Malo otrova u hrani je dobro za nas Otrov u naslovu – umjetnička sloboda. Zapravo je riječ o tvarima koje se svakodnevno konzumiraju hranom a koje u određenim okolnostima mogu biti štetne. Inače, toksikolozi imaju profesionalnu deformaciju i praktički sve smatraju toksikantima, što je u skladu s genijalnim opažanjem oca toksikologije – Paracelsusa, da je sve otrov i da jedino doza čini razliku između lijeka i otrova. E pa upravo o tome govori i ovo predavanje. Odakle krenuti? Najbolje od samog početka... Malo otrova u hrani je dobro za nas Klapec T. Prehrambeno-tehnološki fakultet, Osijek

Dakle, prije par miljardi godina, kad su u praiskonskoj juhi nastajali prvi organizmi, bili su suočeni s negostoljubivim okolišem. Jasno, danas nam se Zemlja ne čini negostoljubivom, ali to je upravo zato što su svi naše preteče, od prvih bakterija nadalje, tijekom stotina milijuna godina evolucije razvili sustave obrane od štetnih utjecaja. Koji su to? Ionizirajuće i elektromagnetsko zračenje iz svemira, pri čemu je najpoznatije UV zračenje. Poznato je da pretjerano izlaganje UV zračenju može uzrokovati probleme, ali nedostatak ovih sustava zaštite može učiniti opasnim i najmanje izlaganje suncu. XVI. Ružičkini dani. 21. – 23. rujna 2016., Vukovar

Xeroderma pigmentosum Pirimidinski dimeri Xeroderma pigmentosum Primjerice, UV zračenje izaziva oštećenje DNA u stanicama kože stvaranjem tzv. pirimidinskih dimera, što može rezultirati mutacijama uz simptome poput promjena na koži i raka kože. Međutim, velika većina ljudi je potpuno otporna na to jer ima niz bjelančevina koje ovakve promjene na DNA prepoznaju i popravljaju. Xeroderma pigmentosum je pak nasljedna bolest kod koje nema ovih bjelančevina zbog mutacija odgovarajućih gena te i minimalno izlaganje UV zračenju izaziva teška oštećenja kože kao što se može vidjeti na slici. XVI. Ružičkini dani. 21. – 23. rujna 2016., Vukovar

Što je još u rano evolucijsko doba moglo naškoditi prvim organizmima, naročito kemijske tvari slične onima koje se mogu pronaći u hrani? Osim zračenja iz svemira, dobar dio zračenja dolazi iz neposrednog okoliša, raspadom radioaktivnih elemenata. Npr. svatko u tijelu ima više od trilijun atoma uranija koje unosimo hranom i stotine ih se raspada svaki dan. Međutim, ta razina zračenja nije opasna zbog sustava zaštite koje smo naslijedili tijekom evolucije. Također, niz anorganskih tvari, najozloglašeniji su vjerojatno teški metali, te organskih spojeva se može nakupljati i oštetiti ključne molekule poput bjelančevina i nukleinskih kiselina. Jasno, sve ovo je postalo znatno složenije povećavanjem raznovrsnosti živog svijeta koji su i sami počeli proizvoditi toksine u predatorske svrhe, kao obranu ili kombinacije napada i obrane (poput mikotoksina plijesni, algalnih toksina, toksina pauka, zmija, pčela, itd.). Dakle, već pioniri evolucije su morali razviti sustave koji sprječavaju ulazak različitih tvari u stanice, koji ih metaboliziraju, izlučuju i popravljaju štetu koju one eventualno učine, a tijekom evolucijske povijesti su ovi sustavi postali znatno sofisticiraniji i učinkovitiji, prilagođeni organizmu i okolišu u kojem živi. XVI. Ružičkini dani. 21. – 23. rujna 2016., Vukovar

