Antioxidants in radioprotection – methods of free radicals detection and identification

W wielu pracach doświadczalnych i poglądowych dobrze udokumentowano przekonanie, że pod wpływem promieniowania jonizującego zapoczątkowywane są patologiczne reakcje wolnorodnikowe. Reakcje te mogą powodować destrukcję wielu makromolekuł:

∙ enzymów,

∙ białek,

∙ węglowodanów,

∙ kwasów tłuszczowych i nukleinowych.



Na szkodliwe działanie narażony jest głównie materiał genetyczny oraz membrany (mitochondria, mikrosomy, lizosomy, peroksysomy), których składnikiem są wielonienasycone kwasy tłuszczowe (PUFAs) i białka. Nadmierna peroksydacja lipidów, destrukcje DNA i utlenianie grup SH są głównymi czynnikami uszkodzenia. W warunkach zdrowego organizmu wolne rodniki tworzą się w procesie utleniania w łańcuchu oddechowym w mitochondriach, w reakcjach katalizowanych przez różne oksydanty, w procesie fagocytozy, w przemianach kwasu arachidonowego w płytkach krwi, czy też w autooksydacji związków biologicznie czynnych. W zdrowym organizmie poziom wolnych rodników jest ściśle kontrolowany. Ze względu na dużą aktywność reagują ze sobą lub z najbliższym otoczeniem.



System antyoksydacyjny zabezpieczający organizmy żywe przed szkodliwymi skutkami oddziaływania wolnych rodników stanowi złożony układ antyoksydantów (Lapshina i wsp. 1995). Do najważniejszych z nich zalicza się:

∙ antyoksydanty enzymatyczne:

– SOD – dysmutaza ponadtlenkową,

– CAT – katalazę,

– GSH-PX – zredukowany glutation,

∙ nieenzymatyczne regenerowalne:

– witaminę E,

– GSH,

∙ nieenzymatyczne zużywalne:

– witaminę C,

– witaminę A,

– probukol,

– bilirubinę,

– kwas moczowy.



Ponadto w procesach tych mają znaczenie białka sekwestrujące jony Fe, Cu, (ceruloplazmina, ferrytyna, albuminy). Zapobiegają one generacji wolnych rodników ponadtlenkowych (Umegaki i wsp. 1995) i hydroksylowych w reakcjach Fentona i Habera Weissa.



Chociaż wolne rodniki znane były chemikom od dawna, to dopiero ich odkrycie w tkankach rozpoczęło lawinę doświadczeń. Do rozwoju badań naukowych dotyczących tych zagadnień w głównej mierze przyczyniło się odkrycie w 1945 r. przez rosyjskiego naukowca Zawojskiego spektroskopii mikrofalowej: EPR, ESR (Commoner i wsp. 1954). Metoda ta daje informacje o strukturze rodnika bezpośrednio lub pośrednio. Metoda pośrednia polega na oznaczaniu rodnika krótko żyjącego przez stosowanie trapów przyjmujących niesparowany elektron. Ze względu na zaawansowanie prac na świecie, prawdopodobnie w przyszłości będzie istniała możliwość obrazowania wolnych rodników w narządach i tkankach.



Istnieje cały szereg metod laboratoryjnych pozwalających ocenić biochemiczne skutki oddziaływania promieniowania jonizującego na organizm (Umegaki i wsp. 1995, Buege i wsp. 1978, Čiž i wsp. 1993, Giusti i wsp. 1963).



W zależności od budowy tkanek, na które działają wolne rodniki tlenowe powstają różne związki, które są pośrednimi miernikami ich obecności. Istnieją metody oznaczania tych związków o zróżnicowanej specyficzności, zaletach i wadach. Oznaczanymi produktami tych reakcji są:

∙ związki powstałe w następstwie peroksydacji lipidów:

– malonylodwualdehyd (MDA),

– związki reagujące z kwasem tiobarbiturowym,

– połączone dieny,

– etan i pentan,

∙ związki powstałe w następstwie reakcji z białkami:

– lipofuscyna,

– grupy tiolowe,

– grupy karbonylowe,

∙ aktywności enzymów:

– katalaza (CAT),

– dysmutaza ponadtlenkowa (SOD),

– peroksydaza glutationowa (GPX),

∙ związki powstałe w reakcji z kwasem dezoksyrybonukleinowym:

– 8-hydroksy-2-deoksy-guanozyna.



W związku z udowodnionym działaniem wygaszającym reakcje wolnorodnikowe przez alfa-tokoferol, beta-karoten, kwas askorbinowy oznaczanie stężeń tych związków znajduje zastosowanie w monitorowaniu przebiegu tychże reakcji.

