminy (kyselinou askorbovou a tokoferoly), čímž tyto vitaminy chrání. Vychytáváním kovů, které katalyzují tvorbu volných radikálů, se tvorba volných radikálů inhibuje (13,20). Dnes je známo přes 4500 flavonoidních látek v různých rostlinných zdrojích a stále se nacházejí další sloučeniny. Některé flavonoidy jsou důležité jako přírodní rostlinná barviva, jiné jsou významné pro svoji chuť, nebo mají biologické účinky (37). V ovoci a zelenině se nejčastěji setkáme se skupinou anthokyanů. Hlavními zdroji využívanými jako potraviny jsou plody rostlin čeledi révovitých (Vitaceae, hrozny révy vinné) a růžovitých (Rosaceae, třešně, švestky, maliny, jahody, otružiny, jablka, hrušky,aj.). Další potravinářsky významné rostliny obsahující anthokyanová barviva náleží do čeledi lilkovitých (Solanaceae, lilek, odrůdy brambor s červenou slupkou), lomikamenovitých
(Saxifragaceae,
černý
- 30 -
rybíz,
červené
odrůdy
angreštu),
vřesovcovitých (Ericaceae, borůvka, brusinka), olivovitých (Oleaceae, oliva) a brukvovitých (Brassicaceae, červené zelí, červené odrůdy dalších brukvovitých zelenin). Počet anthokyanů přítomných v jednotlivých rostlinnách je různý a pohybuje se od několika málo (jahody, ostružiny) až po více než deset různých pigmentů (hrozny červených odrůd révy vinné, borůvky) (4). V citrusovém ovoci se ve vyšších koncentracích objevují především flavanony. Jako hlavní složky se zde vyskytují glykosidy odvozené od 5,7−dihydroxyflavanonů, které se liší substituenty kruhu B. Nejvýznamnějšími aglykony jsou flavanony naringenin (5,7,4′−trihydroxyflavanon) nacházející se v grapefruitu, a hesperetin (5,7,3′−trihydroxy−4−methoxyflavanon) obsažený v pomerančích a citronech. Jejich obsah v rostoucích plodech narůstá, v době zralosti je již konstantní a pohybuje se v rozmezí 1-6g v jednom plodu (37). Další nejrozšířenější skupinou jsou flavony, příkladem je nobiletin u některých druhů mandarinek. Flavony jsou spolu s flavonoly důležitými žlutými barvivy. Mezi flavonoly patří např. kemferol, kvercetin a myricetin, které se vyskytují hlavně jako glykosidy a jako kopigmenty doprovázejí anthokyany (vysoký obsah kvercetinu je ve slupkách červených odrůd cibule, 2,5-6%). Volné aglykony se vyskytují v poměrně malém množství, hlavními formami flavonolů jsou glykosidy. Nejrozřířenější glykosidy jsou odvozené od kvercetinu a kemferolu. Běžným glykosidem je rutin , v borůvkách se setkáme s avikularinem a isokvercitrinem, poměrně častým je i myricitrin aj. (4). Například v jablkách se vyskytují jako významnější glykosidy kvercetinu 3−glukosid a 3−galaktosid (v závislosti na odrůdě), 3−rhammosid, 3−arabinosid, 3−xylosid a 3−rutinosid, v malém množství i 3−glukosid kemferolu a myricetinu. V bobulích bezu černého
bychom
nalezli
kvercetin−3−rutinosid,
který
chybí
v jahodách,
a kvercetin−3−glykosid. Přítomnost těchto flavonoidů v ovocných šťávách lze využít k průkazu jejich falšování (37). Obrázekč.9 Vzorec trans-resveratrolu a kvercetinu (35)
- 31 -
Rutin a některé další glykosidy flavonoidů
vykazují antioxidační vlastnosti,
ovlivňují pružnost a permeabilitu krevních kapilár a spolu s dalšími flavonoidními látkami zvanými bioflavonoidy zvyšují hladinu kyseliny askorbové v různých živočišných tkáních tím,že ji buď chrání před oxidací katalyzovanou ionty kovů nebo zvyšují její utilizaci v organismu. Přirozené zdroje kyseliny askorbové obsahující flavonoidy (např.šípky) jsou proto účinnější než syntetický vitamin C (37). Polyfenolické látky a zejména bioflavonoidy nesou hlavní podíl na antioxidační kapacitě šťávy z ovoce, nejúčinnější se podle studií jeví tmavé druhy druhy ovoce, nejvíce pak černý jeřáb (30)
