T.C.
TRAKYA ÜNĠVERSĠTESĠ
TIP FAKÜLTESĠ
ACĠL TIP
ANABĠLĠM DALI
Tez YöneticisiYrd. Doç. Dr. Mustafa Burak SAYHAN
DENEYSEL OLARAK OLUġTURULAN BÖBREK
ĠSKEMĠ REPERFÜZYON SONRASI OLUġAN
BÖBREK HASARINA KARġI CARNOSOL’ UN
KORUYUCU ETKĠSĠNĠN ĠNCELENMESĠ
(Uzmanlık Tezi)
Dr. Mustafa Onur ERALP
TEġEKKÜR
Uzmanlık eğitimimde her türlü destek ve yardımlarını esirgemeyen, öğütlerinden, duruĢlarından, Acil Tıp deneyimlerinden her zaman etkilendiğim ve bir ağabey olarak gördüğüm baĢta tez danıĢmanım ve Anabilim Dalı BaĢkanım Yrd. Doç. Dr. Mustafa Burak SAYHAN olmak üzere, Prof. Dr. Mutasım SÜNGÜN‟ e, Doç. Dr. Cemil KAVALCI‟ ya; Doç. Dr. Serhat OĞUZ‟ a, tez çalıĢmalarım sırasında yardımcı olan Doç. Dr. Taner ÖZGÜRTAġ ve Yrd. Doç. Dr. Nuray CAN‟ a ve tüm çalıĢma arkadaĢlarıma katkılarından dolayı teĢekkür ederim. Hayat arkadaĢım, çocuklarımın annesi Olga ERALP' e samimi desteklerini her zaman yanımda hissettiğim aileme sonsuz teĢekkürü borç bilirim.
ĠÇĠNDEKĠLER
GĠRĠġ VE AMAÇ... 1
GENEL BĠLGĠLER ... 4
BÖBREĞĠN ANATOMĠSĠ VE FĠZYOLOJĠSĠ ... 4
AKUT BÖBREK YETMEZLĠĞĠ ... 9
BÖBREK ĠSKEMĠ REPERFÜZYON HASARI ... 14
SERBEST RADĠKALLER VE OKSĠDANLAR ... 16
ANTĠOKSĠDANLAR ... 26 CARNOSOL ... 27 GEREÇ VE YÖNTEMLER ... 29 BULGULAR ... 36 TARTIġMA ... 42 SONUÇLAR ... 45 ÖZET ... 46 SUMMARY ... 48 KAYNAKLAR ... 50 EKLER
SĠMGE VE KISALTMALAR
ABY : Akut Böbrek Yetmezliği ADH : Antidiüretik Hormon AT : Anjiyotensin
ATN : Akut Tübüler Nekroz ATP : Adenozin Trifosfat ADP : Adenozin Difosfat
ACE : Anjiotensin Converting Enzim COX : Siklooksijenaz
Ca : Kalsiyum Cr : Kreatinin Cu : Bakır
DMSO : Dimetil Sülfoksid DNA : Deoksiribonükleik Asit Fe : Demir
cGMP : Siklik guanozin monofosfat GABA : Gabaamino Bütirik Asit GFH : Glomerüler Filtrasyon Hızı GR : Glutatyon Redüktaz
GSH : Glutatyon
GSH-Px : Glutatyon Peroksidaz GST : Glutatyon S-Transferaz
H2O2 : Hidrojen Peroksit
ICAM-1 : Ġnterselüler Adhezyon Molekül-1 IL-6 : Ġnterlökin-6
Ġ/R : Ġskemi-Reperfüzyon KAT : Katalaz
K : Potasyum MDA : Malondialdehit
NADH : Nikotinamid Adenindinükleotid Na : Sodyum
NO : Nitrik Oksit
iNOS : Ġndüklenebilir Nitrik Oksit Sentetaz eNOS : Endotelyal Nitrik Oksit Sentetaz nNOS : Nöronal Nitrik Oksit Sentetaz O2− : Süperoksit Radikali
-OH : Hidroksil Radikali
RNA : Ribonükleik Asit PEG : Polietilen Glikol
PMNL : Polimorf Nüveli Lökositler
RIFLE : Renal Injury Faliure Loss End stage SOR : Serbest Oksijen Radikalleri
SOD : Superoksit Dismutaz TAS : Total Antioksidan Seviye TNF : Tümör Nekrozis Faktör TOS : Total Oksidan Seviye TNF : Tümör nekrozis faktör NF-kB : Nükleer faktör kappa B
GĠRĠġ VE AMAÇ
Akut böbrek yetmezliği böbrek fonksiyonlarının ani kaybı ile idrar atılımının baĢarısızlığıyla neticelenen ve buna bağlı olarak kan üre ve serum kreatinin miktarının artmasıdır (1). Böbrek yetmezliğinin ağırlığına ve süresine bağlı olarak, metabolik asidoz, su ve elektrolit dengesinin bozuklukları da görülebilir (2,3,4,5).
Genel olarak akut böbrek yetmezliği nedenleri prerenal, renal ve postrenal olmak üzere 3 ayrı grupta incelenebilir. Prerenal nedenlerin etyolojisinde hipovolemi (kanama, yanık, dehidratasyon, gastrointestinal sistem kayıpları, diüretik kullanımı, osmotik diürez), düĢük kardiyak output (kardiyojenik Ģok, konjestif kalp yetmezliği, perikardial tamponad, pulmoner emboli), sistemik vazodilatasyonu ve böbrek vazokonstriksiyonunu içeren sistemik vasküler resistanstaki değiĢiklikler (sepsis, anaflaksi, anestezi, afterload‟u azaltan ilaçlar), böbrek otoregülatuar cevapta bozukluğa sebep olan ilaçlar (siklooksijenaz inhibitörleri (COX-1), angiotensin konverting enzim (ACE) inhibitörleri) ve hipervizkosite sendromları sayılabilir. Prerenal akut böbrek yetmezliği (ABY)‟ de eğer böbrek hipoperfüzyonu süresi uzarsa böbrekte iskemi baĢlar ve buna bağlı intrensek böbrek hasarı geliĢir (6-12 ).
Postrenal nedenler arasında ise üretral obstrüksiyon, prostat hipertrofisi, üretra ağzını tıkayan mesane tümörü, mesane boynu darlığı ya da bilateral böbrek ve üreter taĢları, ameliyat sırasında üreterin kesilmesi veya bağlanması, retroperitoneal fibrozis sayılabilir (13). Bir organa gelen kan akımının çeĢitli nedenlerle yetersiz hale gelmesine veya durmasına iskemi denir. Ġskemiden sonra geliĢen akut böbrek yetmezliği, glomerüler filtrasyon hızında azalma, tübüler nekroz ve böbrekte vasküler direnç artıĢıyla karakterizedir (14-16).
Reperfüzyon ise dokunun yeniden kanlanmasıdır. Ġskemik bir dokuda kan akımının yeniden baĢlaması durumunda, özellikle dokuya gelip yerleĢen polimorfonükleer lökositler
(PMNL) tarafından salınan serbest oksijen radikalleri (SOR) dokudaki yıkımı ve böbrek yetmezliğini arttırıcı etki yapmaktadır (17).
Ġntrensek böbrek yetmezliği; böbrek parankim hastalıkları, iskemi, nefrotoksik ajanlar ve ilaç kullanımı gibi durumlarda da geliĢir. Ġntrensek akut böbrek yetmezliğinin ise en sık nedeni tübül hasarının ön planda olduğu akut tübüler nekrozdur (ATN). Akut tübüler nekrozun en önemli iki sebebi ise nefrotoksinler ve iskemi maruziyeti sonucunda geliĢen doku harabiyetidir (18-21).
Ġskemi hücrenin enerji mekanizmasını, iyon transportunu ve hücre içi volüm regülasyonunu bozar, bunun sonucunda hücre iskeleti deforme olur. Hücre içinde kalsiyum (Ca++) birikir, fosfolipid metabolizması bozulur, serbest radikal formasyonlarının oluĢumu baĢlar, membran lipidlerinin peroksidasyonu sonucunda hücrede nekroz oluĢur. Nekrotik hücre üre, kreatinin gibi son ürünlerin tübüler transportunu sağlayamaz, hem de lümeni tıkayarak daha önce oluĢmuĢ ultrafiltratın akıĢını engeller ve böbrek yetmezliğine zemin hazırlar (6,22-24). Hücresel antioksidanlar ve serbest radikaller vücutta bir denge halindedir (24-26).
Böbrek Ġskemi-Reperfüzyon (Ġ/R) sonucu ortaya çıkan inflamatuar hücrelerin ve sitokinlerin oksidatif hasar oluĢumunda önemli etkenler oldukları gösterilmiĢtir. Dolayısıyla bu hücrelerin proliferasyonunun inhibe edilmesi ve inflamatuar yanıtta rol alan sitokinlerin sentezinin inhibe edilmesinin de böbrek Ġ/R hasarında olumlu değiĢimlere neden olacakları düĢünülmektedir (2,27-29).
Ġskemi-Reperfüzyon hasarının önlenmesinde endojen antioksidan sistemler etkili olduğu gibi eksojen antioksidan sistemler de etkilidir. Eksojen antioksidanlar konusunda literatürde çok farklı ilaçlar ve gıdalar üzerinde çalıĢmalar bulunmaktadır (30-36).
Yakın zamanda kliniğimizde yapılmıĢ olan bir araĢtrmada ise, doğada yaygın bulunan ısırgan otunun (urtica diocica) deneysel böbrek iskemi reperfüzyon hasarında proksimal tübüller üzerine protektif etkisinin olduğu gösterilmiĢtir (37).
Biberiye (Rosmarinus officinalis) bitkisiyle de benzer çalıĢmalar yapılmıĢ antikarsinojenik, antiproliferatif, antimikrobiyal etkilerinin yanı sıra antioksidan özelliklerinin de olduğu gösterilmiĢtir (38). Ji-Hong Yao ve ark. (39) yapmıĢ olduğu karaciğer iskemi reperfüzyon modelinde carnosolun antioksidan, antiproliferatif ve antikanser etkisi üzerinde durulup biyokimyasal ve histopatolojik etkileri araĢtırılmıĢtır. Xiao-Feng Tian ve ark. (40) yapmıĢ olduğu barsak iskemi reperfüzyonunun sebep olduğu akciğer hasarında carnosolun koruyucu etki modelinde proinflamatuar sitokin olan interlökin-6 (IL-6) down regülasyonu etkisi üzerinde durulmuĢtur.
