Volné radikály a antioxidanty v otorhinolaryngologii

PØEHLEDNÉ ÈLÁNKY

Volné radikály a antioxidanty v otorhinolaryngologii Free radicals and antioxidants in otorhinolaryngology Holeèek V.2, Slípka J.1, Sobotová Š.2, Slouka D.1 ,Rokyta R.3

Univerzita Karlova v Praze, Lékaøská fakulta a Fakultní nemocnice, Klinika ORL, Plzeò Mulaèova nemocnice, Oddìlení klinické biochemie, Plzeò 3 Univerzita Karlova v Praze, 3. lékaøská fakulta, Ústav normální, patologické a klinické fyziologie, Praha 1 2

SOUHRN Volné radikály se spolupodílejí na vzniku mnoha onemocnìní v otorhinolaryngologii. Antioxidanty mohou pùsobit buï preventivnì, nebo zlepšit prùbìh nìkterých nemocí. Oxidaèní stres, pøi kterém vzniká pøevaha volných radikálù nad antioxidanty, se vyskytuje u mnoha stavù jako zánìtu, aterosklerózy nebo nádorù. Antioxidaèní kapacita se zvyšuje nejen podáním antioxidantù, ale i pozitivními emocemi. U onemocnìní dutiny nosní a vedlejších nosních dutin je velmi dùležitý radikál oxid dusnatý. Vazokonstrikèní látky snižují jeho hladinu, patologicky zvýšené hladiny jsou u astmatu, alergické rýmy a u sinusitidy. Oxid dusnatý chrání organismus pøed mikroorganismy a viry. Oxidaèní stres podporuje vznik nosní polypózy, pùsobí poruchy sluchu, zvýšené ROS (reactive oxygen species) látky jsou u tinitu. U zánìtu støedního ucha hladina lipoperoxidù mùže být markerem závažnosti onemocnìní. U Ménièrova syndromu je snížená celková antioxidaèní kapacita. Lze konstatovat, že volné radikály a antioxidanty mají u otorhinolaryngologických onemocnìní dùležitou úlohu. Klíèová slova: otorhinolaryngologická onemocnìní, volné radikály, antioxidanty, oxid dusnatý SUMMARY Free radicals in otorhinolaryngology participate in the pathogenesis of many diseases. Antioxidants can act or preventively or ameliorate the diseases. Oxidative stress, in which is the predominance of free radicals to antioxidants, is present in many states like inflammation, atherosclerosis or tumors. Antioxidant capacity is increased not only by the application of antioxidants, but also due to positive emotions. In nasal and paranasal diseases is the role of the nitroxide radical very important. Vasocontrictive drugs decrease its level, pathologically increased levels are observed in asthma, allergic rhinitis and in sinusitis. Nitroxide protects organism against microorganisms and viruses. Oxidative stress supports the origin of nasal polyposis, takes part in disturbances of the hearing. Increased reactive oxygen species are engaged in tinnitus. In otitis media the level of lipoperoxides may be the marker of the severity of the disease. In Ménière´s syndrome the total antioxidant capacity is decreased. It is possible to conclude, that free radicals and antioxidants play an important role in otorhinolaryngological diseases. Key words: otorhinolaryngological diseases, free radicals, antioxidants, nitroxide Holeèek V.2, Slípka J.1, Sobotová Š.2, Slouka D.1 ,Rokyta R.3 (1Univerzita Karlova v Praze, Lékaøská fakulta a Fakultní nemocnice, Klinika ORL, Plzeò, 2Mulaèova nemocnice, Oddìlení klinické biochemie, Plzeò, 3Univerzita Karlova v Praze, 3. lékaøská fakulta, Ústav normální, patologické a klinické fyziologie, Praha): Free radicals and antioxidants in otorhinolaryngology, Ès. fzyiologie 57 (2-3): xxx-xxx, 2008.

