T.C. SELÇUK ÜNĠVERSĠTESĠ
SAĞLIK BĠLĠMLERĠ ENSTĠTÜSÜ
SIÇANLARDA SPĠRULĠNA DESTEĞĠNĠN EGZERSĠZE BAĞLI
OKSĠDATĠF HASARA VE DAYANIKLILIK KAPASĠTESĠNE
ETKĠLERĠ
Mehmet ÖZ
DOKTORA TEZĠ
FĠZYOLOJĠ (TIP) ANABĠLĠM DALI
DanıĢman
Prof.Dr.Hakkı GÖKBEL
T.C. SELÇUK ÜNĠVERSĠTESĠ
SAĞLIK BĠLĠMLERĠ ENSTĠTÜSÜ
SIÇANLARDA SPĠRULĠNA DESTEĞĠNĠN EGZERSĠZE BAĞLI
OKSĠDATĠF HASARA VE DAYANIKLILIK KAPASĠTESĠNE
ETKĠLERĠ
Mehmet ÖZ
DOKTORA TEZĠ
FĠZYOLOJĠ (TIP) ANABĠLĠM DALI
DanıĢman
Prof.Dr.Hakkı GÖKBEL
Bu araĢtırma Selçuk Üniversitesi Bilimsel AraĢtırma Projeleri Koordinatörlüğü tarafından 10202048 proje numarası ile desteklenmiĢtir.
ii
ii. ÖNSÖZ
“Sıçanlarda spirulina desteğinin egzersize bağlı oksidatif hasara ve dayanıklılık kapasitesine etkileri” baĢlıklı tez çalıĢmam Selçuk Üniversitesi Tıp Fakültesi Spor Fizyolojisi Bilim Dalında gerçekleĢtirilmiĢtir. Bu çalıĢmamın, egzersize bağlı oksidatif strese karĢı koruyucu olarak antioksidan takviyesi kullanımı kapsamında süregelen bilimsel tartıĢmalara katkı sağlayacağını düĢünmekteyim.
Doktora eğitimim sırasında engin bilgi ve tecrübelerinden her zaman yararlandığım, akademik deneyimlerinin yanı sıra hayata dair tecrübelerini ve önerilerini içtenlikle sunan, bana güvenen ve bugünlere gelmemde çok önemli katkısı olan, varlığı ve desteği ile bana güven veren, örnek almaya çalıĢtığım danıĢmanım değerli hocam Sayın Prof.Dr.Hakkı GÖKBEL’e teĢekkür ederim.
Tez çalıĢmam süresince yardımını esirgemeyen değerli hocam Sayın Prof.Dr.Nilsel OKUDAN’a, doktora eğitimim boyunca yetiĢmemde değerli katkıları olan bilgi ve deneyimlerinden faydalandığım Sayın hocalarım Prof.Dr.Neyhan ERGENE, Prof.Dr.Hüseyin UYSAL, Prof.Dr.A.Kasım BALTACI, Prof.Dr.Rasim MOĞULKOÇ ve Prof.Dr.H.Serdar GERGERLĠOĞLU’na;
Eğitimim süresince bilgi ve deneyimlerini benimle paylaĢan, moral ve desteğini hiçbir zaman esirgemeyen, birlikte çalıĢmaktan onur duyduğum, tez çalıĢmamın deneysel kısmının yürütüldüğü ve sıçanların bakımlarının sağlandığı Necmettin Erbakan Üniversitesi Deneysel Tıp AraĢtırma ve Uygulama Merkezi Müdürü değerli hocam Sayın Prof.Dr.K.Esra NURULLAHOĞLU ATALIK’a ve tüm merkez personeline;
Verilerin istatistiksel analizinin yapılmasında yardımını esirgemeyen S.Ü. Veteriner Fakültesi Farmakoloji Anabilim Dalından Doç.Dr.Kamil ÜNEY’e, çalıĢmamın örnek toplama ve biyokimyasal analizlerinde yardım ve katkılarından dolayı Öğr.Gör.AyĢe ÖZDEMĠR’e, biyokimyasal analizlere katkılarından dolayı Yrd.Doç.Dr.Muaz BELVĠRANLI’ya;
Her zaman desteklerini yanımda hissettiğim arkadaĢlarıma;
Eğitim hayatım boyunca bana her türlü desteği sağlayan sevgili aileme; Bu süreçte sabır ve özveri ile hep yanımda olan sevgili eĢime ve biricik kızım Ceren’e;
TeĢekkür ve saygılarımı sunarım.
Bu tez çalıĢması Selçuk Üniversitesi Bilimsel AraĢtırma Projeleri Koordinatörlüğü (Proje No: 10202048) tarafından desteklenmiĢtir.
iii iii. ĠÇĠNDEKĠLER ONAY SAYFASI……….………...………...i ÖNSÖZ……….ii ĠÇĠNDEKĠLER………...……….iii SĠMGELER VE KISALTMALAR……….………...vi 1. GĠRĠġ ………1 1.1. Serbest Radikaller ……….2
1.1.1. Reaktif Oksijen Türevleri………3
Singlet Oksijen……….4
Süperoksit……….………...……….5
Hidroksil……….…...………...6
Hidrojen Peroksit………..6
1.2. Oksijen Türevi Olmayan Serbest Radikaller………..7
1.2.1. Nitrik Oksit………...7
1.2.2. Peroksinitrit ………7
1.2.3. Diğer Radikaller………..8
1.3. Serbest Radikallerin Kaynakları……….9
1.3.1. Endojen Serbest Radikal Kaynakları………...9
1.3.2. Eksojen Serbest Radikal Kaynakları………...10
1.4. Serbest Radikallerin Biyolojik Rolleri ve Oksidatif Stres………...….10
1.4.1. Lipid Peroksidasyonu………....10
1.4.2. Protein Oksidasyonu………..11
1.4.3. Oksidatif DNA Hasarı……….……….….12
1.4.4. Karbonhidratlar Üzerine Etkileri………...12
1.5. Antioksidan Savunma Sistemi………..12
1.5.1. Antioksidanların Etki Mekanizması………..13
1.5.2. Enzimatik Antioksidanlar………..14
1.5.2.1. Süperoksit Dismutaz………..….14
iv
1.5.2.3. Glutatyon Peroksidaz……….14
1.5.3. Enzimatik Olmayan Antioksidanlar………..14
Glutatyon………....14
C Vitamini……….….15
E Vitamini………...………..16
1.6. Egzersize Bağlı Oksidatif Stres ve Antioksidan Savunma………...16
1.7. Egzersize Bağlı Oksidatif Strese KarĢı Antioksidan Takviyesi ve Oksidatif bbbbbbb Stresin değerlendirilmesi………...….20
1.8. Spirulina………...21
1.8.1. Besinsel Değeri ……….21
1.8.2. BağıĢıklık Sistemine Etkisi………...22
1.8.3. Spirulinanın Antikarsinojenik Etkileri………..22
1.8.4. Spirulinanın Antiviral Etkileri………...23
1.8.5. Metabolik Etkileri………..23
1.8.6. Spirulinanın Antioksidan Özelliği ………24
1.8.7. Spirulinanın Diğer Etkileri………....25
1.8.8. Spirulina ve Egzersiz……….26 2. GEREÇ VE YÖNTEM………..….28 2.1. Deney Hayvanları……….28 2.2. Grupların OluĢturulması………...28 2.3. Spirulina Takviyesi………...29 2.4. Egzersiz Protokolü………...29
2.5. Deneyin Sonlandırılması ve Örneklerin Toplanması………...30
2.6. Biyokimyasal Analizler………....31
2.6.1. Plazma CK, CK-MB, LDH ve UA ölçümü………...31
2.6.2. Doku Homojenatlarının Hazırlanması………...31
2.6.3. Miyeloperoksidaz (MPO) Aktivitesinin Ölçümü………..31
2.6.4. Ksantin Oksidaz (XO) Aktivitesinin Ölçümü………...32
2.6.5. Malondialdehit (MDA) Düzeyi Ölçümü………...32
v
2.6.7. Katalaz (CAT) Aktivitesinin Ölçümü………...34
2.6.8. Glutatyon Peroksidaz (GPx) Aktivitesinin Ölçümü………..34
2.6.9. Total Antioksidan Aktivite (AOA) Ölçümü………..35
2.6.10. Protein Ölçümü………...35
2.7. Verilerin Analizi………...35
3. BULGULAR……….…..36
3.1. Spirulina ve Kronik Egzersizin Sıçanların Vücut Ağırlığına Etkisi……….36
3.2. Spirulina Takviyesinin Tükenme Süresi Üzerine Etkisi………..36
3.3. Spirulina Takviyesinin Bazı Plazma Biyokimya Parametreleri Üzerine Etkileri……....37
3.4. Spirulina Takviyesinin Kronik Egzersiz Yapan Sıçanların Plazma ve Bazı ççççççççççç Dokularında Oksidatif Stres ve Antioksidan Savunma Belirteçleri Üzerine Etkileri..……...39
3.5. Spirulina Takviyesinin Tükenme Egzersizi Sonrası Sıçanların Plazma bmmbbb bbbbbb ve Bazı Dokularında Oksidatif Stres ve Antioksidan Savunma bbbbbb bĢĢĢĢĢbbbb Belirteçleri Üzerine Etkileri…...………...42
4. TARTIġMA……….45
4.1. Spirulinanın Sıçanların Vücut Ağırlığına Etkisi………..45
4.2. Spirulina Takviyesinin Tükenme Süresi Üzerine Etkisi………..45
4.3. Spirulina Takviyesinin Bazı Plazma Biyokimya Parametreleri Üzerine Etkileri……....46
4.4. Spirulina Takviyesinin Sıçanların Plazma ve Bazı Dokularında OluĢan Oksidatif bbbbb Stres ve Antioksidan Savunma Belirteçleri Üzerine Etkileri………...…..….47
4.4.1. MDA Seviyesi Üzerine Etkileri……..………..47
4.4.2. MPO ve XO Aktivitesi Üzerine Etkileri………...49
4.4.3. SOD, CAT, GPx ve AOA Aktiviteleri Üzerine Etkileri………...50
5. SONUÇ VE ÖNERĠLER………...….54 6. ÖZET………...55 7. SUMMARY………...….56 8. KAYNAKLAR………....57 9. EKLER………...….65 10. ÖZGEÇMĠġ………...66
vi
iv. SĠMGELER VE KISALTMALAR
AOA: Antioksidan Aktivite
PUFA: Çoklu DoymamıĢ Yağ Asitleri NK: Doğal Öldürücü
GLA: Gama Linolenik Asit
GPx: Glutatyon Peroksidaz GST: Glutatyon S-transferaz
GSH: Glutatyon
H2O2: Hidrojen Peroksit
OH: Hidroksil Radikali
CAT: Katalaz
CK-MB: Kreatin Kinaz- MB
CK: Kreatin Kinaz
XO: Ksantin Oksidaz
LDH: Laktat Dehidrogenaz MDA: Malondialdehit
MPO: Miyeloperoksidaz
O2: Moleküler Oksijen
NO2: Nitrit Dioksit
NO: Nitrik Oksit
ONOO- : Peroksinitrit
ROS: Reaktif Oksijen Türleri
SOD: Süperoksit Dismutaz UA: Ürik Asit
1
1. GĠRĠġ
Düzenli fiziksel aktivite, diyabet ve kanser gibi pek çok hastalığın risk faktörlerini azaltarak tüm mortalite sebeplerini düĢürmeyi de içeren çok sayıda faydalı etkiye sahiptir. Ancak zorlu fiziksel egzersiz dramatik olarak oksijen tüketimini artırır, bu durum süperoksit ve hidrojen peroksit gibi reaktif oksijen türlerinin artıĢıyla iliĢkilidir. Zorlu egzersiz biyolojik membranlarda çoklu doymamıĢ yağ asitlerinin peroksidasyonuna, DNA hasarına, hedef dokularda ve kanda antioksidan seviyelerinin azalmasına sebep olabilir. Oksidatif stres doğrudan veya dolaylı olarak hücresel hasara yol açan oksidatif reaksiyonlar ile antioksidan kapasite arasındaki dengenin bozulması olarak tanımlanabilir. Son yıllarda egzersize bağlı oksidatif stresin biyolojik mekanizması hakkında elde edilen bilgiler hızla artmaktadır.