Nrf2 Eto, nismo toliko bespomoćni u zaštiti od kemikalija kao što dosta ljudi misli, međutim kako točno funkcionira detekcija, zaštita i popravak štete u kontekstu izlaganja tvarima iz vode i hrane? Svima je jasna uloga kože, jetre, bubrega ili pluća u neutralizaciji toksikanata, ali da bismo razumjeli interakciju tijela i kemikalija, moramo se spustiti na molekularnu razinu. Postoji, naravno, velik broj različitih staničnih molekula koje posreduju u reakciji na strane tvari, ali ovdje ću za primjer uzeti jednu molekulu u stanici o kojoj se dosta zna i koja reagira na veći broj različitih sastojaka hrane. Riječ je o transkripcijskom faktoru Nrf2. Možemo reći da je ta molekula veza između izloženosti stranoj tvari i odgovora organizma, tj. kao svi transkripcijski faktori, nakon aktivacije toksikantima aktivira ekspresiju niza gena kojima se organizam brani od toksikanata. Nrf2 se nalazi u citoplazmi i ako nema toksikanata, nalazi se u inaktivnom obliku tj. povezan je s represorskim proteinima (Keap1). Prisustvo toksikanata (elektrofila i prooksidanasa) dovodi do njihovog vezanja za represore i disocijacije Nrf2 koji potom odlazi u staničnu jezgru i veže se za promotorsku regiju većeg broja različitih gena čime im potiče ekspresiju. Riječ je o genima za enzime koji metaboliziraju toksikante, genima za antioksidantne enzime, za one koji sintetiziraju GSH (najvažniji stanični antioksidans), za proteine koji izbacuju toksikante i metabolite iz stanica, te za proteine koji popravljaju štetu na molekulama ili recikliraju oštećene proteine. Ove molekule nisu jako selektivne što znači da mogu reagirati s velikim rasponom različitih stranih tvari. Još jednom, aktivacijom Nrf2 se strane tvari brže razgrađuju i izlučuju, bolje se branimo od oksidativnog stresa, te se učinkovitije popravlja šteta koju strane tvari uzrokuju u organizmu. Očito, bilo bi dobro nekako potaknuti razine ove molekule.. Kako? Što se hrane tiče, najvažniji stimulatori su niske doze fitokemikalija, poput polifenola ili glukozinolata. Govorimo, dakle, o prirodnim sastojcima voća i povrća.. koji su toksični?? XVI. Ružičkini dani. 21. – 23. rujna 2016., Vukovar

Odgovor na ovo pitanje je – da Odgovor na ovo pitanje je – da. Dobro, ne baš poput cijanida, ali uzmimo za primjer polifenole - uloga većine tih spojeva je obrana od predatora (biljke ne vole bit pojedene). Postoji puno različitih fitokemikalija koje ovako djeluju te ih pojedini autori nazivaju biljnim pesticidima. Koncentracije u jestivim biljkama su dovoljne da odvrate prvenstveno mikroorganizme i kukce od pretjerane konzumacije, dok niske doze u prehrani ljudi neće imati snažan štetni učinak. Ipak, ako ove spojeve podvrgnemo istim testovima kojima se provjerava toksičnost sintetskih tvari poput pesticida i aditiva, dobijemo zanimljive rezultate.. XVI. Ružičkini dani. 21. – 23. rujna 2016., Vukovar

Neka svojstva prirodnih, biljnih pesticida Ljudi hranom unose od 5000 do 10000 različitih prirodnih pesticida 38 od 72 fitokemikalije ispitivane u dugotrajnim testovima na karcinogenezu je bilo pozitivno (cca. 50%) Tih 38 karcinogena za glodavce se mogu naći u jabukama, marelicama, kimu, bundevi, mrkvi, cvjetači, celeru, kupusu, prokulicama, višnjama, cimetu, klinčićima, kakau, kavi, grožđu, medu, hrenu, gljivama, zelenoj salati, muškatnom oraščiću, kelju, sezamu, grašku, leći, borovnicama, šljivama, kruškama, itd. itd. Razine ovih spojeva su tisuće puta više od razina ostataka sintetskih pesticida Prosječno se dnevno unosi oko 1500 mg prirodnih i 0,09 mg sintetskih pesticida XVI. Ružičkini dani. 21. – 23. rujna 2016., Vukovar