4

Československá fyziologie 57/2008 č. 2–3

Volné radikály se podílí na mnoha nemocech a stavech, jako jsou záněty, nádory, ateroskleróza, degenerativní neurologické choroby a jiné. V současné době nebyla publikována souborná práce, která by shrnovala účinek volných radikálů a antioxidantů v otorhinolaryngologii. Volné radikály (radikály mající jeden nebo více nepárových elektronů ve své valenční sféře), které existují jen zlomky sekund, poškozují lipidy lipoperoxidací, oxidují bílkoviny, mohou mutovat DNA, podporují vznik AGE (advanced glycosylation products). Reagují nesmírně rychle a agresivně, dokud nejsou detoxikovány např. antioxidanty. Jejich původ v organismu je jednak exogenní (x-paprsky, škodliviny v ovzduší, ozón, radiace, ale i přijímají se i v potravě), jednak endogenní (během některých metabolických cest, v reperfuzní fázi po ischémii, následkem bolesti, epilepsie apod.). Za miliony let jejich existence se je ovšem naučili živočichové využívat i ve svůj prospěch (volnými radikály zabíjejí bílé krvinky bakterie, viry, parazity, kvasinky, plísně; T-lymfocyty i nádorové buňky; osteoklasty jich využívají k remodelaci kostí, mají význam pro fertilitu). Zneškodňovány v organismu jsou především antioxidanty, ale i reakcí mezi sebou, vylučovány jsou především močí a stolicí. Rovněž glutathion-S-transferáza může metabolizovat ROS a detoxikovat xenobiotika. Důležitý je fakt, že volných radikálů a ROS – látek (reactive oxygen species), které nejsou přímo volnými radikály, ale reagují podobně, je velké množství. Rovněž antioxidantů je mnoho a platí, že ne každý volný radikál je zneškodňován kterýmkoliv antioxidantem. Tedy při terapii oxidačního stresu (při něm volné radikály převažují nad antioxidanty) je třeba podávat směs antioxidantů. Oxidační stres např. působí stárnutí buněk, předčasné stárnutí podporuje především peroxid vodíku. OBECNĚ PLATNÉ NÁLEZY VOLNÝCH RADIKÁLŮ U NĚKTERÝCH PATOLOGICKÝCH STAVŮ. Záněty: Zánětlivé reakce patří mezi nejčastější nemoci. Vznik volných radikálů u zánětu je nepochybný. Nabízí se možnost snížení poškození zánětem antioxidační terapií. Záněty jsou provázeny zvýšením počtu volných radikálů: volné radikály (VR) vznikají jako reakce na infekci a jsou přinášeny do místa zánětu především leukocyty. Při zánětu, infekci a sepsi stoupá množství fagocytů, zvláště makrofágů, které obsahují velké množství volných radikálů. Hnis jako zdroj volných radikálů je třeba odstraňovat i z hlediska nebezpečí volně radikálových poškození. Zvláště u novorozenců je to důležité, protože ti ještě nemají dostatečně vyvinutou antioxidační obranu. Zánět dále vyvolá přímou produkci VR ve fagocytech i v cílových buňkách účinkem TNFa. Vzniká zánětlivá kaskáda, aktivované makrofágy uvolňují TNFα, IL-1, IL-2, IL-6 a IL-8. Makrofágy uvolňují volné radikály. Stoupá peroxid vodíku, uvolňují se cytokiny, tvoří se prostaglandiny (PGE2), leukotrieny atd. Aktivací destiček a uvolňováním kyseliny arachidonové z buněčných membrán vznikají prostaglandiny, mj. vazokonstrikční tromboxan A2 a zánět podporující leukotrieny. Volné Československá fyziologie 57/2008 č. 2–3

radikály blokují látky, které brání štěpení bílkovin, uvolňuje se např. elastáza, kolagenáza aj. Oxidační stres způsobí pokles imunity. Volný radikál superoxid snižuje protilátkovou odpověď při imunizaci. Glykované bílkoviny, AGE-látky a peptidy aktivují receptory (RAGE) a působí dlouhotrvající zánět, provázený stálou novou tvorbou volných radikálů. Antioxidanty u zánětů zlepšují imunitu a zmenšují zánět. Antioxidační terapie je užitečná ve stadiu oxidačního stresu, ale vztahy mezi volnými radikály, cytokiny a aktivovanými lymfocyty jsou velmi složité a nelze je interpretovat tak, že oxidační stres působí imunodepresi a antioxidační terapie naopak imunostimulaci. Ateroskleróza: Svým charakterem patří mezi chronická zánětlivá onemocnění. Protizánětlivě působí antioxidanty společně s vitaminy B-komplexu. CRP přímo participuje na vaskulárním zánětu a na poškození cév. Vznik aterosklerózy je provázen účinkem volných radikálů. LDL-cholesterol se jimi oxiduje, dostává se do makrofágů v cévním endotelu, volné radikály poškozují Ca-ATP pumpu, vápník se hromadí intracelulárně, aktivuje proteázy, a tak vzniká základ aterosklerotických změn – pěnová buňka. Terapie antioxidanty je doporučována i kritizována. Příčinou bude, že alfatokoferol se u kardiovaskulárních studií často neosvědčil. Zřejmě měla být suplementována celá škála antioxidantů, včetně γ-tokoferolu, který je protizánětlivý a jeho plazmatická hladina je nepřímo úměrná vzniku kardiovaskulárních chorob. Gama-tokoferol je totiž hlavní formou vitaminu E v rostlinách, zatímco alfa-tokoferol je hlavně v lidských tkáních, ale i v suplementech. Gama-tokoferol se dobře vstřebává a akumuluje se i v lidských tkáních. Na rozdíl od alfa-tokoferolu inhibuje COX (cyklooxygenázu), tedy účinkuje protizánětlivě. Nádory: Jednou z příčin vzniku nádorů jsou nepochybně volné radikály. Mohou mutovat DNA, podporovat účinek kancerogenů, bránit přirozené apoptóze, ale na druhé straně i ničit již vzniklé nádory. Význam antioxidantů je v nádorovém bujení nepochybný, ale antioxidanty mohou i chránit nádorové buňky. V terapii již vzniklých nádorů se používají mj. volné radikály (rtg ozařování, některá cytostatika či T-lymfocyty účinkují jako volné radikály apod.). Podávání antioxidantů v prevenci nádorového bujení má svou logiku. V iniciační fázi nádorového bujení se projeví změna v buněčných genech (mutace, amplifikace event. ztráta represorového genu). ROS indukují onkogenezi přímým účinkem na DNA a/nebo aktivací proteinkinázy C. V aktivační fázi nádorů (promotion step) se uplatňují růstové faktory, záněty, volné radikály (hlavně ve stáří jich přibývá) a je i nižší antioxidační kapacita tkání. Cis platina produkuje volné radikály a je ototoxická ve spojení s Fe, podporuje tvorbu superoxidu. Chelátory Fe chrání buňky před smrtí. Hromadění makrofágů jako reakce na zánět přináší další volné radikály. Při progresi nádorů je třeba brát v úvahu, že nádorové buňky ze svého prostředí absorbují přednostně antioxidanty oproti zdravým buňkách na svou ochranu před volnými radikály.