Antioksidanlar daha az radikal oluĢumuna yol açarak ya da olası reaksiyonları azaltarak oksidatif stresin Ģiddetini hafifletmeye yardımcı olan maddelerdir. Literatürde diyetle alınan antioksidanların egzersiz esnasında üretilen reaktif oksijen türlerini temizleyerek oluĢacak hasarı azaltabileceğini öngören çalıĢmalar mevcuttur. Spirulina, planktonik mavi-yeĢil alg, dünyada 3.5 milyon yıldır sıcak alkali volkanik göllerde yetiĢen bazı Meksika ve Afrika toplumlarının geleneksel gıdasıdır. Spirulina önemli miktarda protein, vitamin, mineraller, esansiyel yağ asitleri, polisakkarit, glikolipit ve sülfolipit içerir. Spirulina, B12 vitamininin doğal bir kaynağıdır; spirulinada bulunan B12 vitamini vejeteryanlar için özellikle önemlidir. Spirulinada selüloz hücre duvarı yoktur, diğer alglere göre sindirilebilirliği daha iyidir. Ayrıca spirulinada bulunan besin maddeleri kolayca emilir. ÇeĢitli çalıĢmalar spirulinanın biyolojik etkilerini ortaya koymuĢtur. Bu etkilerin bazıları, antioksidan, antitümör, antimikrobiyal, antiviral, immun geliĢtirici, metalloprotektif, antiartritik, antidiyabetik ve lipit düĢürücü etkileridir. Spirulina daha çok oksidatif stres oluĢturan durumlarda çalıĢılmıĢ ve etkisini lipit peroksidasyonunu azaltıp antioksidan sistemi güçlendirerek gösterdiği saptanmıĢtır.
Bu çalıĢmada, spirulinanın akut ve kronik yüzme egzersizine bağlı oksidatif strese ve antioksidan savunmaya ve akut tüketici egzersizi devam ettirebilme
2
kapasitesine etkileri değerlendirildi. Bu çalıĢma ile egzersize bağlı oksidatif strese karĢı koruyucu olarak spirulinanın potansiyel etkisinin araĢtırılması amaçlandı.
1.1 Serbest Radikaller
Atomlar proton ve nötronlardan oluĢan pozitif yüklü bir çekirdek etrafında bulunan negatif yüklü elektronlardan oluĢur. Elektronlar enerji seviyelerine göre orbital olarak tanımlanan bölgelere yerleĢmiĢlerdir. Elektronlar, çekirdeğin etrafında, orbitalde hareket eder ve her orbitalde dönüĢleri birbirine zıt iki elektron bulunur. Bu elektronlara eĢlenmiĢ veya ortaklanmıĢ elektron denir. EĢlenmemiĢ elektrona sahip moleküller karĢılaĢtıkları herhangi bir molekül ile reaksiyona girmeye eğilimli olup diğer moleküllerle elektron alıĢveriĢinde bulunurlar (Halliwell 1987). Serbest radikaller, yapısında eĢlenmemiĢ elektron bulunan ve organizmada metabolik olaylar sonucu oluĢan ve hücre hasarına yol açan atom veya bileĢiklerdir (Chandan 2000). BaĢka bir deyiĢle, serbest radikal; moleküler veya atomik yörüngesinde çok reaktif eĢlenmemiĢ elektron bulunduran kimyasal bir üründür (Altan ve ark 2006). Serbest radikal üretimi birçok fizyolojik ve patolojik sürecin bir parçasıdır ve üretimleri kontrol altında tutulmazsa hücre ve dokular için son derece zararlı olabilirler (Ġnal ve ark 2001).
Bakır (Cu+2
), demir (Fe+2), mangan (Mn+2) ve molibden (Mo+5) gibi bazı geçiĢ metalleri yörüngelerinde tek elektron taĢımalarına rağmen radikal özelliği göstermezler. Ancak bazı reaksiyonlarda katalizör özelliğinden dolayı serbest radikal oluĢumunda önemli rol oynarlar (AkkuĢ 1995). Bazı atom kombinasyonları ise bir orbitalinde tek elektron bulundurmaları sebebiyle radikal olarak kabul edilirler. Örneğin nitrit dioksit (NO2) ve endotel kaynaklı serbestleyici faktör olan nitrik oksit
(NO) bu tip radikallerdir (Aslan ve Dündar 1998). Serbest radikal olarak kabul edilen atom ve moleküller elektron diziliĢlerinin yanında termodinamik yapıları ve lokal kinetik reaktiviteleri ile de değerlendirilmelidir (Halliwell ve Gutteridge 1984). Serbest radikaller elektriksel açıdan pozitif yüklü, negatif yüklü veya yüksüz olabilirler ve yarı ömürleri kısadır. Bir seri zincir reaksiyonu baĢlatıp birçok radikal oluĢumuna yol açtıkları için tehlikeli olan serbest radikaller, eĢlenmemiĢ elektronun belirtilmesi amacıyla üst kısımlarına yazılan bir nokta ile (X˙) gösterilirler (AkkuĢ 1995). Bir serbest radikal üç yolla meydana gelebilir (Halliwell ve Gutteridge 1999):
3
Radikal özelliği bulunmayan bir molekülden tek bir elektron kaybı sonucu oluĢur: Askorbik asit, glutatyon ve tokoferoller gibi hücresel antioksidanlar, radikal türlere tek elektron verip radikalleri indirgerken, kendilerinin radikal formu oluĢur.
X:Y X- + Y+
Radikal özelliği olmayan bir molekülün tek bir elektron kazanması sonucu oluĢur: Moleküler oksijenin tek elektron ile indirgenmesi radikal formu olan süperoksidin oluĢumuna neden olur.
A + e- A(+,-)
Homolitik kırılma: Kırılma sırasında bağ yapısındaki iki elektronun her bir parçası ayrı ayrı atomlar üzerinde kalıyorsa, bu tür kırılmaya homolitik kırılma denir. Kovalent bağ taĢıyan normal bir molekülün homolitik yıkımı sonucu eĢlenmiĢ elektronlardan her birinin ayrı parçada kalmasıdır.
X : Y X- + Y-
Biyolojik yapılarda neredeyse tüm elektronlar çiftler halinde bulunur ve elektron çiftleri kararlıdır. Bir bağ koptuğunda elektronlar ya birlikte kalır ya da ayrılırlar. Birlikte kalırlarsa oluĢan atom bir iyon olur, ayrılırlarsa serbest radikaller oluĢur. Biyolojik sistemlerdeki en önemli serbest radikaller oksijenden oluĢan radikallerdir (Cheeseman ve Slater 1993).
