Antioksidantit ja vapaat radikaalit

Antioksidantit ja vapaat radikaalit ovat toistensa vastavaikuttajia. Kaikissa kroonisissa sairauksissa vallitsee vapaiden radikaalien aiheuttama hapetusstressi, reaktiivisten typpiyhdisteiden aiheuttama nitrosatiivinen stressi ja matala-asteinen krooninen tulehdus (inflammaatio). Ne lyhentävät solujen telomeerejä, mikä puolestaan kiihdyttää vanhenemismuutoksia ja lisää ikääntymiseen liittyvää sairastumisen riskiä. Entä mitä on solujen hapetusstressi? Kuinka se syntyy? Kuinka sitä voidaan ehkäistä? Mitä ovat tulehdussytokiinit? Mitä tarkoittaa glykaatio? Kuinka antioksidantit estävät niitä? Mitä ovat endogeeniset ja eksogeeniset antioksidantit? Mitä ovat isoprostaanit ja isofuraanit? Mitä on berberiini? Mitä on ubikinoni? Tiesitkö, että E-EPA ja melatoniini ovat vahvoja, monivaikutteisia antioksidantteja?

Antioksidanttien hyödyt ja riskit

Antioksidanttien hyödyt ovat huomattavasti suuremmat kuin haitat. Mitä useampaa antioksidanttia nautit samanaikaisesti, sitä parempi vaikutus.

Useimmat meistä ovat kuulleet hapetusstressistä ja vapaista radikaaleista ja monet tietävät, että antioksidantit ovat terveydelle hyödyllisiä. Moni kaipaa kuitenkin tarkempaa tietoa siitä, miten ne vaikuttavat. Käsitykset antioksidanttien merkityksestä muuttuvat pikku hiljaa, kun uutta tietoa kertyy. Antioksidantit ja omega-3-rasvahapot hillitsevät sekä hapetusstressiä että tulehdussytokiineja sekä suojaavat mitokondrioita (Indo ym. 2015). Näin ne ehkäisevät ja jarruttavat useimpia pitkäaikaissairauksia (mm. hermostoa rappeuttavia tauteja) ja vanhenemismuutoksia.

Kuluttajien silmissä sana antioksidantti on myönteinen. Niinpä sitä näkee yhä useammin mitä erilaisimmissa terveys- ja kauneustuotteissa.

Perinteiset vitamiiniantioksidantit (C- ja E-vitamiinit, beetakaroteeni) eivät ole täyttäneet kaikkia niihin aikoinaan asetettuja toiveita, koska ne eivät näytä toimivan elimistössä yhtä tehokkaasti kuin koeputkessa. Kaikki antioksidantit – vaikka ne ehkäisevät, vaimentavat ja sammuttavat hapetusstressiä – eivät yksinään hoida samanaikaisesti nitrosatiivista stessiä, jota reaktiiviset typpiyhdisteet aiheuttavat. Nitrosatiivinen stressi myllertää hapetusstressin kera kaikissa kroonisissa sairauksissa. Esimerkiksi 10-vuotisessa naisten terveystutkimuksessa (Women's Antioxidant Cardiovascular Study, WACS) pelkät vitamiinit eivät parantaneet sydäntauteihin sairastuneiden naisten ennustetta (Cook ym. 2007). Tosin voi olla, etteivät annokset olleet tarpeeksi suuria eikä niiden kera annettu muita, yhteis- ja vuorovaikuttavia ravintolisiä, jotka olisivat voineet parantaa tulosta. Muutama ei-positiivinen tutkimustulos ei kuitenkaan kumoa antioksidanttiteoriaa. Sitä tukee mm. tutkimus, jonka mukaan C- ja E-vitamiineista ja omega-3:sta on merkittävää apua skitsofrenian täydentävänä hoitona, etenkin koska taudin lääkitys (haloperidolilla) lisää hapetusstressiä. Ubikinoni on erittäin tehokas antioksidantti (Gueven ym. 2015, Li ym. 2016), joka korjaa mitokondrioiden energiavajetta muun muassa kroonisessa väsymysoireyhtymässä (Castro-Marrero ym. 2014) ja parantaa hermosolujen antioksidanttisuojaa hapetusstressiä vastaan (Li ym. 2016). Ubikinoni estää sekä hapetus- että nitrosatiivista stressiä. Berberiini on esimerkki toisesta laajavaikutteisesta antioksidantista, joka ehkäisee ja jarruttaa mm. hermostoa rappeuttavia sairauksia, kuten Alzheimerin, Parkinsonin ja Huntigtonin tauteja (Ahmed ym. 2015. Zheng ym. 2017). Monet muutkin antioksidantit suojaavat mitokondrioita, jotka viottuvat mm. Alzheimerin taudissa (Kumar ja Singh 2015).

Ranskalainen koontitutkimus (meta-analyysi) vahvistaa, että antioksidanttivitamiinit suojaavat normaalipainoisten tyypin 2 diabeetikkojen valtimoita ja vähentävät valtimo- ja sydäntautien riskiä (Montero ym. 2014). Uudempi ranskalaistutkimus vahvistaa, että elimistön hyvä antioksidanttikapasiteetti (15 mmol/d) suojaa tyypin 2 diabetekselta. Ubikinoni suojaa mitokondrioita niin, etteivät ne tuota liikaa vapaita radikaaleja (Ajith ja Jayakumar 2014). Tämä selittää osittain sitä, että ubikinoni vahvistaa heikentynyttä sydäntä (sydämen vajaatoiminnassa), ehkäisee sydänoireita ja ennenaikaisia kuolemia. Italialainen 6 kuukauden kliininen tutkimus puoltaa ubikinonin ja muiden antioksidanttien antamista diabeetikoille, koska antioksidantit ehkäisevät ja jopa hoitavat diabeettista retinopatiaa (Domanico ym. 2015). Nämä uudet raportit lienevät kauhistus Suomen Diabetesliitolle, Sydänliitolle ja Itä-Suomen yliopiston ravitsemustutkijoille (Kuopio), joiden edustajat vastustavat yhä ubikinonin ja muiden ravintolisien käyttöä.

