Authors: O. Rácz 1,2; M. Mydlík 3; A. Chmelárová 3; K. Derzsiová 1; D. Maceková 1; F. Ništiar 1; E. Lovásová 1; B. Fodor 2 Authors‘ workplace: Ústav patologickej fyziológie Lekárskej fakulty UPJŠ Košice, Slovenská republika, prednosta prof. MUDr. Oliver Rácz, CSc. 1; Institute of Nanobiotechnology and Regenerative Medicine, Miskolc University, Hungary, head Fodor Bertalan, MSc, PhD, EurClinChem 2; Ústav experimentálnej medicíny Lekárskej fakulty UPJŠ, Košice, Slovenská republika, prednosta MVDr. Alojz Bomba, DrSc. 3 Published in: Vnitř Lék 2012; 58(7 a 8): 71-74 Category: 80th Birthday MUDr. Miroslav Mydlík, DrSc.
Autori podávajú kritickú analýzu súčasných poznatkov o oxidačnom strese a o aktivite antioxidačných systémov u chorých s chronickými chorobami obličiek so zvláštnym zreteľom na hemodialyzovaných chorých. Napriek tomu, že prítomnosť zvýšeného oxidačného stresu u týchto chorých je dobre dokumentovaná, mnohé otázky ostávajú otvorené. V prehľade je opísaná patobiochémia oxidačného stresu pri hemodialýze, analýza súčasných poznatkov o lipidovej peroxidácii a aktivite antioxidačných enzýmov v červených krvinkách pri týchto ochoreniach. Na záver autori hodnotia názory na opodstatnenosť exogénnej suplementácie antioxidačnými vitamínmi u chorých na hemodialýze. Konštatujú, že zatiaľ jedinou dokázanou možnosťou zníženia oxidačného stresu pri hemodialýze je používanie membrán s obsahom vitamínu E.
Kľúčové slová: chronické obličkové choroby – hemodialýza – oxidačný stres – antioxidačné systémy
Oxidačný stres a nedostatočná aktivita antioxidačných systémov pravdepodobne zohrávajú dôležitú úlohu pri rozvoji aterosklerózy u chorých s chronickými ochoreniami obličiek, ako aj u chorých v štádiu renálnej insuficiencie, ktorí sú liečení hemodialýzou. Prvé práce, ktoré poukázali na zvýšený oxidačný stres u hemodializovaných chorých, boli publikované ešte v 80. a 90. rokoch minulého storočia [1,2], ale táto problematika ostáva naďalej predmetom záujmu mnohých prác aj v súčasnosti [3–9,35].
Metódy, ktoré sa používali v minulosti na posúdenie oxidačného stresu a funkcie antioxidačných systémov, boli menej spoľahlivé ako tie, ktoré sú k dispozícii v súčasnosti [10,11]. Okrem toho došlo k zmene názorov na fyziologické účinky mierneho oxidačného stresu v tom zmysle, že malé výkyvy rovnováhy medzi tvorbou reaktívnych foriem kyslíka (ROS) a ich odstránením majú významnú vlastnosť – nepoškodzujú organizmus, ale majú dôležitú signalizačnú funkciu.
Z tohto dôvodu je potrebné kriticky posúdiť platnosť dostupných údajov týkajúcich sa oxidačného stresu a antioxidačných systémov u chorých s chronickými chorobami obličiek a u chorých liečených v hemodialyzačnom programe. Nemenej dôležité je nájsť odpovede na otázku, či je potrebná suplementácia exogénnymi antioxidantmi u týchto chorých.
Za fyziologických podmienok je intenzita tvorby voľných radikálov a reaktívnych foriem kyslíka v telových tekutinách, bunkách a tkanivách nízka a je plne pod kontrolou antioxidačných systémov. Základná úroveň tvorby reaktívnych foriem kyslíka je navyše súčasťou signalizačných systémov, ktoré sú zapojené do regulácie rastu, diferenciácie a metabolizmu buniek [12,13].