1.1.1 Reaktif Oksijen Türevleri
Serbest radikallerin baĢlıca kaynağı moleküler oksijendir (O2). O2, paralel
spin durumlu iki eĢlenmemiĢ elektrona sahiptir ve diradikal olarak adlandırılır. Organizmada geçiĢ metallerini (Fe+2
, Cu+2 gibi) içeren enzimler vasıtasıyla moleküler oksijene elektron transferi ile oksidasyon reaksiyonları meydana gelir. Oksijen atomu içeren çeĢitli serbest radikaller ile oksijen metabolizması sırasında
4
oluĢan ve radikal olmayan hücresel ara ürünlere genel olarak reaktif oksijen türleri (ROS) denir. Moleküler oksijen diradikal özelliğinin bir sonucu olarak aĢırı derece ROS oluĢturma eğilimindedir (Smith ve ark 2007). Oksijenden oluĢan baĢlıca reaktif türler Çizelge 1.1’de gösterilmiĢtir. (Kılınç ve Kılınç 2002).
Çizelge 1.1 Oksijen kaynaklı baĢlıca reaktif türler.
Tür Adı 1 O2 Singlet Oksijen O2-· Süperoksit H2O2 Hidrojen Peroksit · OH Hidroksil Radikali
ROO· Peroksil Radikali
ROOH Hidroperoksit
RO· Alkoksi Radikali
ROOR' Endoperoksit
HO2· Hidroperoksi Radikali
Singlet oksijen
Oksijenin uyarılmıĢ Ģekline “singlet oksijen” denir. Reaktivitesi çok yüksek bir oksijen türüdür. DoymamıĢ yağ asitleri ile doğrudan tepkimeye girerek peroksil radikalini oluĢturmakta ve hidroksil radikali kadar etkin Ģekilde lipit peroksidasyonunu baĢlatabilmektedir. Özellikle karbon-karbon çift bağları singlet oksijenin tepkimeye girdiği bağlardır. Bu bileĢiklerin baĢında bilirubin, fenoller, tokoferoller, karotenler, DNA, kolesterol, NADPH, metionin, triptofan, sistein ve histidin gibi bileĢikler gelmektedir. Bilirubin, histidin, karotenler, metionin ve bazı kimyasal bileĢikler singlet oksijeni temizleyerek ona bağlı tepkimeleri inhibe edebilmektedir (AkkuĢ 1995).
Singlet oksijen baĢlıca Ģu mekanizmalar ile oluĢabilir: 1) Pigmentlerin (flavin içeren nükleotidler, retinal bilirubin gibi) oksijenli ortamda ıĢığı absorblamasıyla, 2) Hidroperoksitlerin metaller varlığında yıkım tepkimelerinde, 3) Kendiliğinden dismutasyon tepkimeleri sırasında, 4) Prostaglandin endoperoksit sentaz, bazı
5
sitokrom p450 tepkimelerinde, miyelo/kloro/laktoperoksidaz enzimlerinin etkileri sırasında (Kılınç ve Kılınç 2002).
Süperoksit
Hemen hemen tüm aerobik hücrelerde moleküler oksijenin (O2) bir elektron
alarak indirgenmesi sonucu oluĢur:
O2 + e- O2-·
ĠndirgenmiĢ geçiĢ metallerinin otooksidasyonu süperoksit radikalini meydana getirebilir. Çok reaktif bir serbest radikal değildir (Halliwell ve Gutteridge 2001). Süperoksit radikalinin kendisi direkt olarak zarar vermez, bu radikal anyonun asıl önemi hidrojen peroksit kaynağı olması ve geçiĢ metalleri iyonlarının indirgeyicisi olmasıdır. Ġki süperoksit radikalinin bir araya gelmesi sonucu hidrojen peroksit oluĢur:
O2-· + O2-· + 2H+ → H2O2 + O2
Aerobik canlılarda süperoksitlerin H2O2’e çevrilmesi katalitik aktivitesi çok
yüksek bir enzim olan süperoksit dismutaz (SOD) tarafından katalizlenir:
O2-· + O2-· + 2H+ H2O2 + O2
Süperoksit radikali düĢük pH değerlerinde daha reaktiftir. Nötral çözeltilerde negatif yüklüdür (Nordberg ve Arner 2001). Süperoksit radikali ve peroksil radikali birbirleriyle reaksiyona girince biri okside olurken diğeri indirgenir. Bu dismutasyon reaksiyonu sonucu da hidrojen peroksit ve oksijen oluĢur:
HO2· + O2-· + H+ → H2O2 + O2
Süperoksitin önemi, geçiĢ metal iyonlarını indirgemesidir (Örn Fe+3’ün
Fe+2’ye indirgenmesi, Fe+2’nin ferritinden serbestlemesine sebep olması). Uzun bir yarı ömrü vardır ve lipofiliktir (Braughler ve Hall 1989).
6
Hidroksil
Hidrojen peroksitin geçiĢ metalleri varlığında, yani fenton reaksiyonu sonucu ve suyun yüksek enerjiyle iyonlarına ayrılması ile oluĢan son derece reaktif bir radikaldir. Hidroksil radikali (.OH) özellikle biyolojik moleküller üzerine saldıran ve oluĢtuğu yerde büyük hasarlara neden olan hareketli bir oksidandır (Auroma 1999):
H2O → .OH + H. + e- → H2O2
Fe+2 + H2O2 → Fe+3 + .OH + OH-
Biyolojik sistemlerdeki en reaktif tür olan .
OH, ortamda rastladığı her biyomolekülle çok hızlı Ģekilde tepkimeye girer. Bu nedenle ömrü 10-9
saniyeden daha kısadır. Hidroksil radikalinin baĢlıca tepkimeleri elektron transfer tepkimeleri, hidrojen çıkarma tepkimeleri ve bunu takiben katılma tepkimeleridir. .OH’nin seçtiği
baĢlıca hedef noktalar elektronca zengin bileĢiklerdir. Nükleik asitler, proteinler ve lipitlerde baĢlatılan radikal yapıdaki tepkimelerde binlerce farklı ara ürün oluĢabilir (AkkuĢ 1995).
Hidrojen peroksit
Hidrojen peroksit, oksijenin enzimatik olarak iki elektronla indirgenmesi ya da süperoksitlerin enzimatik/enzimatik olmayan dismutasyon tepkimeleri sonucu oluĢur:
O2 + 2 e- + 2 H+ → H2O2
O2.- + 1 e- + 2H+ → H2O2
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+2
, Fe+2 gibi metal iyonları varlığında hidroksil radikalinin öncülü olarak davranmasıdır. Hidrojen peroksit 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 sahiptir, hücre zarlarında lipit peroksidasyonu gibi radikal tepkimeleri baĢlatabilir. Belirtilen potansiyel oksitleyici
7
özelliği nedeniyle biyolojik sistemlerde oluĢan H2O2’in derhal ortamdan
uzaklaĢtırılması gerekir. Bu görevi, hücrelerdeki önemli antioksidan enzimler olan katalaz ve peroksidaz enzimleri yerine getirirler (Kılınç ve Kılınç 2002).
1.2 Oksijen Türevi Olmayan Serbest Radikaller
1.2.1. Nitrik Oksit
Nitrik oksit (NO·) 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. Bilinen diğer radikallere göre daha uzun ömürlüdür (Kılınç ve Kılınç 2002).
NO·, bağıĢıklık sisteminin düzenlenmesi, düz kasların gevĢemesi, vazodilatasyon ve nörotransmisyonu içeren çeĢitli fizyolojik süreçlerde görev alan önemli bir pro-oksidatif ve antioksidatif sinyal molekülü olması yanında, çok reaktif bir radikaldir (Alderton ve ark 2001).
NO· endotel hücresi, sinir hücresi, makrofaj, trombosit, düz kas hücresi gibi birçok hücrede L-arjininden nitrik oksit sentetazlar (NOS) olarak adlandırılan bir dizi enzim tarafından sentezlenir:
L- arginin + O2 + NADPH NO· + L- sitrülin
1.2.2. Peroksinitrit
NO· insan metabolizmasında yararlı fonksiyonlara sahip olmasına rağmen aĢırı miktarları toksik özellik gösterir. NO·, radikal olmayan maddelerle zayıf bir Ģekilde reaksiyona girmesine rağmen, süperoksit anyonu ile hızlı reaksiyona girer ve peroksinitriti (ONOO-) oluĢturur (Halliwell 1996):
NO· + O2-· → ONOO-
Normal koĢullarda SOD, oluĢan tüm O2-·’yi dismutasyona uğratmaya yetecek
düzeydedir, fakat O2-· düzeyi çok artmıĢsa ya da fazla miktarda NO ·
radikali meydana
8
gelmiĢse ONOO
oluĢur (Kayalı ve Çakatay 2004). Çünkü NO· ve O2-·
konsantrasyonlarındaki her 10 katlık artıĢ için ONOO
oluĢumundaki artıĢ 100 kattır. ONOO-, konjugatı olan ONOOH ile denge halindedir. ONOOH, bir saniyeden az olan yarılanma ömrü ile stabil değildir ve OH
benzeri reaktiviteye sahip bir tür oluĢturmak için hızla parçalanır (Radi ve ark 1991). Nitrik oksitten oluĢan baĢlıca reaktif türler Çizelge 1.2’de sunulmuĢtur. Nitrik oksitin oksijenli ortamda kendiliğinden oksidasyonu ile oluĢan bu türleri eĢlenmemiĢ elektron içermeseler de çok reaktiftirler (Kılınç ve Kılınç 2002).