Bununla birlikte akciğer ve karaciğer dokusunda iskemi reperfüzyon hasarında kuvvetli bir antioksidan, antiproliferatif, antikarsinojen ajan olan carnosol‟ un koruyucu etkisi böbrek üzerinde henüz araĢtırılmamıĢtır. Biz deneysel böbrek Ġ/R hasarı modelinde, sıçan böbreği üzerinde carnosolün koruyucu etkisini araĢtırmak için ıĢık mikroskobisi ve oksidan-antioksidan sistemler üzerinde ki etkilerini incelemeyi planladık.
GENEL BĠLGĠLER
BÖBREĞĠN ANATOMĠSĠ VE FĠZYOLOJĠSĠ Böbrek Anatomisi
Böbrekler retroperitoneal organlar olup paravertebral alanda yerleĢmiĢlerdir. Oblik pozisyonda psoas kasının dıĢ yanında bulunurlar. Karaciğerin pozisyonundan dolayı sağ böbrek sola nazaran biraz daha aĢağıdadır. Böbreğin uzun ekseni normalde ortalama 12-14 cm olup kiĢilerin beslenme durumuyla ilgili olarak çok farklılık gösterir. Sağ böbreğin boyu sola nazaran biraz daha kısadır. Böbreklerin ortalama ağırlığı 140-170 gr „dır (41).
Böbrekler ön yüzde, periton aracılığıyla intraperitoneal organlarla komĢuluk yapar. Sol böbrek üstte sürrenal gland, üst dıĢta dalak, üst içte mide, hilus bölgesinde pankreas kuyruğu ve altta ince ve kalın barsakla komĢuluk yapar. Sağ böbrek üstte sürrenal gland, üst içte karaciğer, hilusta duodenum ve altta kalın barsakla komĢuluk yapar. Böbreğin bu komĢuluklarından ve otonom sinirlerini bu organlarla paylaĢtığından dolayı, üriner hastalıkların septomlarına gastrointestinal sistemle ilgili semptomlar da katılır. Böbrek uzunluğuna kesildiğinde dıĢta korteks, ortada medulla, içte kaliksler ve renal pelvis görülür. Korteks homojen bir görünüme sahip olup iki papilla arasindaki Bertin kolonlarıyla medulla içine uzanır. Medulla, minor kalikslerin içine doğru uzanan çok sayıda piramitten ibarettir (41-43).
Böbreğin en küçük fonksiyonel birimi olan nefron her bir böbrekte 1 000 000 - 1 200 000 kadar bulunur. Nefronun sekretuar kısmı çoğunlukla kortekste bulunur ve renal korpuskül ve renal tübülün sekretuvar kısımlarından ibarettir (41,44).
oluĢur. Bowman kapsülünün visseral yaprağı içinde bulunan glomerül kapiller ağını, konnektif dokudan ibaret mezangium sarar ve bu da podosit hücrelerinin sitoplazmik uzantıları tarafından sarılıdır. Bowman kapsülünün paryetal yaprağının uzantısı tübülleri oluĢturur. Renal tübülün sekretuvar kısmı, proksimal kıvrımlı tübül, henle kulpu ve distal kıvrımlı tübülden ibarettir. Malpighi Cisimciği, afferent arteriolün tunika mediasının düz kas hücreleri ile komĢudur. Bu düz kas hücrelerine jugstaglomerüler hücreler denir. Jugstaglomerüler hücrelerin renal korpuskülün makula densası ile oluĢturduğu kompleks yapıya ise jugstaglomerüler aparey denilir (41,45). Makula densadaki hücreler distal tübülüsteki sıvının içeriğine göre jugstaglomerüler apareyin aktivitesini ayarlar (2,46,47).
Nefronun ekskretuvar kısmı medüllada bulunur ve toplayıcı tübüllerden ibaret olup, tübüller minor kalikse papillanin tepesinden açılır. Renal stroma gevĢek bağ dokusunu, kan damarlarını, kapillerleri, sinirleri ve lenf kanallarını içerir. Renal arter genellikle tek dal halinde aortadan çıkar ve böbrek hilusuna pelvis ile renal ven arasından geçerek girer. Renal pelvis ve üreter duplikasyonu varlığında, her segmentin arteri genellikle ayrı bir dal olarak çıkar. Birden fazla renal arterin aortadan çıkması hali bazen görülebilir ve aberrant arter ismi verilen bu arterlerin, böbreğin alt kutbuna doğrudan gideni üretere bası yaparak obstrüksiyon durumuna yol açabilir. Böbrek içine girmeden önce renal arter, anterior ve posterior olmak üzere iki dala ayrılır. Posterior dalı böbreğin arka yüzünü ve orta kısmını beslerken anterior dalı böbreğin geri kalan tüm kısımlarını besler. Böbreğin dıĢ kenarında iki renal arter dalının dağılma alanlarının birleĢme yerinde avasküler bir bölge vardır, ki bu bölgeye Brödel hattı denilir. Renal arterler arasında anastomoz yoktur. Renal arterin ön ve arka iki dalından her piramit için bir interlobar arter çıkar ve iki piramit arasında bulunan Bertini kolonları içerisinde seyreder ve daha sonra piramitlerin tabanına paralel uzanan arkuat arter olarak devam eder (2,41,46,48).
Arkuat arterlerin dalları olan interlobüler arterlerden çıkan afferent arterioller glomerüler yumağı oluĢturur ve bu yumaktan çıkan efferent arteioller stroma içinde ven sistemiyle devam eder. Renal venler arterlere eĢlik eder ve onlara benzer isimler alırlar, interlober venler birleĢerek vena renalise, vena renalis ise vena kava inferiora drene olur (2,41,49,50).
Renal venin distalindeki venüllerde tıkanıklık oluĢsa da, ara bağlantılar sayesinde böbreğin drenajı devam edebilir. Bu drenaj venöz sistem arasındaki anastomozlar sayesinde sağlanır. Renal sinirler renal damarlara eĢlik ederek böbrek içine giren renal pleksustan çıkar. Renal pleksusa onbir ve onikinci spinal sinirlerin dorsal köklerinden duyu, çölyak
gangliondan sempatik, splanknik ve vagus sinirlerinden parasempatik lifler gelir. Böbreğin lenfatik kanalları ise lumbar lenf nodlarına drene olurlar.
Renal hilusta arter ve venle birlikte renal pelvis yer alır. Renal pelvise major ve minor kaliksler açılır. Minor kaliksler birleĢerek üst, orta ve alt major kalikslere ve bunlar da renal pelvise açılırlar (41,46). Renal pelvis tamamen intrarenal veya kısmen ekstrarenal durumda olabilir, alt orta tarafta üreterle devam ederek oluĢan idrarı alt üriner sisteme boĢaltırlar (2,50,51).
Böbreğin Fizyolojisi ve Temel ĠĢlevleri
Böbreklerin temel fonksiyonu suyun ve elektrolitlerin fazlasını idrarla vücut dıĢına atmaktır. Böylece plazma hacmini, elektrolit dengesini ve bunlara bağlı olarak kan basıncını düzenler. Vücuttaki sodyum (Na+
), potasyum (K+), klor (Cl-), bikarbonat, hidrojen, kalsiyum (Ca++), fosfat gibi elektrolitlerin plazma düzeylerinin ayarlanmasında birincil derecede etkilidir. Böbrekler su ve elektrolit dengesini sağlamanın yanı sıra, metabolik atıkların, yabancı maddelerin ve diğer solüt yüklerin idrar yoluyla atılımasını da sağlar. Tüm bu iĢlevleri filtrasyon, reabsorbsiyon, sekresyon yaparak yerine getirir (41,52).
Filtrasyon, kandaki su ve solütlerin damar sistemini terk edip filtrasyon bariyerinden geçerek Bowman kapsülüne giriĢ iĢlemidir. Kan plazmasının yaklaĢık %20‟ si buradan filtre edilir. Sekresyon , maddelerin nefronun duvarlarını oluĢturan epitel hücrelerin sitozollerinden tübüler lümene doğru olan hareketidir. Salınan maddeler epitel hücrelerin içerisinde sentezlenebilirler, ayrıca epitel hücrelerini çevreleyen böbrek interstisyum dokusundan gelebilirler (2,50,53). Reabsorbsiyon lümendeki maddelerin epitel hücre tabakasını geçerek interstisyuma doğru olan hareketidir. Birçok durumda, geri emilen maddeler interstisyumdan çevredeki kan damarlarına doğru ilerler. Reabsorbsiyon, lümenden epitel hücresine giriĢ ve kana geçiĢten oluĢan iki basamaklı bir iĢlemdir.
Glomerüler Filtrasyon
Ġdrar oluĢumu glomerüler filtrasyon ile baĢlar, sıvı glomerüler kılcal damarlardan Bowman kapsülüne doğru geçer. Glomerüler filtrat kan plazmasına çok benzer. Ancak, protein içeriği çok azdır. Albümin gibi büyük plazma proteinleri ve globulinler, filtrasyon bariyerinden geçemezler. Peptid hormonlar gibi küçük proteinler filtrata geçerler, ancak toplam miktarı kandaki büyük plazma proteinlerine göre çok daha azdır. Filtrat inorganik iyonların çoğunu ve düĢük molekül ağırlıklı organik solütleri içerir. Filtrattaki plazma ile aynı
konsantrasyonda bulunan maddeler serbestçe filtre edilenler olarak isimlendirilir. Kandaki birçok düĢük molekül ağırlıklı madde serbestçe filtre edilir. Serbestçe filtre edilebilen maddeler arasında; sodyum, potasyum, klor ve bikarbonat gibi iyonlar, glukoz, üre, nötral organikler, aminoasitler, insulin ve antidiuretik hormon (ADH) gibi peptidler vardır (50).
Birim zamanda filtre edilen hacim, glomerüler filtrasyon hızı (GFH) olarak tanımlanır. Normal genç erkek eriĢkinde, GFH 180 L/gündür; bu da 125 mL/dk‟ ya tekabül eder. Ġnsanlarda ortalama plazma hacmi yaklaĢık 3 litredir, günde plazma hacminin 60 katı kadarı böbrek tarafından filtre edilir (52,53).
