Los antioxidantes son sustancias químicas ( moléculas , iones , radicales) o agentes físicos que retardan o previenen la oxidación de otras sustancias. La oxidación es una reacción química que transfiere electrones de una sustancia a un oxidante .
Las reacciones de oxidación pueden producir radicales libres , responsables de iniciar una reacción en cadena que daña las células ; los antioxidantes terminan estas reacciones en cadena al actuar sobre los radicales intermedios e inhibir otras reacciones de oxidación al oxidarse ellos mismos. Como resultado, los antioxidantes se definen químicamente como agentes reductores , como los tioles o los polifenoles , ya que las reacciones químicas involucradas son redox .
Si bien las reacciones de oxidación son críticas para la vida, pueden ser igual de dañinas; por lo tanto, las plantas y los animales mantienen sistemas complejos de múltiples tipos de antioxidantes, como el glutatión , la vitamina C y la vitamina E , así como enzimas como la catalasa , la superóxido dismutasa y varias peroxidasas . Los niveles demasiado bajos de antioxidantes o la inhibición de las enzimas antioxidantes provocan estrés oxidativo y pueden dañar o matar las células.
Así como el estrés oxidativo podría ser la causa de muchas enfermedades humanas, el uso de antioxidantes en farmacología ha sido intensamente estudiado, particularmente en el tratamiento de accidentes cerebrovasculares y enfermedades neurodegenerativas ; pero no se sabe si el estrés oxidativo es la causa o la consecuencia de estas enfermedades. Los antioxidantes se utilizan ampliamente como ingredientes en complementos alimenticios con la esperanza de mantener el bienestar físico y prevenir enfermedades como el cáncer y las enfermedades coronarias . Si bien algunos estudios han sugerido que la suplementación con antioxidantes tiene beneficios para la salud, muchos otros estudios de investigación médica no han encontrado ningún beneficio para las formulaciones probadas, mientras que la suplementación excesiva puede ser perjudicial. [1] Además de estos usos en medicina, los antioxidantes tienen muchos usos industriales, por ejemplo, como conservantes en alimentos y cosméticos y en la prevención de la degradación del caucho y la gasolina .
El término antioxidante (también "antioxígeno") se usó originalmente para referirse específicamente a un compuesto químico que evitaba el consumo de oxígeno. Se dedicaron extensos estudios a fines del siglo XIX y principios del XX al uso de antioxidantes en importantes procesos industriales, como la prevención de la corrosión de metales , la vulcanización del caucho y la polimerización de combustibles en el ensuciamiento de motores de combustión interna . [2]
Las investigaciones recientes sobre el papel de los antioxidantes en biología se centran en su uso para prevenir la oxidación de las grasas no saturadas , que es la causa del enranciamiento . [3] La actividad antioxidante se puede medir simplemente colocando la grasa en un recipiente cerrado en presencia de O 2 y midiendo la cantidad de O 2 consumida. Sin embargo, fue la identificación de las vitaminas A , C y E como antioxidantes lo que revolucionó el campo de estudio y condujo a la toma de conciencia de la importancia de los antioxidantes en la bioquímica de los organismos vivos. [4] [5]
El posible mecanismo de acción de los antioxidantes se exploró por primera vez cuando se identificó que una sustancia con actividad antioxidante es también una sustancia que se oxida rápidamente. [6] La investigación sobre cómo la vitamina E previno el proceso de peroxidación de lípidos condujo a la identificación de antioxidantes como agentes reductores que prevenían las reacciones oxidativas, a menudo buscando especies reactivas de oxígeno antes de que pudieran dañar las células. [7]
Una paradoja en el metabolismo es que mientras que la mayoría de los organismos complejos requieren O 2 para su existencia, este último es una molécula altamente reactiva que daña a los organismos vivos al producir especies reactivas de oxígeno . [8] En consecuencia, los organismos contienen una red compleja de metabolitos y enzimas que funcionan de forma sinérgica para prevenir el daño oxidativo a los componentes celulares como el ADN , las proteínas y los lípidos . [9] [10] En general, los sistemas antioxidantes previenen la formación de estas especies oxidantes o las eliminan antes de que puedan dañar los componentes vitales de las células. [8] [9]
Las especies reactivas de oxígeno producidas en las células incluyen peróxido de hidrógeno (H 2 O 2 ), ácido hipocloroso (HClO) y radicales libres como el radical hidroxilo (OH •) y el anión superóxido (O 2 - ). [11] El radical hidroxilo es particularmente inestable y reacciona rápidamente y de forma no selectiva con la mayoría de las moléculas biológicas. Esta especie se produce a partir de peróxido de hidrógeno en reacciones redox catalizadas por metales , como la reacción de Fenton . [12] Estos oxidantes pueden dañar las células al iniciar reacciones químicas en cadena, como la peroxidación de lípidos , o al oxidar el ADN o las proteínas . [9] El daño al ADN puede causar mutaciones genéticas y cáncer si no se repara mediante mecanismos de reparación del ADN , [13] [14] mientras que el daño a las proteínas causa inhibición enzimática , desnaturalización y degradación de las proteínas . [15]
