Антиоксидантите – зелена светлина или път без изход?

Процесите на оксидация и редукция са фундаментални за протичането на множество метаболитни взаимодействия в биологичните системи. Наличието на кислород е есенциално за окислението на органичните вещества, при което се генерира необходимата за живота енергия. Клетките постоянно са изложени на действието на оксидантите, които се получават както в резултат на физиологични процеси (митохондриално дишане), така и на патофизиологични състояния (възпаление, метаболизъм на екзогенни вещества, радиация). Редуциращите агенти, наричани още антиоксиданти (АО) са субстанции, които отдават електрони при тези химични реакции, докато оксидантите ги прие­мат¹. Една широка дефиниция определя антиоксидантите (АО) като „всяка субстанция, налична в ниска концентрация спрямо тази на окислим субстрат, която е способна да забави или предотврати оксидирането на този субстрат“. Под термина окислим субстрат се разбира почти всичко, с изключение на водата, което са намира в храната или живите тъкани, включително протеини, липиди, въглехидрати и ДНК².

Оксидативният стрес (ОС) представлява общ патофизиологичен механизъм при различни болестни процеси, който се реализира при наличие на дисбаланс между продукцията на реактивни кислородни и азотни радикали (ROS и RNS) и възможностите на биологичните системи да ги елиминират или бързо да възстановят настъпилите поражения. ROS (хидроксилни радикали – ОН^_, хидрогенпероксид Н₂О₂ и супероксид – О₂^_) са силно реактивни и са в помощ на имунната система при унищожаването на патогенни бактерии, но при тяхното свръхформиране настъпва директно или чрез иницииране на възпалителен отговор клетъчно увреждане. Сходна е ролята и на RNS. И докато азотният оксид (NO) притежава вазодилатиращ и антипролиферативен ефект, нитритните и пероксинитритни радикали са с деструктивен потенциал¹. Когато образуването на оксиданти е значително ускорено, количеството на свободните радикали надхвърля капацитета на АО система и се създават условия за увреждане на главните клетъчни структури – мембранни липиди, протеини, въглехидрати и ДНК. Патофизиологичните последствия от този дисбаланс са възпаление и разпространено тъканно увреждане³. Със състояние на ОС се свързва патогенезата на широко разпространени и значими болести като атеросклероза и артериална хипертония, ХОББ, астма, остра бъбречна недостатъчност, метаболитен синдром и захарен диабет, неалкохолен стеатохепатит, дегенеративни нервни болести и др.

Във физиологични условия вътреклетъчните структури са в протектирано, редуцирано състояние. В тези случаи не се формират спонтанно дисулфидни връзки (S – S) и сулфхидрилните групи (SH) остават свободни, с което клетъчните протеини са защитени от неправилно нагъване и агрегация. Тази благоприятна среда се поддържа от функцията на ензимни и неензимни АО субстанции като глутатион, тиоредоксин, витамини Е и С, супероксиддисмутаза (SOD), каталаза, селен-зависими глутатион и тиоредоксинхидрогенпероксидаза, като всички те неутрализират ROS. Обичайно формираните свободни радикали се елиминират бързо от естествените АО системи. Последните обаче не разграничават радикалите с физиологична роля от тези с потенциално деструктивна. При състояние на ОС се регистрира промяна в редокс баланса с изчерпване на АО. Повишеното съотношение оксидиран/редуциран глутатион (GSSG/GSH) в клетките е количествен маркер за ОС.

Според някои хипотези понижаването на ОС би могло да се свърже с конкретни клинични ползи. Неоспоримо потвърждение за участието на свободни радикали в патогенезата на някои болести се открива в епидемио­логични проучвания, сочещи, че подобрения АО статус понижава риска. Значима е ролята на Vit. Е в превенцията на сърдечносъдови болести. АО се свързват и с редукция на честота на катаркта, малигнени тумори, ревматоиден артрит, захарен диабет. Непрекъснато растат индикациите за употреба на АО като превантивни или лечебни средства⁴. Концентрацията на lycopene и Vit. С е сигнификантно обратно пропорционално свързана с нивата на общата смъртност при пациенти с бронхиална обструкция, според данните от една студия⁵.

Белите дробове са уникални с наличието на огромна епителна повърхност, изложена на значително въздействие от екзогенни въздушни замърсители и тютюнев дим и от ендогенни продукти на възпалението, с което се повишава рискът от оксидантно медиирани поражения. За предотвратяването им е необходим допълнителен АО ресурс. Освен описаните по-горе интрацелуларни АО ензими, характерна особеност на покриващите респираторния епител флуиди е много високата концентрация на глутатион (100 пъти над плазмената), 90% от който се намира в редуцирано състояние. Установено е и наличието на супероксиддисмутаза (SOD), каталаза, церулоплазмин, феритин, аскорбинова киселина, Vit. Е и други серумни протеини и малки молекули, като билирубин, с АО потенциал. Разнообразието от налични АО системи в белите дробове и припокриването на техните специфични характеристики предполага, че прецизният контрол на редокс баланса е от ключово значение за поддържане на нормалната клетъчна функция в белите дробове. Нарушаването на това равновесие в посока ОС или дефицит на АО довежда до серия от патофизиологични промени с краен резултат клетъчна смърт и органна дисфункция³.

АО в храната представляват интерес поради няколко основни причини. Естествени или добавени АО протектират самите компоненти на храната от оксидативно увреждане и липидна пероксидация, с която се свързват например гранясването и вкисването. Богатата на Vit. Е диета на селскостопанските животни подобрява съхранението и качествата на месото. Добавянето на екзогенни АО към храните подлежи на регулаторен контрол, като естествените продукти, като съставки на розмарина, токофероли, токотриеноли, маслинени фенолни АО, флавоноиди и др., се предпочитат пред синтетичните (butylatedhydroxytoluene, butylatedhydroxyanisole).