5

VOLNÉ RADIKÁLY A ANTIOXIDANTY U ORL CHOROB 1. Onemocnění slinných žláz Aerobní cvičení zvyšuje hladinu kyseliny močové a tím i celkovou antioxidační kapacitu ve slinách. Tím se snižuje i produkce hydroperoxidů (Gonzáles et al., 2008). Antioxidační kapacita slin stoupá nejen po podání antioxidantů, ale i po kladných emocí (hezký videoprogram, příjemná vůně apod.). Naopak klesá po namáhavém plavání, kouření a dokonce i po nemilých zážitcích a negativních emocích (Atsumi et al., 2008). Při pokusech na myších bylo zjištěno, že fyzická trénovanost snižuje lipoperoxidaci a stoupá SOD, GPx a celková antioxidační kapacita. Ve slinných žlázách vzniká škodlivý peroxid vodíku, rozkládá jej peroxidáza ze slin. Komplexní regionální bolestivý syndrom typu-I (CRPS-I, Complex Regional Pain Syndrome Type-I) má zánětlivou a nervovou příčinu. Vzhledem ke zvýšené lipoperoxidaci a zřejmě reaktivnímu vzestupu kyseliny močové, SOD a celkové antioxidační kapacity ve slinách i v séru jsou do patofyziologie CRPS-I zapojeny i volné radikály. Hladina antioxidantu thioredoxinu ve slinách je signifikantně vyšší u pacientů se Sjögrenovým syndromem. Thioredoxin chrání slinné žlázy před oxidačním stresem. U parotitidy je volně radikálové poškození významné a zasluhuje terapeutický zákrok. 2. Choroby nosu a vedlejších dutin nosních U těchto chorob se jeví jako velmi důležitý radikál oxid dusnatý (NO). Ukazuje se, že NO je zásadní signální molekulou pro hojení tkání. Je důležitým kofaktorem migrace a proliferace keratinocytů, angiogeneze a ukládání kolagenu. Nosní hladina NO je ovlivněna věkem, fyzickou námahou, kouřením a některými léky. Vazokonstrikční léky snižují hladinu nosního NO, ale někdy i jiným mechanismem než vazokonstrikcí. Fyzická námaha rovněž působí vazokonstrikci cév nosní sliznice, ale NO neklesá (Serrano et al., 2007). Neuropeptid Y působí vazokonstrikčně v nose, protože redukuje průtok krve mukózou. Ucpání nosu působí též tromboxan A2 a leukotrien D4. Tromboxan A2 působí spíše kongesci nosní mukózy, leukotrien D4 vlivem NO působí přímo dilataci cév nosní sliznice. Patologické hladiny NO jsou u primární ciliární dyskinezy, alergické rýmy, u sinusitidy, nosních polypů a cystické fibrózy. NO je v první řadě ochrany před mikroorganismy pro svou antimikrobiální a protivirovou aktivitu. Antibiotika u sinusitidy nezabrání volně radikálovému poškození tkání. Přidání vitaminu A k terapii snížilo lipoperoxidaci a zlepšilo histopatologický obraz, aktivita SOD byla vyšší jen u antibiotické terapie. Aktivity katalázy a GPx u obou skupin se nelišily. Naopak Bioparox Spray inhibuje syntézu volných radikálů a účinek IL-1 a TNF-α a potencuje účinek protizánětlivých IL-2 a INF-γ. Během krvácení z nosu se uvolňuje větší množství superoxidu, reaktivně stoupá aktivita SOD, klesá NO ve vydechovaném vzduchu. Již existující hypertenze a poškození nosních cév volnými radikály podporuje krvácení z nosu. NO chrání před intranazální infekcí virem typu-1 herpes simplex. Blokádou syntázy oxidu dusnatého amino6