El uso de O 2 como parte del proceso de generación de energía metabólica produce especies reactivas de oxígeno. [16] En este proceso, el anión superóxido se produce en diferentes etapas de la cadena de transporte de electrones . [17] La reducción de la coenzima Q en el complejo III es particularmente importante, ya que se forma un radical altamente reactivo (Q • - ) como intermediario; este intermedio inestable puede conducir a un "derrame" de electrones cuando los electrones saltan directamente sobre la molécula de O 2 y forman el anión superóxido, en lugar de moverse a lo largo de la serie de reacciones controladas de la cadena de transporte de electrones. [18] En reacciones similares que ocurren en las plantas, también se producen especies reactivas de oxígeno durante la fotosíntesis de la clorofila en condiciones de luz brillante. [19] Este efecto se ve parcialmente compensado por la participación de los carotenoides en la fotoinhibición , que implica la reacción de estos antioxidantes con formas sobre-reducidas de los centros de reacción fotosintéticos y, por lo tanto, previene la producción de superóxido. [20] [21]
El oxígeno es un poderoso oxidante cuya acumulación en la atmósfera terrestre es el resultado del desarrollo de la fotosíntesis, que comenzó hace más de 3 mil millones de años, en las cianobacterias (algas verdeazuladas), que fueron los primeros organismos fotosintéticos en producir cantidades significativas de oxígeno. y radicales libres. Las algas marinas han acumulado, como primeros antioxidantes, minerales inorgánicos como rubidio, vanadio, zinc, hierro, cobre, molibdeno, selenio y yodo [23] , que son oligoelementos esenciales de las metaloenzimas redox. Hace unos 500-300 millones de años, las plantas fotosintéticas productoras de oxígeno y los animales marinos comenzaron, por primera vez, a trasladarse del mar a los ríos y luego al medio ambiente terrestre. Por lo tanto, la deficiencia de sus primitivos antioxidantes marinos representó un desafío para la evolución de la vida en la tierra [24] . Para la defensa, las plantas terrestres han comenzado lentamente a producir nuevos antioxidantes "endógenos" como el ácido ascórbico, retinoides, tocoferoles, etc. y algunas enzimas, y también, hace unos 200-50 millones de años, polifenoles, carotenoides, flavonoides, etc., en frutos y flores de plantas angiospermas. Algunas de estas se han convertido en "vitaminas" imprescindibles en la dieta de los animales terrestres (vitaminas C, A, E, etc.).
Los antioxidantes se clasifican en dos grandes divisiones, dependiendo de si son solubles en agua ( hidrofílicos ) o lípidos ( hidrofóbicos ). En general, los antioxidantes solubles en agua reaccionan con los oxidantes en el citoplasma y el plasma celular , mientras que los antioxidantes solubles en grasa protegen las membranas celulares de la peroxidación lipídica . [9] Estos compuestos pueden ser sintetizados por el cuerpo humano u obtenidos de la dieta. [10] Diferentes antioxidantes están presentes en los fluidos y tejidos corporales en una amplia gama de contracciones, como el glutatión y la ubiquinona que se encuentran principalmente en las células, mientras que otros, como el ácido úrico, se distribuyen uniformemente por todo el cuerpo (consulte la tabla a continuación).
La importancia relativa y las interacciones entre estos diferentes antioxidantes es un área compleja, con varios metabolitos y sistemas enzimáticos que tienen efectos sinérgicos e interdependientes. [25] [26] La acción de un oxidante puede depender del correcto funcionamiento de los otros miembros del sistema antioxidante. [10] Por lo tanto, la cantidad de protección proporcionada por un antioxidante depende de su concentración, su reactividad hacia las especies reactivas de oxígeno particulares consideradas y el estado de los antioxidantes con los que interactúa. [10]
Algunos compuestos contribuyen a la defensa que brindan los antioxidantes al quelar los metales de transición impidiendo así el efecto catalítico que brindan en la producción de radicales libres en la célula. Particularmente importante es la capacidad de secuestrar hierro, funcional a las proteínas utilizadas para transportar el hierro en el cuerpo ( proteínas de unión a hierro ), como la transferrina y la ferritina . [27] El selenio y el zinc se consideran comúnmente nutrientes antioxidantes, pero estos químicos no tienen una acción antioxidante per se, sino que son necesarios para la actividad antioxidante de algunas enzimas. En cambio , el yodo , como el yoduro (I-), ha mostrado una acción antioxidante directa primitiva. [23] [28] [29]
Antioxidante de metabolitos | Solubilidad | Concentración en suero humano (μM) [30] | Concentración en tejido hepático (μmol/kg) |
---|---|---|---|
Ácido ascórbico (vitamina C) | Cascada | 50 - 60 [31] | 260 (humano) [32] |
glutatión | Cascada | 325 - 650 [33] | 6400 (humanos) [32] |