Второ, хранителните АО могат да се резорбират в човешкия организъм и да проявят техния благоприятен ефект, който е най-добре проучен при приложението на α-токоферола и Vit.С. В гастроинтестиналния тракт на човека е наличен специфичен механизъм за усвояване на L-аскорбиновата киселина, а хепатоцитите селективно секретират α-токоферол в плазмата.

Възможно е и АО да не бъдат резорбирани и да проявят своя благоприятен ефект в самия гастроинтестинален тракт. Слюнката и някои консервирани храни са богати на нитрити, които притежават антибактериално действие, но попаднали в храносмилателната система, реагират с киселото стомашно съдържимо, при което се образува азотиста киселина (HNO₂), която се разпада до азотни оксиди с потенциал за нитрозиране на амини и деаминиране на нуклеинови бази, специално гуанина. Този процес се антагонизира от някои фенолни субстанции, на които са богати плодовете, зеленчуците, виното и чая и по този начин проявяват гастропротективен ефект. Нерезорбираните феноли освен това хелират железните йони в дебелото черво и улавят свободните радикали⁴. Някои флавоноиди инхибират циклооксигеназата и липоксигеназата в същата зона и така предпазват от развитието на дебелочревни карциноми⁶.

С АО свойства на някои растителни екстракти се свързват техни терапевтични приложения, част от тях познати още от древността. Такъв пример е употребата на екстракти от Gyngkobiloba, богати на флавоноиди, като рутин, кемпферол и др. Прополисът също съдържа голямо количество феноли с АО свойства⁴.

В следващите редове ще бъде направен кратък преглед на екзогенните субстанции с АО свойства, техните основни характеристики, биологично и медицинско значение.

Витамини

Витамин Е е най-ефективният естествен АО, който предпазва ненаситените мастни киселини на клетъчните мембрани от липидна пероксидация и по този начин съхранява тяхната структура и функция, като тази му роля е най-изразена в ранните етапи на ОС. Химически представлява група от 8 компонента – α-, β-, γ- и δ-токофероли и токотриеноли, сред които α-токоферолът е с най-висока биологична активност. Повишеният внос на витамин Е усилва имунния отговор, регулира агрегацията на тромбоцитите, като инхибира образуването на тромбоксан. Недостиг на витамин Е се среща при състояния на хронична малабсорбция, като глутенова ентеропатия, кистична фиброза (КФ), билиарна атрезия и др. В тези случаи серумната му концентрация спада до под 20% от нормалната. Ниски плазмени нива на витамин Е се наблюдават при преждевременно родени и при състояние на тотално парентерално хранене. Водещите симптоми на дефицита са неврологични – прогресираща невропатия със загуба на рефлексите, мускулна слабост, сетивен дефицит на крайниците и атаксия. Дневните нужди от витамин Е при здрави индивиди варират в широки граници според диетата и начина на живот, но се счита, че дневен прием на 10-30 мг е достатъчен за поддържане на необходимите плазмени нива. При състояние на ОС обаче нуждите нарастват поради засилената липидна пероксидация. Нормалните серумни нива на витамин Е имат протективен ефект срещу развитието на някои тумори, според част от епидемиологичните проучвания, докато, макар и непотвърдени от всички студии, ниските серумни нива увеличават риска от развитие на белодробен карцином (БК), карцином на гърдата и маточната шийка. Благоприятни ефекти на витамин Е са наблюдавани и по отношение на стареенето, възстановяването след тежки физически натоварвания, резистентността срещу въздушни замърсители, сърдечносъдовите болести, катаракта⁴.

Витамин С (аскорбинова киселина) е водноразтворим витамин, широко разпространен в растенията. За разлика от много животински видове, човешкият организъм не е способен да го синтезира и е необходимо да бъде набавен чрез храната. Химически аскорбиновата киселина е донор на електрони, което обуславя АО ѝ свойства. Формиращите се нейни радикали са нестабилни, но слабо реактивни и могат бързо да бъдат редуцирани, което я прави идеален електронен донор при редица интра- и екстрацелуларни реакции. Вътреклетъчно витамин С регулира генната експресия и транслацията на мРНК и защитава клетъчните протеини от оксидативна увреда. Витамин С предотвратява оксидирането на LDL in vitro и възстановява оксидирания α-токоферол в техния състав, като чрез този механизъм намалява атерогенния им потенциал. Вероятно витамин С е първичният плазмен АО, неутрализиращ пероксилните радикали и продуктите на липидната пероксидация, преди да се задействат останалите АО молекули.

Полифеноли

Растителните полифеноли могат да се разделят на две големи групи – флавоноиди и нефлавоноиди. Полифенолите се съдържат в зърнени храни, бобови растения, плодове, зеленчуции, някои продукти, като чай и шоколад. Резвератролът е нефлавоноиден полифенол, който се среща в повече от 72 растителни вида, с най-високо съдържание в гроздето, фъстъците и семчестите плодове (малини и др.). Той действа по няколко АО механизма, като едновременно улавя свободните радикали, намалява тяхната продукция от възпалителните клетки и стимулира ендогенния синтез на други АО. Резвератролът повишава АО капацитет и редуцира маркерите на ОС, като намалява оксидирането на LDL, показано в клинично изпитване при пациенти, консумирали червено вино⁷.