O nefyziologickom oxidačnom strese, ktorý poškodzuje bunkové a tkanivové štruktúry, môžeme hovoriť iba vtedy, ak tvorba ROS prekročí únosnú mieru a kapacitu antioxidačnej ochrany, alebo vtedy, ak je z nejakého dôvodu oslabená funkcia antioxidačných systémov. Skutočnosť je však oveľa zložitejšia, a to z najmenej 2 dôvodov:
Antioxidačný systém ľudského organizmu je zložitý. Niektoré komponenty systému patria do skupiny exogénnych mikronutrientov, iné sú enzýmy alebo produkty enzýmov. Celý systém je kompartmentovaný na extracelulárne (plazmatické), intracelulárne a membránové zložky, ktoré sú síce medzi sebou prepojené, ale pri hodnotení ich významu pri chorobných procesoch nie je možné zanedbať uvedené špecifiká (tab. 1).
Table 1. Tri úrovne a tri kompartmenty antioxidačného systému v ľudskom tele (príklady).
Okrem oxidačného stresu existuje aj karbonylový stres (napr. glykácia bielkovín a tvorba neskorých produktov glykácie [14]) a stres zapríčinený reaktívnymi formami dusíkatých látok [15,16]. Z hľadiska poškodenia buniek a tkanív všetky tieto formy náhodných postsyntetických modifikácií makromolekúl účinkujú synergicky.
Pri chorobách obličiek dochádza k zvýšenej tvorbe ROS a ostatných látok s podobným účinkom už v ich počiatočnom a/alebo akútnom štádiu z rôznych dôvodov. Pri glomerulonefritídach a iných zápalových ochoreniach je to tvorba ROS polymorfonukleárnymi leukocytmi a makrofágmi, pri diabetickej nefropatii je to glykácia a tvorba neskorých produktov glykácie bielkovín. Iné choroby obličiek (polycystické obličky, nefrotický syndróm) sú pravdepodobne z toho hľadiska neutrálne, ale o tom chýbajú exaktné dôkazy.
V neskoršom štádiu obličkových chorôb a pri hemodialýze dochádza k jednoznačnému zvýšeniu oxidačného stresu a pokles funkcie antioxidačných systémov je pravdepodobný. Možné príčiny sú zhrnuté v tab. 2. Zvláštnym, ale dôležitým zdrojom ROS u hemodialyzovaných chorých je dialyzačná membrána.
Table 2. Špecifické zdroje zvýšeného oxidačného stresu u RCH a HD.
Posúdenie oxidačného stresu a funkcie antioxdačných systémov v klinickej praxi je zložitá záležitosť, pretože panel vyšetrovacích metód, ktoré sa za týchto okolností dajú použiť, je obmedzený (tab. 3). V tomto prehľade sme sa zamerali na 3 základné skupiny vyšetrení, s ktorými má naša pracovná skupina dlhoročné skúsenosti.
Table 3. Metódy vhodné na stanovenie oxidačného stresu a funkcie antioxidačných systémov v klinických štúdiách.
Na základe literárnych údajov a vlastných pozorovaní je zvýšenú peroxidáciu lipidov u hemodialyzovaných chorých možné považovať za jednoznačne dokázanú [3–5,17,18]. Na druhej strane interpretácia údajov o zníženej antioxidačnej kapacite plazmy u chorých s chronickými chorobami obličiek a liečených v rámci hemodyalizačných programov je problematická. Hlavnou príčinou tejto neistoty je, že za týmto označením sa skrýva veľký počet rôznych metód, ktorých princíp je odlišný [19–21]. Okrem metodických problémov sa pri chorobách obličiek vynára aj otázka, či je možné kyselinu močovú považovať za skutočný antioxidant in vivo. Kyselina močová je in vitro silný antioxidant a ovplyvňuje výsledky rôznych metód merania celkovej antioxidačnej kapacity. Je však nepravdepodobné, že u chorých s obličkovými chorobami hyperurikémia mohla prispieť k likvidácii a neutralizácii ROS.