1.2.3. Diğer Radikaller
Serbest oksijen radikallerinin etkisi sonucu karbon merkezli radikaller (R.), peroksil radikalleri (ROO.), alkoksil radikalleri (RO.), tiyol radikalleri (RS.) gibi önemli serbest radikaller de oluĢabilir. Bunlardan özellikle çoklu doymamıĢ yağ asitlerinden meydana gelen peroksil radikali yarı ömrü uzun olan bir radikaldir. Tiyol radikalleri de tekrar oksijenle reaksiyona girerek sülfenil (RSO.
) veya tiyol peroksil (RSO2.) gibi radikalleri oluĢturabilirler (Kılınç ve Kılınç 2003).
Çizelge 1.2 Nitrik oksitten oluĢan baĢlıca reaktif türler.
Tür Adı NO· Nitrik oksit NO2· Nitrojen dioksit NO2+ Nitril katyonu NO- Nitroksil NO+ Nitrozil ONOO- Peroksinitrit
ONOO· Peroksinitrit radikali
N2O3 Dinitrojen trioksit
9
1.3. Serbest Radikallerin Kaynakları
Organizmada serbest radikal ve ROS çeĢitli dıĢ kaynaklı etkilerle oluĢabildiği gibi normal fizyolojik koĢullarda gerçekleĢen oksidasyon ve redüksiyon reaksiyonları sırasında da oluĢabilir. Bu nedenle serbest radikal kaynakları endojen ve ekzojen radikal kaynakları olmak üzere ikiye ayrılır.
1.3.1. Endojen Serbest Radikal Kaynakları
Normal Ģartlar altında, bazı biyokimyasal olayların çeĢitli basamaklarında serbest radikaller oluĢmaktadır. Her ne kadar serbest radikal yapısına sahip maddelerin organizmaya zarar verme potansiyelleri varsa da, bazı metabolik olayların ilerleyebilmesi için bunların oluĢması kaçınılmazdır. ROS hücrede aralıksız olarak üretilmektedir.
Çoğu aerobik hücrelerde O2-· radikalinin en önemli kaynağı, elektron
transport zincirleridir. Bunlar bakteriyel membranlarda ve ökaryotik hücrelerin mitokondri ve endoplazmik retikulumlarında bulunur. Mitokondrilerde solunum zincirindeki elektron taĢıyıcılarından kaçan elektronlar moleküler oksijenle birleĢerek O2-· oluĢturabilir. Memeli sitokrom oksidaz aktivitesinin O2’ye doygun olduğu
durumlarda elektron taĢınma oranı ve dolayısıyla O2-· radikal oluĢumu mitokondriler
tarafından artırılır. Fizyolojik O2 düzeylerinde O2’nin yaklaĢık % 1-3’ü mitokondride
O2-·’ye dönüĢtürülür. Mitokondrinin hasarı sonucu elektron taĢınması ve O2-·
oluĢumu artar (Turrens 1997). Organizmada serbest radikal oluĢumuna yol açan baĢlıca endojen kaynaklar Ģunlardır (Halliwell ve Gutteridge 1999):
Endoplazmik retikulumda ve nükleer membranlarda bulunan sitokrom P– 450,
AraĢidonik asit metabolizması, Nötrofil fagositoz sistemi, Ksantin oksidaz sistemi.
10
1.3.2. Ekzojen Serbest Radikal Kaynakları
Ekzojen nedenlere bağlı olarak da serbest radikaller oluĢabilir. ÇeĢitli yabancı toksik maddeler hücrede serbest radikal üretimini artırır. Serbest radikal oluĢumunun ekzojen kaynakları iyonizan radyasyon, hepatotoksinler (karbon tetraklorür), ksenobiyotikler, redoks siklusu yapan maddeler (parakuat, nitrofurantoin), kemoterapötikler (adriamisin), hava kirliliği ve sigaradır (Halliwell ve Gutteridge 1999).
1.4. Serbest Radikallerin Biyolojik Rolleri ve Oksidatif Stres
Vücuttaki fizyolojik aktivitenin doğal ürünü olan serbest radikaller, çok hassas bir donanımla “oksidan-antioksidan denge” olarak tanımlanabilecek bir çizgide tutulmaya çalıĢılır. Oksidanlar ile antioksidanlar arasındaki bu dengenin özellikle oksidanlar lehine kayması oksidatif stres oluĢumuna neden olur ve membran lipitleri, proteinler ve DNA gibi hücrenin önemli yaĢamsal yapılarında bütünlüğün bozulmasına ve canlıda patolojik olayların geliĢmesine yol açar (Dündar ve Aslan 1999). Oksidatif stres, vücudun savunma mekanizmasının zayıfladığı durumlarda ortaya çıkar. Dolayısıyla oksidatif stres, serbest radikal üretiminin hücre içerisindeki artıĢı ya da antioksidan savunma mekanizmalarıyla oksidanlar arasındaki dengenin bozulması olarak da tanımlanabilir (Thannickal ve Fanburg 2000). Fizyolojik Ģartlarda, normal hızda üretilen serbest radikallerin zararlı etkileri antioksidan savunma sistemleri tarafından azaltılır. Ancak antioksidan sistemlerin büyük bir yedeği yoktur. Hafif bir oksidatif streste hasarlı moleküller uzaklaĢtırılıp yenileri yapılabilirken, Ģiddetli oksidatif stres durumlarında hücre hasarı meydana gelir (Gutteridge 1994).
1.4.1. Lipit Peroksidasyonu
Serbest oksijen radikalleri, hücre ve organel zarlarında lipit peroksidasyonuna neden olabilmekte, hücre zarlarında bulunan çoklu doymamıĢ yağ asitlerinin doymamıĢ bağları serbest radikallerle kolayca reaksiyona girerek peroksidasyona uğrayabilmektedir (Baykal ve ark 2002).
11
Lipit peroksidasyonu çoklu doymamıĢ yağ asitlerinin (PUFA) oksidan maddeler etkisiyle alkol, aldehit, hidroksi asit, etan ve pentan gibi çeĢitli ürünlere yıkılmasını kapsayan reaksiyonlar dizisidir. Peroksidasyon ROS’un PUFA’nın yan zincirdeki metilenik karbonlardan hidrojen atomunu çıkarmak için yaptıkları atak ile baĢlar. Hidrojen atomunun zincirden çıkarılması, karbon atomu üzerinde eĢleĢmemiĢ bir elektron bırakarak karbon merkezli radikal oluĢumuna yol açar. Bu radikal moleküler düzenleme ile konjuge dien Ģekline çevrildikten sonra moleküler oksijenle reaksiyona girerek ROO− radikali oluĢur. Bu ROO− radikali diğer ROO− radikali ile birleĢebilir ya da membran proteinleri ile etkileĢebilir. En önemlisi ROO− radikalinin membrandaki diğer yağ asitlerinden hidrojen atomlarını çıkarması ve peroksidatif zincir reaksiyonunu yaymalarıdır. Böylece her defasında lipit hidroperoksitler (LOOH) ve yeni bir ROO− radikali oluĢacaktır. Peroksidasyon bir kere baĢladıktan sonra yayılabilmekte, yağ asiti zincirleri LOOH’lere çevrilebilmektedir. Bu Ģekilde yağ asitlerinin kaybı membran hasarına yol açmaktadır (Valenzuela 1991).
Üç veya daha fazla çift bağ içeren yağ asitlerinin peroksidasyonunda tiobarbütirik asitle ölçülebilen malondialdehid (MDA) meydana gelir. MDA, membran komponentlerinin çapraz bağlanma ve polimerizasyonuna neden olur. Böylece iyon transportu, enzim aktivitesi gibi membran özelliklerini bozar. MDA ölçümü lipit peroksit seviyelerinin belirlenmesinde sıklıkla kullanılır (AkkuĢ 1995).
1.4.2. Protein Oksidasyonu
Proteinler hücrenin ve önemli biyokimyasal reaksiyonlarda görevli enzimlerin yapı taĢıdır. Serbest oksijen radikalleri, proteinlerde de yapısal değiĢiklikler meydana getirebilir. Ancak proteinler serbest radikallere karĢı lipitlerden daha az hassastır. Proteinlerin serbest radikal hasarına karĢı duyarlılığı, yapılarını oluĢturan aminoasitlerin bileĢimlerine, proteinin aktivasyonundan veya fonksiyonlarının düzenlenmesinden sorumlu olan amino asitlerin yerleĢimine ve hasar gören proteinin onarılabilme kapasitesine bağlıdır (Davies ve Goldberg 1987). Protein oksidasyonunun biyokimyasal sonuçları enzim aktivitesindeki azalma, protein fonksiyonlarının kaybı, proteaz inhibitör aktivitenin kaybı, protein agregasyonu, proteolize artmıĢ/azalmıĢ yatkınlık, reseptör aracılı endositozun bozulması, gen transkripsiyonundaki değiĢimler ve immünojen aktivitedeki artıĢ olarak sıralanabilir
12
(AkkuĢ 1995). Enzimler protein yapısında olduklarından serbest radikallerden zarar görebilirler. Glutamin sentetaz, pirüvat kinaz, kreatin kinaz, laktat dehidrogenaz gibi enzimlerin serbest radikal hasarına bağlı olarak fonksiyon kaybına uğrayabildikleri gösterilmiĢtir (Park ve Tappel 1991).