5.1 Jablka Epidemiologové z finského Národního institutu veřejného zdraví a výzkumníci z Hawaie souhlasně zjistili, že konzumace stravy bohaté na flavonoidy, především pak ty, které jsou obsaženy v jablkách, je spojena se snížením rizika vzniku rakoviny, a to zejména rakoviny plic. Toto konstatování bylo vysvětleno tak, že fytonutrienty v jablkách inhibují růst rakovinových buněk tlustém střevu a v plicích. Tato domněnka prozatím potvrzena in vitro. Po celém světě byly prováděny výzkumy týkající se zdravotních přínosů konzumace jablek a výsledky byly sumarizovány do následujících tvrzení (19) : Jablka mohou být aktivní složkou v prevenci kardiovaskulárních onemocnění. Pracovníci finského Institutu veřejného zdraví rovněž zjistili, že zvýšená konzumace jablek je přímo spojena se sníženým rizikem koronárních úmrtí. Fytonutrinety v jablkách mohou chránit před kardiovaskulárními onemocněními tím, že zabraňují oxidaci (in vitro) LDL−cholesterolu. Jablka snižují riziko cerebrovaskulárních chorob. Lidé, kteří konzumují nejvíce jablek, jsou vystaveni nejnižšímu riziku náhlých příhod mozkových. Jablka zlepšují funkci plic. Britští výzkumníci prokázali na základě měření expiračního objemu, že funkce plic u konzumentů jablek je mnohem lepší, než jedinců, kteří jablka nekonzumují. Obsah fenolických látek v jablkách závisí na jejich odrůdě, skladování a zpracování. Koncentrace všech fenolických látek v dužině a dalších částech jablka se pohybuje v rozmezí 100 − 1000 mg/kg čerstvé váhy. Pro stanovení obsahu polyfenolů se využívá - 32 -
vysokoúčinné kapalinové chromatografie (HPLC), ve které je možno separovat jednotlivé složky fenolických látek. Mezi hlavní fenolické látky obsažené v jablku se řadí kyselina chlorogenová, katechiny, epikatechin, florentin a jeho derivát floridin obsažené v semenech, slupce a v jablečné šťávě (5). Polyfenoly přítomné v jablečném extraktu jsou zodpovědné za antioxidační aktivitu. Několik studií se zaměřilo na obsah fenolických látek ve slupce jablka během skladování u různých odrůd jablek. Do těchto studií byly zařazeny následující odrůdy: Annurca, Red Delicious, Golden Delicious, Empire. Po čtyřech měsících skladování byly metodou HPLC měřeny hodnoty fenolických látek a obsahu antioxidační aktivity fenolických látek. Z výše uvedených odrůd vykazovala po čtyřměsíčním skladování největší antioxidační aktivitu odrůda Red Delicious, nejmenší
Golden Delicious,
u odrůdy Annurca došlo během skladování k nárůstu koncentrace katechinu a floridinu (21,26). Obrázek č.10 a č.11 Antioxidační aktivita jablek a obsah vitaminu C po 4 měsících skladování (26) A – Annurca RD − Red Delicious GD − Golden Delicious E − Empire
Floridzin,
derivát
florentinu
se
řadí
mezi
zdraví
prospěšné
látky
s kardioprotektivním účinkem, antidiabetickým účinkem a ovlivňuje tvorbu melaninu tak, že chrání pokožku před UV zážením absorbací UV paprsků (19). Na antioxidačním účinku jablek se výrazně podílí i kombinace polyfenolů s vitaminem C. Antioxidační aktivitu ve 100 g čerstvých jablek je srovnatelná s 1500 mg vitaminu C. Kombinace polyfenolů a vitaminu C vede k inhibici růstu nádorových buněk vedoucích k nádoru kolonorekta a jater (24). - 33 -
5.2 Jahody Mezi další významný zdroj fenolových sloučenin se řadí jahody, které mimo jiné obsahují vysokou koncentraci vitaminu C a glutathionu, což jsou další antioxidanty. Bylo prokázáno, že jejich antioxidační aktivita představuje 1,3 násobek antioxidační aktivity pomerančů, dvojnásobek hroznů a čtrnáctinásobek muškátového melounu. Jahody vykazují řadu pozitivních účinků na lidský organismus. Zásluhou kyseliny ellagové a kvercetinu se jahody projevují antikancerogenními účinky, dochází k blokaci iniciace karcinogeneze a
potlačení proliferace nádorů. Kromě toho má kyselina
ellagová inhibiční účinek na Helicobacter pylori. Jahody také napomáhají snižovat riziko kardiovaskulárních onemocnění zásluhou inhibice oxidace LDL−cholesterolu a peroxidace lipidů. Antioxidační účinek jahod má pozitivní vliv na činnost mozku u stárnoucí populace a kvercetin a kamferol obsažené v jahodách inhibují uvolňování histaminu z žírných buněk. Díky tomu ovlivňují astma a alergické reakce a napomáhají tak v boji proti plicním onemocněním (20).