Ácido lipoico | Cascada | 0,1 - 0,7 [34] | 4 - 5 (rata) [35] |
Ácido úrico | Cascada | 200 - 400 [36] | 1600 (humano) [32] |
carotenos | lípidos | β-caroteno : 0,5 - 1 [37] | 5 (humanos, carotenoides totales) [39] |
α-tocoferol (vitamina E) | lípidos | 10 - 40 [38] | 50 (humano) [32] |
Ubiquinol (coenzima Q) | lípidos | 5 [40] | 200 (humano) [41] |
El ácido ascórbico o " vitamina C " es un monosacárido antioxidante que se encuentra tanto en animales como en plantas . En humanos no se puede sintetizar tal cual y debe ser introducido en la dieta. [42] Muchos otros animales son capaces de producir este compuesto en sus cuerpos y no lo necesitan en sus dietas. [43] En las células, se retiene en su forma reducida por reacción con el glutatión, que puede ser catalizado por disulfuro isomerasa y glutaredoxinas . [44] [45] El ácido ascórbico es un agente reductor y puede reducir y, en consecuencia, neutralizar las especies reactivas del oxígeno, como el peróxido de hidrógeno. [46] Además de sus efectos antioxidantes, el ácido ascórbico es un sustrato para la enzima antioxidante ascorbato peroxidasa , una función particularmente importante en la resistencia de las cepas de plantas. [47]
El glutatión es un péptido que contiene cisteína que se encuentra en muchas formas de vida aeróbica. [48] Como se sintetiza en las células a partir de sus constituyentes, los aminoácidos , no se requiere en la dieta. [49] El glutatión conserva sus propiedades antioxidantes siempre que el grupo tiol presente en la cisteína sea un agente reductor y pueda oxidarse y reducirse de forma reversible. En las células, el glutatión se mantiene en forma reducida por la enzima glutatión reductasa y, a su vez, reduce otros metabolitos y sistemas enzimáticos al reaccionar directamente con los oxidantes. [44] Debido a su alta concentración y su papel central en el mantenimiento de la célula en el estado redox, el glutatión es uno de los antioxidantes celulares más importantes, así como uno de los más potentes. [48]
La melatonina es un potente antioxidante que puede atravesar fácilmente las membranas celulares y la barrera hematoencefálica . [50] A diferencia de otros antioxidantes, la melatonina no pasa por un ciclo redox , que es la capacidad de una molécula para sufrir reducciones y oxidaciones repetidas . El ciclo redox puede permitir que otros antioxidantes (como la vitamina C ) actúen como prooxidantes y promuevan la formación de radicales libres . Una vez oxidada, la melatonina ya no puede reducirse a su estado anterior porque forma numerosos productos finales estables cuando reacciona con los radicales libres. Por lo tanto, se le conoce como un antioxidante terminal (o suicida). [51]
La vitamina E es el nombre colectivo de un conjunto de ocho tocoferoles y tocotrienoles relacionados , que son vitaminas antioxidantes liposolubles. [52] De estos, el α-tocoferol ha sido el más estudiado, dada su alta biodisponibilidad en el organismo, que preferentemente absorbe y metaboliza esta forma. [53] La forma de α-tocoferol es el antioxidante liposoluble más importante y protege las membranas celulares de la oxidación al reaccionar con los radicales lipídicos producidos en la reacción en cadena de la peroxidación lipídica . [52] Elimina los radicales libres intermedios y evita que continúe la reacción de propagación. Los radicales α-tocoferoxilo oxidados producidos en este proceso pueden restaurarse a la forma activa reducida por reducción con ascorbato, retinol o ubiquinona. [54] Las funciones de otras formas de vitamina E han sido menos estudiadas, aunque el γ-tocoferol es un nucleófilo que puede reaccionar con electrófilos mutagénicos , [53] y los tocotrienoles pueden tener un papel específico en la neuroprotección. [55]
Los antioxidantes que son agentes reductores también pueden actuar como prooxidantes . Por ejemplo, la vitamina C tiene actividad antioxidante cuando reduce sustancias oxidantes como el peróxido de hidrógeno , [56] pero también puede reducir los iones metálicos que conducen a la generación de radicales libres a través de la reacción de Fenton . [57] [58]
2 Fe 3+ + ascorbato → 2 Fe 2+ + deshidroascorbato 2 Fe 2+ + 2 H 2 O 2 → 2 Fe 3+ + 2 OH • + 2 OH -La importancia relativa de las actividades antioxidantes y prooxidantes de los antioxidantes es un área de investigación actual, pero la vitamina C, por ejemplo, parece tener mayor actividad antioxidante en el cuerpo. [57] [59] Sin embargo, aún hay menos información disponible sobre otros antioxidantes dietéticos, como los polifenoles antioxidantes , [60] el zinc [61] y la vitamina E. [62]
Al igual que con los compuestos químicos antioxidantes, las células también están protegidas contra el estrés oxidativo, gracias a una red interactiva de enzimas antioxidantes. [8] [9] Aquí, el superóxido liberado por procesos como la fosforilación oxidativa se convierte primero en peróxido de hidrógeno y luego se reduce a agua. Esta vía de desintoxicación metabólica es el resultado de la acción de múltiples enzimas, con superóxido dismutasas catalizando la primera etapa y luego catalasa y varias peroxidasas eliminando el peróxido de hidrógeno. Al igual que con los metabolitos antioxidantes, las contribuciones de estas enzimas son difícilmente separables entre sí, pero la generación de ratones transgénicos con una sola enzima antioxidante puede ser informativa. [63]