1.4.3. Oksidatif DNA Hasarı
Hidroksil radikalinin pürin ve pürimidin bazlarına hatta deoksiriboz yapısına zarar vererek DNA molekülünün tüm komponentleri ile reaksiyona girdiği iyi bilinmektedir (Halliwell ve Gutteridge 1999). Yapılan çalıĢmalarda en çok yer alan DNA lezyonu 8-OHdG’nin oluĢumudur. Oksidatif hasara bağlı olarak oluĢan genetik materyalin kalıcı modifikasyonu mutajenez, karsinojenez ve yaĢlanmayı da içeren bir seri durumda süreci baĢlatan adım olarak kabul edilir (Valko ve ark 2007).
1.4.4. Karbonhidratlar Üzerine Etkileri
Glikoz, mannoz ve deoksi Ģekerlerin fizyolojik Ģartlarda otooksidasyona uğraması sonucu, süperoksit ve hidrojen peroksit meydana gelir. Serbest radikaller, birçok hastalığın patogenezinde önemli rol oynarlar. Monosakkaritlerin otooksidasyonu sonucu meydana gelen okzaldehitler DNA, RNA ve proteinlere bağlanabilme özelliklerinden dolayı antimitotik etki gösterirler. PUFA ve karbonhidrat oksidasyonunun bir ürünü olan glioksalın hücre bölünmesini inhibe ettiği kaydedilmiĢtir. Böylece kanser ve yaĢlanma olaylarında rol oynarlar (AkkuĢ 1995).
1.5. Antioksidan Savunma Sistemi
Farklı kaynaklardan serbest radikallere maruz kalmak organizmada bir seri savunma mekanizmasının geliĢmesine yol açmıĢtır (Cadenas 1997). Serbest radikallere bağlı oksidatif strese karĢı geliĢen savunma mekanizmaları Ģunlardır: a) önleyici mekanizmalar, b) onarıcı mekanizmalar, c) fiziksel savunma ve d) antioksidan savunma. Enzimatik antioksidan savunma süperoksit dismutaz (SOD), glutatyon-peroksidaz (GPx) ve katalazı (CAT) kapsar. Askorbik asit (Vitamin C), alfa-tokoferol (Vitamin E), glutatyon (GSH), karotenoidler, flavanoidler ve bazı
13
diğer antioksidanlar enzimatik olmayan grubu oluĢturur. Normal Ģartlar altında bu antioksidanların hücre içi seviyeleri ile aktiviteleri arasında bir denge vardır. Bu denge organizmanın sağlığının devam ettirilmesi ve hatta hayatta kalması için gereklidir (Valko ve ark 2007).
1.5.1. Antioksidanların Etki Mekanizması
Antioksidanlar radikal süpürücü, hidrojen ve elektron donöru, peroksit ayrıĢtırıcısı, singlet oksijen baskılayıcısı, enzim inhibitörü, sinerjist ve metal bağlayıcı ajanlar olarak etki gösterirler. Reaktif oksijen türlerini detoksifiye etmek için hücre içi ve hücre dıĢı bölgede hem enzimatik hem de enzimatik olmayan antioksidanlar mevcuttur (Frie ve ark 1988).
Antioksidanların iki ana etki mekanizmasına sahip oldukları düĢünülmektedir (Rice-Evans ve Diplock 1993). Birinci etki sistemde bulunan serbest radikallere bir elektron sağlayan antioksidanlar tarafından oluĢturulan zincir-kırıcı mekanizmadır. Ġkinci etki mekanizması zincir reaksiyonu baĢlatan katalizörleri söndürerek reaktif oksijen ve nitrojen türlerinin süpürülmesine yol açan ikincil antioksidanları içerir. Biyolojik sistemlerde antioksidanlar etkilerini elektron vericisi, metal iyon bağlayıcı, ko-antioksidan veya gen ekspresyonu düzenleyicisini içeren farklı mekanizmalar yoluyla gösterirler (Krinsky 1992).
Antioksidan savunmanın ilk hattı serbest radikal oluĢumunu baskılayan
önleyici antioksidanlardır. Ġn-vivo Ģartlarda radikal oluĢumunun kesin mekanizması
ve oluĢum bölgesi henüz yeterince açıklanamamasına rağmen, hidroperoksitler ve hidrojen peroksitin metallere bağlı ayrıĢımı önemli kaynaklardan biri olmalıdır. Bu tür reaksiyonları baskılamak için bazı antioksidanlar hidroperoksit ve hidrojen peroksiti serbest radikal üretimi olmaksızın önce alkol ve sonrasında suya indirger. Glutatyon peroksidaz (GPx), glutatyon S-transferaz (GST) ve fosfolipit hidroperoksit glutatyon peroksidaz (PHGPx) alkolle iliĢkili lipit hidroperoksidazları ayrıĢtıran antioksidanlar olarak bilinir. Savunmanın ikinci hattı zincir reaksiyonun baĢlatılmasını baskılamak ve/veya zincir reaksiyonun ilerlemesini kırmak için aktif radikalleri uzaklaĢtıran antioksidanlardır. Endojen radikal temizleyen antioksidanların bazıları hidrofilik bazıları lipofilik olarak bilinir. C vitamini, ürik
14
asit (UA), bilirubin, albumin ve tiyoller hidrofilik yapıda iken, E vitamini ve ubikuinoller lipofiliktirler. Üçüncü hat tamir ve yeni antioksidanları içerir. Memeli hücrelerinde mitokondri ve sitozolde bulunan proteolitik enzimler, proteinazlar, proteazlar ve peptidazlar oksidatif modifiye proteinleri tanır, indirger ve uzaklaĢtırır, ayrıca okside proteinlerin birikimini önler (Lobo ve ark 2010).
1.5.2. Enzimatik Antioksidanlar
Süperoksit dismutaz
Süperoksit anyonunun suya ve daha az reaktif olan H2O2’ye dismutasyonunu
katalizleyen bir antioksidan enzimdir. SOD hücre içi enzimatik antioksidanların en etkinlerinden birisidir (Valko ve ark 2006).
O2-· + O2-· + 2H+ H2O2 + O2
Ġnsanlarda SOD’nin üç formu vardır. SOD1 sitoplazmada, SOD2 mitokondride ve SOD3 hücre dıĢı sıvıda bulunur. SOD1 iki üniteden oluĢan bir dimer iken diğerleri dört alt üniteden oluĢan tetramerdir. SOD1 ve SOD3 reaktif merkezlerinde Cu+2 ve Zn+2 içerirken SOD2 Mn+2 içerir (Cao ve ark 2008).
Katalaz
Katalaz oksijene maruz kalan tüm canlılarda yaygın bulunan bir enzimdir. H2O2’nin su ve oksijene ayrıĢımını katalizleyerek fonksiyon gösterir (Chelikani ve
ark 2004). Katalaz tüm enzimler içinde en yüksek dönüĢüm hızına sahiptir: bir molekül CAT bir dakikada yaklaĢık 6 milyon molekül H2O2’yi su ve oksijene
çevirebilir (Valko ve ark 2006):
2 H2O2 2H2O + O2
Glutatyon Peroksidaz
Glutatyon peroksidaz H2O2 ve organik hidroperoksitlerin yıkımını
katalizleyen dört selenyum kofaktörü içeren bir enzimdir. Hayvanlarda en az dört farklı GPx izoenzimi mevcuttur (Brigelius-Flohe 1999). GPx’in katalitik reaksiyonu için substrat H2O2 ve bir organik peroksittir (ROOH). GPx peroksitleri suya (veya
alkole) ayrıĢtırırken GSH kendiliğinden okside olur (Valko ve ark 2006):
SOD
15
2GSH + H2O2 GSSG + 2H2O
2GSH + ROOH GSSG + ROH + H2O
1.5.3. Enzimatik Olmayan Antioksidanlar
Glutatyon
Bir tripeptit olan glutatyon (GSH) majör tiyol grubu bir antioksidandır. GSH, hücre içi multifonksiyonel enzimatik olmayan bir antioksidandır. Hücrelerin en önemli tiyol-disülfid redoks tamponu olduğu düĢünülmektedir. GSH sitozolde, çekirdekte ve mitokondride bol miktarda bulunur ve bu hücre bölümlerinde çözünebilen bir yapıdadır. Glutatyonun indirgeyici formu GSH, okside formu glutatyon disülfiddir (GSSG) (Masella ve ark 2005). Genellikle tiyol bileĢiklerinin antioksidan kapasitesi bir elektron kaybına kolayca uyum sağlayan sülfür atomu sebebiyledir (Karoui ve ark 1996). Sülfür radikal türlerinin ömürleri, stres esnasında üretilen çoğu diğer radikalinkinden önemli ölçüde uzun olabilir. Glutatyon ile radikal R·’nin reaksiyonu Ģu Ģekilde tanımlanır:
GSH + R· → GS· + RH
Thiyl radikali (GS·) radikal olmayan bir ürün (GSSG) oluĢturmak için dimerize olabilir:
GS· + GS· → GSSG
Okside glutatyon (GSSG) hücrelerde birikir ve GSH/GSSG oranı organizmalarda oksidatif stresin iyi bir ölçümüdür (Hwang ve ark 1992).
C Vitamini
Askorbik asit veya C vitamini hem hayvanlarda hem de bitkilerde bulunan bir monosakkarit antioksidandır. Ġnsanlarda sentezlenemez ve bir vitamin olarak diyetle alınması gereklidir (Smirnoff 2001). Askorbik asit indirgeyici bir ajandır ve H2O2
gibi reaktif oksijen türlerini nötralize eder ve indirgeyebilir (Padayatty ve ark 2003). Onun doğrudan antioksidan etkisine ilave olarak, askorbik asit bitkilerde strese karĢı dirençte önemli bir fonksiyonu olan askorbat peroksidaz enzimi için bir substrattır
GPx GPx
16
(Shigeoka ve ark 2002). C vitamininin beraber çalıĢtığı öncelikli antioksidan E vitamini ve karotenoidlerdir. E vitamini ile C vitamini lipoprotein ve membranlarda alfa-tokoferol radikalinden alfa-tokoferolü yeniden üretmek için birlikte çalıĢır (Kojo 2004).