Чаят е една от най-популярните напитки в света и основен източник на флавоноиди. Зеленият (Фиг. 1) и черният чай се приготвят от изсушени млади листа на растението Camellia sinensis. Основните флавоноиди, съдържащи се в свежите чаени листа, са катехини и флаваноли. Епигалокатехингалат се среща в най-голямо количество от групата на катехините. Флаванолите се съдържат в по-малко количество в чаените листа в сравнение с катехините. Черният чай съдържа някои уникални класове флавоноиди, получаващи се при ферментационния процес – теафлавини, бисфлавоноли и теарубигини. Много проучвания доказват, че консумацията на чаените напитки води до засилване на антиоксидантната защита на организма. Отчита се и изразена мултифункционалност на молекулните съставки, които оказват своето действие чрез множество механизми върху различни видове клетки. Наблюдават се имуномодулаторни ефекти, антимутагенни, антиалергични, ефекти върху настроението (кафеин) и други. Епидемиологичните данни от проучвания върху хора показват умерен протективен ефект на черния чай спрямо сърдечносъдовите заболявания, но данните за консумацията му и намаленият риск от злокачествени заболявания са недостатъчно убедителни. Ролята на чая сред останалите хронични заболявания се нуждае от допълнителни анализи и проучвания.

Фиг. 1. Зелен чай – източник на флавоноиди

Не по-малко известна напитка, съдържаща голям набор от феноли с антиоксидантни свойства, е виното. Представители от групата на нефлавоноидите, участващи в състава на виното, са хидролизирани танини, силбенти, бензоена киселина и хидроксицинамати. От групата на флавоноидите са кондензирани тетанини, флаванолите и антоцианините.

Pycnogenoils е термин, който в миналото се е използвал за цял клас флавоноиди, съдържащи се във флавантри­оловите (flavan-3-ol) деривати. В днешно време съответства на смес от процианидни екстракти, извлечени от кората на френски бор (Pinusmaritima), патентован под търговското име Пикногенол, известна хранителна добавка и лекарствено средство от растителен произход срещу много заболявания, употребяващо се в целия свят. Проучванията показват, че тази флавоноидна смес има огромен антиоксидантен потенциал, както и други свойства, свързани с модулация на генна експресия и инхибиране на ензимни системи. Смята се, че Пикногенолът намалява риска от сърдечносъдови заболявания и дори може да се използва като фармакологично средство за лечение на леки по тежест заболявания на кръвоносните съдове. Това се дължи на допълнителните му биологични свойства като вазодилатация, подобряване на микроциркулацията чрез стабилизиране на капилярната устойчивост, инхибиране на тромбоцитната агрегация, инхибиране на ангиотензин-конвертиращия ензим. Други потвърдени свойства на Пикногенола от in vitro и in vivo проучвания са инхибиращ ефект върху еластазата, модулиращ ефект върху активността на макрофагите, редуциране локалния възпалителен отговор, доказващи неговите противозъпалителни и имуномодулаторни свойства като цяло.

Подправките са неизменна част от нашето меню, но освен да придават вкус и цвят на храната, те притежават антиоксидантни и терапевтични свойства върху организма. Отделните представители не могат да бъдат изброени, но едни от най- ефективните са чесън, червен пипер, куркума, джинджифил, мента, шафран и др. Доказано е ,че консумацията им намалява риска от развитие на сърдечносъдови заболявания и някои видове рак. Например честотата на рак на стомаха сред индийската популация, употребяваща ежедневно куркума като подправка, е значително по-малка в сравнение с други популации⁴.

Както беше посочено по-горе, дихателните пътища (ДП) и белите дробове са изложени на външно въздействие на вредни частици, газове и алергени. В тази светлина концепцията за патогенетичната верига – външен агент →възпалителен отговор→оксидативен стрес→тъканна увреда→болест изглежда убедителна (фиг. 2). Мястото и ефективността на екзогенно добавените АО в модифицирането на този процес е подкрепено недостатъчно убедително с клинични данни и остава противоречиво.

Фиг. 2. Обобщено представяне за ролята на ОС при белодробните болести⁸.

Обструктивни белодробни болести

ОС играе ключова роля в патофизиологията на ХОББ, като усилва възпалителния и деструктивен процес. Огромното количество ROS, съдържащи се в цигарения дим и отделяни от клетки на възпалението (макрофаги и неутрофилни левкоцити), водят до различни неблагоприятни ефекти при ХОББ – намаляват антипротеазната защита на α1-antitrypsin (α1-AT) и секреторния левкопротеазен инхибитор, активират нуклеарния фактор (NF)-kB, което води до усилена секреция на цитокините CXCL8 и TNF-α, повишено образуване на изопростани и директен ефект върху епителните и подлежащи структури на ДП^9,10. АО защита при ХОББ е генетично увредена или АО капацитет бива надхвърлен от голямото количество свободни радикали, които продължават да се формират, дори и след елиминирането на външния фактор, което е доказателство за техния ендогенен произход. Нещо повече, ОС се счита за една от причините за включването на автоимунни механизми в патогенезата на възпалението при ХОББ чрез модифициране на клетъчни протеини, впоследствие разпознавани като чужди от имунната система. Маркери за ОС при ХОББ са повишените нива на nitrotyrosine, 8-isoprostane и malondialdehyde. За разлика от тях нивата на глутатиона в БАЛ са значително понижени по време на екзацербации (ЕКЦ), сравнени с тези при стабилни пациенти, което подсказва, че ОС се засилва в периоди на обостряния. Няколко проучвания са показали взаимовръзката между ниските нива на АО (Вит. С и Е) и влошаването на белодробна функция (БФ) при ХОББ¹¹. При сравняване на годишната загуба на БФ при пушачи е установено, че богата на вит. С или вит. Е диета намалява с 18-25 мл спада на ФЕО_1, сравнено с пушачи с хранителен режим с ниско съдържание на посочените съставки. При отказали пушенето тези разлики дори са по-големи – 70, 96 и 93 мл/год. съответно за вит. С, вит. Е и β-каротен¹². При друго рандомизирано проучване повишеният прием на плодове и зеленчуци от пациенти с умерена и тежка ХОББ не се свързва с намаляване на маркерите на белодробен или системен ОС¹³.