Las superóxido dismutasas (SOD) son una clase de enzimas estrechamente relacionadas que catalizan la descomposición del anión superóxido en dioxígeno O 2 y peróxido de hidrógeno H 2 O 2 . [64] [65] Las enzimas SOD están presentes en casi todas las células aeróbicas y en los fluidos extracelulares. [66] Contienen iones metálicos como cofactores que, dependiendo de la isoenzima, pueden ser cobre , zinc , manganeso o hierro . En los seres humanos, la SOD de cobre/cinc (SOD1) está presente en el citosol , mientras que la SOD de manganeso (SOD2) está presente en las mitocondrias [65]. También existe una tercera forma de SOD en los fluidos extracelulares (SOD3) , que contiene cobre y zinc. en sus sitios activos. [67] La isoenzima micondrial parece ser biológicamente la más importante de estas tres, ya que los ratones que carecen de esta enzima mueren poco después del nacimiento. [68] Por el contrario, la generación de ratones que carecen de SOD de cobre/zinc es posible pero presentan baja fertilidad, mientras que los ratones sin SOD extracelular tienen defectos mínimos. [63] [69] En las plantas, las enzimas SOD están presentes en el citosol y las mitocondrias, con un hierro SOD que se encuentra en los cloroplastos que está ausente en los vertebrados y la levadura . [70]
Las catalasas son enzimas que catalizan la conversión de peróxido de hidrógeno H 2 O 2 en agua H 2 O y dioxígeno O 2 , utilizando hierro y manganeso como cofactores. [71] [72] Esta proteína se localiza en el peroxisoma de muchas células eucariotas . [73] La catalasa es una enzima inusual porque, aunque el peróxido de hidrógeno es su único sustrato, sigue un mecanismo de ping-pong . [74] A pesar de su aparente importancia en la eliminación del peróxido de hidrógeno, los seres humanos con una deficiencia genética de catalasa - " acatalasemia " - sufren pocos efectos de la enfermedad. [75] [76]
Las peroxirredoxinas son peroxidasas que catalizan la reducción de peróxido de hidrógeno, peróxidos orgánicos y peroxinitritos . [78] Se dividen en tres clases: peroxirredoxinas de 2-cisteína típicas, peroxirredoxinas de 2-cisteína atípicas y peroxirredoxinas de 1-cisteína. [79] Estas enzimas comparten el mismo mecanismo catalítico básico, en el cual la cisteína redox activa ( la cisteína peroxídica) en el sitio activo es oxidada a ácido sulfínico por el sustrato de peróxido. [80] Las peroxirredoxinas parecen ser importantes en el metabolismo antioxidante, ya que los ratones que carecen de peroxirredoxina 1 o 2 tienen una vida corta y sufren de anemia hemolítica , mientras que las plantas usan peroxirredoxinas para eliminar el peróxido de hidrógeno generado en los cloroplastos. [81] [82] [83]
El sistema de tiorredoxina contiene la proteína tiorredoxina 12-k Da y la tiorredoxina reductasa . [84] Las proteínas relacionadas con la tiorredoxina están presentes en todos los organismos secuenciales, entre los cuales plantas como Arabidopsis thaliana tienen una gran y particular diversidad de isoformas . [85] El sitio activo de la tiorredoxina consta de dos cisteínas adyacentes como parte de una secuencia genética CXXC altamente conservadora que puede pasar de la forma de ditiol (reducida) a la forma de disulfuro oxidado . En su estado activo, la tiorredoxina actúa como un reductor eficiente, buscando especies reactivas de oxígeno y manteniendo otras proteínas en su estado reducido. [86] Después de ser oxidada, la tiorredoxina activa es regenerada por la acción de la tiorredoxina reductasa, utilizando NADPH como donador de electrones . [87]
El sistema de glutatión incluye glutatión , glutatión reductasa , glutatión peroxidasa y glutatión S - transferasa . [48] Este sistema se encuentra en animales, plantas y microorganismos. [48] [88] La glutatión peroxidasa es una enzima que contiene cuatro cofactores de selenio que catalizan la descomposición del peróxido de hidrógeno y los hidroperóxidos orgánicos . Hay al menos cuatro isoenzimas de glutatión peroxidasa diferentes en animales. [89] La glutatión peroxidasa 1 es la más abundante y es un eliminador eficaz del peróxido de hidrógeno, mientras que la glutatión peroxidasa 4 es muy activa con los hidroperóxidos lipídicos. Sorprendentemente, la glutatión peroxidasa 1 no es esencial, ya que los ratones que carecen de esta enzima tienen un curso de vida normal, [90] pero muestran hipersensibilidad al estrés oxidativo inducido. [91] Además, las glutatión S -transferasas son otra clase de enzimas antioxidantes dependientes de glutatión que muestran una gran actividad con los peróxidos de lípidos. [92] Estas enzimas están presentes en niveles particularmente altos en el hígado y también sirven en el metabolismo de desintoxicación . [93]