Obrázek č.12 Antioxidační kapacita čerstvých jahod a dalších druhů ovoce a zeleniny (25)
5.3 Brukvovitá zelenina Jednou z nejčastějších příčin úmrtí dnešní doby jsou nádorová onemocnění. Mnoho epidemiologických studií naznačuje, že konzumace brukvovité zeleniny - 34 -
(např. brokolice, zelí, kapusta a růžičková kapusta) je spojována se sníženou incidencí nádorového onemocnění, obzvláště kolorektálního karcinomu (23). Brokolice, jako představitel brukvovité zeleniny je považována za jednu z nejzdravějších zelenin. Má vysoký obsah antioxidačního betakarotenu, který napomáhá snižovat riziko cévních onemocnění, mrtvice, šedého zákalu a dokonce rakoviny. Čerstvá brokolice je výjimečným zdrojem vitaminu C, kyselinu listové, kromě provitaminu A obsahuje i vitamin E a jako jedna z mála zelenin je zdrojem vitaminu K. Voda přítomná v brokolici je bohatá na minerály, jejich celková hodnota činí 1100 mg na 100 g brokolice. Převládá draslík a vápník, čímž se řadí na první místo mezi čerstvými zeleninami (hned za listovou zeleninou), dále fosfor a hořčík. Brokolice je bohatá i na stopové prvky : železo, zinek, mangan, měď, nikl, fluor, kobalt, stopy jódu a selenu (22, 37). V poslední době se zaměřuje pozornost na glukosinoláty, sekundární metabolity rostlin, které byly v minulosti známé svými toxickými účinky. V brukvovité zelenině je zastoupeno 20-30 glukosinolátů, přičemž pouze několik je obsaženo ve významném množství (např. sulforafan). Glukosinoláty jsou v rostlinách uloženy v podobě neúčinných prekurzorů, které mohou být přeměněny působením enzymu myrosinázy, na aktivní látky zvané isothiokyanáty, které jsou pravděbodobně zodpovědné za významné biologické účinky. Glukosinoláty jsou ve vodě rozpustné, stálé a tepelně odolné, naopak jejich produkty isothiokyanáty jsou lipofilní, nestálé, páchnoucí, hořké chuti a mají antibakteriální i antifungální vlastnosti (23).
Obrázek č.14 Obecné schéma rozkladu glukosinolátů (37)
- 35 -
Tabulka č.6 Obsah glukosinolátů ve vybraných druzích zeleniny (40)
Druh Hlávkové zelí bílé Hlávkové zelí červené Brokolice Růžičková kapusta Kadeřávek Kedluben Čínské zelí Ředkev, ředkvička Křen Řeřicha zahradní
Celkový obsah glukosinolátů (mg/ 100g čerstvé hmoty)
26-275 16-120 40-340 145-394 40-140 109-200 17-136 4-218 500 95
Pravidelné konzumace brokolice je spojována se sníženou incidencí rakoviny plic, kolorekta a prostaty. Různé studie poukazují i na souvislost konzumace brokolice se sníženým výskytem úmrtí u žen po menopauze na kardiovaskulární choroby (10, 23).
5.4 Česnek Česnek obsahuje velké množství látek,které jsou významné pro lidský organismus. Řadí se sem minerály (vápník, železo, hořčík, sodík, draslík, fosfor, zinek, jod, selen, mangan, měď), vitaminy (B1, B2, B6, C, A, niacin, kyselina listová) a enzymy. Jednou z jeho nejvýznamnějších složek je alliin (sloučenina obsahující síru) přeměňující se na allicin, silné přírodní antibiotikum. Allicin má na svědomí typický intenzivní zápach a chuť česneku. Tato látka je toxická nejen pro rakovinné buňky, nýbrž i pro mikroorganismy a zdravé buňky (15). Účinky česneku :
Přírodní antibiotikum - česnek má široké spektrum antimikrobiální aktivity proti rozličným virům, bakteriím, plísním, kvasinkám a parazitům (boj proti zahlenění, chřipce, infekci horních cest dýchacích. - 36 -
Pozitivní vliv na srdce a cévy - snižování krevního tlaku a hladiny cholesterolu, prevence aterosklerózy a trombózy.