E Vitamini
E vitamini sekiz farklı formu bulunan yağda çözünen bir vitamindir. Alfa-tokoferol insanlarda E vitamininin en aktif formudur ve hücrelerde en önemli membran bağlayıcı antioksidan olarak çalıĢan güçlü bir biyolojik antioksidandır (Burton ve Ingold 1989). Ana antioksidan fonksiyonu lipit peroksidasyonuna karĢı koruma sağlamasıdır (Pryor 2000).
1.6. Egzersize Bağlı Oksidatif Stres ve Antioksidan Savunma
Serbest radikaller ve reaktif türler organizmanın sağlığının sürdürülebilmesi için gereklidir ve hücrelerde çeĢitli düzenleyici fonksiyonlara sahiptirler. Örneğin antijenleri ortadan kaldırmak için solunum patlaması sürecinde nötrofil ve makrofaj gibi immun hücreler tarafından ROS üretilir (Freitas ve ark 2010). Diğer bir örnek ise kronik egzersiz sırasında gözlenen değiĢikliklerdir. Vücudumuz ayrıntılı bir antioksidan ağına sahiptir ve bu antioksidanlar serbest radikal ve reaktif türleri nötralize eden bir savunma sistemi olarak çalıĢır. Bu süreç homeostazisin sürdürülmesi için önemlidir. Ancak vücudun oksidan konsantrasyonunda mevcut antioksidan kapasiteyi aĢan miktarda artıĢ olduğunda oksidatif stres oluĢabilir. Bu durum bir hastalığa veya kötü diyete bağlı olarak mevcut antioksidanların azalması durumunda da oluĢabilir (Powers ve ark 2004). Egzersiz sırasında ROS ve serbest radikallerin artmıĢ üretimi mekanizması henüz tam olarak doğrulanmamıĢtır. ÇeĢitli mekanizmalar tanımlanmasına rağmen üretilen toplam oksidatif stres miktarı ile onların her bir parametresinin nasıl iliĢkili olduğu henüz anlaĢılamamıĢtır (Gomes ve ark 2012). Kabul edilen görüĢ egzersiz sırasında reaktif oksijen türlerinin baĢlıca çalıĢan kaslarda (iskelet ve kalp) oluĢtuğu yönündedir. Egzersiz esnasında reaktif oksijen türlerinin oluĢumu için önerilen temel mekanizmalar Ģunlardır: Mitokondri elektron taĢıma zincirinde elektron kaçıĢı, iskemi-reperfüzyon ve endotelyal ksantin-oksidaz aktivasyonu, nötrofiller ve inflamatuar cevaplar, NADPH ksantin-oksidaz yapısı ve katekolaminlerin otooksidasyonu (Gomes ve ark 2012).
17
Egzersiz, kalp hızı ve enerji tüketiminde artıĢa yol açacak herhangi bir aktivite olarak tanımlanır (Gomes ve ark 2012). Egzersiz, yoğunluğu ile iliĢkili Ģekilde aerobik ve anaerobik olarak, kas kontraksiyonu ile iliĢkili izometrik, konsantrik ve ekzantrik olarak, sıklığı ile iliĢkili akut ve kronik olarak sınıflandırılabilir. Egzersizin tipinin karakteristiğinin bilinmesi ROS oluĢumunda egzersizin etkisini ve sonuçları olan anjiyojenez, hipertrofi ve mitokondriyal biyogenezi daha iyi anlamamız için önemlidir (Gomes ve ark 2012).
Aerobik ve anaerobik egzersiz arasındaki temel fizyolojik farklılık kullanılan enerji kaynağıdır. Aerobik egzersiz, fiziksel efor sırasında aerobik metabolizmayı kullanır. Aerobik metabolizma enerjisini öncelikli olarak kanda fazla laktik asit birikimi olmaksızın oksijeni kullanarak yağdan karĢılar. Anaerobik egzersiz, maksimal efor için kısa süreli yüksek çaba ile karakterizedir ve oksijeni kullanmaksızın enerjisini anaerobik metabolizmadan karĢılar, kanda yüksek oranda laktik asit birikimiyle sonuçlanır (McArdle ve ark 2009). Aerobik egzersize örnek olarak jogging, koĢma, yüzme, kürek çekme ve bisiklet verilebilir. Bu aktivitelerde maksimal aerobik kapasitenin (VO2max) yaklaĢık % 50-75’i kullanılır ve zaman
periyodu uzundur. Anaerobik egzersize sprintler (yüzerken, bisiklete binme veya koĢma sırasında), uzun atlama, yarıĢmalı ağırlık kaldırma veya VO2max’ın % 75’inin
üzerinde laktat eĢiği aĢılarak uygulanan 2 dakikalık herhangi bir aktivite örnek olarak verilebilir (Gomes ve ark 2012).
Akut egzersiz birkaç dakikadan birkaç saate kadar sürebilen geçici kardiyovasküler ve metabolik yanıtlar üreten tek oturumluk egzersizle karakterizedir. Kronik egzersiz fizyolojik ve metabolik adaptasyonların daha görülebilir olduğu ve uzun sürdüğü antrenman cevaplarını uyaran tekrarlanmıĢ egzersiz oturumlarıdır (Thompson ve ark 2001). Hem anaerobik hem de aerobik egzersiz, kronik veya akut olarak uygulanabilir. Aerobik ve anaerobik egzersizler oksidatif strese yol açar. Aerobik egzersiz oksidatif stresi artırır, çünkü çalıĢan iskelet kaslarının oksijen ihtiyacında artıĢ söz konusudur, bu durum egzersiz esnasında mitokondriden elektron kaçıĢına sebep olur (Alessio ve ark 2000). Elektron kaçıĢı lipit peroksidasyonuna yol açar ve süperoksit radikalinin üretimindeki artıĢı tetikler, böylece oksidatif stres artar (Bloomer ve ark 2005). Anaerobik egzersiz iskemi-reperfüzyon, ksantin, NADPH-oksidaz üretimi, prostanoid metabolizması gibi çok sayıda yolakla oksidatif stresin
18
artıĢına yol açar (Alessio ve ark 2000, Bloomer ve ark 2005, Fisher-Wellman ve Bloomer 2009). Ayrıca egzersizin bu tipiyle iliĢkili olan demir içeren proteinlerde bozulma, artmıĢ fagositik hücre aktivitesi ve kalsiyum homeostazındaki değiĢiklikler de oksidatif stresi artırabilir (Alessio ve ark 2000, Bloomer ve ark 2005, Fisher-Wellman ve Bloomer 2009).
Egzersiz genellikle insan veya hayvan fizyolojisinde reaktif türlerin etkilerini incelemek için fizyolojik bir model olarak benimsenmiĢtir. Bu incelemeler reaktif türlerin daima zararlı etkilere sahip olmadığını, insan sağlığı için faydalı olabilecek fizyolojik süreçlerde gerekli olabileceğini göstermiĢtir. Bu gerçeğin tipik bir örneği düzenli yapılan egzersizin sağlık üzerine faydalarının egzersiz sırasında oksidatif strese tekrar tekrar maruziyet ile iliĢkili olduğudur (Fisher-Welman ve Bloomer 2009). Egzersiz sırasında reaktif türlerin en önemli kaynağı mitokondride elektron taĢıma zinciri reaksiyonlarıdır. Egzersizde oksijen alımı yaklaĢık 20 kat artarken kas liflerindeki oksijen seviyesinin 100 kat arttığı iyi bilinmektedir (Ji 1999). Böylece egzersiz sırasında elektron kaçıĢ miktarı istirahata göre daha yüksektir. Ksantin oksidaz (XO) egzersizde ROS oluĢumuna en çok katkıda bulunan moleküllerden birisidir. Ksantin oksideredüktaz purin bozunması yolağında hipoksantin-ksantin-ürik asit oksidasyonunu katalizleyen bir enzimdir ve iki formu mevcuttur. Ġstirahatte ksantin okside redüktaz, ksantin dehidrogenaz olarak bulunur ve elektron alıcısı olarak moleküler oksijeni kullanır, bu süreç süperoksit ve hidrojen peroksit üretimiyle sonuçlanır (McCord ve Fridovich 1968). XO aynı zamanda yüksek Ģiddette aerobik veya anaerobik egzersizle indüklenen iskemi-reperfüzyon yoluyla reaktif türler üretir. Ġskemi sırasında dokularda oksijen alımı azalır ve ATP, AMP’ye çevrilir. XO, ksantin dehidrogenazın iskemiye bağlı preteolitik dönüĢümü sonucu üretilir ve AMP hipoksantine okside olur (Nishino ve ark 2008). Dokularda tekrar kan akımı baĢladığında hipoksantin XO vasıtasıyla önce ksantine, sonra ürik aside okside olur ve reaktif türler üretilir (McBride ve Kraemer 1999). Egzersiz esnasında XO inhibisyonunun rolü, elde edilen sonucun çift yönlü olması sebebiyle tam anlamıyla aydınlatılamamıĢtır. Bu durum sadece reaktif oksijen türlerinin inhibisyonunda değil, ürik asit üretiminin inhibisyonunda da gözlenir. Allopurinol ile XO inhibisyonunun antioksidan savunma sisteminde artıĢa yol açtığı gösterilmiĢtir (Gomez-Cabrera ve ark 2005), ancak allopurinol aynı zamanda sıçanlarda oksidatif stresi uyarır ve egzersiz performansını azaltır (Veskoukis ve ark 2008). Ekzantrik
19
egzersiz gibi kas hasarına yol açan egzersizler sırasında ROS üretiminin en yaygın mekanizması inflamatuar cevaptır. Polimorfnötrofiller lizozomların atılımı yoluyla doku savunmasına katılırlar ve hücre membranlarında bulunan enzimler (NADPH oksidaz ve lipooksijenaz) yoluyla süperoksit ve diğer reaktif oksijen türleri üretilir (Leeuwenburgh ve Heinecke 2001). Ayrıca hemoglobin methemoglobine okside olur, bu durum süperoksit üretimine yol açar (Misra ve Fridovich 1972) ve miyoglobin, peroksil radikali oluĢumuna yol açacak Ģekilde okside olur (Giulivi ve Cadenas 1998). Yeterli yoğunlukta ve sürede yapılan egzersizin ROS oluĢumunu artırdığı ve antioksidan mekanizmaların onları temizleyemediği, sonuçta oksidatif stresin oluĢtuğu iyi bilinmektedir. Egzersizin süresi ve yoğunluğu arttıkça serbest radikal oluĢumunun da arttığı gösterilmiĢtir (Bloomer 2008, Finaud ve ark 2006). Ayrıca tükenme egzersizi (aerobik yüzme ve koĢu bandı egzersizi) artmıĢ oksidatif stres ile iliĢkilidir (Veskoukis ve ark 2008).