Se cree que el estrés oxidativo contribuye al desarrollo de una amplia gama de enfermedades, incluida la enfermedad de Alzheimer , [94] [95] la enfermedad de Parkinson , [96] las enfermedades causadas por la diabetes [97] [98] la artritis reumatoide , [99] y la neurodegeneración en la esclerosis lateral amiotrófica . [100] En muchos de estos casos, no está claro si los oxidantes desencadenan la enfermedad o si se producen como consecuencia de la enfermedad y causan sus síntomas ; [11] como alternativa plausible, una enfermedad neurodegenerativa puede ser el resultado de una defección en el transporte axoplásmico de la mitocondria, que lleva a cabo reacciones oxidativas. Un caso en el que este vínculo es bien conocido es el papel del estrés oxidativo en la enfermedad cardiovascular . Aquí, la oxidación de las lipoproteínas de baja densidad (LDL) parece llevar a cabo el proceso de aterogénesis , que conduce a la aterosclerosis y, en última instancia, a la enfermedad cardiovascular. [101] [102]
Una dieta baja en calorías prolonga la esperanza de vida media y máxima en muchos animales. Este efecto puede conducir a una reducción del estrés oxidativo. [103] Mientras que el papel del estrés oxidativo en el envejecimiento en organismos modelo como Drosophila melanogaster y Caenorhabditis elegans es evidente , [104] [105] en mamíferos es menos claro. [106] [107] [108] Las dietas que implican un alto consumo de frutas y verduras, en las que la cantidad de antioxidantes es alta, promueven el bienestar físico y reducen los efectos del envejecimiento, incluso si el suplemento vitamínico antioxidante no tiene un efecto detectable en el proceso de envejecimiento; por lo tanto, los efectos de las frutas y verduras pueden no estar relacionados con su contenido de antioxidantes. [109] [110]
El cerebro solo es vulnerable al daño oxidativo, debido a su alta tasa metabólica y sus altos niveles de lípidos poliinsaturados, el objetivo de la peroxidación lipídica. [111] En consecuencia, los antioxidantes se utilizan comúnmente como fármacos en el tratamiento de diversas formas de daño cerebral. Aquí, los imitadores de la superóxido dismutasa [112], el tiopental sódico y el propofol se usan para tratar el daño debido a la reanudación de la circulación sanguínea después de la isquemia y para tratar lesiones graves en la cabeza , [113] mientras que los fármacos experimentales NXY-059 [114] [115] y ebselen [116] se han aplicado en el tratamiento de accidentes cerebrovasculares . Estos compuestos parecen prevenir el estrés oxidativo en las neuronas, prevenir la apoptosis y diversos daños neurológicos. Los antioxidantes también se han investigado como posibles tratamientos para enfermedades neurodegenerativas como la enfermedad de Alzheimer, la enfermedad de Parkinson y la esclerosis lateral amiotrófica . [117] [118]
Los antioxidantes pueden eliminar los efectos dañinos que los radicales libres tienen sobre las células [9] , y las personas que comen frutas y verduras ricas en polifenoles y antocianinas tienen un menor riesgo de padecer cáncer, enfermedades cardiovasculares y algunas enfermedades neurológicas. [119] Esta observación sugiere que estos compuestos pueden prevenir afecciones como la degeneración macular , [120] la disminución de las defensas inmunitarias después de una nutrición deficiente [121] y la neurodegeneración , que son consecuencia del estrés oxidativo. [122] A pesar del papel claro del estrés oxidativo en la enfermedad cardiovascular, los estudios controlados que utilizan vitaminas antioxidantes han demostrado que no hay una reducción significativa ni en el desarrollo ni en la progresión de la enfermedad cardíaca. [123] [124] Esto sugiere que otras sustancias en frutas y verduras (posiblemente flavonoides ) explican, al menos parcialmente, la mejora del bienestar cardiovascular en quienes consumen más frutas y verduras. [125]
Se cree que la oxidación de las lipoproteínas de baja densidad en la sangre contribuye a las enfermedades cardíacas, y los primeros estudios han demostrado que las personas que toman suplementos de vitamina E tienen un menor riesgo de desarrollar enfermedades cardíacas. [126] En consecuencia, se han realizado al menos siete grandes ensayos clínicos para probar los efectos de la suplementación antioxidante con vitamina E, en dosis que oscilan entre 50 y 600 mg por día; pero ninguno de estos experimentos demostró estadísticamente un efecto significativo de la vitamina E en el total de muertes por enfermedades del corazón. [127]
Mientras que numerosos experimentos han investigado los suplementos con altas dosis de antioxidantes, los estudios de " Supplémentation en Vitamines et Mineraux Antioxydants" (SU.VI.MAX) han probado el efecto de la suplementación con dosis comparables a las de una dieta saludable. [128] Más de 12 500 hombres y mujeres franceses tomaron una dosis baja de antioxidantes (120 mg de ácido ascórbico, 30 mg de vitamina E, 6 mg de betacaroteno, 100 g de selenio y 20 mg de zinc) y placebo pastillas por un periodo de 7 años y medio. Los investigadores encontraron que no existe un efecto estadísticamente significativo de los antioxidantes sobre la supervivencia general, el cáncer o la enfermedad cardiaca. Sin embargo, un subgrupo analizado mostró una reducción del 31 % en el riesgo de cáncer en los hombres, pero no en las mujeres.