Protizánětlivý účinek - rozličné sloučeniny síry, obsažené v česneku inhibují uvolňování zánětlivých látek.
Antioxidační schopnosti.
Pravidelná konzumace česneku výrazně snižuje riziko některých typů rakoviny, např. rakoviny žaludku a střev, rakoviny prostaty (34)
- 37 -
6.
ANTIOXIDANTY A ZDRAVÍ Volné radikály se podílejí na vzniku a rozvoji četných onemocnění a chorobných
stavů. Choroby, v jejichž patogenezi hrají volné radikály rozhodující úlohu se nazývají jako tzv. nemoci z volných radikálů (free radical diseases). Příkladem by mohla být ateroskleróza, hypertenze, diabetes mellitus, metabolické komplikace, katarakta, tvorba zhoubných novotvarů či proces stárnutí. Konzumací dostatečného množství ovoce a zeleniny lze zabránit škodlivým vlivům volných radikálů a ochránit tak lidský organismus před mnoha onemocněními (29). Významnou skupinou jsou polyfenoly obsažené v potravinách široké spotřeby. Nejvýznamnějšími zdroji fenolických a polyfenolických antioxidantů jsou u nás čaj, káva, čokoláda, víno, pivo, jablka a cibule. Celkový denní příjem těchto látek se odhaduje na několik set mg až 1g. Mechanismus jejich antioxidačního působení spočívá ve schopnosti zhášet nebo zametat toxické volné radikály, chelátově vázat ionty kovů a zastavovat řetězové radikálové reakce poškozující některé funkční proteiny a membránové nenasycené mastné kyseliny. Rostlinné fenoly a polyfenoly mohou významně zvyšovat antioidační potenciál plazmy a posilovat prevncei chorob, jako jsou výše zmiňované kardiovaskulární choroby, šedý zákal, Alzheimerova choroba…. Důležitá je jejich antioxidační kativita v GIT v průběhu trávení potravy (49). Pestrá strava obsahující nejméně pět bohatých porcí zeleniny a ovoce denně je základem výživy bohaté na antioxidanty. V nezpracovaných, nerafinovaných potravinách je velké množství antioxidačních živin, které nejsou dostupné v nutričních doplňcích. Mnohé z těchto antioxidačních živin se při zpracování potravin bohužel ztrácejí. Strava bohatá na ovoce a zeleninu je základem k získaní potřebných antioxidantů a udržení jejich optimální hladiny (7).
- 38 -
7.
ZÁVĚR Ve své bakalářské práci jsem se věnovala tématu antioxidačních účinků ovoce
a zeleniny. Konzumace ovoce a zeleniny a jejich antioxidační aktivita má význam v prevenci nádorových, ale i kardiovaskulárních.onemocnění. V této práci jsem se snažila objasnit pozitivní působení ovoce a zeleniny na lidský organismus a vyzdvihnout jejich nezastupitelnou roli v ochraně zdraví člověka. Také jsem se v této souvislosti zaměřila na volné radikály, oxidační stres a antioxidační aktivitu a pokusila se tak vysvětlit složitou reakci volných radikálů a antioxidantů. V této souvislosti jsem zmínila oxidační stres, tedy nerovnováhu mezi antioxidanty a volnými radikály a shrnula nejdůležitější antioxidační ochranné mechanismy lidského organismu. Ve své bakalářské práci jsem srovnávala několik studií, které prokázaly významnou souvislost mezi konzumací ovoce a zeleniny a výskytem nádorových onemocnění a na základě jejich výsledků zdůraznila nejvýznamnější zástupce s antioxidačními účinky. Ovoce a zelenina jsou kromě antioxidačních účinků i bohatým zdrojem vitaminů, minerálních látek, vlákniny a mnoha biologicky aktivních látek. Proto je zcela oprávněné doporučení dle světové zdravotnické organizace (WHO) dávky pěti porcí ovoce a zeleniny každý den. Každý člověk by se tedy měl zamyslet nad blahodárným účinkem ovoce zeleniny v boji proti různým chorobám a konzumovat pestrou stravu s nejméně pěti porcemi ovoce a zeleniny každý den.