Хипотезата, че повлияването на локалния и системен ОС чрез агенти, модулиращи редокс системите или усилващи ендогенното отделяне на АО, би довело до клинични ползи за пациентите с ХОББ, е в основата на проучванията в областта през последните години. На първо място и най-добре проучени са донорите на сулфхидрилни групи – N-ацетилцистеин (NAC), карбоцистеин, ердостеин, GSH. Те ефективно улавят ROS, контролират активирането на NF-κB и инхибират транскрипцията на проинфламаторни гени. В експерименти с опитни животни NAC намалява еластаза-индуцирания емфизем и защитава α₁-антитрипсина от оксидиране. При пациентите с ХОББ приложението на NAC се свързва с повишаване на нивата на GSH. Шестмесечен двукратен дневен прием на 600 мг NAC понижава нивата на маркерите на ОС в БАЛ и плазмата, в друго проучване двумесечният прием на същата доза е свързано с редукция на ЕКЦ и подобряване на симптомите при пациенти с хроничен бронхит^14,15. Мета-анализ е показал 29% редукция на ЕКЦ на ХОББ след приложение на NAC, но в голямото рандомизирано проучване BRONCUS не е демонстрирана ефективност на препарата. Една от причините вероятно е фармакокинетична – необходимо е NAC да се деацетилира в тънкото черво до цистеин, за да играе ролята на прекурсор на GSH, а под тази форма бионаличността му е сравнително ниска и са необходими по-високи дози (до 1800 мг/дн).

Карбоцистеинът притежава мукоактивни, АО и антиинфламаторни свойства и е серен дериват на L-цистеина. Неговите АО характеристики не са така добре проучени, в сравнение с останалите му действия. В предклинични проучвания с плъхове е установен протективният му ефект спрямо индуцирания от цигарен дим емфизем. Лечението на ХОББ с карбоцистеин за 6 месеца сигнификантно понижава нивата на 8-isoprostaneи IL-6, с което се потвърждава АО и противовъзпалителния му ефект¹⁴. Приложението му при пациенти с ХОББ и чести ЕКЦ в доза 1500 мг дневно за период от три години се свързва с намаляване на честота на ЕКЦ, независимо от използването на ИКС¹⁶.

Ердостеинът е мукоактивен АО с механизъм на действие разкъсване на дисулфидните връзки на мукусните гликопротеини и последващо подобряване на клирънса. Приложен ежедневно в доза 600 мг, той намалява индуцираното от цигарен дим формиране на ROS от алвеоларните макрофаги. Същата доза, приемана за период от 8 месеца от пациенти с ХОББ, води до подобряване на качеството на живот и редукция на ЕКЦ спрямо плацебо, а в друго проучване и редукция на хоспитализаците.

Напоследък интерес представлява използването на миметици на ензимните системи (SOD), каталаза и глутатионпероксидаза (GPs), които неутрализират ROS и чиято експресия е увредена при състояния на ОС. Възстановяването на тази АО ензимна активност е възможно посредством малки молекули с каталитични свойства, които наподобяват действието на оригиналния ензим¹⁴. Миметиците на SOD са три класа манган-съдържащи съединения, проучени при опитни животни. Те инхибират индуцираното от тютюневия дим възпаление, нитритния стрес и продуктите на липидната пероксидация. Един от представителите (М40419) е показал редукция на маркерите на ОС при пациенти с емфизем. Фармакологичното стимулиране на SOD в белите дробове би могло да притежава терапевтичен потенциал при пациентите с ХОББ или емфизем. Подобна е ролята на ebselen, миметик на GPs. Този селен-съдържащ органичен комплекс инхибира активирането на транс­крипционните фактори, NF-κBи AP-1 и впоследствие експресията на проинфламаторни гени. В животински модели еbselen протектира белодробното възпаление, провокирано от липополизахаридни субстанции или цигарен дим, но все още липсват клинични данни за приложението му при хора¹⁷.

В основата на концепцията, разглеждаща ХОББ като болест, свързана с ускорено стареене на белите дробове, стои ОС. Стареенето може да се разгледа като следствие от взаимодействието между увреждане и възстановяване в резултат от енергията, която индивидът може да отдели за поддържане на органната цялост и защита на ДНК от оксидативна увреда. Неспособността да се поддържа или възстанови клетъчната и органна хомеостаза е последствие от интегралното въздействие на генетични фактори, външна среда и дефекти на организма. Клетъчните дефекти провокират възпалителен отговор, който вторично влошава наличното увреждане и по този начин балансът между про- и антиинфламаторните фактори модулира процеса на стареенето. Може да се обобщи, че свързаните със стареенето възпаление и структурни промени възникват поради невъзможността да се елиминират ROS и да се възстановят нарушенията в ДНК. Капацитетът за коригиране на последните е важен детерминант за скоростта на стареене на клетъчно и молекулно ниво. Много са качествените прилики между белите дробове на възрастните хора и пациентите с ХОББ, като промените са количествено по-изразени при последните. Логично изглежда повлияването на ОС да забави процесите на стареене и прогресията на ХОББ. Nrf2 (nuclear factor-erytroid 2p45-related factor-2) и FOXO са транскрипционни фактори, индуциращи ендогенните АО. Nrf2 регулира почти всички естествени АО и цитопротективни гени. Sulforaphane, съдържащ се в броколите, е активатор на Nrf2¹⁸. Новосинтезирани халконови деривати са ефективни промотори на Nrf2 и експресията на АО гени в епителните клетки на ДП при хората, но все още нямат практическо приложение¹⁹. Сиртините са клас от седем молекули, които забавят стареенето и контролират устойчивостта на ОС, възстановяването на ДНК и възпалението. Резвератролът притежава АО ефект, но също така е и активатор на сиртините. Установено е, че резвератролът активира Nrf2, стимулира синтезата на GSH и неутрализира ROS в епителните клетки на белите дробове. Приет в концентрации 10^-4-10^-8, той инхибира базалното и стимулираното освобождаване на IL-8 от макрофагите на пушачи и пациенти с ХОББ. Освен това резвератролът модулира и възпалението, провокирано от вирусни и бактериални агенти. Неговият чисто клиничен ефект обаче все още не е установен при обструктивните белодробни болести⁷. Данни за дълготрайната употреба на АО и муколитици при ХОББ са все още нееднозначни и с изключение на препоръките за карбоцистеина, на този етап те не намират рутинно приложение¹⁷.

