Antioksidantit
Hapettumisenestoaine eli antioksidantti on kemiallinen yhdiste, joka estää toisten yhdisteiden hapettumista. Biologisissa järjestelmissä antioksidantit tasapainottavat oksidatiivisen stressin aikaansaamia haitallisia reaktioita ja ovat siten välttämättömiä elimistön terveenä säilymiselle. Ravinnosta antioksidantteja saadaan runsaasti kasvikunnan tuotteista, ja niitä hyödynnetään myös teollisuudessa säilöntäaineina.
Hapen löytänyt tutkija Joseph Priestley päätteli jo 1700-luvulla, että happi voi lyhentää ihmisen elämää. Hän havaitsi kynttilän palavan nopeammin puhtaassa hapessa kuin tavallisessa ilmassa. 1930-luvulla kemianteollisuudessa havaittiin, että rasva, muovi ja kumi härskiintyvät vapaiden happiradikaalien vaikutuksesta. Nebraskan yliopiston tutkija, tohtori Denham Harman esitti vuonna 1956, että happiradikaalit vaurioittavat myös soluja. Hänen teoriansa mukaan ne aiheuttavat suuren osan pitkäaikaissairauksista ja vaikuttavat merkittävästi vanhenemiseen.
Antioksidantit ovat yhdisteitä, jotka estävät muiden yhdisteiden hapettumista; kemiallisesti tämä tarkoittaa sitä että useimmiten ne hapettuvat itse. Monet antioksidantit voidaankin siis lukea pelkistäviksi yhdisteiksi. Tyypillinen antioksidatiivinen mekanismi on radikaalien sieppausreaktio, jossa antioksidantti pysäyttää radikaalinsiirroista koostuvan reaktioketjun reagoimalla elimistössä olevien radikaalien kanssa ja muodostaen suhteellisen pysyvän rakenteen joka ei siirrä radikaalirakennetta enää eteenpäin. Reaktiivisia happiradikaaleja muodostuu elimistössä useita erilaisia, ja eri antioksidanttien kyky estää eri radikaalien vaikutuksia vaihtelee suuresti. Siksi suuri määrä mitään yksittäistä antioksidanttia ei elimistössä riitä suojaamaan oksidatiiviselta stressiltä.
Termit vitamiini ja antioksidantti eivät ole toistensa synonyymejä. Antioksidantti tarkoittaa siis yhdisteen kykyä estää hapettumisreaktioita, kun taas vitamiini viittaa yleisesti ottaen elimistölle välttämättömään, ravinnon mukana saatavaan kasvikunnan tuotteeseen. Vain osalla vitamiineista on antioksidatiivisia vaikutuksia, ja toisaalta vain osa antioksidanteista on vitamiineja (esim. suuri joukko erilaisia kasvien polyfenoleita ei ole vitamiineja). Toisaalta myös antioksidatiivisilla vitamiineilla ja muilla antioksidanteilla on tämän ominaisuutensa lisäksi lukuisia muita vaikutuksia, jotka yhdessä muodostavat kullekin yhdisteelle tyypilliset terveysvaikutukset.
Elimistössä tapahtuu jatkuvasti suuri määrä hapetusreaktioita osana normaalia aineenvaihduntaa. Vaikka nämä reaktiot ovat välttämättömiä elimistön toiminnalle, ne muodostavat elimistön rakenteita kuluttavan tekijän, jota kutsutaan oksidatiiviseksi stressiksi. Antioksidantit suojaavat elimistöä oksidatiivisen stressin liiallisilta vaikutuksilta ja edistävät siten terveyttä. Osa oksidatiivisista reaktioista on kuitenkin myös tarpeellisia esim. infektioiden torjunnan kannalta, ja siksi antioksidanttien tarkoituksena ei ole poistaa happiradikaaleja elimistöstä kokonaan vaan ainoastaan pitää niiden määrä kohtuullisella tasolla. Elimistön antioksidantit koostuvat ravinnon mukana saatavista antioksidatiivisista yhdisteistä sekä elimistön itse tuottamista entsyymeistä ja vastaavalla tavalla toimivista molekyyleistä. Järjestelmien eri osat toimivat vuorovaikutuksessa toistensa kanssa, ja siksi oikea tasapaino eri antioksidanttien välillä on olennaista järjestelmän optimaalisen toiminnan kannalta. Oksidatiivinen stressi vaikuttaa vahvasti mm. ikääntymiseen liittyvissä muutoksissa elimistössä, ja antioksidanteilla onkin myös tässä keskeinen osa. Oksidatiivista stressiä pidetään myös keskeisenä syynä useiden rappeumasairauksien synnyssä. Aivot ovat erityisen herkkä elin oksidatiiviselle stressille, sillä siellä on jatkuvasti vilkas aineenvaihdunta sekä erityisen runsaasti lipidiperoksidaatiolle alttiita tyydyttymättömiä rasvahappoja.