Pre rutinnú klinickú biochémiu sú dnes dostupné presné a spoľahlivé metódy na meranie antioxidačných enzýmov v plazme a v červených krvinkách (a na špecializovaných pracoviskách je možné merať ich aktivitu aj z bielych krviniek). Napriek tomu interpretácia výsledkov ani v tomto prípade nie je jednoduchá. Ako príklad môžeme uviesť rôzne výsledky týkajúce sa aktivity erytrocytovej superoxiddismutázy (SOD) v rôznych prácach. V našej prvej práci [17] sme nenašli signifikantné rozdiely v aktivite tohto enzýmu pred a po dialýze, pred a po perorálnom podaní vitamínu E a ani vtedy, ak sme porovnali výsledky u chorých dialyzovaných štandardnou hemodialyzovanou membránou a membránou s obsahom vitamínu E. Aktivita SOD u hemodialyzovaných chorých bola v dolnej oblasti referenčných hodnôt. Podobné výsledky sme našli aj v dlhšej, trojmesačnej štúdii [18]. V tejto štúdii sme sledovali aj aktivitu iných enzýmov – glutatiónperoxidázy, glutatiónreduktázy a katalázy, ale ani tieto sa nemenili u chorých hemodialyzovaných pomocou membrány s obsahom vitamínu E. Podobné výsledky sme našli aj u chorých na peritoneálnej dialýze [22].
Giray et al [23] potvrdili mierny pokles aktivity SOD u hemodialyzovaných chorých, ale po perorálnom podaní vitamínu E pozorovali nárast aktivity tohto enzýmu na hodnoty blízke aktivite enzýmu v kontrolnej skupine. Podobné výsledky opísali aj Montazerifar et al [24] po podávaní vitamínov C a E. Na druhej strane Antoniadi et al [25] pozorovali pokles aktivity SOD po ročnom podávaní vitamínu E chorým na hemodialýze.
Príčina protichodných výsledkov je čiastočne v samotnej, veľmi zložitej metodike merania tohto enzýmu, ktorá je mimoriadne citlivá na minimálne zmeny v pracovnom postupe [26]. Ďalšia príčina môže byť v rozdielnom dizajne jednotlivých štúdií.
V niektorých štúdiách [23–25] podávanie vitamínu E (v niektorých spolu s vitamínom C) viedlo k poklesu intenzity lipidovej peroxidácie a k nárastu antioxidačnej kapacity plazmy. V iných exogénna antioxidačná suplementácia nedosiahla štatisticky významný účinok. Gordon a Himmelfarb [27] v metaanalýze došli k záveru, že blahodarný efekt antioxidantov u chorých v urémii ešte nedosahuje úroveň medicíny založenej na dôkazoch (EBM).
Druhou možnosťou zníženia oxidačného stresu je používanie špeciálnych membrán obsahujúcich vitamín E [28]. Ich pozitívny účinok, ktorý spočíva pravdepodobne v blokáde reakcie bielych krviniek na cudzorodý materiál, bol opakovane potvrdený. Slabou stránkou niektorých z týchto štúdií, vrátane našich vlastných, bol nízky počet participantov a/alebo relatívne krátke obdobie ich trvania [4,17,18,29–31]. Metaanalýza uskutočnená v roku 2006 [32] a novšie práce [33,34] však jednoznačne dokázali, že použitie týchto špeciálnych membrán znižuje lipidovú peroxidáciu a má preto potenciálny klinický benefit.
Chorí v pokročilom štádiu ochorení obličiek a chorí liečení v rámci hemodialyzačných programov majú enormne zvýšené riziko kardiovaskulárnej mortality a morbidity. Nie sú pochybnosti ani o tom, že u týchto chorých je prítomný oxidačný stres a je pravdepodobné, že oxidačný stres je dôležitým faktorom, ktorý u nich urýchľuje proces aterosklerózy.