Muchas empresas de alimentos y nutracéuticos actualmente venden formulaciones antioxidantes como complementos alimenticios, que se utilizan ampliamente en los países industrializados. [129] Estos suplementos pueden incluir antioxidantes específicos, como el resveratrol (de las uvas), combinaciones de antioxidantes, como los productos "ACES" que contienen betacaroteno (provitamina A ), vitamina C , vitamina E y selenio , o hierbas particulares conocido por su contenido de antioxidantes como el té verde y Gynostemma pentaphyllum . Si bien se requiere un cierto nivel de vitaminas y minerales antioxidantes en la dieta para lograr el bienestar, existe una duda considerable de que la suplementación con antioxidantes sea beneficiosa e, incluso si es cierto, qué antioxidantes son beneficiosos y en qué cantidad. [119] [130] [131]
Durante el ejercicio, el consumo de O 2 también puede aumentar en más de un factor de 10. [132] Esto conduce a un gran aumento en la producción de oxidantes, lo que conduce a un daño que contribuye a la fatiga muscular durante y después del esfuerzo físico. La inflamación que se produce después de un ejercicio extenuante también está asociada con el estrés oxidativo, especialmente en las 24 horas posteriores a una sesión de ejercicio. La respuesta del sistema inmunitario al daño alcanza su punto máximo de 2 a 7 días después del esfuerzo. Durante este proceso, los neutrófilos producen radicales libres para eliminar los tejidos dañados. Como resultado, los niveles excesivos de antioxidantes tienen el potencial de inhibir los mecanismos de recuperación y adaptación. [133]
Los beneficios obvios de un suplemento antioxidante durante el esfuerzo físico son múltiples. Es muy evidente que una de las adaptaciones resultantes de los ejercicios es un fortalecimiento de las defensas antioxidantes del organismo, en particular en el sistema del glutatión, de acuerdo con el aumento del estrés oxidativo. [134] Es posible que este efecto sea una extensión de la protección contra las enfermedades asociadas al estrés oxidativo, lo que explicaría en parte la baja incidencia de las principales enfermedades y la mejor salud de quienes hacen ejercicio regularmente. [135]
Sin embargo, no se observa ningún beneficio en los atletas que toman suplementos de vitamina A o E. [136] Por ejemplo, a pesar de su papel clave en la prevención de la peroxidación de la membrana lipídica, seis semanas de suplementos de vitamina E no tienen ningún efecto sobre el daño muscular en los corredores de maratón. . [137] Si bien no parece haber una mayor necesidad de vitamina C en los atletas, es bastante evidente que la suplementación con vitamina C aumenta la cantidad de ejercicio intenso que se puede hacer y tomar un suplemento de vitamina C antes del esfuerzo físico puede reducir el daño muscular. [138] [139] Sin embargo, otros estudios no han encontrado estos efectos, y algunas investigaciones sugieren que la suplementación con cantidades superiores a 1000 mg inhibe la recuperación. [140]
Los ácidos que son agentes reductores relativamente fuertes pueden tener efectos antinutricionales al reaccionar con los minerales de la dieta como el hierro y el zinc en el tracto gastrointestinal e impedir su absorción. [141] Ejemplos notables son el ácido oxálico , los taninos y el ácido fítico , que están presentes en grandes cantidades en la dieta basada en plantas. [142] Las deficiencias de calcio y hierro son frecuentes en las dietas de quienes viven en países en desarrollo , donde se consume menos carne y hay un alto consumo de ácido fítico de frijoles y trigo. [143]
Alimentos | Ácido reductor presente |
---|---|
Cacao y chocolate , espinacas , nabos y ruibarbo [144] | Ácido oxálico |
Trigo , maíz , legumbres [145] | Ácido fítico |
Té , frijoles , repollo [144] [146] | taninos |
Los antioxidantes no polares como el eugenol , uno de los principales componentes del aceite esencial obtenido del clavo , tienen límites de toxicidad que pueden superarse con el abuso de aceites esenciales sin diluir. [147] La toxicidad asociada con altas dosis de antioxidantes solubles en agua, como el ácido ascórbico, es menos preocupante, ya que estos compuestos pueden excretarse rápidamente en la orina . [148] Sin embargo, lo que es más serio, las altas dosis de algunos antioxidantes pueden ser dañinas a largo plazo. El ensayo de eficacia de betacaroteno y retinol (CARET) de pacientes con cáncer de pulmón ha demostrado que los fumadores que toman suplementos de betacaroteno y vitamina A aumentan la tasa de cáncer de pulmón. [149] Estudios posteriores han confirmado estos efectos adversos en sujetos CARET. [150]