Бронхиалната астма (БА) се характеризира с хронично възпаление с участието на голям брой активирани клетки на възпалението, които отделят значително количество свободни радикали. Издишаният въздух от пациентите с БА съдържа повишени нива на H₂O₂, NO и летливи органични съединения, а бронхиалният епител усилено експресира индуцируема NO-синтетаза (iNOS). Натрупаните в подепителния слой моноцити, макрофаги, еозинофили и неутрофили отделят активирани ензими като iNOS, NADPH-оксидаза, миелопероксидаза и еозинофилна пероксидаза, нарушавайки редокс хомеостазата с формиране на голямо количество проинфламаторни и цитотоксични субстанции, като пероксинитритите^20,21. Количеството на образувани ROS при астматици е по-голямо от това при здрави индивиди и се свързва с основни характеристики на болестта, като понижени брой и функция на епителните клетки, хиперсекреция на мукус, промяна в β-рецепторната функция, гладкомускулна контракция, привличане на клетки на възпалението и отделяне на медиатори. В животински модели ROS допринасят за бронхиалната хиперреактивност, като усилват вагусовия тонус посредством оксидант-чувствителни β-рецептори, а също така директно стимулират отделянето на хистамин от мастоцитите⁸. Някои обсервационни студии свързват дефицита на АО с клиничното развитие на астма. В БАЛ от пациенти с лека БА са били установени по-ниски нива на АО витамини (С и Е) в сравнение със здрави индивиди²². Установена е била обратнопропорционална връзка между нивата на серумните АО и развитието на БА при деца, изложени на цигарен дим. Повишаването на концентрацията на серумния селен е редуцирало риска от БА с 50%, а на тези на вит. С и каротен – с 40%. Тази зависимост е била по-слаба при деца без експозиция²³. Обобщените литературни данни обаче привеждат малко доказателства в подкрепа на добавянето на отделни АО като метод за намаляване на обострянията и подобряване на контрола при БА, докато по-ефективен подход изглежда е промяна на цялостния диетичен режим с включване на повече пресни плодове и зеленчуци^24,25.

В последните години интерес представлява БА с късно начало (БАКН), която се изявява като фенотипно различна болест, засягаща предимно жени, пушачи и пациенти с наднормено тегло, свързана в по-слаба степен с алергия и атопия. Наскоро бяха публикувани данните от първото проучване, чийто дизайн е специално насочен към изследване на връзката между нивата на АО защита и възникването на БАКН с включени над 65 000 китайски жени без анамнеза за БА и проследени за период от 8 години, в рамките на който 150 жени са развили БА. Изследвани са били маркери на ОС и плазмени нива на АО микронутриенти (токофероли, ксантини, каротени, lycopene) и АО ензимна активност на SOD и тромбоцит-активиращ фактор ацетилхидролаза (PAF-AH). Интересно е, че изходните нива на isoprostane са били съпоставими при пациентките, развили БА, и здравите, което вероятно означава, че хроничното възпаление не е налично преди клиничното развитие на болестта или че в началото АО защита е все още адекватна да предот­врати ОС. Установено е, че двойно по-високи изходни нива на α-токоферола и PAF-AH намаляват риска от възникване на БАКН, съответно с 50% и 37%²⁶.

БА по време на бременност се свързва с по-високи нива на ОС, поради промяната в хормоналния и метаболитен статус. При нормално протичаща бременност в първите гестационни седмици се образуват повече супероксидни аниони. В този период редокс хомеостазата се поддържа чрез усилване на ендогенните АО механизми. При настъпване на дисбаланс е възможно клинично да се проявят състояния като гестационен диабет, прееклампсия и БА. ОС в тези ситуации влияе на развитието на плацентата и плода. В плацентата на бременни с БА са установени по-високи нива на маркерите на ОС в сравнение със здрави. Ниските серумни нива на някои АО при бременни астматички се свързват с по-ниско телесно тегло и по-малка обиколка на главата на плода. Малкото данни в подкрепа на ползването на АО при бременни с БА подкрепят главно промяната в диетичния режим²⁷.

Дифузни паренхимни белодробни болести

Дифузните паренхимни белодробни болести (ДПББ) са хетерогенна група с различна етиология, които водят до формиране на различна по тежест белодробна фиброза. Някои от тях като саркоидозата и белодробното ангажиране при болести на съединителната тъкан се характеризират със системно имуномедиирано възпаление, докато други, като идиопатичната белодробна фиброза (ИБФ), представляват локализиран епително-фибробластно медииран процес, водещ до бърза прогресия в посока терминална фиброза и преустройство на паренхима. Въпреки че етиологията на ИБФ остава неизвестна, има данни, че клетъчният редокс дисбаланс и състоянието на ОС допринасят за прогресията ѝ. Както по-горе беше споменато, образуването на свободни радикали в процеса на възпаление проявява антимикробен и противотуморен ефект, но преминаването във фаза на хронично възпаление води до персистиращо активиране на макрофаги и неутрофилни левкоцити с последици оксидативна увреда на клетъчни структури и ДНК. При ИБФ редокс дисбалансът е следствие както на голямото количество ROS/RNS, така и на екстрацелуларен дефицит на GSH. Серумният ОС, измерен чрез нивото на тоталните хидропероксиди, е сигнификантно по-висок при пациенти с ИБФ в сравнение със здрави контроли и е свързан с влошената БФ и тежестта на диспнеята. Някои данни подкрепят становището, че оксидантите спомагат за развитието на белодробната фиброза, като стимулират отделянето на цитокини и растежни фактори, като TGF-β, който е основен регулатор на аберантните възстановителни механизми, стоящи в основата на редица фибротични болести, вкл. ИБФ. Дисбалансът в редокс системите играе патогенетична роля и в развитието на други ДПББ, като белодробното засягане при системна склероза, саркоидозата и пневмокониозите²⁸.