Nykyisin tutkitaan ja käytetään (entisten lisänä ja sijasta) kuitenkin jo "uusia", tehokkaampia ja monipuolisempia antioksidantteja, esimerkiksi alfalipoiinihappoa, berberiiniä, karnosiinia, melatoniinia, pyknogenolia ja ubikinonia. Myös kalaöljyn omega-3-rasvahapot, etenkin E-EPA, ja D-vitamiinikin toimivat hapetusstressiä ehkäisevänä antioksidanttina (Jain ym. 2012, Di Domenico ym. 2014, Mason ja Jacob 2015, Chen ym. 2016). EU korotti heinäkuussa 2012 D-vitamiinin yli 11-vuotiaille sallitun päiväannoksen ylärajan 100 mikrogrammaan (µg). Ennen vuotta 2005 se oli vain 5 µg/vrk, jonka ylityksen väitettiin (totuuden vastaisesti) aiheuttavan myrkytyksen ja kuoleman. Näin ne käsitykset muuttuvat!

Ubikinonin nauttiminen ravintolisänä parantaa nivelreumapotilaiden antioksidanttipuolustusta vapaita radikaaleja ja tulehdussytokiineja vastaan, ilmenee uudesta iranilaisesta kliinisestä tutkimuksesta. Samoin kuin ruotsalais-norhjalaisesta kliinisestä tutkimuksesta. Se auttaa ymmärtämään, miksi seleeni ja ubikinoni suojaavat sydänpotilaiden sydäntä ja ehkäisee turhia kuolemia (Alehagen ym. 2017).

Melatoniini (5 mg/vrk) parantaa merkittävästi MS-potilaiden elämänlaatua ja lisää heidän antioksidanttikapasiteettiaan 90 vuorokaudessa (Adamczyk-Sowa ym. 2014). Melatoniini kelatoi soluista pois kuparia ja vaimentaa siten hapetusstressiä (Galano ym. 2014).

Berberiini on erinomainen antioksidantti, joka estää vapaita radikaaleja ja lisää antioksidanttientsyymien (SOD ja GxP) aktiviteettia, osoittaa mm. japanilainen solutason tutkimus (Dong ym. 2015). Samoin kiinalainen tutkimus vahvistaa, että berberiini ehkäisee maksasolujen vapaita radikaaleja (Sun ym. 2017). Berberiini ehkäisee myös kohonneen verensokerin munuaisissa aiheuttamia muutoksia, eritoten tubulointersitiaalista fibroosia (sidekudoistumista) ja suojaa siten diabeetikon munuaisia, Näin olen berberini on erityisesti diabeetikoille suositeltava ravintolisä (Zheng ym. 2016).

Berberiini on monipuolinen antioksidantti
C-vitamiini ehkäisee kihtiä

Antioksidantteja syöpäpotilaalle

Skottitutkimuksen mukaan äidit saavat raskauden aikana ruoastaan vain murto-osan (2–6 mg) E-vitamiinin tarpeestaan (15 mg/vrk). Samoin sinkin saanti jää usein aivan liian pieneksi. Näitä aineita ravintolisänä nauttivien äitien lapset sairastuvat muita harvemmin astmaan 5-vuotiaina. Antioksidanttien ja D-vitamiinin nauttiminen odotusaikana vähentää lapsen sairastumista hengitysteiden tauteihin, astmaan ja allergioihin. D-vitamiinin tarve on 100 µg/vrk, vaikka Suomessa viranomaissuositus on vain 10 µg.

Perinteisen käsityksen mukaan antioksidantit suojaavat vain vapaiden radikaalien aiheuttamilta vaurioilta. Nykykäsityksen mukaan antioksidantit, kuten berberiini ja karnosiini, aktivoivat myös vitageenejä, jotka vaimentavat sairaus- ja vanhenemisgeenejä (gerontogeenejä). Berberiini ehkäisee mm. hapetusstressin aiheuttamaa silmänpohjan (retinan) rappeutumista (Song. ym. 2015). Puolalaisen tutkimuksen mukaan antioksidantticocktail antaa merkittävää suojaa ikääntymismuutoksia vastaan (Balcerczyk ym. 2014). Italialaiset neurotieteilijät suosittelevat antioksidantticocktailia Alzheimerin taudin ehkäisyyn ja hoitoon (Di Domenico ym. 2014). Antioksidantit (kuten astaksantiini, E- ja D-vitamiinit) ehkäisevät ja hoitavat alkoholista riippumatonta rasvamaksaa (Chen ym. 2016). Pätevät tutkimukset vahvistavat sitä mitä olen puhunut ja kirjoittanut jo yli 30 vuotta: Antioksidantteja kannattaa käyttää synergiaa antavana yhdistelmänä. Sen ovat nyt oppineet myös muut italialaiset yliopistotutkijat, jotka korostavat että yhdistelmä antaa paremman tuloksen kuin yksittäisen antioksidantit kokeileminen (Fasano ym. 2014). Amerikkalaiset neurotietelijät osoittivat hiirikokeessa, että ubikinonin ja E-vitamiinin yhdistelmä parantaa oppimista ja hidastaa vanhenemismuutoksia paremmin kuin kumpikaan aine yksinään (Shetty ym. 2014).

Tohtori Denham Harmanin nerokas teoria

Happi on elämälle ja energian tuotolle välttämätön aine. Hyvä hapenottokyky on tärkeä yleiskunnolle ja erityisesti kaikissa kestävyyslajeissa. Hapella on kuitenkin myös toiset kasvot. Hapen keksijä Joseph Priestley arveli jo 1700-luvulla, että happi voi lyhentää ihmisen elämää, koska kynttiläkin palaa nopeammin puhtaassa hapessa kuin tavallisessa ilmassa. Miten oikeassa hän olikaan!