Estos efectos nocivos también pueden ocurrir en los no fumadores, como lo demuestra un metaanálisis reciente que incluye datos de aproximadamente 230 000 pacientes; Los suplementos de β-caroteno, vitamina A o vitamina E están relacionados con una mayor mortalidad, pero no se observan efectos significativos de la vitamina C. [151] No se observaron riesgos para la salud cuando se revisaron todos los estudios aleatorios en su conjunto, se detectó solo cuando los experimentos de riesgo de alta calidad y sesgo bajo se examinaron por separado. Dado que la mayoría de estos experimentos de bajo sesgo se realizaron en personas mayores y en personas que ya tenían enfermedades, estos resultados no se pueden aplicar a la población general. [152] Estos resultados están de acuerdo con algunos metanálisis previos que también sugirieron que los suplementos de vitamina E aumentan la mortalidad, [153] y que los suplementos antioxidantes aumentan el riesgo de cáncer de colon. [154] Sin embargo, los resultados de estos metanálisis no concuerdan con otros estudios, como SU.VI.MAX, que sugirió que los antioxidantes no tienen ningún efecto sobre las causas de mortalidad. [128] [155] [156] [157] En general, la gran cantidad de ensayos clínicos realizados con suplementos antioxidantes sugiere que estos productos no tienen efectos sobre la salud y que causan un ligero aumento de la mortalidad en las personas mayores o en la población vulnerable. . [119] [130] [151]
Si bien la suplementación con antioxidantes se usa ampliamente en un esfuerzo por prevenir el desarrollo del cáncer, se ha sugerido que los antioxidantes pueden, paradójicamente, interferir con los tratamientos contra el cáncer. [158] Se cree que esto sucede porque el entorno de las células cancerosas provoca altos niveles de estrés oxidativo, lo que hace que estas células sean más susceptibles a un mayor estrés oxidativo inducido por el tratamiento. Como resultado, se cree que los suplementos antioxidantes reducen la eficacia de la radioterapia y la quimioterapia al reducir el estrés redox en las células cancerosas . [159] Esta preocupación, sin embargo, parece ser inválida, como lo indican múltiples ensayos clínicos que indican que los antioxidantes son neutrales y beneficiosos en la terapia del cáncer. [160] [161]
La medición de antioxidantes no es un proceso lineal, ya que este es un grupo de compuestos con diferentes reactividades para diferentes especies reactivas de oxígeno. En agronomía , la capacidad de absorción de radicales de oxígeno (ORAC) se ha convertido en el estándar actual de la industria para estimar la fuerza de un antioxidante en alimentos, jugos y aditivos alimentarios. [162] [163] Otras pruebas de medición incluyen el reactivo de Folin-Ciocalteu y el ensayo de capacidad antioxidante equivalente de Trolox . [164] En medicina, se utilizan varios ensayos diferentes para estimar la capacidad antioxidante del plasma sanguíneo y, de estos, el ensayo ORAC puede ser el más fiable. [165] , aunque se basa en pruebas in vitro y no en la biodisponibilidad.A nivel de análisis químico para la determinación del poder antioxidante de un compuesto se utilizan diferentes métodos que, utilizando diferentes reactivos, muchas veces no proporcionan el mismo correspondencia. Entre los métodos químicos los más utilizados son:
Los antioxidantes se encuentran en cantidades variables en alimentos como verduras, frutas, cereales, legumbres y frutos secos. Algunos antioxidantes, como el licopeno y el ácido ascórbico, pueden destruirse con un almacenamiento prolongado o una cocción prolongada. [166] [167] Otros compuestos antioxidantes son más estables, como los polifenoles antioxidantes en alimentos como el trigo y el té. [168] [169] En general, los alimentos procesados contienen menos antioxidantes que los alimentos frescos o crudos, ya que los procesos de preparación pueden exponer los alimentos al O 2 . [170]
compuestos antioxidantes | Alimentos que contienen altos niveles de estos antioxidantes [146] [171] |
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Vitamina C ( ácido ascórbico ) | frutas y verduras |
Vitamina E ( tocoferoles , tocotrienoles ) | Aceites vegetales |
Antioxidantes polifenólicos ( resveratrol , flavonoides ) | Té , café , soja , orégano , frutas , aceite de oliva , chocolate negro con cacao amargo y vino tinto . |