Napriek tomu, pri kritickej analýze súčasných poznatkov patobiochémie a patofyziológie oxidačného stresu pri obličkových ochoreniach a pri hemodialýze, musíme konštatovať, že mnohé dôležité detaily ešte nie sú objasnené. Na dosiahnutie ďalšieho pokroku v tejto oblasti sú potrebné dobre koncipované klinické štúdie, ktoré by mali zohľadniť aj vplyv základného ochorenia na oxidačný stres a na antioxidačné systémy, mali by použiť široký panel moderných a spoľahlivých metód na stanovenie oxidačného stresu a aktivity antioxidačných systémov, a mali by mať vytýčené jednoznačne definované klinické výstupy.
EBM (evidence based medicine) – medicína založená na dôkazoch
MDA (malondialdehyd) – marker lipidovej peroxidácie
ROS (reactive oxygen species) – reaktívne formy kyslíka (radikály a neradikály)
SOD – superoxiddismutáza
RCH – renálne choroby
HD – hemodialýza
prof. MUDr. Oliver Rácz, CSc.
patfyz.medic.upjs.sk
e-mail: olliracz@gmail.com
Doručeno do redakce: 28. 5. 2012
1. Giardini O, Taccone-Gallucci M, Lubrano R et al. Evidence of red blood cell membrane lipid peroxidation in haemodialysis patients. Nephron 1984; 36 : 234–237.
2. Jackson P, Loughren CM, Lightbody JH et al. Effect of hemodialysis on total antioxidant capacity and serum antioxidants in patients with chronic renal failure. Clin Chem 1995; 41 : 1135–1138.
3. Himmelfarb J, Ikizler TA, Stenwinkel P et al. The elephant in uraemia: oxidant stress as a unifying concept of cardiovascular disease in uremia. Kidney Int 2002; 62 : 1524–1538.
4. Locatelli F, Canaud B, Eckardt KU et al. Oxidative stress in end-stage renal disease: an emerging threat to patient outcome. Nephrol Dial Transplant 2003; 18 : 1272–1280.
5. Handelman GJ. Current studies on oxidant stress in dialysis. Blood Purification 2003; 21 : 46–50.
6. Westhuyzen J, Saltissi D, Stanbury V. Oxidative stress and erythrocyte integrity in end-stage renal failure patients hemodialysed using a vitamin E-modified membrane. Ann Clin Lab Sci 2003; 33 : 3–10.
7. Mircescu G, Capusa C, Stoain I et al. Global assessment of serum antioxidant status in hemodialysis patients. J Nephrol 2005; 18 : 559–605.
8. de Vecchi AF, Bamonti F, Novembrino C et al. Free and total plasma malondialdehyde in chronic renal insufficency and in dialysis patients. Nephrol Dialysis Transplant 2009; 24 : 3532–3538.
9. Li RY. Free radicals and related reactive species in renal diseases. In: Li RY. Free Radical Biomedicine: Principles, Clinical Correlations, and methodologies. Bentham Science 2012 : 202–216.
10. Hoelzl C, Bichler J, Ferk F et al. Methods for the detection of antioxidants which prevent age related diseases: A critical review with particular emphasis on human intervention studies. J Physiol Pharmacol 2005; 56 (Suppl 2): 49–64.
11. Li RY. Detection of damage of biomolecules by free radicals and related reactive species. In: Li RY (ed.). Free Radical Biomedicine: Principles, Clinical Correlations, and methodologies. Bentham Science 2012 : 295–306.
12. Finkel T. Oxidant signals and oxidative stress. Curr Opin Cell Biol 2003; 15 : 247–254.
13. Preiser JC. Oxidative stress. J Parenter Enteral Nutr 2012; 36(2): 147–154.
14. Jakuš V, Rietbock N. Intermediárne a koncové produkty neenzýmovej glykácie. Chem Listy 1999; 93 : 375–381.
15. Oigino K, Wang DH. Biomarkers of oxidative/nitrosative stress: an approach to disease prevention. Acta Med Okayama 2007; 61 : 181–189.