Kemian teollisuudessa havaittiin jo 1930-luvulla, että vapaat radikaalit härskiinnyttävät rasvaa, muovia ja kumia. Nebraskan yliopiston tutkija, tohtori Denham Harman (s. 1916) esitti ensimmäisenä vuonna 1956, että happiradikaalit vaurioittavat myös soluja ja aiheuttavat suuren osan pitkäaikaisista taudeista sekä jouduttavat vanhenemismuutoksia. Aluksi Harmanin teoria kohtasi  vastustusta tiedemaailmassa (kuten niin moni muukin mullistava uusi käsitys), mutta nykyään se on yleisesti hyväksytty. Suomessa teorian toivat yleiseen tietoisuuteen 1980-luvun alussa tohtorit Antti Arstila, Kaarlo Jaakkola ja Matti Tolonen. Teoriaa pilkattiin kauan huuhaana ja kesti vuosia, ennen kuin se hyväksyttiin yleisesti myös Suomessa.

Harman oivalsi ensimmäisenä myös sen, että kaikkien kroonisten sairauksien perussyy piilee mitokondrioiden kalvojen vioittumisessa. Se on monille lääkäreillekin edelleen tuntematon asia. Siksi kroonisten tautien hoito ei kohdistu syytekijöihin, vaan oireisiin (esimerkiksi diabeteksen hoito keskittyy verensokerin hallintaan). Lääketehtaiden ja niihin sidoksissa olevien lääkäreiden tavoite ei olekaan parantaa kroonisia tauteja, vaan saada potilaat syömään lääkkeitä lopun ikänsä.

Kuva. Vapaa radikaali tuhoaa solukalvoa. Vaurio leviää solun molekyylistä toiseen, ellei sitä pysäytetä antioksidanteilla. E-EPA, Karnosiini, ubikinoni, E-vitamiini, seleeni ja sinkki ovat antioksidantteja, jotka vahvistavat toistensa vaikutusta vapaita radikaaleja vastaan.
Harman D. Aging: a theory based on free radical and radiation chemistry. J Gerontol 1956; 11(3):298-300.

Harman D. The biologic clock: the mitochondria? J Am Geriatr Soc 1972; 20(4):145-147

Miten radikaaleja syntyy?

Lepotilassa noin 2 % solujen ottamasta hapesta muuttuu vapaiksi radikaaleiksi. Ne ovat hapen yhdisteitä, joiden atomin ulommalla kehällä on pariton elektroni. Radikaaleja syntyy, kun molekyyli imee itseensä säteilyenergiaa tai kun happimolekyyli asteittain pelkistyy. Radioaktiivinen säteily ja auringon ultraviolettisäteily nostavat happimolekyylin energiatasoa kuten hiukkaskiihdytin. Hapen pelkistyessä taas muodostuu superoksidia, hydroksiradikaaleja ja muita radikaaleja tai vetyperoksidia taikka muita hapettavia yhdisteitä.


Taulukko: Vapaita radikaaleja

Ihmisessä syntyy koko ajan radikaaleja. Ulkoisia syytekijöitä ovat muun muassa

  • radioaktiivinen säteily
  • UV-säteet
  • raskasmetallit (rauta, lyijy, kadmium, elohopea)
  • typen oksidit (kaupunkisaaste)
  • tupakansavu (myös passiivisesti hengitettynä)
  • torjunta-aineet
  • alkoholi
  • monet synteettiset lääkkeet.

Sisäisiä syitä ovat muun muassa

  • kohonnut verensokeri (Brownlee 2005; Thornalley 2005)
  • erilaiset tulehdustilat
  • krooniset sairaudet
  • kova fyysinen kuormitus (urheilu).

Sokerin (tärkkelyksen, glukoosin) hajoaminen elimistössä – anaerobinen glykolyysi – tuottaa sivutuotteena yhdisteitä, jotka aiheuttavat hapetusstressiä. Tällaisia sivutuotteita ovat glyoksaali, metyyliglyoksaali (MG), jotka inaktivoivat tärkeää antioksidanttientsyymiä glutationiperoksidaasia. Lisäksi glyoksaali ja MG ovat solumyrkkyjä ja karsinogeeneja. Suuren glykemiakuorman ruokavalio pitää yllä jatkuvaa glykolyysiä ja lisää monien kroonisten tautien riskiä, kuten sydän- ja verisuoni- ja syöpäsairauksien. Karnosiini puolestaan estää glyoksisaalin ja MG:n ja muiden myrkyllisten ja vanhentavien aineenvaihdunnassa syntyvien yhdisteiden (mm. AGE-tuotteiden ja isoprostanien) syntyä ja vaikutuksia. Kaikkia näitä haittavaikutuksia ehkäisee erityisesti B1-vitamiinin rasvahakuinen muoto, benfotiamiini. Se on diabeetikolle tarpeellinen antioksidantti. Suositeltava päiväannos on 300 mg jatkuvasssa käytössä. EU on kieltänyt – suuressa viisaudessaan – benfotiamiinin myynnin ravintolisänä. Suosittelen sen tilalle berberiiniä.

Radikaalit vaurioittavat soluja

Radikaalit ovat hyvin ärhäköitä molekyylejä, ne reagoivat heti synnyttyään lähimmän sopivan molekyylin kanssa. Ilman antioksidanttisuojaa elävälle solulle käy kuten auringonpaisteeseen jätetylle voille: se härskiintyy. Soluissa radikaalit käyvät solukalvojen kimppuun pilkkoen niiden rasvahappoja. Radikaalit hajottavat solujen hiilihydraatteja ja proteiineja, nukleiinihappoja, entsyymejä sekä solujen mitokondrioita ja mikrosomeja. Ne ovat kaikki solun normaalille toiminnalle ja terveydelle välttämättömiä rakenteita. Vuotavat, vaurioituneet mitokondriot ovat valtimonkovetustaudin syytekijä. Soluista vauriot leviävät helposti koko kudokseen, esimerkiksi ihosoluista ihoon, munuaissolusta munuaiseen, keuhkosoluista keuhkoon jne. Hapetusstressi vaurioittaa ehkä kaikkein herkimmin endoteelisoluja, joita on mm. verisuonten sisäpinnoilla. Siksi hapetusstressi – erityisesti homokysteiinin aiheuttama – lisää sydän- ja verisuonitautien riskiä ja kiihdyttää taudin kulkua. Toisaalta karnosiini, ubikinoni ja muut antioksidantit suojaavat hyvin nimenomaan valtimoiden sisäpintaa.