Seuraavilla vitamiineilla ja hivenaineilla on havaittu myönteisiä antioksidanttivaikutuksia:
Monia ruoan lisäaineita (kuten askorbiinihappoa ja tokoferolista johdettuja yhdisteitä) käytetään hapettumisen estäjinä suojaamaan ruokaa pilaantumiselta.
Tutkimuksissa on havaittu antioksidanttivaikutuksia muun muassa seuraavilla aineilla: karnosiini, sinkki, ubikinoni (koentsyymi Q10), pyknogenoli (rannikkomännyn kuori) ja vihreä tee. Muita antioksidantteja ovat tietyt entsyymit. Näihin kuuluvat glutationiperoksidaasi, superoksididismutaasi (SOD) ja katalaasi.
Antioksidanttirikkaan ravitsemuksen edulliset terveysvaikutukset on osoitettu useissa erityyppisissä tutkimuksissa, niin vaikutuksen syy ja seurausuhteet ovat epävarmoja. Esimerkiksi betakaroteenin ja tokoferolin käyttöä sydän- ja verisuonisairauksien ehkäisyssä on tutkittu useissa kliinisissä tutkimuksissa. Tutkimuksissa ei kuitenkaan ole voitu osoittaa synteettisen antioksidantin alentavan sairastavuutta sydän- ja verisuonisairauksiin tai parantavan jo sairastuneiden tilaa. Tutkimuksissa on havaittu lisäravinteina annettavien "antioksidanttihoitojen" lisäävän kuolleisuutta.
Koska fyysisessä rasituksessa elimistön hapenkulutus kasvaa moninkertaiseksi lepotilaan verrattuna, samalla kasvaa myös reaktiivisten happiradikaalien muodostus ja siten oksidatiivinen stressi. Happiradikaalien aiheuttamilla kudosvaurioilla onkin muiden tekijöiden ohella merkittävä osuus liikunnan jälkeisestä lihassärystä ja -vaurioista. Tästä huolimatta liikunta kuitenkin tutkitusti parantaa terveydentilaa ja hyvinvointia, minkä uskotaan olevan seurausta elimistön omien antioksidatiivisten mekanismien, etenkin glutationijärjestelmän, kohonneesta aktiivisuudesta. Tämän mekanismin uskotaankin olevan taustalla siinä, että liikunta on monen oksidatiivisesta stressistäkin johtuvan sairauden suojatekijä.
Ravintolisinä käytettyjen antioksidanttivalmisteiden edullisesta vaikutuksesta suorituskyvyn parantamisessa ei kuitenkaan ole juurikaan näyttöä. E-vitamiinin ei ole voitu osoittaa parantavan lihasvoimaa tai suorituskykyä, ja C-vitamiinin osalta tulokset ovat olleet ristiriitaisia: erään tutkimuksen mukaan ennen harjoittelua nautittu C-vitamiinilisä vähentää kudosvaurioita ja nopeuttaa paranemista, kun taas toisissa tutkimuksissa C-vitamiinisupplementaation on havaittu jopa hidastavan palautumista.
Antioksidantteja käytetään yleisesti myös ruoan lisäaineina parantamaan ruoan säilyvyyttä ja estämään pilaantumista. Esimerkiksi rasvojen härskiintymisessä on kyse juuri hapettumisreaktioista, ja hapen vaikutuksesta tapahtuva ruoan pilaantuminen poikkeaa olennaisesti mikrobien aikaansaamasta pilaantumisesta siinä suhteessa, että hapettumisreaktiot jatkuvat lähes samalla nopeudella vaikka ruoka pidettäisiin jääkaapissa tai pakastimessa. Hapettumisreaktiot tapahtuvat ilmakehän hapen ja auringonvalon vaikutuksesta, joten ruoka-aineiden säilymisen kannalta olisi edullista säilyttää ne pimeässä ja mahdollisimman vähähappisissa oloissa. Kuitenkin esim. kasvikunnan tuotteisiin muodostuu täysin hapettomissa oloissa epämiellyttäviä makuja ja värejä, ja siksi jakeluverkostoissa kasvikunnan tuotteet pyritään säilyttämään olosuhteissa, joissa vallitseva happipitoisuus on 8 % hengitysilman 21 %:n sijasta. Elintarvikkeiden pakkausmerkinnöissä antioksidantit merkitään tuotteen sisältämien ainesosien listaan yleensä termillä hapettumisenestoaine sekä merkitsemällä käytetyn lisäaineen E-koodi. Tavallisimpia elintarvikkeissa käytettyjä antioksidantteja ovat:
Antioksidantit poikkeavat toisistaan vesiliukoisuuden suhteen, ja tämä ominaisuus on ratkaiseva myös mahdollisten käyttöön liittyvien riskien kannalta. Vesiliukoisten antioksidanttien, kuten C-vitamiinin ja useimpien polyfenolien ylimäärä poistuu elimistöstä helposti virtsan mukana, ja siksi suuriakin määriä antioksidanttilisiä nauttineita haittavaikutukset ovat melko harvinaisia. Sen sijaan rasvaliukoiset antioksidantit, kuten karotenoidit ja tokoferolit, eivät poistu elimistöstä yhtä helposti vaan pikemminkin varastoituvat rasvoihin. Siksi niiden liikakäytön yhteydessä riskit voivat olla suurempia.