Su ve Elektrolit Dengesinin Ayarlanması
Böbrekler su alımına, idrarda su atılımında değiĢiklik yaparak yanıt vererek su dengesini sağlarlar. Bu dengeyi sağlarken toplam vücut su miktarında değiĢiklik oluĢturmazlar. Sodyum, potasyum, magnezyum gibi mineraller ve besinlerin içerdiği diğer maddeler vücudun gereksinimlerinden çok daha fazladır. Suda olduğu gibi, böbrekler değiĢken oranlarda mineralleri atabilirler, alımı ve atılımı dengeleyebilirler. Böbrekte her mineralin atılımının düzenlenmesi birbirinden bağımsızdır. Aldığımız besinlerin farklı miktarlarda mineral içeriği olabilir, minerallerin böbrekten atılımı ve geri emilimi bu içeriklere göre düzenlenir. Proksimal tübüllerde özellikle su, glikoz, küçük molekül ağırlıklı proteinler ve bazı iyonlar geri emilirler. Bu geri emilim su ile birlikte olduğu için buradaki ozmolarite izotoniktir. Absorbsiyon, reabsorbsiyon, sekresyon ve ekskresyonun ilk aĢamasının proksimal tübülde baĢlamasıyla birlikte, henle kulbu primer idrarın hipertonik durumdaki sekonder idrara dönüĢmesinde kilit rol oynar. Henle kulbunun inen ince kolunun suya geçirgen olması, sodyum ve diğer solütlere orta derecede geçirgen olması, çıkan kalın kolun suya geçirgen değilken diğer solüt yüklere geçirgen olması, böbrek medüllasının derinliklerinde ultrafiltrata göre çok daha hipertonik bir ortam oluĢturulmasını sağlar. Bu sayede difüzyon ve aktif taĢıma ile elektrolit değiĢimi de kolaylaĢtırılmıĢ olur. Suya karĢı geçirgenliği olmayan çıkan kalın koldan kortekse gidildikçe ise daha hipotonik bir ortam oluĢur (41,53). Distal tübülden çok yoğun ortama doğru aktif bir sodyum iyonu taĢınması sağlanabilir. Bu mekanizma, su emilim ve atlımında oldukça önemlidir. Renin, Aldosteron, anjiotensin ve vazopressin gibi hormon ve mediatörlerle kontrol edilen bu sistem, asit baz dengesinin, sıvı elektrolit dengesinin düzenlenmesinde yani homeostaz sağlanmasında etkilidir (17).
Metabolik Artıkların Atılımı
Vücutta her metabolik iĢlemin bir son ürünü oluĢmaktadır. Çoğu zaman, bu son ürün hiçbir iĢlev görmez ve yüksek konsantrasyonlarda vücuda zarar verir. Bu artık ürünlerden aminoasitlerden oluĢanlar üre olarak, nükleik asitlerden oluĢanlar ürik asit olarak, kas yıkımı sonucu oluĢanlar ise kreatinin olarak idrarla atılır. Safra tuzları, oksalatlar, organik asitler ve bazlar da böbrekten tübüllerden salgılanarak atılırlar. Penisilin ve salisilatlar gibi pek çok ilacın atılım yolu da yine böbrekler üzerinden olmaktadır. Asit baz dengesinde de böbrekler en önemli düzenleyicidirler. Metabolik fonksiyonların yerine getirilmesinde pH‟ ın çok dar bir aralıkta (7,35;7,45) tutulması gerekir. Vücut asitliğinin bu dar aralıkta tutulması için böbrekler, akciğer ve karaciğerle koordineli bir Ģekilde çalıĢırlar (41,52).
Arteriyel Kan Basıncının Ayarlanması
Böbrekler kan basıncı ayarlanmasında önemli bir role sahiptirler. Kan basıncı, kan hacmine bağlıdır, böbrekler su ve hacim dengesinin idamesini sağlarlar. Dolayısıyla kan hacmi ayarlanmasını sağlayarak kan basıncı regülasyonuna da katkıda bulunurlar (41).
Eritrosit Yapımının Ayarlanması
Eritropoetin, bir peptid hormondur, kemik iliğinde eritrosit üretiminin kontrolünde görev alır. Ana kaynağı böbreklerdir, az miktarda karaciğerde de sentezlenir. Eritropoetin salgılanmasında görev alan böbrek hücre grubu interstisyumda bulunur. Böbreklerde parsiyel oksijen basıncındaki azalma Eritropoetin salgılanmasını uyarır. Eritropoetin kemik iliğini uyarır, eritrosit üretimi artar. Böbrek hastalıklarında Eritropoetin yapımı ve salgılanması bozulur, kemik iliği aktivitesi azalır ve anemi geliĢir (52).
D Vitamini Sentezinin Düzenlenmesi
Ġn vivo D vitamini sentezi bir seri biyokimyasal dönüĢümleri içerir, sentezin son aĢaması ise böbreklerde olur. D vitamininin aktif formu olan kalsitrol (1,25-dihidroksikolekalsiferol-aktif D3 vitamini) böbreklerde proksimal tübüllerde, 25-hidroksikolekalsiferolden sentezlenir. Kalsitrol kalsiyumun gastrointestinal sistemden emilimi ve kemik yapılarda depolanması için gereklidir. Sentez hızının ayarlanması, kalsiyum ve fosfor dengesini kontrol eden hormonlar tarafından düzenlenir. Böbrek yetmezliği olan hastalarda D vitamini sentez eksikliğine bağlı kalsiyum depolanmasında bozukluk olacağı için anormal kemik formasyonları görülür (41,52,54).
Glukoneogenez
Karbohidrat alımı yarım günden fazla kesilirse, karbohidrat olmayan kaynaklardan yeni glukoz sentezlenmeye baĢlanır (2,50). Glukoneogenezin çoğu, karaciğerde yapılmakla birlikte uzamıĢ açlıkta böbreklerde de gerçekleĢir (41,52).
AKUT BÖBREK YETMEZLĠĞĠ
Akut böbrek yetmezliği (ABY), böbrek fonksiyonlarının aniden bozulması sonucu üre, kreatinin gibi bazı metabolitlerin kanda birikim göstermesidir. Çoğunlukla, idrar atılımında azalma ya da idrar çıkısının hiç olmaması ile birliktedir. ABY hastalarının %20-60‟ ında diyaliz ihtiyacı geliĢmektedir (2,4,55).
Normal böbrek fonksiyonu için; sağlam nefronun perfüzyonu, yeterli glomerüler ultrafiltrasyon, yeterli tübülüs fonksiyonu ve idrar yollarının açık olması gereklidir. Bu aĢamalardan birinde aksama olduğunda ABY ortaya çıkabilir. Sonuç olarak oligüri ve kısa sürede ortaya çıkan azotemi ABY' nin özellikleridir. EriĢkinlerde idrar çıkıĢı 400ml/1.73m2/gün altında ise oligüriden söz edilir. Anüri idrar akımının tamamen kesilmesidir. Birkaç ml düzeyinde olan idrar çıkısı da anüri olarak tanımlanır (<50ml/m2/gün). ABY' de genellikle serum kreatinin değeri 0.5mg/dl/gün, serum üre değeri 20 mg/dl/gün üzerinde kademeli artıĢ gösterir. Bununla birlikte üre kreatinin artıĢ hızı ve idrar miktarı da yetmezlik açısından önemlidir. Üre kreatinin yükselmesinin hızı ve idrar miktarına göre akut böbrek yetmezliğinin ağırlığını belirleyen RIFLE (risk injury failure loss end stage renal failure) sınıflaması yaygın olarak kullanılmaktadır (Tablo 1).
Tablo 1. RIFLE sınıflaması (2)
Glomerul Filtrasyon Hız Kriteri
Ġdrar ÇıkıĢ Kriteri Risk Serum kretatinin 1.5 kat
artmıĢ
6 saat <0.5 mL/kg/saat Hasar Serum kretatinin 2 kat artmıĢ 12 saat <0.5 mL/kg/saat Yetmezlik Serum kretatinin 3 kat artmıĢ
veya 44 μmol/L üzerinde artıĢ olduğunda kreatinin 355 μmol/L
24 saat <0.3 mL/kg/saat veya 12 saat anüri
Kayıp Böbrek fonksiyonlarının 4 haftadan daha uzun süreli kaybı
Akut Böbrek Yetmezliği' nin Fonksiyonel Sınıflaması:
ABY fizyopatolojisinin daha kolay anlaĢılabilmesi amacıyla prerenal, renal, postrenal olarak sınıflandırılmıĢtır. ABY‟ nin nedenlere göre sınıflaması Tablo 2‟ de verilmiĢtir.
Prerenal ABY : Böbreğin perfüzyon bozukluğu nedeniyle böbrek fonksiyonlarında bozulmanın ortaya çıkmasıdır. Akut böbrek yetmezliğinin en sık nedenidir. Alttaki sebep düzeltilirse dramatik iyileĢme gözlenir. Perfüzyon hemen sağlanamaz ise böbrek hasarı geliĢir ve ATN‟ a ilerler (2,4,55).
Renal ABY : Ġntrensek ya da parankimal ABY adı da verilir. Böbreğin glomerül, tübülüs, interstisyum ve damarlar gibi ünitelerini etkileyen farklı nedenler sonucu fonksiyonunun bozulması olarak tanımlanır (2,4,55). EriĢkinlerde böbrekten kaynaklanan ABY‟ nin baĢlıca nedeni iskemidir. Tüm ABY‟ lerin %25‟ ini oluĢturur (41).
Postrenal ABY: Her iki böbrekten idrar akıĢını engelleyecek akut bir obstrüksiyon sonucu ortaya çıkar.
Akut Böbrek Yetmezliği' nin Patofizyolojisi
ABY çok farklı nedenlere bağlı olarak ortaya çıktığı için, fizyopatolojik değiĢiklikler ve patolojik bulgular farklılık gösterir. ABY' de tübülüs hasarı birçok nedenle ortaya çıkabilir. Günde yaklaĢık 100 litre primer filtrattan idrar yapan; organizmaya su ve birçok maddeyi geri kazandıran özellikle proksimal tübülüs hücreleri çok sayıda mitokondri içerirler. Bu hücrelerde oksijen varlığında, reabsorbsiyon için gerekli adenozin trifosfat (ATP) sentezi yapılabilir. Tübülüs hücrelerinin kanlanması ve oksijen desteği, glomerüler kan akımına bağlıdır. Herhangi bir nedenle bu kan akımı azalırsa, tübülüs hücresinde iskemi ortaya çıkar, ATP yapımı azalır, çalısması için ATP gereken Na-K pompasının fonksiyonu bozulur, hücre içi sodyum artar. Bu olayların sonunda tübülüs hücresinin kalsiyum geçirgenliğinin artıp, hücre içi kalsiyum miktarının yükselmesi, programlı ölüm denilen apoptozisi hızlandırır. Tübülüs hücresinin zarar gördüğü bir diğer dönem, kanlanmanın yeniden baĢladığı reperfüzyon dönemidir. Bu dönemde; mitokondrial oksidasyonda artıĢ rölatif ATP eksikliğine neden olur, oksijenlenme ile hücre membranı için toksik O2 radikalleri ortaya çıkar (8).