Carotenoides ( licopeno , caroteno ) | frutas y verduras |
Algunos antioxidantes se producen en el cuerpo y no son absorbidos por el intestino . Un ejemplo es el glutatión, que se produce a partir de aminoácidos . Dado que cada glutatión en el intestino se descompone en cisteína , glicina y ácido glutámico antes de ser absorbido, incluso las dosis orales grandes tienen poco efecto sobre la concentración de glutatión en el cuerpo. [172] La ubiquinona ( coenzima Q ) también se absorbe poco en el intestino y se produce en humanos a través de la vía del ácido mevalónico . [41]
Los antioxidantes se utilizan como aditivos alimentarios para ayudar en la conservación de los alimentos y evitar su deterioro. La exposición al O 2 ya la luz solar son dos de los principales factores en la oxidación de los alimentos; por lo tanto, el alimento se conserva almacenándolo en la oscuridad y sellándolo en recipientes o con películas de calidad alimentaria, o aplicando una capa de cera, como en el caso de los pepinos. Sin embargo, dado que el dioxígeno es importante para la respiración de las plantas, el almacenamiento de materiales vegetales en condiciones anaeróbicas produce olores y colores desagradables. [173] Por este motivo, los envases de frutas y hortalizas frescas contienen alrededor del 8 % de O 2 atmosférico . Los antioxidantes son una clase importante de conservantes porque, a diferencia de la propagación de hongos y bacterias , las reacciones de oxidación aún ocurren con relativa rapidez en los alimentos congelados y refrigerados. [174] Estos conservantes antioxidantes generalmente se catalogan con las iniciales E300-E399 (consulte la entrada de aditivos alimentarios ) e incluyen ácido ascórbico (AA, E300), galato de propilo (PG, E310), tocoferoles (E306), butilhidroquinona terciaria (TBHQ), hidroxitolueno butilado (BHT, E321), lecitinas (E322). [175] [176]
Las moléculas más comúnmente atacadas por la oxidación son las grasas insaturadas ; la oxidación los vuelve rancios . [177] Dado que los lípidos oxidados suelen ser incoloros y suelen tener un sabor desagradable, es fundamental evitar la oxidación en los alimentos ricos en grasas. Por lo tanto, estos alimentos rara vez se conservan para secarlos ; en cambio, se conservan mediante el ahumado , la salazón y la fermentación . Incluso los alimentos bajos en grasas, como las frutas, se rocían con antioxidantes de azufre antes de secarlos al aire. La oxidación a menudo es catalizada por metales, razón por la cual los alimentos grasos como la mantequilla nunca deben envolverse en papel de aluminio ni almacenarse en recipientes de metal. Algunos alimentos grasos, como el aceite de oliva, están parcialmente protegidos de la oxidación debido a su contenido de antioxidantes naturales, pero siguen siendo sensibles a la fotooxidación. [178]
Algunos antioxidantes se agregan a los productos industriales, y su desarrollo se investiga continuamente en química industrial . Un uso común es el de estabilizantes en gasolina y aceites lubricantes para evitar la oxidación, y en la gasolina para evitar la polimerización que da lugar a la formación de residuos no deseados en los motores ( fouling ). [179] También se utilizan para evitar la degradación por oxidación del caucho , los plásticos y los adhesivos , lo que provoca una pérdida de dureza y flexibilidad en estos materiales. [180] Los antioxidantes de los preservativos también se agregan a los cosméticos a base de grasa , como los lápices labiales y los humectantes , para evitar el enranciamiento . Los sistemas más antiguos y tecnológicamente probados son mezclas de ésteres de fosfito y fenoles estéricamente impedidos .
Aditivo | Componentes [181] | Aplicaciones [181] |
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AO-22 | N, N'-di-2-butil-1,4-fenilendiamina | Aceites de turbinas, aceites de transformadores, fluidos hidráulicos , ceras y grasas |
AO-24 | N, N'-di-2-butil-1,4-fenilendiamina | Aceites de baja temperatura |
AO-29 | butilhidroxitolueno | Aceites de turbinas, aceites de transformadores, fluidos hidráulicos, ceras, grasas y gasolinas |
AO-30 | 2,4-dimetil-6-terc-butilfenol | Combustibles y gasolina para aeronaves |
AO-31 | 2,4-dimetil-6-terc-butilfenol | Combustibles y gasolina para aeronaves |
AO-32 | 2,4-dimetil-6-terc-butilfenol y butilhidroxitolueno | Combustibles y gasolina para aeronaves |
AO-37 | 2,6-di-terc-butilfenol | Combustibles y gasolina para aeronaves |