- 39 -
Příloha 1:Působení volných radikálů na lidský organismus
- 40 -
Seznam použité literatury:
1. ASPLUND, K. Antioxidant vitamins in the prevention of cardiovascular disease : a systematic review. Journal of International Medicine, 2002, no.251, p. 372-392 2. AZZI, A., BREYER, I., DEHET, M. et al. Nonantioxidant functions of α−tocopherol in smooth muscle cells. J. Nutr., 2001, no.131, p. 378-381 3. BABIOR, BM. Superoxide: a two-edged sword. Braz. J. Med. Biol. Res., 1997, no. 20, p. 141-155 4. BRIDLE, P., TIMBERLAKE, C.F. Anthocyanins as natural food colours−selected aspects. Food Chem., 1997, no. 58, p.103 5. BURDA, S., OLESZEK, W., LEE, C.Y. Phenolic compounds and their changes in apples during maturation and cold storage. J. Agric. Food Chem., 1990, vol. 38, no. 8, p. 945-948 6.
CARDOSO, SM. et al. The protective effect of vitamin E idebenone and reduced glutathione on free radical mediated injury in rat brain synaptosomes. Biochem. Biophys. Res. Commun., 1998, no. 246, p. 703-710
7. CLARKE, R., ARMITAGE, J. Antioxidant vitamin and risk of cardiovascular disease., 2002, no. 16, p. 411-415 8. COOKE, MS., EVANS, MD. et al. Role of the dietary antioxidants in the prevention of in
vivo
oxidative
DNA
damage.
Nutrition
Res.
Rev.,
2002,
no.
15,
p. 19-41 9. DARLEY-USMAR,V., HALLIWELL, B. Blood radicals. Reactive nitrogen species, reactive oxygen species, transition metal ions and vascular system. Pharm. Res., 1996, no.13, p. 649-662 10. EVERSE, J. The structure of heme proteins compounds I a II: some misconceptions. Free Rad. Biol. and Medicine,1998 ,no. 24, p. 1338-1346 11. FAHEY, J.W., TALALAY, P. Antioxidant functions of sulpforaphane : A potent inducer of phase II detoxication enzymes. Food and Chem. Toxicology, 1997, no. 37, p. 937-979
- 41 -
12. FARRELL,A., BLAKE, D. Nitride oxide. Ann. Rheum. Dis., 1996, no. 55, p.7-20 13. FOGLIANO, V., VERDE, V., RANDOZZO, G. Metod for measuring antioxidant activity and its application to monitoring the antioxidant capacity of wines. J. Agric. Food Chem., 1999, no. 47, p. 1035-1040 14. GARTNER, R., et al. Selenium administration in sepsis patient. Med. Klin., 1997, no. 92, p. 12-14 15. GINTER,
E. Antioxidanty
v l´udskej
výžive, Časopis
Vesmír, 1998,
č.77,
s. 434-438 16. KAHKONEN, M.P. et al. Antioxidant activity of plant extractes containing phenolic compounds. J. Agric. Food Chem., 1999, no. 47, p. 3954-3962 17. KALT, W. et al. Antioxidant apacity, vitamin C, phenolics and anthokyanins after fresh storage of small fruits. J. Agric. Food Chem., 1999, no. 47, p. 4638-4644 18. KHAW, K.T., BINGHAM, S., WELCH, A. et al. Relation between plasma ascorbic acid and mortality in men and women in EPIC. Norfolk prospective study, 2001, no. 357, p. 657-663 19. KOPÁČOVÁ, O. Jablka mohou snižovat riziko vzniku astmatu. [citace 6.2.2006] Dostupné na Word Wide Web : http://www.agronavigator.cz 20. KVASNIČKOVÁ, A. Vliv jahod na lidské zdraví. [citace 20.5.2004] Dostupné na World Wide Web: http://www.agronavigator.cz 21. LEJA, M., MARECZEK, A., BEN, J. Antioxidant properties of two apple kultivar dutiny long−term storage. Food Chem., 2003, no. 80, p. 303-307 22. LINDER, M.C. Nutrition and metabolism of the trace elements. In LINDER, MC. (Ed.) Nutritional Biochemistry and metabolism with clinical application. 2nd ed. East Norwalk: Appleton and Lange, 1991, p. 215-276 23. MANDELOVÁ, L., LEFNEROVÁ, D., TOTUŠEK, J. et al. Inhibice mutagenity působením š’táv a biologicky aktivních látek z brukvovité zeleniny. In Sborník Aktuální problematika genetické toxikologie. NCO NZO Brno, 2006, s.71-72 24. MARIAN, V. et al. Antioxidant activity of fresh Apple. J. Agric. Food Chem., 1990, no. 38, p. 945-948