Egzersizin sağlık üzerine olumlu etkisi uzun süredir bilinmektedir ve düzenli egzersizin özellikle kardiyovasküler hastalıkların önlenmesinde ve tedavisinde önemli bir faktör olduğu kabul edilir. Ancak egzersizin belirtilen faydalı etkilerinin gözlenmesi için yapılması gereken egzersiz Ģiddeti ve süresi hala net değildir. Egzersizin faydalarına iliĢkin çok sayıda rapor olmasına rağmen tüm egzersiz modelleri lipit profili ve antioksidan seviye üzerine beklenen olumlu etkiye sahip değildir (Choi ve Cho 2007). Ġskelet kası aktivitesi sırasında ROS üretiminin artıĢı iyi bilinmektedir. Özellikle tüketici egzersiz yüksek oksijen tüketimine bağlı olarak ROS artıĢına sebep olabilir (Davies ve ark 1982). Normal Ģartlar altında oluĢan bu reaktif oksijen türleri SOD, CAT, GPx gibi enzimatik ve GSH gibi nonenzimatik antioksidanları içeren karmaĢık antioksidan savunma sistemi sayesinde temizlenir. Ancak akut egzersiz sırasında ROS üretimi fizyolojik sınırın üstünde olursa, ROS birikimi ve antioksidan seviyesinde azalmayla sonuçlanır. Özellikle tükenme egzersizi sadece serbest radikal üretimine yol açmaz, serbest radikal temizleyici sistemi de olumsuz yönde etkiler. Tükenme egzersizi vücudun oksijen tüketimini 20 kat artırır, bu durum mitokondriyal taĢıma sisteminden elektron kaçıĢının artmasına yol açar ve hücre içi pro-oksidan ve antioksidan homeostazisi bozulur (Ji 1999).
Hem endojen hem de ekzojen antioksidanlar vücut hücrelerini oksidatif stresin zararlı etkilerine karĢı korumak için çalıĢır (Fang ve ark 2002). Kan veya
20
doku örneklerinden antioksidan vitamin ve minerallerin konsantrasyonları belirlenerek antioksidan durum hakkında fikir edilebilir (Rauma ve Mykkanen 2000). Sigara içmek (Faruque ve ark 1995), antrenman durumu (Watson ve ark 2005), yaĢlanma (Ji 2001) ve hormonal durum (Elhadd ve ark 2003) antioksidan durumu etkileyen faktörlerden bazılarıdır. Antioksidanlardan zengin bir diyet (örneğin vejeteryan diyeti) kiĢinin antioksidan durumunu geliĢtirebilir (Rauma ve Mykkanen 2000).
1.7. Egzersize Bağlı Oksidatif Strese KarĢı Antioksidan Takviyesi ve Oksidatif Stresin Değerlendirilmesi
Antioksidan takviyelerinin egzersize bağlı oksidatif stresin zararlı etkilerinden koruyacağı, kas fonksiyonlarının toparlanmasını hızlandıracağı ve performansı geliĢtireceği görüĢü sporcuların antioksidan takviyelerini yaygın olarak kullanmasının en büyük sebebidir (Maughan ve ark 2007). Halen uzun dönem güvenirliliğini ve etkinliğini değerlendiren bilimsel kanıtları içeren testleri yeterince yapılmayan çok çeĢitli vitamin, mineral ve antioksidan takviyesi olarak sunulan ekstreler bulunmaktadır. Sporcular arasında popüler olan antioksidan takviyeleri kullanımı bu alanda çalıĢmaların artmasına yol açmıĢtır. Beklendiği gibi mevcut çalıĢmalar araĢtırma dizaynı, egzersiz protokolü, çalıĢma popülasyonunun özellikleri, takviye rejimi ve analiz metotları açısından çok çeĢitlidir. ÇalıĢmalarda kullanılan takviyeler genellikle E vitamini, C vitamini, beta-karoten, koenzim Q10, alfa-lipoik asit, N-asetilsistein, allopurinol, quercetin, resveratrol ve çeĢitli diğer polifenolik bileĢikleri içermektedir. Bazı çalıĢmalarda bu maddelerin kombinasyonları kullanılmıĢtır. Farklı dozlarda ve iki gün gibi akut ya da bir haftadan altı aya kadar süren kronik olarak kullanıldıkları çalıĢmalar da bulunmaktadır. Kan, idrar, ekspirasyon havası ve kas dokusu örnekleri takviye ve egzersiz öncesinde, sırasında ve sonrasında toplanır. Yaygın kullanılan parametreler, öncelikle lipit peroksidasyonu ürünlerini (TBARS) içeren oksidatif stres belirteçleri, takiben okside protein, DNA hasar belirteçleri ve endojen antioksidan enzim sistemdeki (SOD, CAT, GPx) değiĢikliklerdir. Reaktif oksijen konsantrasyonlarının direk ölçümü (elektron spin rezonans spektroskopisi) yüksek maliyet ve iĢ gücü gerektirmesi ve reaktif oksijen türlerinin stabilitesinin düĢük olması sebebiyle pek kullanılmaz (Peternelj ve Coombes 2011).
21
1.8. Spirulina
Spirulina, planktonik mavi-yeĢil alg olup, bazı Meksika ve Afrika toplumlarının geleneksel gıdasıdır. Dünyada 3.5 milyon yıldır sıcak alkali volkanik göllerde yetiĢen en eski organizmalardan birisidir. Hücresel yapısı spiral gibidir ve basit prokaryotlara benzer. Besin takviyesi amacıyla en yaygın kullanılan türleri
Spirulina platensis ve Spirulina maximadır. Spirulinanın yetiĢtiği habitatlar Japonya
ve Hawainin Pasifik okyanusu kenarı ve Afrika, Asya, Güney ve Kuzey Amerika’da alkalik büyük tatlı su gölleridir (Khan ve ark 2005a).
1.8.1. Besinsel Değeri
Spirulina önemli miktarda protein, vitamin, beta karoten, mineraller, esansiyel yağ asitleri, polisakkaritler, glikolipitler ve sülfolipitler içerir. Diyete spirulina takviyesi esansiyel besin maddelerini büyük ölçüde almamıza yardımcı olur (Blinkova ve ark 2001, Campanella ve ark 2002). Spirulina yüksek miktarda B vitamini, kalsiyum, demir, magnezyum, manganez, potasyum ve çinko içerir (Blinkova ve ark 2001). Esansiyel bir yağ asidi olan gama linolenik asit spirulinada bol miktarda bulunmaktadır. Protein içeriği kuru ağırlığının % 70’i kadardır (Dillon ve ark 1995). Bu yüksek bir değer olup soya fasülyesinin yaklaĢık 10, sığır etinin yaklaĢık 3 katına eĢittir. Spirulina dokuz esansiyel amino asidi bünyesinde barındırır (Campanella ve ark 2002). Spirulina ayrıca yüksek oranda glikolipit ve sülfolipit içerir. Spirulinada bulunan B12 vitamini vejeteryanlar için özellikle önemlidir. Spirulina B12 vitaminin doğal bir kaynağıdır (Dagnelie ve ark 1991). Klorofil, beta karoten ve E vitamini de yüksek miktarda bulunur. Fikobilinler olarak isimlendirilen pigmentler fikosiyanin ve allofikosiyaninden oluĢmaktadırlar. Fikosiyaninler bilirubin benzeri safra pigmentlerine benzer yapıya sahiptirler. Fikobilinler proteinlerle fikobilin-protein kompleksi oluĢturur ve yeni oluĢuma fikobiliprotein denir (Bhat ve Madyastha 2000, Gomez-Coronada ve ark 2004). Selüloz hücre duvarının olmaması sebebiyle spirulina diğer alg türlerinin bir üyesi olan khlorelladan daha iyi sindirilebilirliğe sahiptir (Lu ve ark 2006).