Sonuçta ortaya çıkan hücre içi kalsiyum artıĢı hücre ölümüne yol açar. Reperfüzyon dönemindeki hasarın daha önemli sonuçlarının olduğu bilinmektedir. Hasara uğramıĢ tübülüs hücresi iĢlevini yapamaz, sodyum miktarı yüksek, izoozmotik idrar oluĢmaya baĢlar. Su ve solütler hasara uğramıĢ tübülüs hücrelerinden iĢlenmeden pasif olarak geri emilir ve interstisyuma, oradan da kan akımına katılır, böylece total idrar miktarı azalır. Ölen ve lümene
dökülen tübülüs hücrelerinin yaptığı debris de mekanik tıkanmalara neden olarak durumu ağırlaĢtırır (6,8).
Tablo 2. Akut Böbrek Yetmezliği Sınıflaması (2,8)
ĠSKEMĠYE BAĞLI AKUT BÖBREK YETMEZLĠĞĠ
Ġskemi sonucu oluĢan ABY, prerenal perfüzyon azalmasına bağlı olarak meydana gelebileceği gibi; intrarenal vasküler obstrüksiyon ya da vazokonstriksiyon nedeniyle böbrek kan akımının azalmasına bağlı olarak da geliĢebilir (2,56,57,58). Böbrek kan akımının büyük kısmı renal kortekse doğrudur. Medüllayı besleyen vaza rektaya gelen kan akımı kortekse göre çok daha azdır, bu durum medüllanın kortekse göre iskemiye çok daha duyarlı olmasına neden olur (2,59,60). Dolayısıyla iskemi-reperfüzyon hasarı da iskemiye çok daha duyarlı olan medülladan baĢlar. Hasarlanmanın sonucunda tübüler disfonksiyon nedeniyle sodyum (Na+) geri emilimi yapılamaz, distal tübüllere giden Na+ miktarı artar. Distal tübüllerde artan Na+
glomerülotübüler refleksi tetikleyerek, glomerüler vazokonstriksiyonu Ģiddetlendirerek glomerüler filtrasyonun daha da azalmasına neden olur. Diğer yandan iskemi
AKUT BÖBREK YETMEZLĠĞĠ Prerenal Ġntrinsik Renal
Postrenal Kan volümünde azalma -Kanama -Volüm kaybı Vasküler -Vaskülit -Malign Hipertansiyon Akut Glomerülonefrit Akut Ġnterstisyel Nefrit -Ġlaçla ĠliĢkili
Akut Tübüler Nekroz Toplayıcı Sistem ya da Ekstrarenal Drenaj Obstriksiyonu -Mesane ÇıkıĢ Obstriksiyonu -Bilateral Üreteral Obstriksiyon Kan volümünde rölatif azalma -Kalp Yetmezliği -Dekompanze Siroz Ġskemik Nefrotoksik
Renal arter stenozu
veya oklüzyonu Ekzojen -Antibiyotikler
(Gentamisin) -Radyokontrast Ajanlar -Sisplatin Endojen -Ġntratübüler Pigmentler (Hemoglobinüri, miyoglobinüri) -Ġntratübüler Proteinler (Multipl Miyelom-Bence Jones) Hemodinamik Tip -NSAID
-Renal arter stenozu veya Kalp yetmezliğinde ACE inhibitörü veya ARB kullanımı
sonucu medülla dokusunun enerji kaynaklarının hızla tükenmesine bağlı, endotel ve düz kas hücrelerinin iskeletinin aktin yapısı bozulmaya baĢlar. Hücresel yıkım hipoksiyi daha da ağırlaĢtıtrırken ortaya çıkan toksik metabolitler canlı kalabilen hücrelerin ölümünü de hızlandırır (60).
Ġskemik ABY ile prerenal azotemi, renal perfüzyon bozukluğuyla sonuçlanan aynı spekturumda yer alan iki farklı klinik durum olmakla beraber; Ġskemik ABY‟ de prerenal azotemiden farklı olarak, hipoperfüzyona bağlı böbrek hasarlanması vardır (2,54,55,57). Ġskemik ABY, major kardiyovasküler cerrahiler, transplantasyonlar, sepsis gibi ağır hipovolemi yapabilen nedenlerle ortaya çıkar (2,5,57). Öncelikle tübüllerde baĢlayan renal hasarlanma, reperfüzyon sağlandıktan 1-2 hafta sonra iyileĢir, tam iyileĢme 4 haftaya kadar uzayabilir (2,57,58).
Bununla birlikte tablo ağır seyretmesi sonucu renal kortikal nekroz geliĢmiĢse böbrek yetmezliğinin geri dönüĢümsüz olduğunu gösterir (2,57).
ĠSKEMĠK AKUT BÖBREK YETMEZLĠĞĠ PATOFĠZYOLOJĠSĠ
Ġskemi, hipoksinin süresine göre doku ve hücrelerde geriye dönüĢümlü ve geriye dönüĢümsüz aĢamaların olduğu bir kaskadı baĢlatır. Ġskemi sonucu ilk olarak oksidatif fosforilasyonun durması ile hücre içi adenozin trifosfat (ATP) üretilememesi söz konusudur. Hücrenin temel enerji kaynağı olan ATP‟ nin üretilememesi ATP bağımlı yaĢamsal fonksiyonların devam ettirilememesine neden olur. Özellikle hücre zarında bulunan ATP bağımlı Na+
-K+ pompası hücre ozmoregülasyonunu düzenleyemez, hücre içinde sodyum (Na+) birikirken, potasyum (K+) hücre dıĢına çıkmaya baĢlar. Hücre içine giren Na+ beraberinde su da taĢıdığı için hücre ĢiĢmeye baĢlar. ATP hızla tüketildiği için diğer taraftan hücre içi AMP de artmaya baĢlar. Artan AMP fosfofrüktokinaz enzimini indükleyerek ATP üretebilmek için anaerobik glikolizi baĢlatır. Anaerobik glikoliz ile glikojenden ATP oluĢumuyla hücre enerji kaynaklarını bir süre daha korur. Ancak anaerobik glikoliz sonucunda oluĢan laktik asit ve fosfat hidrolizi sonucu oluĢan inorganik fosfat birikimi hücre içi pH‟ ı düĢürerek asit yükünü artırır. Hücre içi asitliğin artması sonucu enzim yapıları dolayısıyla da enzimatik reaksiyonlar bozulmaya baĢlar. Hücre içi proteinlerin denatürasyonu ve ribozomların ayrılması ve polizomların monozomlara parçalanması hücre içi asidozun artıĢıyla hızlanır. Hücresel ĢiĢmeden sonra mitokondrilerde de ĢiĢme görülür ve mitokondri fonksiyon yapamaz hale gelir. Buraya kadar ki süreç reoksijenizasyon sağlanırsa geri döndürülebilir (61,62,63). Geri dönüĢümsüz aĢama ise mitokondrilerde vakuolizasyonun
görülmesiyle baĢlar. Hücre zarında oluĢan zedelenmeler, lizozomal ĢiĢme ve hücre içi yoğun kalsiyum birikimi ile hücrede apoptozis baĢlar. Proteinler ve ribonükleik asitler bozulan membran bütünlüğünün ardından hücre dıĢına çıkmaya baĢlar. ATP üretimi için gerekli olan protein yapıda enzimlerin de bu Ģekilde kaybedilmesi sonucu hücre enerji üretemez hale gelir. pH‟ ın daha da düĢmesi sonucu lizozomal zarlar zedelenir ve lizozomal enzimler sitoplazmaya geçerek otolizi baĢlatır (ġekil 1). Otoliz ile hücre zarı, sitoplazma içeriği ve nükleusun parçalanması hızlanır. Hücre dıĢına çıkan enzimler hücreler arası makromoleküllerin yapısını bozarak hücre içine girmelerine neden olur. Tüm bunların sonucunda hücreden geriye fosfolipid molekülleri ve miyelin biçimli denatüre proteinler ile parçalanmıĢ nükleik asit birikintileri kalır. Bunlar da apoptozisin en son aĢamasında fagositer hücreler tarafından ortadan kaldırılır.
ġekil 1. Ġskemik hasarda olaylar dizisi (61)
Ġskemik ABY‟ nin mikroskobik incelemelerinde, tübül epitelinin odaklar halinde fokal nekrozu ve bazal membran ayrıĢmaları görülür. Tübül epitelyum rejenerasyonu, nekroz, hücresel dejenerasyonlar, tübül içinde gözlenebilen silendirler, interstisyel ödem, inflamasyon hücre infiltrasyonları, tübüler kollaps ve dilatasyonlar diğer bulgulardır. Lökosit infiltrasyonları genellikle vaza rektalarda görülür. Ġntrarenal vasküler tromboz yoksa glomerüller ve intrarenal kan damarları normal gözlenir (2,17,57). Tamm-Horsfall proteinleri ile plazma proteinlerinden oluĢan eozinofilik hiyalin ve pigmente granüler silendirler de tübül içinde tıkaç oluĢturabilirler. Nefrotoksik ABY‟ nde ise proksimal tübüllerdeki morfolojik değiĢiklikler ön plandadır. Tübüler hücre nekrozu daha az belirgindir (2,17,57). Nefrotoksik ya da iskemik ABY‟ nin klinikleri benzer olmakla beraber patolojileri çok farklılık gösterir (Tablo 3) ABY düzeldikten sonra yapılan biopsi sonuçları genellikle normal olarak bulunur (2,17).
Tablo 3. Ġskemik Akut Böbrek Yetmezliğinin Patofizyolojisi (2,8) MĠKROVASKÜLER
O2
Ġnflamatuar ve vazoaktif mediatörler
TÜBÜLER
GLOMERÜLER MEDÜLLER Hücre iskeletinin yıkımı
Vazokonstriksiyon Görülmesi ; Endotelin, Adenozin,
Anjiotensin II, Tromboksan AII, Lökotrienler, Sempatik Sisteme yanıt olarak vazokonstriksiyon geliĢir.