Ames et al., PNAS 87:7777-7781, 1990 Od 49 prirodnih pesticida i metabolita u kupusu, testirana je nekolicina (označeni na slici), pri čemu se velika većina pokazala karcinogenim i/ili mutagenim. XVI. Ružičkini dani. 21. – 23. rujna 2016., Vukovar

Pržena kava sadrži 800 hlapljivih spojeva 16 od 21 testiranih je karcinogeno za glodavce (76%) Sadrži i nehlapljive karcinogene poput kava kiseline, katehola, hidrokinona, furfurala, benzo[a]pirena, ohratoksina A, i sl., cca. 10 mg po šalici Znači li to da kava ili kupus uzrokuju rak? Ne! Nema dokaza da kava povećava rizik raka nego baš obratno – smanjuje rizik raka jetre i endometrija. Dakle, dobro je piti kavu. XVI. Ružičkini dani. 21. – 23. rujna 2016., Vukovar

Visok unos voća i povrća se povezuje s dvostruko nižim rizikom raka i drugih kroničnih bolesti Block et al., Nutr Cancer 18:1-29, 1992 Kako ispravno interpretirati sve ove činjenice? Bez obzira na zastupljenost i razine biljnih toksikanata, njihov unos uobičajenom prehranom ljudi očito nam čini više koristi nego štete i to poticanjem odgovora na stres tj. aktivacijom staničnih molekula koje će ubrzati razgradnju i izlučivanje toksikanata, neutralizirati oksidativni stres, te popraviti štetu koju strane tvari uzrokuju u organizmu. Poput već spomenutog Nrf2. Konkretnije, za razliku od antioksidativnog učinka u epruveti, polifenoli u organizmu imaju uglavnom slabo prooksidativno djelovanje, time aktiviraju Nrf2 koji će dovesti do pojačane sinteze antioksidantnih enzima i molekula u organizmu te tako imaju ukupno pozitivan učinak. Možemo reći da imaju neizravno antioksidativno djelovanje te, kao niz drugih fitokemikalija, treniraju naše sustave zaštite i popravka. XVI. Ružičkini dani. 21. – 23. rujna 2016., Vukovar

Hormeza Odgovor Ovaj fenomen stimulacije malim dozama toksikanata, ali i drugim vrstama stresa, uočen je u svim živim organizmima i naziva se hormeza. Krivulja veze toksičnog odgovora organizma i doze toksikanta onda ima oblik slova J, pri čemu raspon niskih doza ima stimulativno djelovanje te će toksični odgovor biti manji u odnosu na više, ali i niže doze toksikanta. Vjerojatno ste čuli za izreku ‘što te ne ubije – ojača te’ i hormeza je na tragu toga jer će izloženost malim dozama toksikanta učiniti organizam otpornijim na naknadnu izloženost većoj dozi. Doza XVI. Ružičkini dani. 21. – 23. rujna 2016., Vukovar

Oksidativni stres Doza polifenola Redoks homeostaza ROS Hormeza savršena objašnjava učinak polifenola u organizmu. Na krivulji doze i odgovora će onda štetni odgovor biti razina oksidativnog stresa u stanici/organizmu. To je prikazano ovom ilustracijom koja pokazuje da normalno postoji određen ravnotežni odnos antioksidantnih tvari i reaktivnih vrsta kisika u stanici (ne nužno jednak kao što prikazano). Unos malih doza polifenola djeluje prooksidantno i potiče sustave antioksidantne zaštite uslijed čega razine oksidativnog stresa u stanici opadaju. Međutim, daljnje povećanje koncentracije polifenola stvara previše oksidativnog stresa protiv kojeg se stanica ne može obraniti. Šteta je veća od koristi. Primjeri iz svakodnevice koji ovo potvrđuju su konzumacija voća i povrća (izloženost niskim dozama s hormetičkim učinkom) i korištenje koncentrata polifenola u obliku suplemenata, ekstrakata i sl., čije pretjerano korištenje ponekad dovodi do oštećenja jetre i otkazivanja njene funkcije. Najčešće je bilo riječ o pripravcima za mršavljenje. Inače, ovakav bifazni model veze doze i odgovora na toksikant, pri kojem niske doze imaju povoljan, a visoke štetan učinak na organizam, prilično se razlikuje od dva modela koja se u toksikologiji koriste u procjeni rizika od toksikanata. AO ROS ROS AO ROS AO AO AO AO ROS AO ROS AO ROS AO ROS AO ROS