Powyższe metody znajdują zastosowanie w wielu pracach badawczych nad związkami posiadającymi pozytywny wpływ na przebieg reakcji wolnorodnikowych będących następstwem promieniowania jonizującego. Przykłady badanych substancji przedstawiono w tabeli.

Lista nieenzymatycznych antyutleniaczy jest stale powiększana, gdyż kolejne prace na ten temat dostarczają danych wskazujących na to, że różne substancje działają jako antyutleniacze.

W związku z powyższym rodzi się pytanie, czy izolowane aktywne substancje o właściwościach antyoksydacyjnych wkrótce znajdą praktyczne zastosowanie w terapii uzupełniającej chorych napromieniowanych i czy odegrają znaczącą rolę w ochronie radiologicznej personelu medycznego i ich pacjentów.


PIŚMIENNICTWO

1. Bellavite P, Della B, Serra C. The measurement of superoxide anion production by granulocytes in whole blood. A clinical test for the evaluation of phagocyte function and serum opsonic capacity. European Journal of Clinical Investigation 1983; 13: 363-8.

2. Bors W, Michel CH, Schikora S. Interaktion of flawonoids with ascorbate and deterination of their univalent redox potentials: a pulse radiolysis study. Free Radic Biol Med 1995; 19: 45-52.

3. Buege JA, Aust SD. Microsomal lipid peroxidation. Methods Enzymol 1978; 52: 302-11.

4. Commoner B, Townsend J, Pake E. Free radicals in biological materials. Nature 1954; 4432: 686-91.

5. Čiž M, Lojek A. Kinetics of luminal-enhanced chemiluminescence induced in murine splenocytes and bone marrow by various stimulating agents. Folia biologica 1993; 39: 106-16.

6. Giusti G, Galanti B. Colorimetric. Methods of Enzymatic analysis. Ed Bergmeyer HU Academic Press, New York and London 1963; 315: 191-9.

7. Gyorgy I, Antus S, Blazovics A, et al. Substituent effects in the free reactions of silybin: radiation-induced oxidation of flavonoid at neutral pH. Int Radiat Biol 1992; 5: 603-9.

8. Hunt DWC, Sorenti RA, Renke ME, et al. Accelerated Myelopoietic recovery in irradiated mice treated with photofrin. Int J Immunopharmac 1995; 17: 33-9.

9. Jaruga E, Lapshina EA, Biliński T, et al. Resistance to ionizing radiation and antioxidative defence yeasts, are antioxidant – deficient cells permanently stressed. Biochem Mol Biol Int 1995; 37: 467-73.

10. Lapshina EA, Jaruga E, Biliński T, et al. What determines the antioxidant potential of yeast cells. Biochem Mol Biol Int 1995; 37: 903-8.

11. Massoumeh E, Zuhair M, Hassam. Effect of immunomodulatins pyrimethamine and cimetidine on immunosupresion induced by sulfur mustard in the mice. Int J Immunopharmac 1993; 15: 533-40.

12. Nagler A, Naparstek E, Drakos P, et al. Interleukin-3 in combination with granulocyte-macrophage-colony-stimulating factor following bone marrow transplantation in a radiation accident victim. Med Oncol 1994; 11: 27-36.

13. Neuzil J, Gembicki J, Stocker R. Radical – induced chain oxidation of proteins and its inhibition by chain breaking antioxidants. Biochem J 1993; 293: 601-6.

14. Sato Y, Ohta S, Shinoda M. Studies on chemical protectors again stradiation. XXXI. Protection effects of Aloe arborescens on skin injury induced by X-irradiation. Yakugaku-Zasshi 1990; 110: 876-84.

15. Sekiguchi T, Nagamine T. Inhibition of free radical generation by biotin. Biochemical Pharmacology 1994; 3: 594-6.

16. Tamou S, Trott Kr. Modification of late radiation damage in the rectum of rats by deproteinized calf blood serum and pentoxifilline. Strahlenther-Onkol 1994; 170: 415-20.

17. Umegaki K, Aoki S, Esashi T. Whole body X ray irradiation to mice decreases ascorbic acid concentration in bone marrow: comparision between ascorbic acid and vitamin E. Free Radic Biol Med 1995; 19: 493-7.


ADRES DO KORESPONDENCJI

dr Grzegorz Andryskowski

Zakład Medycyny Nuklearnej

Wojskowej Akademii Medycznej

ul. Żeromskiego 113

90-549 Łódź