Polarite kaybı
Vazodilatasyon Azalması; Nitrik Oksit, Prostaglandin E2,
Asetilkolin ve Bradikinine yanıt olarak vazodilatasyon azalır.
Apoptozis ve nekroz
Endotel ve vasküler düz kas
hücrelerinin yapısal hasarı artar. Canlı ve nekrotik hücrelerin dökülmesi Lökosit-Endotel adhezyonu,
vasküler obstrüksiyon, lökosit aktivasyonu ve inflamasyon baĢlar.
Tübüler obstriksiyon Geri kaçıĢ
BÖBREK ĠSKEMĠ REPERFÜZYON HASARI
Ġskemi, bir organa gelen kan akıĢının kesilmesi durumudur. Kan akımının kesilmesi nedeni ile hipoksik doku zedelenmesi meydana gelir. Dokuda kan akımının yeniden baĢlaması ise reperfüzyon olarak isimlendirilir (8,64-66). Reperfüzyona bağlı doku hasarı ise özellikle dokuya gelip yerleĢen inflamatuar hücreler tarafından salınan serbest oksijen radikallerinin
(SOR) dokudaki yıkımı artırıcı etkileri ile oluĢmaktadır (Tablo 4) (41,48,54,60).
Tablo 4. Ġskemi Reperfüzyon Hasarında Böbreği Ġnfiltre Eden Hücreler ve Hasardaki Rolleri
Böbreğe Ġnfitrasyon Fazları
Hücre Tipi BaĢlangıç GeliĢim ĠyileĢme Patogenezdeki Rolü
Nötrofiller ++ + - Hasar tamirinde etkili
Makrofajlar + ++ +/- Erken dönemde modülatuar etkili T Hücreleri ? + ++ Modülatuar etkili
B Hücreleri ? + ? Modülatuar etkili
Plateletler ++ + ? Erken medyatör
Renal kan akımındaki azalma iskemik böbrek hasarının baĢlaması ve devamında kritik bir öneme sahiptir. Normal fizyolojik koĢullarda oksijen basıncı dıĢ korteksten içe ve medüllaya doğru gidildikçe azalır (2,59). Bu nedenle iskemik ABY‟de prerenal azotemiden farklı olarak, hipoperfüzyona bağlı böbrek hasarı da görülür (3,4,8).
Ġskemi reperfüzyon hasarında lökositlerin, özellikle de Polimorf nüveli lökosit‟ in (PMNL) önemli rollerinin olduğu bilinmektedir (41,67,68). Ġskemik ABY‟de patolojik örneklemelerde nötrofillerin böbrek dokusunda yoğun olarak görülmesi, nötrofiller olmadan oluĢturulan iskemilerde doku hasarının dramatik olarak azaldığının gösterilmesi ve böbrek yetmezliği geliĢtiğinde anti-adhezyon tedavilerinin verilmesi ile yetmezliğin seyrinin etkin bir Ģekilde iyileĢtiğine yönelik birçok çalıĢma mevcuttur (41,67,68). Bu çalıĢmalar ABY patofizyolojisindeki nötrofillerin rolüne dikkat çekmektedir. Bununla birlikte lökosit baskılanmasının, doku infiltrasyonun engellenmesinin herhangi bir koruyucu etkisi olmadığını savunan araĢtırmalar da mevcuttur (41,69,70).
PMNL aktivasyonu, organ hasarı ile sonuçlanan bir çok hastalığın patofizyolojisinde rol alır. Böbrek iskemi-reperfüzyonunda da PMNL‟ nin hasarlı alanda toplanıp aktive oldukları kesin olarak gösterilmiĢtir (67). Akut glomerülonefritlerde adhezyon molekülleri, granüler enzimler, reaktif oksijen radikalleri, lipid metabolizma ürünleri ve PMNL ile monositlerden salınan sitokinlerin ve diğer mediatörlerin glomerüler kapillerlerin vazokonstriksiyonuna ve obstrüksiyonuna sebep olduğu, neticede tübül hasarı ile ABY geliĢtiğini bildiren araĢtırmalar mevcuttur (41,68). Bununla beraber iskemi-reperfüzyon hasarında PMNL aktivasyonuna sebep olan mekanizmalar tam olarak bilinmemektedir. Reperfüzyon sırasında lokal olarak üretilen oksijen serbest radikallerinin, otokrin, parakrin, endokrin mediatörlerin, sitokinlerin salınımı sonucu vasküler permeabilitenin arttığı, lökosit adhezyonu sonrası diapedez ile migrasyonun kolaylaĢtırıldığı gösterilmiĢtir. Özellikle lökosit
adhezyon moleküllerinin bu geçiĢte önemli rolü olduğu bildirilmiĢtir. Monoklonal antikorlarla yapılan çalıĢmalarda, CD11/CD18 integrinlerin ve hücrelerarası adezyon molekülü-1 (ICAM-1) inhibisyonunun reperfüzyon sonrası ABY geliĢimini engellediği gösterilmiĢtir (41,71,72).
Ayrıca araĢtırmacılar PMNL‟ nin önceden uyarılmıĢ olmasının da reperfüzyon hasarını ağırlaĢtırdını öne sürmektedirler. Özellikle sepsis gibi PMNL‟ nin ABY geliĢmeden aktive olduğu durumlarda bu tez oldukça önemlidir. Sepsis sürecinin sonunda renal hipoperfüzyon ve PMNL aktivasyonu ile seyreden ABY tablosunun geliĢtiği görülmüĢtür (41,68). Ġskemik böbreklerden elde edilen PMNL‟ lerin farklı sağlam böbreklere verildiğinde bu böbreklerde ABY geliĢimine neden olduğu da gösterilmiĢtir (41,68).
SERBEST RADĠKALLER VE OKSĠDANLAR
Ġskemik böbrek hasarında perfüzyon azalmasına bağlı böbrek fonksiyonlarının bozulmasında temel patolojide tübüler hasar rol oynar. Bununla birlikte, reperfüzyon sonrası üretilen serbest radikaller de böbrek hasarlanmasında oldukça önemlidir (2,73,74).
Serbest radikal, dıĢ orbitalinde tek sayıda elektron bulunduran bir atom veya moleküldür. DıĢ orbitalinde iki ile bölünmeyen elektron varlığı, atom veya molekülü reaktif kılar (75). Serbest oksijen radikalleri, sayısız enzimatik reaksiyon ve biyolojik fonksiyon için gereklidir. Ancak reperfüzyon gibi bazı patolojik durumlarda aĢırı miktarlarda ortaya çıkarak hücrelere zararlı etkilerde bulunurlar. Serbest radikallerin baĢlıca kaynağı moleküler oksijendir (75). Oksijenin indirgenmesi ile, negatif yüklü bir ara ürün olan süperoksid radikalleri ortaya çıkar. Bu radikallerden spontan ya da enzimatik dismutasyon ile, ikinci bir ara ürün olan hidrojenperoksid ortaya çıkar. Sonrasında yine bir dizi reaksiyon sonucu hidroksil radikali meydana gelir (61,75). Süperoksitler canlı dokuda bazı reaksiyonlar için gerekli moleküller olmalarının yanı sıra, kontrolsüz üretilmeleri canlı doku için ölümcül sonuçlar doğurabilir.
Oksijenin canlılardaki toksik etkileri baĢlıca iki tür mekanizma ile gerçekleĢir:
a. Aerobik canlılarda gözlenen oksijen toksisitesinin ilk açıklaması, moleküler oksijenin bazı enzimleri inhibe ettiği Ģeklindedir. Oksijen bazı enzimleri reaktif türlerinden bağımsız olarak doğrudan inhibe edebilir. Hayvanlarda oksijen ile indüklenen konvülzyon ile beyinde gabaamino bütirik asit (GABA) düzeyleri arasında bir iliĢki vardır. Oksijen, GABA sentezini katalizleyen glutamat dekarboksilaz enzimini inhibe ederek beyinde GABA deriĢimini düĢürmektedir (76).
b. Oksijenin bazı enzimlerde gösterilen inhibitör etkisine rağmen, doğrudan oksijenin kendisinden kaynaklanan inhibisyon ancak sınırlı sayıda enzimde görülmüĢtür ve bu tür inhibisyonların hızı da çok zayıftır. Ġlk kez 1954 yılında, oksijenin biyolojik sistemlerde görülen toksik etkilerinin oksijeninin bazı reaktif türlerinden kaynaklanabileceği ileri sürülmüĢtür. Bugün, oksijenin canlılardaki toksik etkisinin oksijen radikalleri olarak adlandırılan ve oksijenin vücuttaki metabolizması sırasında oluĢan reaktif türlerden kaynaklandığı bilinmektedir (76).
Süperoksitler
Canlılarda oluĢtuğu ilk gösterilen radikal olan süperoksit, baĢlıca Ģu mekanizmalarla üretilmektedir:
1. Ġndirgeyici özellikteki biyomoleküller oksijene tek elektron verip kendileri oksitlenirlerken süperoksit radikali oluĢur. Hidrokinonlar, Ģavinler, tiyoller, katekolaminler, ferrodoksinler, indirgenmiĢ nükleotidler gibi yüzlerce biyolojik molekül aerobik ortamda oksitlenirken süperoksit yapımına neden olurlar.
2. BaĢta çeĢitli dehidrogenazlar ve oksidazlar olmak üzere, yüzlerce enzimin katalitik etkisi sırasında süperoksit radikali bir ürün olarak oluĢabilir.
3. Mitokondrideki enerji metabolizması sırasında oksijen kullanılırken, tüketilen oksijenin %1-5 kadarı süperoksit yapımı ile sonlanır. Buradaki radikal yapımının nedeni NADH dehidrogenaz ve koenzim Q gibi elektron taĢıyıcılardan oksijene elektron kaçağının olmasıdır. Beklenilenin aksine, oksijenin mitokondri solunumu sırasında bağlandığı ve suya indirgendiği sitokrom oksidaz basamağında radikal yapımı gösterilememiĢtir. Sitokrom oksidaz demir:bakır:çinko:Magnezyum atomlarını 2:2:1:1 oranında içeren bir protein olup, süperoksit dismutaz, katalaz ve peroksidaz aktivitelerine sahiptir. Bu sayede, sitokrom oksidaz üzerinde süperoksit veya H2O2 oluĢsa bile, içerdiği enzimatik aktivite sayesinde hızla
ortamdan temizlenir.