- 42 -
25. McCALL, MR., FREI, B. Can antioxidant vitamins materially reduce oxidative damage in humans?. Free Radical Biology and Medicine, 1999, no. 26, p. 1034-1053 26. NAPOLITANO, A. et al. Influence of variety and storage on the polyphenol composition of aplle flesh. J. Agric. Food Chem, 2004, no. 52, p. 6526-6531 27. POWEL, SR. Zinc as a cardioprotectvive antioxidant. In BASKIN, SI., SALEM, H. (Eds.) Antioxidants, and free radicals . Basingstoke: Tailor and Francis, 1997, p. 143-166 28. RACEK, J., HOLEČEK, V. Vznik volných radikálů a enzymy. Klin. Biochem. Metab., 1999, no. 7, s. 158-163 29. RACEK, J. Oxidační stres a možnosti jeho ovlivnění, nakl. GALÉN, 2003, 7s-66s 30. RE, R., PELLEGRINI, N. et al. Free Radical Biology and Medicine, 1999, no. 26, p. 1231 31. SAINT−GEORGES, MD. et al., Correction du deficit en selenium chez des insuffisants renaux hemodialyses. Pressew Med., 1989, no. 18, p. 1195-1198 32. SIES, H., MURPHY, EM. Role of tocopherols in theprotection of biological system againts
oxidative
damage.
J.
Photochem.
Photobiol.
Biol.,
1991,
no.
8,
p. 211-224 33. SUKOVÁ, I. Antioxidační aktivita potravin. [citace 6.2. 2006] Dostupné na World Wide Web : http://www.agronavigator.cz 34. ŠÁCHA, P. Česnek symbolem proti zlu. [citace 19.2.2007] Dostupné na World Wide Web : http:// www.clanky-o-zdravi.online-prodej.cz 35. ŠTÍPEK, S. et al. Antioxidanty a volné radikály ve zdraví a nemoci, Praha: Grada Publishing, 2000, 295s 36. VEJRAŽKA, M. Signální funkce volných radikálů. Časopis Vesmír, 2004, 83, s.170-172 37. VELÍŠEK, J. Chemie potravin, Tábor : OSSIS, 1999, 312s 38. WATER, R. O antioxidantech, nakl. PRAGMA, 2002, 33s
- 43 -
39. WIKIPEDIA, the free encyclopedia [květen 2007] Dostupné na World Wide Web : http://en.wikipedia.org/wiki/Apples#/Health_benefits 40. WIKIPEDIA, the free encyclopedia [květen 2007] Dostupné na World Wide Web : http://en.wikipedia.org/wiki/Broccoli 41. WIKIPEDIA, the free encyclopedia [květen 2007] Dostupné na World Wide Web : http://en.wikipedia.org/wiki/Carotenoids 42. WIKIPEDIA, the free encyclopedia [květen 2007] Dostupné na World Wide Web : http://en.wikipedia.org/wiki/Cooper 43. WIKIPEDIA, the free encyclopedia [květen 2007] Dostupné na World Wide Web : http://en.wikipedia.org/wiki/Vitamin_C 44. WIKIPEDIA, the free encyclopedia [květen 2007] Dostupné na World Wide Web : http://en.wikipedia.org/wiki/Vitamin_E 45. WIKIPEDIA, the free encyclopedia [květen 2007] Dostupné na World Wide Web : http://en.wikipedia.org/wiki/Selenium 46. WIKIPEDIA, the free encyclopedia [květen 2007] Dostupné na World Wide Web : http://en.wikipedia.org/wiki/Zinc 47. ZLOCH, Z., ČELAKOVSKÝ, J., AUJEZDSKÁ, A. Stanovení obsahu polyfenolů a celkové antioxidační kapacity v potravinách rostlinného původu. Chem. Listy, 2004 48. ZLOCH, Z., ČELAKOVSKÝ, J., TŮMOVÁ, O. Celková antioxidační kapacita vybrané skupiny našich potravin, Výživa a potraviny, 2005, roč. 60, č. 5, s.128-130 49. ZLOCH, Z. Výskyt a zdravotní význam neesenciálních antioxidantů v potravě. DMEV, 2001, č. 4, s.29-31
- 44 -