Model s pragom djelovanja Odgovor Model s pragom djelovanja se koristi za veliku većinu toksikanata, pri čemu se utvrdi doza (tzv. NOAEL) do koje nema štetnih učinaka toksikanta. Ova doza se obično odredi pokusima na životinjama i smanji najčešće 100 puta da bi se dobila sigurna doza izloženosti za ljude. kontrola Doza XVI. Ružičkini dani. 21. – 23. rujna 2016., Vukovar

Linearni model bez praga djelovanja Odgovor Linearni model se koristi u procjeni rizika od genotoksičnih karcinogena i podrazumijeva da nema tako niske doze koja neće pokrenuti karcinogeni proces. Ovo je konzervativni pristup zbog potencijalne posljedice izlaganja ovim spojevima tj. raka, iako danas znamo da i genotoksični karcinogeni imaju prag djelovanja kao i svi ostali toksikanti. U slučaju genotoksičnih karcinogena se ne određuje sigurna doza izloženosti nego doza kod koje je šteta koju će izazvati prihvatljiva (npr. da će oboliti jedna od milijun osoba izloženih određenoj dozi tijekom čitavog života) ili se tvar kojom mi tretiramo hranu (pesticidi, aditivi..) u potpunosti zabranjuje. Problem je što ovakav koncept, unatoč dobroj namjeri, zanemaruje fundamentalne principe biologije poput hormeze jer pretpostavlja da organizam jednako reagira na visoke kao na niske doze. Štoviše, nulta tolerancija na prisustvo pojedine tvari može imati za posljedicu apsurdne poteze i velike ekonomske gubitke. kontrola Doza XVI. Ružičkini dani. 21. – 23. rujna 2016., Vukovar

Nizozemska, 2014 g.: furazolidon u krmivu Proizvođač krmiva dodao furazolidon u hranu za telad Najviša koncentracija u kontaminiranom mesu je bila 41 µg / kg Ako pojedete kilu takvog mesa u danu, doza za osobu od 65 kg je 0,6 µg / kg tjelesne težine Doza koja povećava rizik raka pokusnih životinja za 10% (BMDL10) je 1600 µg / kg tjelesne težine na dan Zaključak? Meso je sigurno za konzumaciju EU: nulta tolerancija za nitrofurane od 1995. g. Pobijeno 7500 teladi, uništeni deseci tona mesa, zatvorene stotine farmi Takav postupak u situaciji dok milijuni ljudi gladuju se ne čini najrazboritijim, zar ne? XVI. Ružičkini dani. 21. – 23. rujna 2016., Vukovar

and convincing those who need to know The Global Harmonization Initiative wants to improve food regulations and remove absurd regulations by obtaining global scientific consensus and convincing those who need to know Puno je sličnih primjera, ali postoje i organizacije stručnjaka koje pokušavaju nešto promijeniti u tom pogledu i poboljšati zakonodavstvo vezano uz sigurnost hrane. XVI. Ružičkini dani. 21. – 23. rujna 2016., Vukovar