guanidinem se zánět zvýší. NO působí nejen vazodilataci a relaxaci svalů, ale je i neuromediátor. Je produkován hlavně na sliznici nosní dutiny a paranazálních sinů. Množství vydechovaného NO je u žen o 25 % menší než u mužů. Kouření působí pokles o 50 % (Taylor et al., 2007). U chronické maxilární sinusitidy je snížený, vysoké koncentrace jsou naopak u alergické rýmy, nosní polypózy a infekcí horních cest dýchacích. V mukóze u zánětlivé sinusitidy je vyšší aktivita SOD a nižší GPx. Peroxynitrit vzniká reakcí SOD se superoxidem. Nitruje tyrosin na 3-nitrotyrosin. Ten se vyskytuje v respiračním epitelu u pacientů s vazomotorickou rýmou, zatímco u kontrolních osob není prokazatelný. U solidních tumorů může mít NO jak aktivující, tak inhibující účinek (Selimoglu, 2005). Snížené hladiny jsou u chronického kašle a po exposici tabáku a alkoholu. Částečky ve znečištěném vzduchu pocházející z naftových motorů mohou způsobit alergickou rýmu až astma. Zvýšení antioxidačních enzymů působí chemopreventivně. U pylových alergenů je přítomna NADPH-oxidáza, která generuje ROS. Ty pak hrají roli v patogenezi alergických zánětů vzniklých vzdušnou cestou. K alergické reakci je třeba 2 signálů: přítomnost alergenu a ROS. Též produkce peroxidu vodíku eosinofily je významnou součástí při poškození tkání a zvyšuje alergickou reakci. Žírné buňky uvolňují některé zánětlivé mediátory, které přispívají k patogenezi některých chorob, např. alergické rýmy. Vitamin E chrání před poškozením účinkem žírných buněk. Děti s alergickým astmatem mají vyšší množství vydechovaného NO než děti s alergickou rýmou. Pozitivní korelace je mezi vydechovaným NO a IgE v séru. Vysoká hladina IgE v séru je specifickým a prediktivním markerem astmatu nebo alergické rýmy. Čichové funkce a koncentrace nosního NO pozitivně korelují u pacientů s chronickou rhinosinusitidou, ale nikoliv u zdravých lidí. Funkce čichu je poškozena u Alzheimerovy choroby, zřejmě oxidačním stresem. U primární ciliární dyskineze u dětí je nízká hladina NO, naopak u novorozenců s chronickou plicní chorobou je vyšší hladina NO ve vydechovaném vzduchu oproti zdravým jedincům (Baraldi et al., 2004). Vydechovaný oxid dusnatý je neinvazivní marker zánětu dýchacích cest u astmatu. U alergické rýmy a u astmatu je zvýšený nosní oxid dusnatý. Též glukokortikoidy zvyšují hladinu nosního NO. Vitamin E údajně snižuje tvorbu IgE. Podání samotného vitaminu E však u 5 běžných alergenů pokles IgE nepotvrdilo. Je-li NO z horních cest dýchacích nízký, může sloužit jako screeningový test k vyloučení ciliární dyskineze (Corbelli a Hammer, 2007). Oxid dusnatý inhibuje epiteliální expresi způsobenou rhinovirem a vzestup prozánětlivých cytokinů a zřejmě může inhibovat i virovou replikaci. Též po reakci oxidu dusnatého se superoxidem může nitrosylovat virové proteázy. Zvýšená tvorba oxidu dusnatého způsobí méně symptomů onemocnění a urychluje odstraňování virů (Proud, 2005). U obstrukční spánkové apnoe je nižší koncentrace NO v alveolech i v horních cestách dýchacích. Ve vydechovaném koncentrátu z plic je nižší pH u obézních pacientů ať už s obstrukční spánkovou apnoí či bez ní (exhalovaná acidopnea). Apnoe zvyšuje oxidační stres a má vliv na kardiovaskulární morbiditu. Ráno mají pacienti zvýšenou lipoperoxiČeskoslovenská fyziologie 57/2008 č. 2–3

daci a snížený antioxidační enzym paraoxonázu-1. U kontinuálního pozitivního tlaku vzduchu pokles NO nenastane. Kontinuální pozitivní tlak vzduchu zlepšuje u syndromu obstrukční spánkové apnoe endoteliální funkci a snižuje koncentraci asymetrického NG-dimetylargininu (inhibitoru syntézy NO). Obstrukční spánková apnea je často spojena se zánětem dutiny nosní, kongescí mukózy uvey a hyperreaktivitou dýchacích cest. Příčinou jsou i volné radikály, zvláště ty vzniklé na podkladě stavů ischemiereperfuze. Tvorba nosních polypů má multifaktoriální patogenezu. Vysoká hladina malondialdehydu ve tkáni polypu ukazuje na účast volných radikálů. Hladina NO v nose pacientů s nosními polypy je nižší než u pacientů s nekomplikovanou alergickou rýmou. Zvýšení NO snižuje objem polypů. Nosní polypy jsou považovány za zánětlivé stavy za významné účasti oxidačního stresu a počtu zánětlivých buněk, zvláště eosinofilů. Epitel při tom hraje kritickou roli. Nosní polypóza a astma jsou příbuzná onemocnění. U nosních polypů je snížená aktivita GPx, naopak zvýšená aktivita katalázy, xanthin oxidázy, je zvýšený malondialdehyd. To ukazuje na to, že se jedná o poškození volnými radikály. Množství volných radikálů ve tkáni polypů odpovídá závažnosti onemocnění (Cheng et al., 2006). Inhalovaný AMP zužuje průchod vzduchu více u pacientů s nosní polypózou než u kontrol. U chronického zánětu a uveitis je často nízká sérová hladina Zn a Se. Hladina těchto stopových prvků ovšem klesá i v závislosti na věku. Exhalovaný NO je produkován respirační sliznicí nosu a vedlejších nosních dutin. Metabolity NO jsou signifikantně vyšší v maxilárních sinech a zvláště u pacientů s chronickou sinusitidou. Poškozují epitel sinusů a tak jsou důležité v patogeneze sinusitidy (Naraghi et al., 2007). U maxilární sinusitidy je v mukóze zvýšená lipoperoxidace (zvýšený malondialdehyd) a SOD. U chronické sinusitidy klesá v séru IL-12, α-tokoferol, kyselina močová a SOD ve tkáni. Čím nižší je hladina GSH, kyseliny močové a SOD, tím je onemocnění těžší. Lze uvažovat o suplementaci antioxidanty. Biopsii mukózy z nosu byla nalezena kromě snížené hladiny redukovaného glutathionu (GSH) a kyseliny močové i snížená antioxidační obrana u pacientů s chronickou sinusitidou. Oproti kontrolám nebyly signifikantní rozdíly v hladině vitaminu E a oxidovaného glutathionu (GSSG). GSH je spotřebován na odstranění volných radikálů; pokles kyseliny močové lze vysvětlit tím, že brání oxidaci vitaminu C a váže transitní kovy, přičemž je irreverzibilně degradována. Není syntezována v nose, ale je tam absorbována z krevního řečiště. Vzduch s oxidem dusnatým pasáží ze sinusů do nosu je zvlhčen. Zvyšuje obranyschopnost cest dýchacích. Proto dýchání nosem může být užitečnější než dýchání ústy. Expozice ozónu poškozuje epitel v nose, zvyšuje permeabilitu a působí příliv zánětlivých buněk s proliferativní a sekreční odpovědí. Uvolňují se cytokiny, cyklooxygenáza a lipoxygenáza, zvyšují se volné radikály a snižuje mukociliární clearance. Ozón přímo zvyšuje hladinu volných radikálů a DNA syntézu. 3. Záněty patrových mandlí U chronického zánětu tonzil jsou zvýšené volné radikály, Československá fyziologie 57/2008 č. 2–3