Radikaalit hapettavat solukalvojen rasvahappoja, jotka härskiintyvät ja rikkoontuvat. Silloin solukalvon läpäisevyys lisääntyy ja ärsyttäviä aineita pääse soluun sisälle. Niistä virtaa ulos elintärkeitä suoja-aineita. Hapetusstressin vuoksi arakidonihaposta ja DHA:sta syntyy soluille myrkyllisiä isoprostaaneja. Antioksidantit ja EPA-rasvahappo kuitenkin hillitsevät tätä prosessia (kuva alla). Omega-3-rasvahapot ovat tärkeitä antioksidantteja muun muassa sydänpotilaille /Farías ym. 2017).

EPA pysäyttää solukalvon härskiintymisen (lipidiperoksidaation)

EPA-rasvahappo (jota vapautuu elimistöön E-EPAsta) toimii antioksidanttina. Se ehkäisee ja sammuttaa vapaita radikaaleja ja pysäyttää solukalvon rasvojen lipidiperoksidaation (härskiintymisen) sekä samalla LDL-kolesterolin hapettumisen oxLDL:ksi. Näin E-EPA pienentää diabeetikon sydän- ja valtimotautien riskiä. Kuva artikkelista Mason ja Jacob 2015.

Radikaalit käyvät herkästi myös ikäkellojen eli telomeerien ja solujen perimäaineksen DNA:n kimppuun hajottaen sen hiilihydraattiketjun. Syntyy mutaatio, joka korjaamattomana voi käynnistää syövän. Radikaalit ovat geenivaurioiden perimmäisiä syitä atomitasolla. Antioksidantit estävät ja korjaavat solujen DNA:n vaurioita. Karnosiini ja muut antioksidantit jarruttavat telomeerien lyhenemistä. Näin antioksidantit suojaavat meitä vanhenemiseen liittyviltä muutoksilta ja rappeutumiselta.

Näin radikaalit vaurioittavat tumaa ja telomeerejä (kuva)

Munuaispotilaiden tulisi ottaa ravintolisänä omega-3-rasvahappoja, koska ne ehkäisevät ja vaimentavat hapetusstressiä (Kidney International 2006). Tehokkain antioksidatiivinen rasvahappo on tutkitusti E-EPA. EPA ehkäisee, vaimentaa ja sammuttaa tehokkaasti myös inflammaatiota (tulehdusta), joka vallitsee kaikissa kroonisissa sairauksissa (Serhan ja Chiang 2007).

Diabeetikot tuottavat elimistössään ylimäärin superoksidia, jota syntyy sokerin (glukoosin) palaessa väärää reittiä, heksosamiini- eli polyolitietä. Superoksidi vahingoittaa eritoten mitokondrioita.

Soluvaurioista voi kehittyä kroonisia sairauksia

Vapaat radikaalit ja tulehdussytokiinit ovat syytekijöinä sekä pahentajina lähes kaikissa taudeissa ja vanhenemismuutoksissa. Hapetusstressi kiihdyttää solujen ennenaikaista kuolemaa, lisää apoptoosia (solujen ohjelmoitua kuolemaa), mikä puolestaan heikentää ihmisen immuunijärjestelmän toimintaa. Taudin ilmenemismuoto (diagnoosi) riippuu siitä, minkä kudoksen soluja radikaalit pääsevät vahingoittamaan: sydän, keuhkot, aivot, munuaiset, hermosto, maksa, iho, silmä jne. Esimerkiksi sisävesiemme kalojen sisältämä elohopea lisää sydän- ja verisuonitautien riskiä juuri vapaiden radikaalien välityksellä.

Kohonnut sokeripitoisuus tuottaa diabeetikon solujen mitokondrioissa superoksidia, joka käynnistää ja pahentaa lisätauteja.

Eräät lääkärit ovat antaneet Suomessakin antioksidanttihoitoa jo yli 30 vuoden ajan. Pitkään sitä vastustettiin koululääketieteessä, mutta nykyään yhä useampi lääkäri uskoo siitä olevan hyötyä. Johtaviin lääkärilehtiin kuuluvassa The Lancetissa ranskalaiset tutkijat suosittelevat ruuan lisänä antioksidantteja lihaville lapsille, koska lihavuus lisää verisuonitautien vaaraa ja antioksidantit normalisoivat valtimoiden sisäseinämän toimintaa estämällä ja hillitsemällä tulehdusreaktioita (inflammaatiota). Toinen ranskalaistutkijoiden ryhmä suosittelee E-vitamiinia nivelreumaan. Saksassa monet sisätautilääkärit ovat jo pitkään antaneet antioksidantteja diabeetikoille suojaksi liitännäistauteja vastaan. Uudet tutkimukset ovat selvittäneet, miten kohonnut verensokeri molekyylitasolla kovettaa verisuonia sokeristumiseksi (glykaatioksi) kutsutussa reaktiossa. Glykaatio eli glykosylaatio tarkoittaa sokereiden liittymistä valkuaisaineisiin ja rasvoihin. Glykoituneet valkuaisaineet (kuten sokerihemoglobiini HbA1c) ja rasvat ovat myrkyllisiä soluille. Karnosiini ja kalsiumpyruvaatti ehkäisevät proteiinien glykaatiota ja B6-vitamiini ja karnosiini myös rasvojen (mm. LDL-kolesterolin) sokeristumista. Nämä tiedot ovat niin uusia, etteivät kaikki lääkärit vielä tunne niitä.