Лекарствената терапия на белодробната фиброза на този етап е неефективна. Трикратното дневно приложение на 600 мг NAC редуцира ОС и повишава нивата на GSH в епителната покривна течност²⁹. Добавянето на NAC в доза 1800 мг/дневно към терапията с преднизон/азатиоприн при пациенти с ИБФ е забавило спада на ФВК и DL_co, но впоследствие е установена повишена смъртност и риск от хоспитализация на пациентите в групата с тройна терапия спрямо рамото с плацебо^30,31. Наскоро бяха публикувани резултатите за кохортата, получавала само NAC. Установява се, че 60-седмичното приложение на NAC при пациенти с ИБФ не води до по-добри резултати по отношение ЕКЦ, смъртност и БФ³². Към момента се приема, че мнозинството пациенти с ИБФ не трябва да се лекуват с NAC и само малка част биха имали полза от приложението му. Pirfenidone, който навлезе в клиничната практика за лечение на ИБФ през последните десетина години, притежава антифибротично, противовъзпалително и АО действие. Комплексите на pirfenidone с желязото улавят ROS. Интересно е, че единствените два медикамента за лечение на ИБФ, за които са публикувани благоприятни клинични данни в литературата, имат АО свойства³³. Вероятно в бъдеще ще бъдат направени опити и за приложение на други субстанции, като каталитични АО с каталазна и SOD активност³⁴.

Кистична фиброза

Кистичната фиброза (КФ) е летално автозомно рецисивно заболяване, причинено от дефект в гена, регулиращ трансмембранната проводимост – CFTR – cystic fibrosis transmembrane conductance regulator (кистична фиброза трансмембранен регулатор на проводимостта). Дисфункционалният CFTR нарушава ефлукса на клетъчни аниони, като хлоридни и бикарбонатни, както и на други разтворими вещества, като GSH. Този дефект води до продукция на секрети с повишен вискозитет и други метаболитни нарушения в епитела, допринасящи за обструкцията и фиброзните изменения в засегнатите органи. Рецидивиращи белодробни инфекции, панкреасна и чернодробна недостатъчност, диабет и белтъчна малнутриция са основните клинични изяви на тези патогенетични механизми³⁵.

В белия дроб се наблюдава намален обем на течния слой, покриващ ресничкитe на респираторния епител, тапициращ долните ДП, в резултат на което се нарушава мукоцилиарният клирънс и очистването на инхалираните микроби. Ето защо още от ранно детство пациентите с КФ страдат от рецедивиращи хронични респираторни инфекции, характеризиращи се с полиморфно нуклеарно (ПМН) възпаление. Последица от този хроничен възпалителен процес е освобождаването на протеази и ROS, водещи до тъканно увреждане. Освен повишената продукция на ROS, при пациентите с КФ се наблюдава нарушен ефлукс на глутатион от клетките, носители на мутантния CFTR³⁶. Допълнителен фактор, отслабващ защитните функции на хората с това заболяване, е нарушената абсорбция на мастно разтворими АО (витамин Е, каротеноиди, коензим Q10, олигоелементи (Cu, Se, Zn), които участват в ензимно-медиираните защитни реакции, обезвреждащи ROS. Счита се, че покачвайки вноса в организма на АО, ще се възстанови този баланс и ще се намали увредата на засегнатите от заболяването органи, но все още липсват убедителни данни за значим ефект от пероралната и инхалаторна АО терапия при КФ.

GSH и неговият прекурсор NAC са едни от най-изследваните АО при КФ. Приложението им в организма включва две форми – перорален GSH и GSH за небулизация и инхалаторно приложение³⁵. Според едно клинично проучване (n=41), шестмесечното перорално приложение на GSH води до подобрение на белодробната функция при 17,4%  от пациентите в сравнение с групата, получавала плацебо³⁷. Инхалаторното приложение на GSH осигурява неговото моментално доставяне в ДП, но по този начин GSH бързо се превръща в оксидираната му форма GSSG. Този факт налага честото му приложение за поддържане на оптимално ниво GSH /GSSG. Според проведените до момента проучвания не се наблюдават клинични подобрения при КФ. Употребата му дори може да доведе до EКЦ на болестта, в следствие на повишеното количес­тво GSSG в ДП, липсата на данни за компенсаторното му повишено разграждане и потенциал за функционално блокиране на CFTR. Следователно пероралното приложение е с по-добро ниво на безопасност, но ограничения, като намалена абсорбция, трудно преодоляване на биологичните бариери и в крайна сметка покачването на GSH над физиологичните му норми, водят до инхибиторни механизми на γ-глутамилсинтетазата. Някои от тези недостатъци могат да се преодолеят чрез приложението на естерни форми на GSH, но все още са малко данните за техния ефект върху хората³⁵.

Понастоящем мастноразтворимите витамини (А, Е, К и D) стандартно участват в субституиращата терапия при пациентите с КФ. Все още са малко и противоречиви данните от проучванията за ефекта им като микронутриенти, спомагащи за понижаването на ОС и подобряването на качеството на живот при приложението им³⁸. Отчита се повишаване на нивото им в серума, но са необходими допълнителни клинични проучвания за ефекта им като АО.

Световната фондация за КФ също няма категорично становище относно приложението на АО и не предлага конкретни мерки. Обсъжда се приложението на мастноразтворими витамини като добавка към богата диета с плодове и зеленчуци, поради нарушената абсорбция на тези нутриенти. Съобщени са някои обнадеждаващи резултати за N-ацетилцистеин в първите фази от клинични проучвания³⁹.