Keskeinen ongelma tablettimuotoisena tai muina ravintolisinä nautittujen antioksidanttien kohdalla on tasapaino elimistön omien antioksidatiivisten järjestelmien kesken.
Ravinnosta saatavien antioksidanttien lisäksi elimistö suojautuu oksidatiiviselta stressiltä myös mm. omien entsyymijärjestelmiensä avulla, ja erilaiset antioksidatiiviset järjestelmät vaikuttavat toistensa toimintaan. Tämän vuoksi tarpeettoman suuri ravinnon mukana tuleva antioksidanttimäärä vaikuttaa elimistön muiden vastaavien järjestelmien toimintaan. Tätä arvellaankin osatekijäksi sille, että ravintolisinä käytettyjen antioksidanttien ei ole voitu osoittaa vähentävän merkittävästi sairausriskiä.
Antioksidanttiparadoksi tarkoittaa sitä, että vaikka hedelmät ja vihannekset ovat yhteydessä kuolleisuuden, sydäntautien ja syöpien vähenemiseen, synteettiset antioksidanttiravintolisät eivät juurikaan näytä auttavan. Erään teorian mukaan tämä johtuisi siitä, että tehoaineet olisivatkin muita kuin antioksidantteja. Monivitamiinipilleritkään eivät ole osoittautuneet hyödyllisiksi vaan saattavat jopa lisätä kuolleisuutta.
Useimmat antioksidantit ovat molekyylejä, joille on tyypillistä eräänlainen syklinen reaktiosarja, jossa kyseinen yhdiste vuoroin hapettuu ja pelkistyy. Tästä seuraa paradoksi, jossa antioksidantiksi tunnettu yhdiste saattaakin toimia "pro-oksidanttina" eli hapetusreaktioita kiihdyttävänä tekijänä. Ilmiö on parhaillaan intensiivisen tutkimuksen kohteena, mutta sen merkitystä synteettisten antioksidanttilisien käytön kannalta ei tällä hetkellä tarkkaan ottaen tunneta.
Tieteellisen todistusaineiston perusteella beetakaroteeni, E-vitamiini ja mahdollisesti suuret A-vitamiiniannokset lisäävät kuolleisuutta, ja katsauksen mukaan muista antioksidanteista ei ole todistettu selkeää hyötyä.
Muun muassa kalaöljyt ja beetakaroteeni ovat kliinisen ravitsemustieteen dosentin Ursula Schwabin ja erikoistutkija Marja-Leena Ovaskaisen mukaan terveellisiä ruoasta saatuna mutta epäterveellisiä ravintolisinä. Tutkimusten mukaan antioksidanteilla voi olla haitallisia vaikutuksia ainakin suurina määrinä käytettäessä. Betakaroteenilla tehty koe jouduttiin tämän vuoksi keskeyttämään. Myös erään metatutkimuksen mukaan synteettisellä betakaroteenilla on haitallisia vaikutuksia, ja sama koskee suuria määriä E-vitamiinia ja A-vitamiinia.
Näissä tutkimuksissa tablettimuotoisen betakaroteenin todettiin odotusten vastaisesti kasvattavan keuhkosyövän riskiä etenkin tupakoivilla eli lähtökohtaisesti korkean sairastumisriskin omaavilla henkilöillä. Samankaltaisia tuloksia on saatu myös paksusuolen syövän suhteen. Alhaisemman sairastumisriskin omaavilla henkilöillä myös haitallinen vaikutus on ollut vaikeammin havaittavissa. Ilmiön taustalla uskotaan ainakin osatekijänä olevan eräiden antioksidanttien mahdollinen rooli pro-oksidantteina. Useat antioksidantit ovat kemialliselta rakenteeltaan polyfenolisia yhdisteitä, ja siksi ne kykenevät estämään ravinnon mineraaliaineiden, kuten raudan, magnesiumin ja kalsiumin imeytymistä ruoansulatuskanavasta kelatoimalla niitä. Länsimaisessa ravinnossa kyseisiä mineraaleja on kuitenkin tarjolla riittävästi siihen, ettei tällä ilmiöllä ole meillä kansanterveydellistä merkitystä. Sen sijaan aliravitsemuksesta kärsivillä alueilla ja mineraalien imeytymishäiriöistä kärsivillä henkilöillä seikka voi olla huomionarvoinen.
Suomalaistutkimuksen mukaan suuret antioksidanttiannokset voivat tappaa kantasoluja. Erityisen haitallisia liialliset antioksidanttimäärät ovat hermoston kantasoluille, eivätkä ne sovi siten hermoston rappeutumissairauksien hoitamiseen. Antioksidantit vähentävät happiradikaalien määrää, mutta ne ovat kuitenkin pieninä määrinä välttämättömiä, esimerkiksi kantasolujen sisäisessä viestinnässä.