Puolustusmekanismit

Ihmisen solut ja kudosnesteet on periaatteessa varustettu suojamekanismeilla vapaita radikaaleja vastaan. Puolustuskoneistoon kuuluu monia entsyymejä (kuten seleenientsyymi glutationoperoksidaasi ja superoksididismutaasi) sekä vitamiineja, hivenaineita ja tiettyjä proteiineja ja eräitä lipidejä (mm. omega-3-rasvahapot ja skvaleeni), jotka toimivat antioksidantteina, toisin sanoen ne ehkäisevät liiallista hapetusta (härskiintymistä). Omega-3:n antioksidatiivisesta vaikutuksesta mm. punasoluissa on saatu uutta näyttöä. Antioksidantit reagoivat kemiallisesti tai fysikaalisesti vapaiden radikaalien kanssa. Kemiallisessa reaktiossa radikaali sidotaan antioksidanttimolekyyliin, fysikaalisessa reaktiossa tapahtuu elektronin luovutus tai vastaanotto.

Osa antioksidanteista kykenee tuhoamaan radikaaleja (primääriset antioksidantit), osa tekee myrkyllisiä hapettavia yhdisteitä vaarattomiksi (sekundaariset antioksidantit). Terveyden kannalta parhaita ovat sellaiset antioksidantit, jotka kykenevät pysäyttämään solukalvoilla lipidiperoksidaation eli rasvojen härskiintymisen. Tässä suhteessa glutationiperoksidaasi sekä isoprenoidit ja karnosiini ovat erityisen tehokkaita. Antioksidantin biologinen tehokkuus riippuu myös sen molekyylin stabiliteetista; kun antioksidantti reagoi radikaalin kanssa se joko luovuttaa tai vastaanottaa elektronin. Kaikista muista molekyyleistä poiketen isoprenoidit eivät menetä vakauttaan luovuttaessaan elektronin.

Endogeeniset ja eksogeeniset (sisä- ja ulkosyntyiset) antioksidantit

Osa antioksidanteista on sisäsyntyisiä eli endogeenisiä, osa taas sellaisia, ettei elimistö kykyne niitä valmistamaan. Eksogeenisia antioksidantteja saadaan ulkoapäin (eksogeenisesti) ruuan, juoman ja lisäravinteiden mukana. Endogeenisiä antioksidantteja ovat muun muassa glutationisulfhydriidi (GSH), superoksididismutaasi (SOD), katalaasi, ubikinoni (Q10), glutationiperoksidaasi, skvaleeni, pyruvaatti (palorypälyhappo), karnosiini ja ubikinoni. Elimistö siis syntetisoi näitä yhdisteitä ja lisää tai vähentää niiden tuotantoa tarpeen mukaan.

EPA, seleeni, sinkki, C- ja E-vitamiinit sekä karotenoidit, valkosipuli, vihreä tee ja monet muut kasviantioksidantit taas ovat esimerkkejä eksogeenisista antioksidanteista. Endogeeniset antioksidantit saattavat olla elimistössä tarpeellisempia kuin eksogeeniset, vaikka jälkimmäiset voivat koeputkessa olla yhtä tehokkaita tai jopa vahvempiakin. Selostan asiaa lähemmin hapetusstressikappaleessa.

Lykopeeni kuuluu karotenoideihin, mutta koska siitä ei synny elimistössä valmista A-vitamiinia, sillä ei ole varsinaisesti vitamiinivaikutusta. Lykopeeni toimii ainoastaan itsenäisenä antioksidanttina: se inaktivoi singlettihappea erittäin tehokkaasti. Lykopeenin antioksidatiivinen teho on yli kaksinkertainen beetakaroteeniin ja jopa satakertainen E-vitamiiniin verrattuna.

Lykopeenia kertyy miesten elimistössä erityisesti kiveksiin, eturauhaseen ja lisämunuaisiin. Epidemiologisissa tutkimuksissa runsas lykopeenin nauttiminen on vähentänyt eturauhassyövän riskiä. (Lykopeeni ja A- ja D-vitamiinit toimivat leptiinin vastavaikuttajina.) Eturauhassyöpä on noussut miesten yleisimmäksi syöpämuodoksi monissa maissa. Suomessa sairastuu vuosittain noin 5 000 miestä tähän tautiin. Lykopeenia tutkitaan vilkkaasti, sillä se ehkäisee tautia ja parantaa sen ennustetta.

Vitamiinit ehkäisevät kohtusyöpää

Antioksidantit tulehduksen (inflammaation) torjunnassa
Antioksidantit eivät vaikuta pelkästään reagoimalla vapaiden radikaalien ja niiden myrkyllisten aineenvaihduntatuoteiden kanssa – kuten 1980-luvulla luultiin – vaan ne ehkäisevät, vaimentavat ja sammuttavat myös inflammaatiota. Esimerkiksi karnosiini estää tulehdusta ja syöpää aiheuttavaa sytokiinia, interleukiini 8:a. Myös karpalouute ja soijan isoflavonoidit vaimentavat tulehdusta. Sinkki puolestaan estää tulehdusta aiheuttavia COX-2-entsyymejä (samoja, joihin tulehdus- ja särkylääkkeet vaikuttavat) ja ehkäisee siten syövän syntyä. Erityisen tehokas tulehduksen vaimentaja on E-EPA, josta syntyy kudoksissa resolviineja. Ubikinoni on suurena päiväannoksena (500 mg) erinomainen hapetusstressiä ja tulehdusta torjuva aine, osoittavat Teheranin yliopiston tutkimukset.

Karnosiini parantaa ikääntyvien ihmisten henkistä ja fyysistä kuntoa, kertoo puolalainen tutkimus (Szcześniak ym. 2014). Karnosiinin nauttiminen (500 mg päivässä) vahvistaa vajaatoiminnasta kärsivän sydämen lyöntivoimaa, lisää hapenottokykyä ja fyysistä suorituskykyä sekä parantaa sydänpotilaiden elämän laatua, kirjoittavat italialaiset sydänlääkärit (Lombardi ym. 2014). Tulokset tukevat suomalaisten kuluttajien kokemuksia.