které poškozují tkáně. Oxidační poškození tonzil závisí na frekvenci a závažnosti lokálních infekcí. Reaktivně stoupají antioxidační enzymy SOD (ve tkáni i v krvi), kataláza a GPx. Po operaci aktivity těchto enzymů klesají, bezprostředně po operaci jsou ovšem ještě zvýšené. Malondialdehyd po operaci lipoperoxidace klesá téměř ihned (Burduk et al., 2005). Aktivita SOD je zvýšená, jak v tonzilách, tak v krvi, zvláště u přítomného abscesu. Aktivita glutathion reduktázy je u abscesu nižší. Oxidační poškození tonzil lze vyhodnocovat podle aktivity SOD ve tkáni nebo v periferní krvi. Výsledky uvedených vyšetření mohou pomáhat při rozhodování o operaci (Garcia Callejo et al., 2002). Po operaci tedy klesá oxidační stres. Vyplachování úst po tonzilektomii ROS látkou – peroxidem vodíku – nepřináší menší krvácení po výkonu. 4. Karcinomy hlavy a krku Protože volné radikály nepochybně přispívají ke vzniku karcinomů i v ORL, je zajímavé vyhodnotit význam antioxidantů. Ve tkáni karcinomu laryngu je zvýšené množství malondialdehydu, jak představitele lipoperoxidace a snížená aktivita GPx jako představitele antioxidantů. U karcinomu dutiny ústní jsou snížené hladiny vitaminů C a E. Produkce ROS je u pacientů s karcinomem laryngu vyšší, i sérová aktivita kataláza a peroxidázy je zvýšená. Po parciální nebo totální laryngektomii ROS, kataláza i peroxidázy klesají. U tracheotomií podání karnitinu snížilo lipoperoxidaci a nebezpečí pooperační laryngotracheální stenózy (Pata et al., 2003). Zdá se, že β-karoten podporuje regresi prekancerózních změn, protinádorový účinek mají vitamin C, selen a zinek apod. Velké epidemiologické studie však dosud chybějí. Plazmatický Zn je u maligního tumoru laryngu snížen, oproti benignímu. Koncentrace Cu je v erytrocytech nižší u benigního i maligního tumoru, koncentrace Mg v erytrocytech je stejná jako u kontrol. Bioflavonoidy snižují abnormální buněčný růst a zánět karcinomatózních buněk. Zajímavé je, že ferric-sorbitol-citrát, antianemický lék inhibuje proliferaci karcinomu laryngu. Přítomnost Fe je nutná a nezvyšuje lipoperoxidaci. Tumorové buňky obsahující méně ferritinu jsou citlivější na oxidační stres. Volné radikály u už vzniklého nádoru mají protinádorový účinek. Např. podání hypoxanthinu a xanthin oxidázy produkuje superoxid, který poškozuje u pokusného králíka mnohem více nádorovou tkáň než okolní svaly. Současné podání vitaminu B12 a vitaminu C produkuje in vitro peroxid vodíku, který sníží hladinu GPx v epidermoidních buňkách lidského karcinomu laryngu HEp-2, takže nastává smrt nádorových buněk. Antioxidanty do jisté míry mohou snížit ototoxický účinek. Aplikace ACTH příbuzných neuropeptidů má otoprotektivní účinek, ovšem spíše prodlouží dobu vzniku poškození, ale podporují posléze i obnovu sluchu. Oxidační stres je zvýšený u pacientů s karcinomem laryngu, v plazmě jsou zvýšené malondialdehyd, radikál oxidu dusnatého a dusičnany. U pacientů s karcinomem laryngu klesá celková enzymatická aktivita proti ROS a zvyšuje se lipoperoxidace. Též chronický alkoholismus je rizikovým faktorem mj. pro karcinom orofaryngu, laryngu a ezofagu. Alkohol sice není karcinogen, ale oxidací na acetaldehyd 7