16. Lovásová K, Lovásová E, Rácz O et al. Oxid dusnatý opäť v popredí pozornosti – nový pohľad na diabetické komplikácie kardiovaskulárneho systému. In: Patofyziologie 2008. Sborník příspěvků 17. konference Českých a slovenských patofyziologů. 1. LF UK: 48.
17. Mydlík M, Derzsiová K, Šipulová A et al. A modified dialyzer with vitamin E and antioxidant defense parameters. Kidney International 2001; 59 (Suppl 78): S144–S147.
18. Mydlík M, Derzsiová K, Rácz O et al. Vitamin E-coated dialyzer and antioxidant defense parameters: Three-month study. Seminars Nephrol 2004; 24 : 525–531.
19. Huang D, Ou B, Prior RL. The chemistry behind antioxidant capacity assays. J Agricult Food Chem 2005; 53 : 1841–1856.
20. Malliaraki N, Mpliamplias D, Kampa M et al. Total and corrected antioxidant capacity in hemodialyzed patients. BMC Nephrology 2003; 4 : 1–8.
21. Scurati-Manzoni E, Cighetti G. Free and total malondialdehyde in chronic renal insufficiency and in dialysis patients. Nephrol Dialys Transplant 2009; 24 : 2524–2529.
22. Mydlík M, Derzsiová K, Rácz O et al. Vitamin E as an antioxidant agent in CAPD patients. Int J Artificial Organs 2002; 25 : 373–378.
23. Giray B, Kan E, Bali M et al. The effect of vitamin E supplementation on antioxidant enzyme activities and lipid peroxidation levels in hemodialysis patients. Clin Chim Acta 2003; 338 : 91–98.
24. Montazerifar F, Hashemi M, Karajibani M et al. Effect of combined vitamins C and E supplementation on oxidant/antioxidant status in hemodialysis patients. Mediterr J Nutr Metab 2010; 3 : 159–163.
25. Antoniadi G, Eleftheriadis T, Liakopoluos V et al. Effect of one-year oral alpha-tocopherol administration on the antioxidant defense system in hemodialysis patients. Therap Apheresis Dialysis 2008; 12 : 237–242.
26. Šipulová A, Rácz O. Hodnotenie a modifikácia metódy Ransod. Lab Diagnost 1997; 2 : 144–148.
27. Gordon CA, Himmelfarb J. Antioxidant therapy in uremia: Evidence-based medicine? Seminars Dialysis 2004; 17 : 327–332.
28. Sasaki M. Development of vitamin E-modified polysulfone membrane dialyzers. J Artificial Org 2006; 9 : 50–60.
29. Libetta C, Zucchi M, Gori E et al. Vitamin E-loaded dialyzer resets PBMC-operated cytokine network. Kidney Int 2004; 65 : 1473–1481.
30. Kojima K, Oda K, Homma H et al. Effect of vitamin E-bonded dialyzer on eosinophilia. Nephrol Dialysis Transplant 2005; 20 : 1932–1935.
31. Yang CC, Hsu SP, Wu M et al. Effects of vitamin C infusion and vitamin E-coated membrane in hemodialysis-induced oxidative stress. Kidney Internat 2006; 69 : 706–714.
32. Sosa MA, Balk EM, Lal J et al. A systematic review of the effect of the Excebrane dialyzer on biomarkers of lipid peroxidation. Nephrol Dialys Transplant 2006; 21 : 2825–2833.
33. Banche G, Allizond V, Giacchino F et al. Effect of dialysis membrane biocompatibility on polymorphonuclear granulocyte activity in dialysis patients. Nephrol Dialys Transplant 2006; 21 : 3532–3538.
34. Takouli L, Hadjiyannakos D, Metaxaki P et al. Vitamin E-coated cellulose acetate dialysis membrane: Long-term effect on inflammation and oxidative stress. Renal Failure 2010; 32 : 287–293.
35. Vostálová J, Galandáková A, Štrebl P et al. Oxidační stres u pacientů s onemocněním ledvin. Vnitř Lék 2012; 58 : 202–207.
Don‘t have an account? Create new account
Enter the email address that you registered with. We will send you instructions on how to set a new password.