Kontaminanti u hrani i hormeza? Niska doza DDT-a je inhibirala promociju tumora iniciranih genotoksičnim karcinogenom kod štakora Kushida et al., Tox Appl Pharm 208:285-294, 2005 Ajmo se mi opet vratit na hormetičke učinke.. Dosad je bilo riječi o prirodnim sastojcima hrane, međutim i za velik broj nepoželjnih sastojaka hrane je utvrđen hormetički učinak u različitim studijama (testovi na kulturama stanicama, pokusi sa životinjama te epidemiološke studije). DDT, pesticid zabranjen već 40 godina, iako ga se i dalje može pronaći u okolišu zbog otpornosti na razgradnju. Niska doza DDT-a je potaknula sintezu sustava zaštite i popravka, primjerice više enzima koji popravlja oštećenja na DNA. XVI. Ružičkini dani. 21. – 23. rujna 2016., Vukovar

Kontaminanti u hrani i hormeza? Raspon niskih doza kadmija smanjio je rizik raka testisa kod štakora Waalkes et al., Cancer Res 48:4656-4663, 1988 Rizik raka smanjuju i niske doze saharina, X-zraka, policikličkih aromatskih ugljikovodika... XVI. Ružičkini dani. 21. – 23. rujna 2016., Vukovar

Kontaminanti u hrani i hormeza? Utjecaj kolinergičke tvari (fizostigmin) na zaboravnost Flood et al., Brain Res 215:177-185, 1981 Fizostigmin sadrži jedna vrsta afričke ljekovite biljke. XVI. Ružičkini dani. 21. – 23. rujna 2016., Vukovar

Kontaminanti u hrani i hormeza? Metanol je produžio životni vijek voćnih mušica Jefferson & Aguirre, Physiol Entomol 5:265-269, 1980 Isto je utvrđeno za etanol i acetaldehid. XVI. Ružičkini dani. 21. – 23. rujna 2016., Vukovar

Kontaminanti u hrani i hormeza? Utjecaj natrijevog hipoklorita na kulturu ljudskih fibroblasta Hidalgo & Dominguez, Life Sci 67:1331-1344, 2000 Natrijev hipoklorit se koristi kao dezinficijens. Za razliku od citotoksičnog djelovanja visokih doza, raspon niskih koncentracija (do 0,002%) je potaknuo proliferaciju fibroblasta. XVI. Ružičkini dani. 21. – 23. rujna 2016., Vukovar

Kontaminanti u hrani i hormeza? Niske doze heksaklorcikloheksana potiču proliferaciju limfocita Kensler & Mueller, Biochem Pharmacol 27:667-671, 1978 XVI. Ružičkini dani. 21. – 23. rujna 2016., Vukovar

Kontaminanti u hrani i hormeza? Niske doze trihotecena djeluju imunostimulativno Lee et al., Toxicol Env Health A 57:459-474, 1999 Trihoteceni su skupina mikotoksina poznatih po imunosupresivnom djelovanju kod visokih doza. XVI. Ružičkini dani. 21. – 23. rujna 2016., Vukovar

Kontaminanti u hrani i hormeza? Niske doze aflatoksina potiču porast tjelesne težine pilića Diaz et al., Poult Sci 87:727-731, 2008 XVI. Ružičkini dani. 21. – 23. rujna 2016., Vukovar

Kontaminanti u hrani i hormeza? Dioksin stimulira imuni odgovor posredovan stanicama kod štakora Fan et al., Toxicology 106:221-228, 1996 XVI. Ružičkini dani. 21. – 23. rujna 2016., Vukovar

Kontaminanti u hrani i hormeza? Veza razina dioksina i polikloriranih bifenila u masnom tkivu s rizikom sarkoma Tuomisto et al., Dose Response 3:332-341, 2005 Po ovoj studiji s ljudima niske koncentracije dioksina i polikloriranih bifenila u masnom tkivu smanjuju rizik sarkoma. Ako imate 80 ng/kg ovih spojeva rizik raka je 70% manji nego ako imate 15 ng/kg. XVI. Ružičkini dani. 21. – 23. rujna 2016., Vukovar

Mucci et al., Br J Cancer 89:775-776, 2003 Veza unosa akrilamida s rizikom kolorektalnog te raka mokraćnog mjehura i bubrega Mucci et al., Br J Cancer 89:775-776, 2003 Ukupno je utvrđeno (Calabrese & Baldwin, Nature 421:691-692, 2003) da postoji otprilike 5000 primjera hormetičnog odnosno bifazičnog odgovora u objavljenim toksikološkim studijama. XVI. Ružičkini dani. 21. – 23. rujna 2016., Vukovar