zhoršuje opravu DNA v organismu, metylaci cytosinu, snižuje aktivitu GPx, zvyšuje hladinu volných radikálů. Snižuje některé antioxidanty jako selen, zinek, vitamin A, pyridoxalfosfát a poškozuje imunitní systém. Kouření, UV světlo, interleukiny, tumor necrosis faktor-alfa, metabolity kyseliny arachidonové a další působí vznik volných radikálů. Např. karboplatina selektivně poškozuje typ-I vláskových buněk a jejich aferentní neurony vlivem volných radikálů a poklesu GSH (redukovaného glutathionu). Orální skvamózní buněčný karcinom v 90 % případů bývá spojován s cigaretovým kouřem. Méně reaktivní volné radikály z cigaretového kouře ve spojení s kovy ve slinách zvyšují svou účinnost, a proto klesá antioxidační kapacita slin, což se projeví zvýšením prooxidační agresivity (Nagler a Dayan, 2006). Jiným mechanismem působí cigaretový kouř, který obsahuje mj. superoxid, volný hydroxylový radikál, peroxid vodíku aj., a to tak, že aktivuje nukleární faktor kappa B (NF-κB). Aktivace NF-κB pak může blokovat apoptózu, podporovat proliferaci a tumorogenezi. Proto inhibitory aktivace NF-κB mohou snižovat nebezpečí karcinomu dutiny ústní, laryngu, plic aj. Kukurmin se jeví jako vhodný, protože potlačuje aktivitu IkappaB-alfa kinázy. U pacientů s dobře diferencovaným skvamózním karcinomem laryngu byla snížená aktivita adenosin deaminázy, 5´-nukleotidázy, ale zvýšená aktivita xantinoxidázy a Cu,Zn-SOD. U karcinomu laryngu v nádorové tkáni je zvýšená aktivita GPx, ale nikoliv SOD. 5. Choroby sluchového orgánu Ztráta sluchu u starých lidí bývá často následkem dlouhotrvajícího poškozování mitochondrií v různých strukturách kochley. Volné radikály v ní poškozují DNA a další biomolekuly, což podporuje apoptózu zranitelných buněk ve vnitřním uchu a může být příčinou poškození sluchu. 40minutová ischémie v kochleárních perilymfatických místech vyvolala u myší více než 10násobný vzestup volného hydroxylového radikálu, který trval 40 až 80 minut ještě po reperfuzi. U pacientů s tinnitem jsou zvýšené markery oxidačního stresu a snížený NO v cirkulaci v mozku. To může způsobit cerebro-vaskulární endoteliální dysfunkci a dysfunkci mikrocirkulace ve vnitřním uchu. U tinnitu zvýšené ROS jsou snižovány antioxidanty, což snižuje i tinnitus (Savastano et al., 2007). Akustické trauma způsobující ztrátu sluchu nebo tinnitus má více příčin: iontové ischemické či excitotoxické následky a tvorba volných radikálů. To vše působí smrt buněk následkem nekrózy či apoptózy. Magnezium, které snadno prochází hematokochleární bariérou, má neuroprotektivní a vazodilatační účinek a snižuje poškození kochley (Sendowski, 2006). Hluk a ototoxické látky zvyšují tvorbu superoxidu, což patří mezi příčiny ztráty sluchu. Kochlea je chráněna před poškozením rázovým zvukem, např. Nacetylcysteinem (Bielefeld et al., 2005). Též glutathion monoetylester chrání před poškozením sluchu při náhlém zvukovém impulzu, v kombinaci s R-N6-fenylisopropyladenosinem chrání i před kontinuálním intenzivním hlukem. Kondicionalizace je jev, kdy exposice středně intenzivnímu hluku zvyšuje rezistenci ucha na následné silnější zvukové stimuly. Kondicionalizace zvyšuje aktivitu antioxidačních 8

enzymů a následně se zmenšuje ztráta vláskových buněk vnitřního ucha následkem hluku (Harris et al., 2006). ROS látky vznikají účinkem hluku a působí apoptózu i nekrózu buněk v kochlee. ROS vznikají i u traumatického poškození kochley. Antioxidanty by proto měly působit preventivně. Buthionin sulfoximid, který redukuje intracelulární GSH, způsobil u pokusných zvířat kompletní hluchotu a poškodil i ledviny, které mají rychlý metabolismus GSH. Idiopatická náhlá ztráta sluchu, která nebyla delší než 10 dní, příznivě reagovala na antioxidační Ginkgo ECb 761, který zvyšuje průtok krve a působí proti faktoru aktivujícím trombocyty. Volné radikály mají destruktivní účinek na sluchový nerv. Neurotrofiny, chronická elektrická stimulace, Ca2+ a antioxidanty jsou vhodné pro prevenci patofyziologických změn sluchového nervu před vznikem hluchoty. Radioterapie u krčních nádorů působí často senzorineurální ztrátu sluchu následkem apoptózy kochleárních buněk. Protože zákrok působí vzrůst tvorby ROS, byl podán L-N-acetylcystein, který zvýšil životnost kochleárních buněk po ozáření a snížil tvorbu ROS (Low et al., 2008). Antioxidační terapie snižuje množství usmrcených nervových buněk sluchového nervu. Oxidační stres působí apoptózu kochleárních senzorických buněk. Vznikající 4-hydroxynonenal je mediátor apoptózy jak sluchových neuronů, tak vláskových buněk. Následkem imunitních reakcí ve vnitřním uchu vznikají volné radikály v systému myeloperoxidáza-peroxid vodíku-kyselina chlorná a poškozují tkáně a způsobují jejich dysfunkci. Aminoglykosidy produkují volné radikály ve vnitřním uchu a poškozují sensorické buňky a neurony, což může způsobit trvalou ztrátu sluchu. NO, superoxid a peroxynitrit poškozují vestibulární aparát. Inhibitor NO syntázy N(G)-nitro –L-arginin-metylester chrání před senzorineurální ztrátou sluchu účinkem exotoxinu A. Streptomycin a gentamycin jsou primárně vestibulotoxické, amikacin, neomycin, dihydrostreptomycin a kanamicin jsou kochleotoxické. Poškození kochley rovněž může způsobit trvalou ztrátu sluchu, ataxii, nystagmus aj. Antioxidanty snižují nebezpečí ototoxického postižení (Selimoglu, 2007). Aminoglykosidy dále se železem vytváří cheláty, kterém katalyzují tvorbu volných radikálů. Antioxidanty a cheláty železa snižují ototoxicitu, aniž by snížily antibakteriální účinek aminoglykosidů. Antioxidant melatonin rovněž snižuje ototoxicitu gentamycinu a tobramycinu, aniž omezuje jejich antibiotickou kapacitu. Aminoglykosidová antibiotika mají vedlejší účinky, jako nefrotoxicitu a ototoxicitu. Otoprotektivní účinek má podání dvakrát denně 600 mg antioxidantu N-acetylcysteinu, zvláště na vysoké tonové frekvence při audiometrii (Feldman et al., 2007) a u lidí exponovaných v práci alergenům. Volné radikály přispívají ke vzniku myringosklerózy. Podávání Cu, Zn-SOD , katalázy a deferoxaminu snížilo výskyt myringosklerózy. Rovněž podání N-acetylcysteinu snížilo hladinu malondialdehydu i dusitany/dusičnany, což se ukazuje jako vhodné pro prevenci myringosklerózy. Vznik myringosklerózy po experimentální myringotomii může být inhibován intramuskulárními injekcemi α-tokoferolu (Kazikdas et al., 2006).