4. Aktive edilen fagositik lökositler bol miktarda süperoksit üreterek fagozom içine ve bulundukları ortama verirler. Antibakteriyel etki için gerekli olan bu radikal yapımı, daha reaktif türlerin oluĢumunu da baĢlatır. Bu örnekte görüldüğü gibi radikal yapımı bazı hücresel fonksiyonlar için gerekli de olabilir (76).
Süperoksitlerin Vücuttaki Katabolizmaları
Aldığı elektronu metal iyonuna, sitokrom c‟ ye veya bir radikale verirse tekrar oksijene oksitlenir. Oksijenden daha oksitleyici olan süperoksit bir elektron daha alırsa peroksi anyonuna indirgenir: O2 -. + e- O2 = 2H+ H2O2
Yukarıdaki tepkime biyolojik moleküllerin oksidasyonuna neden olduğundan tercih edilmez. Aerobik canlılarda süperoksitlerin H2O2‟ e çevrilmesi katalitik aktivitesi çok yüksek
bir enzim olan süperoksit dismutaz (SOD) tarafından katalizlenir: O2 -.+O2 -.+2H+ SOD H2O2
SOD tarafından katalizlenen bu tepkime “dismutasyon tepkimesi” diye adlandırılır (76). Süperoksit, özellikle hafif asidik koĢullarda SOD olmadan kendiliğinden dismutasyonla da H2O2‟ e çevrilebilir. Süperoksit, pK‟sı 4.8 olan zayıf bir baz olduğundan, pH‟ nın daha düĢük
olduğu fagozom içinde daha kolaylıkla kendiliğinden dismutasyonla H2O2 oluĢturabilir.
Nötral pH‟ da enzimatik dismutasyon 109 kez daha hızlı olduğundan SOD enzimi savunma için mutlaka gereklidir (76).
SOD enziminin yüksek katalitik aktivitesi nedeniyle hücrelerde süperoksit birikimine izin verilmez. Ancak çeĢitli patolojik durumlarda süperoksit yapımının artması durumunda, süperoksite özgül tepkimeler görülmeye baĢlar.
Süperoksit metal iyonlarını indirgeyerek, bağlı oldukları proteinlerden salınmalarına neden olur, kofaktörlerin oksidasyon düzeylerini bozar, metal iyonlarının katıldığı hidroksil radikali yapım tepkimelerini hızlandırır. Diğer radikallere göre daha az reaktif olsalar da, süperoksit indirgenmiĢ nükleotidleri, bazı amino asitleri ve antioksidan bileĢikleri (glutatyon, askorbik asit, tokoferol) oksitler. Süperoksitlerin hücre zarlarının hidrofobik ortamlarında yarı ömürleri daha uzun ve çözünürlükleri de daha fazladır. Zar fosfolipidleri nedeniyle hücre zarı yüzeyleri daha asidiktir ve süperoksitler buradan daha kolay proton alarak hidroperoksit radikalini (HO2.) oluĢtururlar. Bu radikal de çok reaktif olup, hücre zarlarında lipid
peroksidasyonunu baĢlatabilir ve zarsal antioksidanları (tokoferol) oksitleyebilir (76).
Hidrojen Peroksit
Hidrojen peroksit, oksijenin enzimatik olarak iki elektronla indirgenmesi ya da süperoksitlerin enzimatik/nonenzimatik dismutasyon tepkimeleri sonucu oluĢur. Hidrojen peroksitin pK‟sı 10.6 olduğundan, nötral ve asidik koĢullarda net yük taĢımaz, biyolojik zarları kolayca geçebilir. Yapısında paylaĢılmamıĢ elektron içermediğinden radikal özelliği taĢımaz, reaktif bir tür değildir. Hidrojen peroksitin oksitleyici bir tür olarak bilinmesinin nedeni, Cu++, Fe++ gibi metal iyonları varlığında hidroksil radikalinin öncülü gibi davranmasıdır. Hidrojen peroksitin özellikle proteinlerdeki hem grubunda bulunan demir ile
tepkimeye girerek yüksek oksidasyon düzeyindeki ferril demir (FeIV) ve perferril demir (FeV) oluĢumuna neden olur.
Bu formdaki reaktif demir çok güçlü oksitleyici özelliklere sahip olup, hücre zarlarında lipid peroksidasyonu gibi radikal tepkimeleri baĢlatabilir. Belirtilen potansiyel oksitleyici özelliği nedeniyle biyolojik sistemlerde oluĢan hidrojen peroksitin derhal ortamdan uzaklaĢtırılması gerekir. Bu görevi, hücrelerdeki önemli antioksidan enzimler olan katalaz ve peroksidaz enzimleri yerine getirirler (76).
Hidroksil Radikali
Biyolojik ve kimyasal sistemlerde üretilebilen hidroksil radikali (-OH) canlılarda iki mekanizma ile oluĢabilir:
ĠyonlaĢtırıcı radyasyonun etkisiyle sulu ortamda su moleküllerinin iyonlaĢması gerçekleĢir: 2 H2O enerji H2O + e- + H2O.
UyarılmıĢ su molekülü (H2O.) homolitik yıkım ile; H2O+ ise bir su molekülü ile
tepkimeye girerek baĢlıca reaktif radikal olarak hidroksil radikallerini oluĢtururlar. Bu tepkimeler fentosaniye içinde gerçekleĢir ve üretilen (-OH), radyasyonun canlılardaki toksik etkisinden sorumlu baĢlıca kimyasal türdür.
Hidrojen peroksitin eksik indirgenmesi ile (-OH) yapımı, vücutta bu radikalin en önemli kaynağıdır. H2O2‟ in iki elektron ile indirgenmesi ile su oluĢurken, tek elektronla indirgenmesi
(–OH) yapımına neden olur. Bu tür indirgenme demir (Fe++), bakır (Cu++) gibi metal iyonları tarafından katalizlenir. Askorbik asit, süperoksit gibi indirgeyici bileĢiklerin de bulunduğu ortamda, oksitlenen metal iyonu tekrar indirgendiğinden, H2O2‟ den (-OH) yapımı sürekli bir
duruma gelir: H2O2 + Askorbat (veya O2-. ) Fe++, Cu++ -OH + Semidehidroaskorbat
Haber-Weiss tepkimesi ya da Fenton tepkimesi olarak adlandırılan bu tepkime ile ne kadar (-OH) oluĢacağı, vücutta üretilen H2O2 deriĢimi ve serbest metal iyonunun varlığına
bağlıdır. Süperoksit hem H2O2‟ in öncülü hem de metalleri indirgeyici bir tür olduğundan;
süperoksit proteinlere bağlı metallerin indirgenip serbest kalmasına da neden olabildiğinden, biyolojik koĢullarda süperoksit yapımının arttığı ortamda (-OH) üretimi kaçınılmazdır. Fenton tepkimesini katalizleyen en aktif metal iyonları demir ve bakırdır. Mangan ve kobalt da bu bakımdan aktif olsalar da, vücuttaki deriĢimlerinin düĢüklüğü nedeniyle demir ile kıyaslandıklarında çok daha az etkindirler.
Serbest metal iyonlarının vücut sıvılarındaki deriĢimi pratik ölçülemeyecek kadar az olduğu için sıfır kabul edilir. Demir, metabolizmasının her aĢamasında mutlaka ya bir proteine
(ferritin, transferrin, laktoferrin gibi) bağlı durumda ya da küçük organik moleküllerle (sitrat, ATP gibi) kompleks oluĢturmuĢ formda bulunur. Bakır, serüloplazmine sıkı sıkıya bağlıdır; diğer metal iyonları ise metallotiyoneinlerle birlikte bulunur. Metal iyonlarının proteinlere bağlı formda tutulmaları, (-OH) yapımını önlemenin en güvenli yoludur (76).
Hidroksil Radikalinin Tepkimeleri: Biyolojik sistemlerin tanıdığı en reaktif tür olan -OH, su dahil ortamda rastladığı her biyomolekülle difüzyon limiti hızı ile tepkimeye girer. Bu nedenle 10-9 saniyeden daha kısa bir ömre sahiptir. Hidroksil radikalinin tepkimeleri baĢlıca:
1- Elektron transfer tepkimeleri, 2- Hidrojen çıkarma tepkimeleri,
3- Katılma tepkimeleri Ģeklinde gerçekleĢir.
Bütün bu tepkimeler, (-OH)‟in paylaĢılmamıĢ elektron içeren dıĢ orbitaline elektron alma ilgisinden kaynaklanır. Katılma tepkimeleri özellikle elektronca zengin moleküllerle (pürin ve pirimidin bazları, aromatik amino asitler gibi) gerçekleĢir. Hidroksil radikalinin organik moleküllerden hidrojen (bir proton ve bir elektron) atomu alarak suya indirgendiği tepkime hidrojen çıkarma tepkimesi olarak bilinir. Bu radikalin katılma tepkimesi ile biyomolekül oksitlenir ve tepkime de sonlanır. Oysa hidrojen çıkarma tepkimesi ile baĢlayan (–OH)‟in etkisi, zincirleme tepkimeler Ģeklinde devam eder. Organik bir molekülden hidrojen çıkarılması ile karbon merkezli bir radikal (R) oluĢur. Karbon merkezli radikaller derhal ortamdaki bir oksijen molekülü ile tepkimeye girerek peroksi radikalini (ROO.); peroksi radikali ise -OH gibi davranarak bir diğer organik molekülden (R) hidrojen çıkararak yeni bir karbon merkezli radikal (R) oluĢumuna neden olurken, kendisi hidroperoksit (ROOH) formuna indirgenir. Organik hidroperoksit radikal özelliği taĢımadığından oldukça stabildir. OluĢan yeni karbon merkezli radikal (R) ise yukarıdaki gibi yeni bir tepkime dizisini baĢlatır. Organik hidroperoksitler her ne kadar stabil bileĢikler ise de, Fe++ ve Cu++ gibi metal iyonları varlığında radikalik tepkimelerle parçalanırlar ve bu tepkimeler sırasında yeni karbon merkezli radikaller, oksijen radikalleri, karboniller ile itotoksik aldehitler oluĢur (76).
Görüldüğü gibi radikalik tepkimeler zincirleme tepkimelerdir. Bir tek (–OH) ile baĢlatılan tepkime, her seferinde katlanarak yayılma yeteneğine sahiptir. Hücre zarında gerçekleĢebilen bu tür tepkimelere lipid peroksidasyonu denir.