Zaključci? Stimulacija malim dozama toksikanata je fenomen koji vrijedi za sve biološke sustave, neovisno o praćenim parametrima i kemijskim ili fizikalnim agensima Biološki sustavi od mikroorganizama, biljaka, životinja, itd. u svim vrstama ispitivanja utjecaja tvari: kulture stanica, pokusne životinje, epidemiološke i studije slučajeva i kontrola na ljudima, itd. Temeljni biološki fenomen koji organizmima omogućuje bolje nošenje s utjecajima iz okoliša. XVI. Ružičkini dani. 21. – 23. rujna 2016., Vukovar

Promjena paradigme u komunikaciji rizika Procjena rizika od toksikanata bi trebala uključiti niske doze koje izazivaju hormetički učinak Hormetički model za određivanje veze doze i odgovora za sve tvari (nekarcinogene i karcinogene) Promjena paradigme u komunikaciji rizika Hormetički odgovor se javlja ispod praga, dok se većina toksikoloških ispitivanja provodi pri znatno višim dozama, zbog statističkih razloga. Obzirom da hormetički odgovor pokazuju svi toksikanti uključujući genotoksične karcinogene, hormetički model veze doze i odgovora bi se mogao primjenjivati u procjeni rizika i karcinogena i nekarcinogena umjesto linearnog i modela bez praga djelovanja. To je vezano i uz zadnju stavku tj. komunikaciju rizika tj. način informiranja javnosti o toksičnosti kemikalija. Naime, korištenje linearnog modela podrazumijeva da nema sigurne doze pojedinih tvari nego da i najmanja izloženost može izazvati štetu. To naravno potiče strah od kemikalija.. Prihvaćanjem hormetičkog modela, regulatorne i javnozdravstvene institucije bi morale stubokom promijeniti komunikaciju rizika. Naravno da će tu biti dosta otpora u početku, ali bar bi se s vremenom moglo napustiti linearni model po kojem nema sigurne doze te prekinuti praksu nulte tolerancije na prisustvo neke tvari poput primjera koji je bio spomenut i koji rezultira nepotrebnim ekonomskim gubicima.

Također, možda bude manje ovakvih članaka po medijima Također, možda bude manje ovakvih članaka po medijima.. Vjerovali ili ne, u lijevom članku govore o pitkoj, vodovodnoj vodi!

Niski unos voća i povrća u sklopu zapadnjačke prehrane Hormeza i zdravlje? Niski unos voća i povrća u sklopu zapadnjačke prehrane Mala raznovrsnost biljaka koje konzumiramo lovci skupljači: 500 vrsta u godini dana, mi 17 Uzgajamo sorte s manjim sadržajem fitokemikalija gorke tvari su stimulatori hormetičkog odgovora Po nekim autorima, prevelika panika oko kemikalija i odgovarajuća regulativa bi se mogle pokazati kontraproduktivnim, odnosno umjesto zaštite zdravlja nas učiniti boležljivijim. Zasad nema dokaza koji tome govore u prilog, ali uzmite u obzir sljedeće činjenice: Uklanjamo fitokemikalije tijekom prerade hrane npr. sokovi od agruma (naringin, limonin, i sl.) XVI. Ružičkini dani. 21. – 23. rujna 2016., Vukovar

A prije nego hormeza zaživi i izvan toksikoloških krugova, odnosno među dionicima u procesu regulacije kemikalija, ono što svatko može učiniti za sebe i svoje zdravlje je svakodnevno se opskrbiti dovoljnom količinom ‘otrova’ i ‘karcinogena’ iz izvora poput ovih na slici i pritom se ne zabrinjavati oko mahom beznačajnih ostataka pesticida. XVI. Ružičkini dani. 21. – 23. rujna 2016., Vukovar