1. 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

2. 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

3. 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

4. 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

5. 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

6. 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

7. Neka svojstva prirodnih, biljnih pesticida
Ljudi hranom unose od 5000 do 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

8. Ames et al., PNAS 87: , 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

9. 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

10. 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

11. 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

12. 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

13. 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

14. 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

15. 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 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

16. 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

17. 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: , 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

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

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

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

21. Kontaminanti u hrani i hormeza?
Utjecaj natrijevog hipoklorita na kulturu ljudskih fibroblasta
Hidalgo & Dominguez, Life Sci 67: , 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

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

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

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

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

26. Kontaminanti u hrani i hormeza?
Veza razina dioksina i polikloriranih bifenila u masnom tkivu s rizikom sarkoma
Tuomisto et al., Dose Response 3: , 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

27. 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: , 2003
Ukupno je utvrđeno (Calabrese & Baldwin, Nature 421: , 2003) da postoji otprilike 5000 primjera hormetičnog odnosno bifazičnog odgovora u objavljenim toksikološkim studijama.
XVI. Ružičkini dani. 21. – 23. rujna 2016., Vukovar

28. 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

29. 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.

30. 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!

31. 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

32. 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