Československá fyziologie 57/2008 č. 2–3

6. Otitis media Jako u všech zánětů jsou zvýšené volné radikály. Mukopurulentní sekret ve středním uchu má signifikantně vyšší hladinu lipidových hydroperoxidů než je v tekutině serózní. Nejběžnější infekce Streptokokem pneumoniae zvyšuje hladinu peroxidu vodíku. Protože zvýšená hladina volných radikálů je i po podání antibiotik, zdá se, že volné radikály se uvolňují i z usmrcených bakterií. Navíc jsou ROS látky do tekutiny ve středouší uvolňovány z fagocytů. Tympano- a myringoskleróza jsou důsledky chronického středoušního zánětu. Exprese syntázy oxidu dusnatého je důležitá pro ochranu před infekcí ucha, protože radikál oxidu dusnatého má schopnost zabíjet patogeny. V mukóze středního ucha jsou zvýšené oxid dusnatý a malondialdehyd, kataláza je naopak snížená. Zřejmě tedy všechny tyto látky spolupůsobí při vzniku tympanosklerózy u pacientů s chronickou otitis media (Karlidag et al., 2004). Vitamin E snížil množství ROS v ušním bubínku po myringotomii. Vzduch ve středním uchu se liší od vzduchu atmosferického. Některé choroby středního ucha mají porušenou ventilaci středního ucha doprovázenou změnou tlaku a složením vzduchu. Přímo v nosních cestách jsou pravděpodobně produkovány oxid uhelnatý a oxid dusnatý, které jsou regulovány enzymaticky hem oxygenázou a syntázou oxidu dusnatého. Superoxiddismutáza (SOD) je lokalizována v epitelu středoušmí sliznice. U otitidy je submukózní edém a signifikantně nižší aktivita SOD než u zdravého ucha, takže lokálně vzniká méně peroxidu vodíku. Pacienti po adenektomii s poruchou ventilace pro chronickou otitis media mají signifikantně vyšší hladinu malondialdehydu, SOD a GPx v erytrocytech

oproti kontrolní skupině a naopak sníženou katalázu. Při snížené antioxidační ochraně jsou zvýšené volné radikály a bylo by vhodné podávat antioxidanty. Množství lipoperoxidů v tekutině středního ucha může sloužit jako test závažnosti onemocnění chronické mezotitidy s cholesteatomem, test vzniku reinfekce a vhodnosti terapie antioxidanty (Garcia Callejo et al., 2000). Lipopolysacharidy působí mukociliární dysfunkce ve středním uchu účinkem na oxid dusnatý a peroxynitrit. mRNA pro syntázu oxidu dusnatého je produkována ve středním uchu při otitis media. NO má význam pro regulaci permeability mukózního epitelu středního ucha. Ovšem NO zvyšuje koncentraci mucinu ve středním uchu a zvyšuje zánět ve středním uchu. A pokud se dostanou NO nebo cytokiny přes membránu kulatého okénka do vnitřního ucha, hrozí labyrinthitis, endolymfatický hydrops a ztráta sluchu (Cureoglu et al., 2005). Nejen enzymové antioxidanty, ale téměř všechny antioxidanty signifikantně sníží volně radikálové poškození u dětí při akutním středoušním zánětu či tonzilitidě. Reaktivně ovšem stoupají neenzymové antioxidanty jako albumin, ceruloplasmin, celkový bilirubin aj. U otitis s atopickou dermatitidou pozitivně koreluje nosní IL-5 se sérovým IgE. Melatonin a o něco méně metylprednison snižují produkci ROS u histaminem vyvolané otitis media. MUDr. Václav Holeček, CSc. Mulačova nemocnice Dvořákova 17, 32002 Plzeň E-mail: [email protected]

LITERATURA 1.

Atsumi T., Tonosaki K., Fujisawa S.: Salivary free radical-scavenging

gy by superoxide dismutase levels. Comparative study of surgical indica-

activity is affected by physical and mental activities. Oral Dis. 2008, 14(6): 490–6. 2.

P., Velert Vila M.M.: Lipoperoxidation in otorrhea of the middle ear as

Nasal nitric oxide is low early in life: case study of two infants with

a marker of infection. Clinical application. Acta Otorrinolaringol. Esp.

5. 6.