Karnosiini estää syklofosmamidi-nimisen solumyrkyn aiheuttamaa hapetusstressiä ja sen myötä syntyviä vaurioita luuyitmiessä (Deng ym. 2017). Tulos puoltaa karnosiinin käyttöä sytostaattihoidon lisänä syövän hoidossa.
Karnosiinikirjallisuutta

Hapetusstressi

Elimistö alkaa lisätä endogeenisten antioksidanttien tuotantoa heti kun radikaaleja syntyy liikaa. Elimistössä kehittyy hapetusstressi silloin kun endogeeninen antioksidanttipuolustus murtuu. Vaikka vapaita radikaaleja syntyykin ylimäärin lähes kaikissa kroonisissa sairaustiloissa, hapetusstressi pääsee valloilleen vasta kun radikaalien tuotanto ylittää tietyn kynnyksen, eivätkä antioksidantit kykene palauttamaan tilaa tasapainoon.

Hapetustressi sydämen vajaatoiminnassa. Kun sydänlihaksen voima alkaa pettää, sydän laajenee ja yrittää siten kompensoida tilaa. Laajennuttuaan tietyn kriittisen pisteen yli, sydänlihas pettää ja kehittyy vajaatoiminta. Silloin elimistöön (sääriin, keuhkoihin ym.) alkaa kertyä nestettä (turvotusta). Tarvitaan sydänlääkkeitä, berberiiniä, ubikinonia ja karnosiinia korjaamaan tilaa. Hapetusstressi lisää kompensatorisesti sisäisten antioksidanttien tuotantoa. Ulkoiset antioksidantit, kuten C- ja E-vitamiini ja seleeni, voivat jossakin määrin olla avuksi tuhoamalla vapaita radikaaleja, mutta niiden nauttiminen ei vaikuta kompensatoriseen endogeenisten antioksidanttien tuotantoon soluissa. Näin päätellään sitä, että kun iän myötä endogeenisten antioksidanttien määrä vähenee, on elimistö entistä alttiimpi hapetusstressille, vaikka ihminen söisi vitamiineja ja hivenaineita ruuan lisänä.

Japanilaiset Hiroshiman ja Fukushiman yliopiston sydänlääkärit ovat selvittäneet niitä biokemiallaisia mekanismeja, joissa kalaöljyn omega-3-rasvahapot (EPA ja DHA) suojaavat valtimoita. He toteavat aluksi, että hapetusstressin aiheuttama DHA:n vaurioituminen valtiomoiden sisäpinan (endoteelin) soluissa on merkittävä syytekijä valtimoplakkien synnyssä. Niinpä he tutkivat EPAn ja DHA:n vaikutusta ensoteelisolujen DNA-vaurioiden ehkäisyssä ja korjaamisessa. Tulosten mukaan EPA ja DHA vähensivät DNA-vaurioita peräti 47 ja 48 prosenttia. Se tapahtui vähentämällä vapaiden radikaalien aiheuttamaa hapetusstressiä.

"Kalaöljy ehkäisee todennäköisesti sydän- ja verisuonisairauksia genomia suojaavien ominaisuuksien perusteella", päättelevät tutkijat (Sakai ym. 2017).

Hapetusstressi johtuu siis pääasiassa endogeenisen antioksidanttipuolustuksen murtumisesta. Toisaalta, monet eksogeeniset antioksidantit, kuten berberiini, karnosiini, ubikinoni, C- ja E-vitamiinit ja omega-3-rasvahapot ehkäisevät tulehdusta, mikä näkyy tulehdusmarkkereiden vähenemisenä veressä ja muissa kudoksissa.

E-EPAkin ehkäisee hapetusstressiä, sillä EPA-rasvahappo tuottaa elimistössä hyödyllisiä F3-isoprostaaneja, mikä vähentää jopa 2/3 arakidonihaposta (AA) syntyviä tulehdusta aiheuttavia F2-isoprostaaneja (Journal of Biological Chemistry 2006). Havainto selittää uudella tavalla E-EPAn etuja muihin kalaöljyn rasvahappoihin nähden. E-EPA on hyödyllistä myös ylipainoisille, koska heidän elimistössään syntyy liikaa F2-isoprostaaneja (Am J Clin Nutr 2006).

Antioksidanttikapasiteetin mittaus

Ihmisen puolustuksen teho riippuu ns. antioksidanttikapasiteetista, siis antioksidanttien toimintakyvystä huolehtia tasapainosta. Perinteisesti antioksidanttikapasiteettia on mitattu analysoimalla seerumin eri antioksidanttien (esim. C-, E-vitamiinit, beetakaroteeni, sinkki, seleeni jne) pitoisuuksia ja kertoa ne keskenään. Nykytiedon valossa tämä ei liene kovin järkevä menettely, sillä se jättää huomiotta monet "uudet" antioksidantit. Nyt voidaan mitata glutationiperoksidaasin aktiivisuus punasolusta. Se heijastaa sisäistä antioksidanttipuolustusta. Herkin ja tarkin hapetusstressin osoittaja on kuitenkin seerumin isoprostaanien mittaus.

Urheilijan antioksidanttisuoja

Kova ja pitkäkestoinen treenaus tai kilpailu lisää elimistössä vapaiden radikaalien ja härskiintyneen rasvan (lipidiperoksidien) tuotantoa. Vapaita radikaaleja alkaa syntyä normaalia enemmän, kun hapenottokyvystä on käytössä yli puolet. Anaerobisessa työssä syntyy runsaasti radikaaleja, joita voidaan torjua karnosiinilla ja ubikinonilla. [Karnosiinista on urheilijalle muutoinkin hyötyä, koska se puskuroi maitohappoa ja estää lihaksen happamoitumista kuormituksessa.]