Buna göre hücresel koĢullarda, oluĢan radikalin çok erken safhada indirgenmesi, biyomoleküllerin korunması bakımından hayati öneme sahiptir. Her tür biyolojik molekül
(–OH)‟ nin bir hedefi ise de, özellikle elektronca zengin bileĢikler seçilen tercihli hedeflerdir. Nükleik asitler, proteinler ve lipidlerde baĢlatılan radikalik tepkimelerde binlerce farklı ara ürünler oluĢabilir. DNA ile tepkimesi sonucu baz modifikasyonları, baz delesyonları, zincir kırılmaları gerçekleĢebilir; ileri derecedeki DNA hasarları tamir edilemediğinden hücre ölümüne neden olur. Proteinler üzerinde oluĢan oksidasyonlar yapı değiĢimine neden olacağından, proteinler proteolitik yıkıma götürülür. Hücre zarı su içermediğinden (–OH)‟ in baĢlıca hedefi yağ asitleridir. Zar lipidlerinin peroksidasyonu zarın yapısını bozar ve geçirgenliğini arttırıp yine hücre ölümüne neden olabilir. Bütün bu etkiler ne kadar (–OH) üretildiğine bağlıdır ve gerek H2O2‟ den gerekse de organik peroksitlerden (ROOH) -OH
yapımı ortamdaki serbest metal iyonları tarafından katalizlenir. Metal iyonları varlığında GSH ve askorbik asit gibi önemli antioksidanlar da prooksidan gibi davranmaya baĢlarlar (75,76). Özellikle (-OH) yapımını katalizlemelerindeki etkileri nedeniyle canlılarda metal iyonları radikal hasarlarından birinci derecede sorumludurlar (76).
Nitrik Oksit (NO)
Nitrik oksit, yüksek yapılı canlılarda amaçlı olarak ve çok önemli biyolojik fonksiyonları yerine getirmek üzere üretilen nitrojen merkezli bir radikaldir. PaylaĢılmamıĢ elektron aslında nitrojen atomuna ait ise de, bu elektronun hem nitrojen hem de oksijen atomu üzerinde delokalize olması nedeniyle tam radikal özelliği taĢımaz. Bunun sonucu, bilinen diğer radikallere göre reaktivitesi baskılandığından oldukça uzun ömürlüdür. Yukarıda özetlendiği gibi, oksijen radikalleri çok sayıdaki enzimatik ve non-enzimatik yollar ile fiziksel/kimyasal mekanizmalarla oluĢturulurlar. Oysa vücudumuzda nitrik oksit (NO) sentezini sağlayan mekanizmalar son derece kısıtlıdır. Vücuda giren nitro bileĢiklerinin metabolize edilmesi sırasında oluĢan NO bir tarafa bırakılacak olursa, endojen NO oluĢturan tek kaynak nitrik oksit sentaz (NOS) enzimleridir. Bu enzimin nöronal nitrik oksit sentaz (nNOS), endotelial nitrik oksit sentaz (eNOS) ve indüklenebilir nitrik oksit sentaz (iNOS) olmak üzere üç formu vardır; nNOS ve eNOS izoformları konstitütif enzimlerdir. eNOS ve nNOS enzimleri tarafından üretilen çok düĢük deriĢimdeki NO sinir sistemi ve düz kaslarda hücre içi ve hücreler arası haberci molekül olarak kullanılır. Haberci molekül olarak sitoplazmik guanilat siklazı aktive ederek hücrelerde siklik guanozin monofosfat (cGMP) deriĢimini arttırır. cGMP ise çeĢitli enzimler aracılığı ile hücre içi kalsiyum deriĢiminin düzenlenmesini sağlar. Nitrik oksit sentazların indüklenebilir (iNOS) formu ise baĢta fagositik lökositler olmak üzere çeĢitli hücrelerde bulunur ve sentezi sitokinler ile bakteriyel toksinler tarafından indüklenir. iNOS
enziminin aktivitesi kalsiyumdan bağımsız olup kontrol edilemediğinden, ortamda arjinin bulunduğu sürece aktif olup, uzun süreli ve yüksek deriĢimde NO sentezini katalizler. Radikal olarak reaktivitesi düĢük olan NO, metal içeren merkezler ve radikaller ile büyük bir hızla tepkimeye girer. Özellikle lipid radikallerle tepkimeye girmesi NO‟e antioksidan bir etki kazandırır. Süperoksit ile NO arasındaki tepkime ile oluĢan peroksinitrit (ONOO
-), hidroksil radikali benzeri aktiviteye sahip olup radikalik tepkimeleri baĢlatmaya ilave olarak biyomoleküllerin nitrasyonuna neden olur. Fizyolojik (düĢük) deriĢimde üretilen NO esas olarak oksihemoglobin tarafından nitrata (NO3 -) oksitlenerek aktivitesi sonlandırılır. Oksijen
radikallerindeki durumun aksine, nitrik oksiti ortamdan temizleyen herhangi bir özel enzim yoktur. Aerobik ortamda NO stabil değildir; deriĢiminin artması ile oksidasyonu hızlanır. Bu nedenle ortamdaki deriĢimi ile kendi ömrü arasında ters bir orantı vardır. Özellikle iNOS enziminin indüksiyonu sırasında NO deriĢiminin artması ile oksidasyonu da hızlanır ve çeĢitli reaktif nitrojen oksit türleri oluĢur. Bu reaktif türler NO‟ in dolaylı etkilerinden sorumlu olup; hücresel moleküllerin nitrozilasyonuna, nitrasyonuna, nitrozasyonuna neden olarak proteinlerin/enzimlerin inaktivasyonuna neden olabilirler (76).
Singlet Oksijen
Oksijenin enerjetik olarak uyarılan bu formunda spin kısıtlamasının kaldırılmıĢ olması nedeniyle reaktivitesi çok yüksektir. Aldığı enerjiyi çevreye dalga enerjisi Ģeklinde verip oksijene geri dönebildiğinden, oluĢumu kemilüminesans ölçümü ile izlenebilir. BaĢlıca Ģu mekanizmalarla vücutta oluĢabilir:
1- Pigmentlerin (örneğin Ģavin içeren nükleotidler, retinal, bilirubin) oksijenli ortamda ıĢığı absorbe etmesiyle,
2- Hidroperoksitlerin metaller varlığındaki yıkım tepkimelerinde, 3- Kendiliğinden dismutasyon tepkimeleri sırasında,
4- Prostoglandin endoperoksit sentaz, bazı sitokrom p450 tepkimelerinde, miyelo/kloro/ laktoperoksidaz enzimlerinin etkileri sırasındadır.
Singlet oksijen diğer moleküllerle etkileĢtiğinde ya içerdiği enejiyi transfer eder, ya da kovalent tepkimelere girer. Özellikle karbon-karbon çift bağları singlet oksijenin tepkimeye girdiği bağlardır. Bu moleküllerin baĢında tokoferoller, fenoller, bilirubin, DNA, karotenler, kolesterol, triptofan, methionin, sistein ve histidin gibi bileĢikler gelir. DoymamıĢ yağ asitleri ile doğrudan tepkimeye girerek peroksi radikalini (ROO.) oluĢturur ve bu Ģekilde lipid
Tablo 5. Serbest radikal türleri (8,61)
Radikal Simge Tanımlama Hidrojen H* Bilinen en basit radikal
Süperoksit o2- Oksijen metabolizmasının ilk ara ürünü
Hidroksil HO" En toksik (reaktif) oksijen metaboliti radikal
Hidrojen peroksit H2Oz Reaktivitesi en düĢük, moleküler hasar yeteneği zayıf
Singlet oksijen 'o2 Yanlanma ömrü hızlı, güçlü oksidatif oksijen formu
Perhidroksil radikali
H02* Lipidlerde hızlı çözünerek lipid peroksidasyonunu
artırır
Peroksit radikali ROO' Perhidroksile oranla daha zayıf etkili, lipidlere lokalize olur
Triklorometil radikali
ccı3* CCI4 metabolizması ürünü karaciğerde üretilen bir
radikal
Thyl radikali RS* Sülfürlü ve çiftlenmemiĢ elektron içeren türlerin genel adı
Alkoksil RO* Organik peroksitlerin yıkımı ile üretilen oksijen metaboliti
Nitrik oksit NO" L-arjinin aminoasitinden invivo üretilir Azot dioksit N02* NO'in oksijen ile reaksiyonundan üretilir
Canlılarda Oksijen Radikallerinin Yapımı
Oksijen bulunan bir ortamda çeĢitli fiziksel ve kimyasal etkenlerle oksijen radikalleri oluĢturulabilir. Özellikle oksijenin metabolize edildiği canlılarda önemli deriĢim ve çeĢitlilikte radikal üretimi gerçekleĢir. Hücresel koĢullarda oluĢabilen oksijen radikalleri ile oksijen içeren reaktif türlerin önemli olanları Tablo 6‟ da görülmektedir. Vücudumuzda oluĢabilen radikallerin sayısı yüzlerce farklı tür Ģeklinde ifade edilebilirse de, bu radikaller arasında süperoksit, hidrojen peroksit (H2O2), nitrik oksit (NO) ve hidroksil radikalinin özel yerleri
vardır. Hatta bu radikaller içinde süperoksit ve nitrik oksit temel radikaller sayılabilir. Çünkü süperoksit ve nitrik oksit enzimatik mekanizmalarla, devamlı olarak ve önemli deriĢimlerde üretilen radikallerdir. Ayrıca bu iki radikal, biyolojik sistemlerde tanıdığımız diğer bütün önemli radikaller ile radikal yapıda olmayan reaktif türlerin oluĢumunu baĢlatabilecek özelliktedirler.
Normal biyokimyasal tepkimeler sırasında oluĢan oksijen radikalleri ile çeĢitli biyolojik fonksiyonları yerine getirmek üzere üretilen nitrik oksitin deriĢimleri genellikle çok düĢüktür. DüĢük deriĢimlerdeki reaktif türler, hücrelerin antioksidan sistemleri tarafından inaktive edildiklerinden önemli toksik etkilere neden olmazlar. Ancak bu radikallerin yapımları çeĢitli patolojik durumlarda artabilir, çoğunlukla da her iki radikal bileĢik grubunun oluĢumu birbiri ile paralel seyreder. Nitrik oksit, oksijen radikalleri ile tepkimeye girerek veya oksijenli
ortamda oksitlenerek, kendisinden çok daha reaktif türlerin oluĢumuna neden olur. Oksijen radikallerininin fazla yapımının neden olduğu etkilerin toplamı oksidan stres diye adlandırılır. Oksidan stresi, nitrik oksitin reaktif türlerinden kaynaklanan toksik etkilerden ayırmak mümkün olmadığından, nitrozatif stres‟ ten ayırmak imkansızdır. Bu bakımdan, oksidatif hasar, süperoksitten kaynaklanan radikaller ile nitrik oksitin reaktif türlerinin neden olduğu hasarların bir toplamıdır. Bu radikaller ve reaktif ürünleri Tablo 6‟ da gösterilmiĢtir (76).