Реактивните свободни радикали играят двойнствена роля в процеса на канцерогенезата. От една страна, те увреждат клетъчните структури и ДНК с краен резултат мутации, геномна нестабилност и усилване на пролиферацията, инвазивността, ангиогенезата и метастазирането, но от друга, притежават протективен ефект, като засилват апоптозата и некрозата на увредените клетки, а освен това модулират различни сигнални пътища и стимулират ендогенния синтез на АО. Степента и продължителността на ОС и типа на засегнатите клетки са факторите, които определят кои сигнални пътища ще бъдат активирани, а крайният резултат отразява тяхното взаимодействие⁴⁰. ROS например стимулират онкогени, като Jun и Fos, като експресията на първия се свързва директно с развитието на БК. Мутацията в p53, причинена от ОС, води до неговото натрупване в цитоплазмата на клетките и неефективна апоптоза⁸. Големи количества NO ускорява апоптозата на някои туморни клетки при БК, докато ниските нива увеличават васкуларизацията и я забавят⁴⁰. Високите белодробни нива на ОС при пушачи с БК са логична находка, но се установяват и такива при непушачи с недребноклетъчен БК (НДБК). При сравнение между двете групи не са намерени разлики в маркерите на серумния ОС, но нивата на серумната АО защита са били значително по-ниски при непушачите с НДБК⁴¹.

Дълго време се считаше, че приложението на АО би редуцирало индивидуалния риск от възникване на нео­плазма и някои данни подкрепят това становище. Консумирането на по-големи количества плодове и зеленчуци може да бъде важен елемент от първичната профилактика на БК, но според други източници това е валидно само при пушачите. Данните от един системен обзор са нееднозначни в подкрепа на използването на флавоноиди за редукция на ОС и ДНК пораженията с цел профилактика на БК, като единствено много високите дози са показали слаб протективен ефект. В големи епидемиологични проучвания е установен минимален ефект от употребата на зелен и черен чай и флавоноиди, вкл. при непушачи. Съобщават се и някои разлики в ефектите спрямо различните хистологични типове, плодовете имат известен протективен ефект по отношение плоскоклетъчните БК, докато зеленчуците имат обратния ефект при дребноклетъчните. Като цяло се приема, че АО витамини, полиненаситените мастни киселини, калцият и магнезият са с профилактичен ефект⁴⁰.

В последните години обаче бяха публикувани документи, представящи тъмната страна на АО. При приложението на NAC и витамин Е при опитни мишки е установено, че се стимулира клетъчната пролиферация и се блокира апоптозата. Подобни наблюдения са направени и върху клетъчни култури от човешки БК. Установява се, че малигнените клетки растат по-бързо, когато се потисне ОС. Нещо повече – екзогенните АО потискат експресията на ендогенните АО гени, вероятно по механизма на обратната връзка⁴². Тези притеснителни лабораторни данни косвено са препотвърдени и от клинични студии. Не са били демонстрирани никакви ползи от добавянето към храната на вит. С, вит. Е, вит. А или селен, както самостоятелно, така и в комбинация, за редукция на риска от БК при здрави хора. Приложението на β-каротени трябва да се избягва при пушачи и пациенти с азбестова експозиция поради минимално повишаване на честота на БК и смъртността⁴³.

Все още не съществува измерителна единица за ОС и за нивото му в организма, няма и единни критерии за оценка. Но едно е сигурно, че ОС допринася за развитието на голям брой социално значими заболявания – сърдечносъдови, белодробни, невродегенеративни, злокачествени и др. Следователно на АО се отдава голяма надежда за превенцията и лечението на значителния брой патологии, в които участва ОС⁴⁴. Въпреки огромните усилия в тази посока, в последните 30 години АО не са доказали своята ефективност и не са оправдали големите очаквания към тях. От друга страна се оказва, че е възможно те да имат неблагоприятни странични ефекти върху човешкия организъм. Ето защо естествените АО като плодове, зеленчуци и други растителни продукти са предпочитаният избор на този етап.

Безспорно са необходими нови мултидисциплинарни изследвания в тази област, които биха довели до откриването на ефективни лечебни средства в борбата с ОС и заболяванията, имащи пряка връзка с него.

Литература:

1. Toro J., Rodrigo R. Oxidative Stress: Basic Overview. In: Rodrigo R (ed). Oxidative Stress and Antioxidants. Nova Science Publishers, Inc. New York, 2009; 1-24

2. Halliwell B., Gutteridge JMC. Free Radicals in Biology and Medicine. 3rd ed. Oxford: Oxford University Press, 1999.

3. Comhair S., Erzurum S. Antioxidant responses to Oxidant Mediated Lung Diseases.Am J Physiol Lung Cell MolPhysiol 2002; 283: L246–L255

4. Cadenas E., Packer L. (eds). Handbook of antioxidants. Second edition. Marcel Decker Inc, New York, 2002.

5. Ford E., Li C. , et al. British Journal of Nutrition 2014; 112: 1662–1673

6. Ikawa H., Kamitani H., et al. Expression of 15-lipoxygenase-1 in humancolorectal cancer. Cancer Res 1999; 59:360–366.

7. Wood L., Wark P., et al. Antioxidant and Anti-Inflammatory Effects of Resveratrol in Airway Disease. Antioxid Redox Signal. 2010; 13(10):1535-48

8.  Park H., Kim S., et al. Impact of oxidative stress on lung diseases. Respirology 2009; 14: 27–38

9. Barnes P., Cosio M. Cells and mediators of chronic obstructive pulmonary disease. Eur Respir Mon 2006;38:130–158.

10.           Barnes P. Immunology of asthma and chronic obstructive pulmonary disease. Nat Rev Immunol. 2008; 8(3):183–192.