10. Gonzáles D., Marquina R., Rondón N., Rodroguez-Malaver A.J., Reyes

D.: A comparison of the protective effects of systemic administration

R.: Effects of aerobic exercise on uric acid, total antioxidant activity,

of a proglutathion drug and Src-PTK inhibitor against noise-induced

oxidative stress, and nitric oxide in human saliva. Res. Sports Med. 11. Harris K.C., Bielefeld E., Hu B.H., Henderson D.: Increased resistence

and concentration of lipid peroxidation products in chronic tonsillitis

to free radical damage induced by low-level sound conditioning. Hear

before and after surgery. Otorhinolaryngol Pol. 2005, 59(5): 693–7.

Res. 2006, 213(1-2): 118–29.

Corbelli R., Hammer J.: Measurement of nasal nitric oxide. Paediatr.

12. Cheng Y.K., Tsai M.H., Lin C.D., Hwang G.Y., Hang L.W., Tseng G.C.,

Respir. Rev. 2007, 8(3): 269–72.

Shen P.S., Chang W.C.: Oxidative stress in nonallergic nasal polyps

Cureoglu S., Schachern P.A., Rinaldo A., Tsuprun V., Ferlito A.,

associated with bronchial hyperresponsiveness. Allergy 2006, 61(11):

gical changes: an overview. Acta Otolaryngol. 2005, 125(1): 9–15. Feldman L., Efrati S., Eviatar E., Abramsohn R., Yarovoy I., Gersch E., Averbukh Z., Weissgarten J.: Gentamicin-induced ototoxicity in hemodialysis patients is ameliorated by N-acetylcystein. Nat. Clin. Pract. 8.

2008, 16(2): 128–37.

Burduk P.K., Betlejewski S., Drewa G.: Antioxidants enzymes activity

Paparella M.M.: Round window membrane and labyrinthine patholo7.

2000, 51(6): 478–81.

Bielefeld E.C., Hynes S., Pryznosch D., Liu J., Coleman J.K., Henderson

hearing loss. Noise Health 2005, 7(29): 24–30. 4.

Garcia Callejo F.J., Estors Ferrero J., Morant Ventura A., Sagarra Cortéz

Baraldi E., Pasquale M.F., Cangiotti A.M., Zanconato S., Zacchello F.: primary ciliary dyskinesis. Eur. Respir. J. 2004 24(5): 881–3.

3.

tions for tonsillectomy. Acta Otorrhinolaringol. Esp. 2002, 51(8): 713–8. 9.

1290–8. 13. Karlidag T., Ilhan N., Kaygusuz I., Keles E., Yalcin S.: Comparison of free radicals and antioxidant enzymes in chronic otitis media with and without tympanosclerosis. Laryngoscope 2004, 114(1): 85–9. 14. Kazikdas K.C., Uguz M.Z., Erbil G., Tugyan K., Yilmaz O., Guneli E.,

Nephrol. 2007, 3(9): 478–9.

Altun Z.: The anti-oxidant effect of alpha-tocopherol in the preventi-

Garcia Callejo F.J., Blay Galaud L., Platero Zammarreno A., Velet Vila

on of experimentally induced myringosclerosis. Otol. Neurotol. 2006,

M.M., Mallea Canizares I., Marco Algarra J.: Detection tonsillar patholo-

27(6): 882–6.

Československá fyziologie 57/2008 č. 2–3

9

15. Low W.K., Sun L., Tan M.G., Chua A.W., Wang D.Y.: L-N-Acetylcysteine protects against radiation-induced apoptosis in a cochlear cell line. Acta Otolaryngol. 2008, 128(4): 440–5. 16. Nagler R., Dayan D.: The dual role of saliva in oral carcinogenesis. Oncology 2006, 71(1–2): 10–7. 17. Naraghi M., Deroee A.F., Ebrahimkhani M., Kiani S., Dehpour A.: Nitric oxide: a new concept in chronic sinusitis pathogenesis. Am. J. Otolaryngol. 2007, 28(5): 334–7.

tinnitus: preliminary outcomes. Arch. Med. Res. 2007, 38(4): 456–9. 21. Selimoglu E.: Nitric oxide in health and disease from the point of view of the otorhinolaryngologist. Curr. Pharm. Des. 2005, 11(23): 3051– 60. 22. Selimoglu E.: Aminoglycoside-induced ototoxicity. Curr. Pharm. Des. 2007, 13(1): 119–26. 23. Sendowski I.: Magnesium therapy in acoustic trauma. Magnes. Res. 2006, 19(4): 244–54.

18. Pata Y.S., Akbas Y., Unal M., Aydin O., Görűr K., Ozcan C., Polat G.:

24. Serrano C., Valero T., Bartra J., Torrego T., Mullol J., Picado C.: Effects

Prevention of laryngotracheal stenosis with carnithine after tracheoto-

on nasal nitric oxide production of 2 mechanisms of vasoconstriction.

my: an experimental study on rats. Int., J. Pediatr. Otorhinolaryngol. 2003, 67(8): 881–8. 19. Proud D.: Nitric oxide and the common cold. Curr. Opin.Allergy Clin. Immunol. 2005, 5(1):37–42. 20. Savastano M., Brescia G., Marioni G.: Antioxidant therapy in idiopathic

10

J. Investig. Allergol. Clin. Immunol. 2007, 17(5): 337–40. 25. Taylor D.R., Mandhane P., Greene J.M., Hancox R.J., Filsell S., McLachlan C.R., Williamson A.J., Cowan J.O., Smith A.D., Sears M.R.: Factors affecting exhaled nitric oxide measurements: the effect of sex. Respir. Res. 2007, 8: 82.

Československá fyziologie 57/2008 č. 2–3