Radikaalien määrä kolminkertaistuu fyysisessä kuormituksessa. Radikaaleja tuottaa erityisesti entsyymi nimeltään ksantiinioksidaasi. Treenaamaton eläin tuottaa samassa kuormituksessa radikaaleja enemmän kuin harjoitellut. Myös hyvin harjoitellut urheilija on silti altis radikaaleista johtuville lihasvaurioille.

Maratonin juosseilla miehillä on havaittu merkittävästi tavallista enemmän sydän- ja luurankolihasvaurioita. Lihasvauriota mitataan muun muassa lihaksen kreatiniinikinaasin pitoisuudella lihaksesta. Kreatiniinikinaasin vapautuminen johtuu lihassolujen vaurioitumisesta, mutta vielä ei tiedetä, onko muutos palautuva vai palautumaton.

Treenaus ja kova kilpailu kuluttaa merkitsevästi lihassolujen E-vitamiinia, ubikinonia (Q10), pyruvaattia ja karnosiinia. Niiden vajaus johtaa lihassolujen mitokondrioitten (pienoisvoimalaitosten) antioksidanttisuojan heikkenemiseen. Ubikinonin aktiivisuus lisääntyy kestoharjoittelun myötä, mutta mitokondrioitten sopeutumismekanismit eivät kykene korvaamaan E-vitamiinin kulumista. Ubikinoni toimii antioksidanttina ja tuottaa lihassoluissa energiaa.

Puolalaiset urheilufysiologit julkaisivat kansallisten edustusmelojien tutkimuksen, jossa karnosiinilisä (4 000 mg/vrk) paransi merkitsevästi urheilijoiden kykyä sietää kovan kuormituksen aiheuttamaa hapetusstessiä. Karnosiini on erittäin vahva ja laajavaikutteinen antioksidantti. Tulokset puoltavat karnosiinin käyttöä urheilijan ravintolisänä (ei ole dopingia).

Lisäantioksidantit ovat siis kuormituksen aikana välttämättömiä soluille. Parhaan suojan antaa yhdistelmä, johon kuuluu sekä vesi- että rasvaliukoisia antioksidantteja. Vesiliukoisia ovat mm. berberiini, karnosiini, kalsiumpyruvaatti, C- ja B6-vitamiinit (sekä sinkki ja seleeni), rasvaliukoisia lykopeeni, beetakaroteeni ja muut karotenoidit, D- ja E-vitamiinit ja ubikinoni. Antioksidanteista on urheilijalle todennäköisesti muutakin hyötyä. Ne vähentävät lihaskipuja ja vähentävät palautumisaikaa rasituksen jälkeen. Karnosiini on näistä ehkä urheilijalle tärkein, sillä lisäksi se puskuroi tehokkaasti maitohappoa ja ehkäisee siten lihaksen väsymistä ja nopeuttaa palautumista.

Urheilulääketieteen ammattilehti Current Sports Medicine Reports (2006) suositteli urheilijoille antioksidantteja. Kansanvälinen Olympiakomitea (KOK) totesi vuonna 2010, että ravintolisät parantavat urheilusuoritusta. Monet suomalaiset huippu-urheilijat kuten Aino-Kaisa Saarinen, Pasi Nielikäinen ja Jukka Viljanen ovat julkisuudessa kertoneet käyttävänsä karnosiinia.

Uusia tutkimuksia ja kirjallisuuskatsauksia:

Sakai C, Ishida M, Ohba H, et al. Fish oil omega-3 polyunsaturated fatty acids attenuate oxidative stress-induced DNA damage in vascular endothelial cells. PLoS One. 2017 Nov 9;12(11):e0187934. doi: 10.1371/journal.pone.0187934. eCollection 2017. Free Full Text
Sun Y, Yuan X, Zhang F, Han Y, Chang X, Xu X, Li Y, Gao X.Berberine ameliorates fatty acid-induced oxidative stress in human hepatoma cells. Scientific Reports. 2017 Sep 12;7(1):11340. doi: 10.1038/s41598-017-11860-3. Free Full Text
Farías JG, Molina VM, Carrasco RA, Zepeda AB, Figueroa E, Letelier P, Castillo RL. Antioxidant Therapeutic Strategies for Cardiovascular Conditions Associated with Oxidative Stress. Review. Nutrients. 2017 Sep 1;9(9). pii: E966. doi: 10.3390/nu9090966. Free Full Text pdf
Deng J, Zhong YF, Wu YP, et al. Carnosine attenuates cyclophosphamide-induced bone marrow suppression by reducing oxidative DNA damage. Redox Biology. 2017 Aug 4;14:1-6. doi: 10.1016/j.redox.2017.08.003. Free Full Text pdf
Stepien KM, Heaton R, Rankin S, et al. Evidence of Oxidative Stress and Secondary Mitochondrial Dysfunction in Metabolic and Non-Metabolic Disorders. Journal of Clinical Medicine. Review. 2017 Jul 19;6(7). pii: E71. doi: 10.3390/jcm6070071. Free Full Text pdf
Alehagen U, Johansson P, Aaseth J, Alexander J, Brismar K. Increase in insulin-like growth factor 1 (IGF-1) and insulin-like growth factor binding protein 1 after supplementation with selenium and coenzyme Q10. A prospective randomized double-blind placebo-controlled trial among elderly Swedish citizens. PLoS One. 2017 Jun 13;12(6):e0178614. doi: 10.1371/journal.pone.0178614. eCollection 2017. Free Full Text
Chen G, Ni Y, Nagata N, Xu L, Ota T. Micronutrient Antioxidants and Nonalcoholic Fatty Liver Disease. Review. International Journal of Molecular Science. 2016 Aug 23;17(9). pii: E1379.
Zhang X, He H, Liang D, et al.  Protective Effects of Berberine on Renal Injury in Streptozotocin (STZ)-Induced Diabetic Mice. International Journal of Molecular Sciences. 2016 Aug 12;17(8). pii: E1327. doi: 10.3390/ijms17081327. Free Full Tex pdf
Li L, Du J, Lian Y, Zhang Y, Li X, Liu Y, Zou L, Wu T. Protective Effects of Coenzyme Q10 Against Hydrogen Peroxide-Induced Oxidative Stress in PC12 Cell: The Role of Nrf2 and Antioxidant Enzymes. Cellular and Molecular Neurobiology. 2016 Jan;36(1):103-11. doi: 10.1007/s10571-015-0224-4.