Tablo 6. Serbest Radikaller ve ToksikMetabolitler (76) Toksik Oksijen Metabolitler
Oksijen merkezli Serbest Radikaller Moleküler oksijen Süperoksit radikali Hidroksil radikali Aloksilradikali Peroksilradikali O2 O2- OH. RO. ROO.
Oksijen merkezli Olmayan Serbest Radikaller Karbon merkezli Lipid radikali Aloksil radikali Sülfür merkezli Thiol Hidrojen merkezli Hidrojen atomu Demir merkezli Perferil radikali L. R. R-S. H. Fe+3, O2-, Fe+2 Radikal Olmayan ToksikMetabolitler
Ozon Hidroperoksitler Hidrojen peroksit Lipid peroksit Hipoklorit asit Kloramin O3 H2O2 LOOH HOCL R‟RNCL
Serbest Radikallerin Etkileri
Serbest radikaller, hücrelerin lipid, protein, deoksiribo nükleik asit (DNA), karbonhidrat ve enzim gibi tüm önemli bileĢiklerine etki ederler. Mitokondrideki aerobik solunumu ve kapiller permeabiliteyi bozar, hücrenin potasyum kaybını ve trombosit
agregasyonunu artırırlar.
Membran lipidlerine etkileri (Lipid peroksidasyonu): Biyomoleküllerin tüm büyük sınıfları serbest radikaller tarafından etkilenirler, fakat lipidler en hassas olanıdır. Membrandaki kolesterol ve yağ asitlerinin doymamıĢ bağlan, serbest radikallerle kolayca reaksiyona girerek peroksidasyon ürünleri oluĢtururlar. Poliansatüre yağ asidlerinin oksidatif yıkımı, lipid peroksidasyonu olarak bilinir ve oldukça zararlıdır. Lipid peroksidasyonu ile meydana gelen membran hasarı geri dönüĢümsüzdür.
Lipidlerden, araĢidonik asit metabolizması sonucu serbest radikal üretimine enzimatik lipid peroksidasyonu, diğer radikallerin sebep olduğu lipid peroksidasyonuna ise non-enzimatik lipid peroksidasyonu adı verilir.
Lipid peroksidasyonu sonucu oluĢan lipid hidroperoksitlerinin yıkımı, geçiĢ metalleri iyon katalizini gerektirir. Lipid hidroperoksitleri yıkıldığında çoğu biyolojik olarak aktif olan aldehidler oluĢurlar. Bu bileĢikler, ya hücre düzeyinde metabolize edilirler ya da baĢlangıçtaki etki alanlarından diffüze olup hücrenin diğer bölümlerine hasarı yayarlar. Üç veya daha fazla çift bağ içeren yağ asitlerinin peroksidasyonunda tiobarbitürik asitle ölçülebilen malondialdehit (MDA) meydana gelir. MDA, yağ asidi oksidasyonunun spesifik ya da kantitatif bir indikatörü değildir fakat lipid peroksidasyonunun derecesiyle iyi korelasyon gösterir.
Proteinlere etkileri: Proteinlerin serbest radikal harabiyetinden etkilenme dereceleri amino asid kompozisyonlarına bağlıdır. DoymamıĢ bağ ve sülfür ihtiva eden moleküllerin serbest radikallerle reaktivitesi yüksek olduğundan triptofan, tirozin, fenil alanin, histidin, metionin, sistein gibi amino asidlere sahip proteinler serbest radikallerden kolaylıkla etkilenirler. Hem proteinleri de serbest radikallerden önemli oranda zarar görürler. Özellikle oksihemoglobinin oksijen (O2) veya hidrojen peroksit (H2O2) ile reaksiyonu methemoglobin
oluĢumuna sebep olur.
Nükleik asidler ve DNA'ya etkileri: Ġyonize edici radyasyonla oluĢan serbest radikaller, DNA'yı etkileyerek hücrede mutasyona ve ölüme yol açarlar. Sitotoksisite, büyük oranda, nükleik asid baz modifikasyonlarından doğan kromozom değiĢikliklerine veya DNA' daki diğer bozukluklara bağlıdır.
Karbonhidratlara etkileri: Serbest radikallerin karbonhidratlar üzerine de önemli etkileri vardır. Monosakkaridlerin otooksidasyonu sonucu hidrojen peroksid, peroksidler ve okzoaldehidler meydana gelirler. Okzoaldehidler DNA, RNA ve proteinlere bağlanabilirler. Aralarında çapraz bağlar oluĢturma özelliklerinden dolayı antimitotik etki gösterirler. Böylece, kanser ve yaĢlanma olaylarında da rol oynarlar (61,77).
ANTĠOKSĠDANLAR
Reaktif oksijen türlerinin oluĢumunu ve bunların meydana getirdiği hasarı önlemek için organizmada birçok savunma mekanizmalan geliĢtirilmiĢtir. Bunlar "antioksidan savunma sistemleri" olarak adlandırılırlar (61,77).
BaĢlıca antioksidan etki çeĢitleri Ģu Ģekildedir.
1-Reaktif oksijen türlerinin enzimsel reaksiyonlar aracılığı ile veya doğrudan temizlenmesi,
2-Reaktif oksijen türlerinin oluĢumunun baskılama yoluyla engellenmesi,
3-Metal iyonlarının bağlanması ve radikal oluĢum reaksiyonlarının engellenmesi, 4-Hedef moleküllerin hasar sonrası tamiri veya temizlenmesidir (61,78).
Normal Ģartlarda organizmanın serbest radikallerin zararlı etkilerinden korunmak amacıyla antioksidan olarak adlandırılan korunma sistemleri mevcuttur. Bu sistemleri endojen ve eksojen antioksidan korunma mekanizmaları olarak ikiye ayırılmaktadır (2).
Endojen antioksidanlar
Vücudumuzdaki antioksidan savunma sisteminde yer alan baĢlıca elemanlar; enzimler, metal iyonlarını bağlayan proteinler ve suda ve yağda çözünen radikal tutucularıdır (8,79). Endojen etkili antioksidanlar Tablo 7‟ de gösterilmiĢtir.
Tablo 7. Organizmada bulunan endojen antioksidan savunma sistemleri (8,61,79,80) ENZĠMLER YAĞDA ÇÖZÜNEN RADĠKAL
TUTUCULAR Süperoksit dismutaz Katalaz Glutatyon peroksidaz Glutatyon redüktaz Glikoz-6-fosfat dehidrogenaz Sitokrom oksidaz E Vitamini P-Karoten Bilirubin Ubikinol Flavonoidler Melatonin SUDA ÇÖZÜNEN RADĠKAL
TUTUCULAR
METAL ĠYONLARINI BAĞLAYAN PROTEĠNLER Glutatyon C Vitamini Ürik asit Glikoz Sistein Fenitin Transferrin Haptoglobulin Hemopeksin Seruloplazmin
Eksojen Antioksidanlar
Eksojen antioksidanlar; ilaçlar, gıdalar ve vitaminlerde doğal ve yapay olarak bulunan antioksidanlar olarak sınıflandırılabilirler (8,33,79).
Ġlaç olarak kullanılan eksojen antioksidanlar Ģunlardır; trolox-C (vitamin E analoğu), endojen antioksidan aktiviteyi artıranlar (GSH-Px aktivitesini artıran ebselen ve asetilsistein), ksantin oksidaz inhibitörleri (allopürinol, oksipürinol, pterin aldehit, tungsten), rekombinant süperoksit dismutaz, NADPH oksidaz inhibitörleri (adenozin, lokal anestezikler, kalsiyum kanal blokerleri, nonsteroid antiinflamatuvar ilaçlar, diphenyline iodonium), sitokinler (TNF ve IL-1), nonenzimatik serbest radikal toplayıcılar (mannitol, albümin), demir redoks döngüsü inhibitörleri (desferroksamin), nötrofil adezyon inhibitörleri, barbitüratlar, demir Ģelatörleridir. 8,81,82,37).
CARNOSOL
Yapılan çalıĢmalarda birçok bitki ve ilaçların Ġ/R hasarında koruyucu antioksidan etkilerinin olduğu gösterilmiĢtir (8,83). Akdeniz bölgesinde yaĢayan ve akdeniz diyetiyle beslenen insanlarda yapılan vaka hasta kontrollü akdeniz diyeti ve akciğer kanser araĢtırmasındaki sonuçlarda görülen akciğer kanser oranları düĢük saptanmıĢtır (38,84). Bu bitkilerden biri de biberiye (Rosmarinus officinalis)‟ dir. Antioksidan aktiviteyle iliĢkili biberiyede bulunan en önemli fenolik diterpenler; carnosol, carnosik asit ve rosmarinik asittir. Carnosol ve carnosik asit biberiye bitkisinde doğal olarak bulunan phenolic diterpene türevleridir (85-87).
Carnosol, carnosik asitin oksitlenmiĢ ürünü olup çok güçlü antioksidan, antiinflamatuar, antimikrobiyal ve antikarsinojen özellikleri mevcuttur (85-87).
Carnosolün intraperitoneal uygulanması sonucu invivo Ģartlarda glutatyon S transferaz (detoksifikasyon enzimi) aktivitesini artırdığı gösterilmiĢtir (38,88,89).
Carnosol çeĢitli mekanizmalarla antioksidan aktivite gösterir. Bunlardan biri de, nükleer faktör kappa B (NF-kB) aktivasyonunu inhibe ederek NO üretimini ve indüklenebilir NO sentaz (iNOS) üretimini süprese etmesidir (90).
Nükleer faktör kappa B (NF-kB) proteinleri immün ve akut faz yanıtı, hücre adhezyonu, farklılaĢması, oksidatif stress yanıtı ve apoptozisi kontrol eden transkripsiyonel faktör ailesi proteinlerindendir (91,92). Nükleer faktör kappa B, iskemi ve reperfüzyonu takiben geliĢen lokal ve sistemik inflamatuar yanıt sırasında önemli bir rol oynar (93,94). Böylece nükleer faktör kappa B (NF-kB) yolu böbrek iskemi reperfüzyonunda tedavi