11. Kirkman P., Barnes P. Oxidative Stress in COPD. CHEST 2013; 144(1): 266–273

12.           Bentley A., Kritchevsky S., et al. Dietary antioxidants and forced expiratoryvolume in 1 s decline: the Health, Aging and Body Composition study.EurRespir J 2012; 39: 979–984

13.           Baldrick F., Elborn J., et al. Effect of fruit and vegetable intake onoxidative stress and inflammation in COPD: a randomised controlled trial. EurRespir J 2012; 39: 1377–1384

14.           Rahman I., MacNee W. Antioxidant pharmacological therapies for COPD. CurrOpin in Pharmacol 2012; 12:256–265

15.           Poole P., Black P. Preventing exacerbations of chronic bronchitis and COPD: therapeutic potential of mucolytic agents. Am J Respir Med 2003; 2:367-370.

16.           Zheng J.P., Kang J., et al. Effect of carbocisteine on acute exacerbation of chronic obstructive pulmonary disease (PEACE Study): a randomised placebo-controlled study.  Lancet 2008, 371: 2013-2018.

17.           Hillas G., Nikolakopoulou S., et al. Antioxidants and Mucolytics in COPD Management: When (if ever) and in Whom? Current Drug Targets, 2013; 14: 225-234

18.           Ito K, Barnes P. COPD as a disease of accelerated lung aging. Chest 2009; 135: 173–180.

19.           Kumar V., Kumar S., et al. Novel Chalcone Derivatives as Potent Nrf2 Activators in Mice and Human Lung Epithelial Cells. J Med Chem 2011, 54, 4147–4159

20.           Crapo J., Day B. Modulation of nitric oxide responses in asthma by extracellular antioxidants. J Allergy Clin Immunol 1999; 104:743–746.

21.           Kharitonov S., Barnes P. Exhaled markers of pulmonary disease.Am J Respir Crit Care Med 2001; 163:1693–1722.

22.           Quon B., Goss C. Adult-Onset Asthma Prevention. Should We Be Investing in Antioxidant Defense? Am J Respir Crit Care Med 2015; 191 (1):4-5

23.           Rubin, et al. Relationship of serum antioxidantsto asthma prevalence in youth. Am J Respir Crit Care Med 2004;169:393-8.

24.           Allan, Kelly K., et al. Antioxidants and allergic disease: A case of too little or too much? Clin. Exp. Allergy 2010, 40, 370–380.

25. Varraso R. Nutrition and asthma. Curr. Allergy Asthma Rep .2012, 12, 201–210.

26.           Larkin E., Gaoet Y.T., et al. New Risk Factors for Adult-Onset Incident Asthma. A Nested Case–Control Study of Host Antioxidant Defense. Am J RespirCrit Care Med 2015; 191:45–53

27.           Crieger J., Wood L., et al.Improving Asthma during Pregnancy with Dietary Antioxidants: The Current Evidence. Nutrients 2013, 5, 3212-3234;

28.           Bargali E., Olivieri C., et al. Oxidative stress in the pathogenesis of diffuse lung diseases: A review. Respir Med 2009; 103:1245-1256

29. Behr J, Demedts M., et al., IFIGENIA study group. Lung function in idiopathic pulmonary fibrosis: extended analyses of the IFIGENIA trial. RespirRes 2009; 10:101.

30.           Demedts M., Behr J., et al. High-Dose Acetylcysteinein Idiopathic Pul­mo­nary Fibrosis. N Engl J Med 2005; 353:2229-42.

31.           The Idiopathic Pulmonary Fibrosis Clinical Research Network. Prednisone, Azathioprine, and N-Acetylcysteine for Pulmonary Fibrosis. N Engl J Med 2012; 366:1968-77.

32.           The Idiopathic Pulmonary Fibrosis Clinical Research Network. Rando­mi­zed Trial of Acetylcysteine in Idiopathic Pulmonary Fibrosis. N Engl J Med 2014; 370: 2093-101.

33..          Bast A., Weseler A., et al. Oxidative stress and antioxidants in interstitial lung disease. Curr Opin Pulm Med 2010; 16:516–520

34.           Day B.J. Antioxidants as Potential Therapeutics for Lung Fibrosis.AntioxidRedox Signal 2008; 10:355-70

35.           Galli F., Battistoni A., et al. Oxidative stress and antioxidant therapy in cystic fibrosis. BiochimBiophysActa. 2012; 1822(5):690-713

36.           The Cochrane Collaboration. Antioxidant supplementation for lung disease in cystic fibrosis (Review) 2014 Published by JohnWiley& Sons, Ltd.

37.           Cantin A., White T., et al. Antioxidants in cystic fibrosis. Conclusions from the CF Antioxidant Workshop, Bethesda, Maryland, November 11-12, 2003

38.           Shamseer L., Adams D. et al. Antioxidant micronutrients for lung disease in cystic fibrosis (Review) The Cochrane Library 2012, Issue 7

39.           Cystic fibrosis foundation. Treatments; Alternative Therapies; Antioxidants,  http://www.cff.org/treatments/Therapies/AlternativeTherapies/Antioxidants/

40.           Filaire E., Dupois C., et al. Lung cancer: What are the links with oxidative stress, physical activity and nutrition. Lung Cancer 2013; 82:383– 389

41.           Ito K., Yano T., et al. Serum Antioxidant Capacity and Oxidative Injury to Pulmonary DNA in Never-smokers with Primary Lung Cancer. Anticancer Res 2012; 32: 1063-68

42.           Sayin V., Ibrahim M., et al. Antioxidants Accelerate Lung Cancer Pro­gres­sion in Mice.  Sci Transl Med 2014; 6 (221): 1-7

43.           Cortes-Jofre M., Rueda G-R, et al. Cochrane database. Systemic review 2012

44.           Lichtenberg D, Pinchuk I. Oxidative stress, the term and the concept.Biochem Biophys Res Commun. 2015 Jun 5;461(3): 441-4. Epub 2015 Apr 21.