Kumar A, Singh A. A review on mitochondrial restorative mechanism of antioxidants in Alzheimer's disease and other neurological conditions. Review. Frontiers in Pharmacology. 2015 Sep 24;6:206. doi: 10.3389/fphar.2015.00206. eCollection 2015. Free Full Text

Song D, Song J, Wang C, Li Y, Dunaief JL. Berberine protects against light-induced photoreceptor degeneration in the mouse retina. Experimental Eye Research. 2015 Oct 14. pii: S0014-4835(15)30043-9. doi: 10.1016/j.exer.2015.10.005.
Ahmed T, Gilani AU, Abdollahi M, et al. Berberine and neurodegeneration: A review of literature. Pharmacological Reports. 2015 Oct;67(5):970-979. doi: 10.1016/j.pharep.2015.03.002.

Indo HP, Yen HC, Nakanishi I, et al. A mitochondrial superoxide theory for oxidative stress diseases and aging. Review. Journal of Clinical Biochemistry and Nutrition. 2015 Jan;56(1):1-7. Free Full Text pdf
Domanico D, Fragiotta S, Cutini A, et al. Circulating levels of reactive oxygen species in patients with nonproliferative diabetic retinopathy and the influence of antioxidant supplementation: 6-month follow-up. Indian Journal of Ophtalmology 2015 Feb DOI: 10.4103/0301-4738.151455 Free Full Text

Gueven N, Woolley K, Smith J. Border between natural product and drug: Comparison of the related benzoquinones idebenone and coenzyme Q10. Review. Redox Biology. 2015 April;4C:289-295. doi: 10.1016/j.redox.2015.01.009. Free Full Text
Mason RP, Jacob RF. Eicosapentaenoic acid inhibits glucose-induced membrane cholesterol crystalline domain formation through a potent antioxidant mechanism.
Biochimiva and Biophysica Acta. 2015 Feb;1848 (2) 502–509 doi: 10.1016/j.bbamem.2014.10.016. Free Full Text
Castro-Marrero J, Cordero MD, Segundo MJ, et al. Does Oral Coenzyme Q10 Plus NADH Supplementation Improve Fatigue and Biochemical Parameters in Chronic Fatigue Syndrome? Antioxid Redox Signal. 2014 Nov 11. Abstract / Free Full Text pdf
Galano A, Medina ME, Tan DX, Reiter RJ. Melatonin and its Metabolites as Copper Chelating Agents and their Role in Inhibiting Oxidative Stress: A Physicochemical Analysis. Journal of Pineal Research. 2014 Nov 25. doi: 10.1111/jpi.12196.
Adamczyk-Sowa M, Pierzchala K, Sowa P, et al. Influence of melatonin supplementation on serum antioxidative properties and impact of the quality of life in multiple sclerosis patients. Journal of Physiology and Pharmacology. 2014 Aug;65(4):543-50. Free Full Text pdf

Ajith TA, Jayakumar TG. Mitochondria-targeted agents: Future perspectives of mitochondrial pharmaceutics in cardiovascular diseases. Review. World Journal of Cardiology. 2014 Oct 26;6(10):1091-9. doi: 10.4330/wjc.v6.i10.1091. Free Full Text

Fasano E, Serini S, Mondella N, et al. Antioxidant and anti-inflammatory effects of selected natural compounds contained in a dietary supplement on two human immortalized keratinocyte lines. BioMed Research International. 2014;2014:327452. doi: 10.1155/2014/327452.
Di Domenico F, Barone E, Perluigi M, Butterfield DA. Strategy to reduce free radical species in Alzheimer's disease: an update of selected antioxidants. Expert Review of Neurotherapeutics. 2014 Sep 22:1-22. [Epub ahead of print]
Balcerczyk A, Gajewska A, Macierzyńska-Piotrowska E, et al. Enhanced Antioxidant Capacityand Anti-Ageing Biomarkers after Diet Micronutrient Supplementation. Molecules. 2014 Sep 17;19(9):14794-14808. Free Full Text pdf
Shetty RA, Ikonne US, Forster MJ, Sumien N. Coenzyme Q10 and α-tocopherol reversed age-associated functional impairments in mice. Experimental Gerontology. 2014 Aug 19;58C:208-218. doi: 10.1016/j.exger.2014.08.007.
Montero D, Walther G, Stehouwer CDA, et al. Effect of antioxidant vitamin supplementation on endothelial function in type 2 diabetes mellitus: a systematic review and meta-analysis of randomized controlled trials. Obesity Reviews 2014;15(2) 107–116. DOI: 10.1111/obr.12114
Szcześniak D, Budzeń S, Kopeć W, Rymaszewska J. Anserine and carnosine supplementation in the elderly: Effects on cognitive functioning and physical capacity. Archives of Gerontology and Geriatrics. 2014 Sep-Oct;59(2):485-90. doi: 10.1016/j.archger.2014.04.008.
Slowinska-Lisowska M, Zembron-Lacny A, Rynkiewicz M, et al. Influence of l-carnosine on pro-antioxidant status in elite kayakers and canoeists. Acta Physiologica Hungarica. 2014 Sep 8:1-10. [Epub ahead of print]
Lombardi C, Carubelli V, Lazzarini V. et al. Effects of oral administration of orodispersible levo-carnosine on quality of life and exercise performance in patients with chronic heart failure. Nutrition. 2014 May 10. pii: S0899-9007(14)00213-5. doi:10.1016/jnut.2014.04.021