22
ÇalıĢmalar spirulinadaki besinlerin kolayca emilebildiğini göstermektedir. Bu durum özellikle çinko, demir ve bazı vitaminlerin yeterli miktarda alınmasına yardımcı olur. Sıçanlarda hamilelik ve laktasyon esnasında demir dengesini düzenlemede etkin rol aldığı düĢünülmektedir (Kapoor ve Mehta 1998). Besinlerin yüksek biyoyararlanımı sebebiyle özelikle hamile kadınlarda iyi bir seçenek olabilir. Ġyi beslenemeyen çocuklar için de faydalıdır. Dünya Sağlık Örgütü spirulinayı dünyadaki önemli süper gıdalardan biri olarak tanımlamıĢtır (Khan ve ark 2005a).
1.8.2. BağıĢıklık Sistemine Etkisi
Spirulinada bulunan polisakkarit ve fikosiyaninler dalak ve timus geliĢimini, kemik iliği üretimini artırarak farelerde bağıĢıklığın geliĢimine katkı sağlarlar (Zhang ve ark 2001). Hayvan çalıĢmalarında fikosiyaninin hematopoezi uyardığı rapor edilmiĢtir, özellikle eritropoietin hormonunun salgılanmasını artırarak eritropoezisi uyarır. Ayrıca polisakkarit ve c-fikosiyaninin lökosit üretimini uyardığı gösterilmiĢtir (Qureshi ve Ali 1996). Peritonal makrofajlarda IL-1 gibi interlökinlerin sekresyonu uyarılır. Doğal öldürücü (NK) hücre aktivitesi anlamlı Ģekilde artmıĢtır. Tavuklarda yapılan bir çalıĢmada (Qureshi ve ark 1996) NK hücrelerinin tümör öldürücü etkisinin arttığı gösterilmiĢtir.
Deneysel çalıĢmalar spirulinanın hem humoral hem hücresel bağıĢıklığa etkisi olduğunu göstermiĢtir. Spirulina kanda lenfosit ve diğer immun hücrelerin mobilizasyonunu uyarır (Qureshi ve ark 1996) ve dalakta IgM antikorunun üretimi anlamlı Ģekilde artırır (Hayashi ve ark 1996).
1.8.3. Spirulinanın Antikarsinojenik Etkileri
Spirulinada bol miktarda bulunan beta karoten ve fikosiyaninler antikanser aktivite gösterirler. Karaciğer kanseri bulunan farelerde fikosiyanin takviyesi yaĢam sürelerini anlamlı Ģekilde artırmıĢtır. Fikosiyanin peroksinitriti uzaklaĢtırarak DNA hasarını ve sonuçta kanseri önleyebilir (Bhat ve Madyastha 2000).
23
1.8.4. Spirulinanın Antiviral Etkileri
Spirulina hücre kültüründe insan ve maymun hücresini viral enfeksiyonlardan korur (Hayashi ve ark 1994). Spirulina polisakkaritleri çeĢitli virüslerin replikasyonunu inhibe eder. Ayrıca herpes virüsle enfekte hamsterların daha çabuk iyileĢmesini sağlar. Spirulina herpes virüsün yaĢam siklusunun ilk safhalarında enfeksiyonu inhibe etmektedir (Hernandez Corona ve ark 2002).
1.8.5. Metabolik Etkileri
Spirulina lipit ve karbonhidrat metabolizmasında düzenleyici etkiye sahiptir. Spirulinanın hipoglisemik ve hipokolesterolemik etkisi gösterilmiĢtir (Kato ve Takemoto 1984). Tip 2 diyabet hastalarında spirulina açlık kan Ģekerini anlamlı olarak düĢürür, tokluk kan Ģekeri ve glikolize hemoglobin (HbA-Ic) miktarını azaltır (Parikh ve ark 2001). Ġnsanlarda spirulinanın kolesterol, TRG ve LDL seviyelerini düĢürdüğü gösterilmiĢtir (Kato ve Takemoto 1984). Spirulina takviyesi diyabetli hastalarda damar sertliğini geciktirir (Parikh ve ark 2001). Bu bulgular spirulinanın tip-2 diyabetin komplikasyonlarını önlediği anlamına gelebilir.
Spirulina aĢırı fruktoz alımına bağlı lipit ve karbonhidrat metabolizmasındaki anormallikleri düzenlemede etkindir. Diyabetik sıçanlarda spirulina tedavisi hekzokinaz aktivitesini artırırken, glikoz 6-fosfataz aktivitesini azaltır (Layam ve Reddy 2006). Alloksan ile diyabet oluĢturulmuĢ sıçanlarda spirulina platensis kan glikoz seviyesini düĢürürken, plazma insülin seviyesini yükseltir. Plazma insülin seviyesindeki artıĢ Langerhans adacıklarındaki beta hücrelerinden insülin salınımının arttığını göstermektedir (Muthuraman ve ark 2009).
Spirulinanın antihiperglisemik etkisi olduğu, bunun beta hücrelerinde insülinin pankreatik salınımını uyarmakla ve periferik dokulara kan glikozunun taĢınmasını iyileĢtirerek olabileceği, spirulinanın insülin seviyesini artırdığı gösterilmiĢtir. Spirulinada bulunan krom insülin reseptör aktivitesini uyarır. Gama linolenik asit kolesterol seviyesini düĢürürken, lif ve yüksek protein trigliserit seviyesini düĢürmektedir. Diyabetik sıçanlarda spirulina osteoporoz riskini azaltır. Sonuçta, spirulina tip 2 diyabette uzun dönem glisemik kontrolde rol oynar, lipit
24
profilini iyi yönde geliĢtirir, osteoporoz riskinin azaltılmasına katkıda bulunur (Gupta ve ark 2010).
Spirulinada bulunan c-fikosiyaninin hiperkolesterolemide kritik rol oynadığı rapor edilmiĢtir. Bunu LDL-C düzeyini azaltırken, HDL-C düzeyini artırarak yaptığı düĢünülmektedir. Ayrıca serum ve karaciğer kolesterol seviyeleri spirulina ile beslenen grupta daha düĢük bulunmuĢtur. Spirulina hipokolesterolemik etkisini jejenumdan kolesterol emilimini ve ileal safra asidi emilimini inhibe ederek göstermektedir. Spirulinada bulunan c-fikosiyaninin yüksek miktarda sistin içerdiği ve sistinin güçlü hipokolesterolemik etkisinin olduğu iddia edilmektedir (Cheong ve ark 2010).
1.8.6. Spirulinanın Antioksidan Özelliği
ÇeĢitli çalıĢmalar spirulinanın hem invivo hem de invitro koĢullarda önemli derecede antioksidan aktivite gösterdiğini kanıtlamıĢtır. Antioksidan aktiviteden spirulinada bulunan karotenoidler, fenolikler, tokoferoller, fikosiyanin, allofikosiyanin ve fikobiliproteinler sorumlu tutulmaktadır (Miranda ve ark 1998).
Spirulina doksorubisine bağlı kardiyotoksisiteyi azaltır ve kalbi oksidatif strese bağlı hasardan korur. Spirulinanın bu koruyucu etkisi beta-karoten ve fikosiyanin gibi antioksidanları bol miktarda barındırmasına bağlı olabilir. Ayrıca C-fikosiyaninin serbest demir gibi metalleri bağlama yeteneği gösterilmiĢtir (Khan ve ark 2005b). Spirulina siklosporine bağlı nefrotoksisiteyi önemli ölçüde iyileĢtirir. Bu etkisi antioksidan özelliğine dayandırılmaktadır. Yine bu etkide en önemli rolü C-fikosiyanin almaktadır. C-C-fikosiyanin proinflamatuar enzim olan COX2’yi inhibe
eder. Spirulina ve C-fikosiyanin izole kalp hücrelerinde doksorubisine bağlı serbest radikal üretimini ve apoptozisi -kaspaz 3 aktivitesini düzenleyerek- önemli ölçüde inhibe eder. Bu, muhtemelen spirulinanın oksidatif stres aracılı apoptotik yolağı düzenlemesi sebebiyledir (Khan ve ark 2006). Spirulina gentamisine bağlı böbrek hasarını önler. Bu yapısal değiĢiklikler spirulinanın serbest oksijen radikalleriyle iliĢkili olduğu düĢündürmektedir (Kuhad ve ark 2006). Spirulina civa zehirlenmesine karĢı dokuları korur. Bu koruma spirulinanın yüksek beta-karoten, E vitamini, C vitamini, selenyum ve fikosiyanin içeriğine bağlanmaktadır (Sharma ve ark 2007).
25
Spirulina platensis kadmiyumun neden olduğu oksidatif hasarı önler. Koruyucu etkisini direk ve indirek olarak gösterebilir. Direk etkileri lipit peroksidasyonu inhibe etmek ya da serbest radikalleri süpürmek, indirek etkisi GPx ve SOD aktivitesini artırarak etkili olmaktır (Karadeniz ve ark 2009). KurĢun toksisitesine bağlı oksidatif hasara karĢı spirulinanın koruyucu etkisi içeriğindeki komponentlerin serbest radikal temizleyici aktivite göstermesine bağlıdır (Ponce-Canchihuaman ve ark 2010). Spirulinanın karaciğer ve böbrek toksisitesine karĢı koruyucu potansiyelinin selenyum, gama linoleik asit, tokoferol ve fenolik bileĢikleri gibi antioksidan özellikli maddeleri ihtiva etmesine bağlı olabileceği iddia edilmektedir (Viswanadha ve ark 2011).
1.8.7. Spirulinanın Diğer Etkileri
TNF-alfa ve TNF-beta miktarının artması, beta adrenerjik reseptör fonksiyonların azalması inflamatuar yanıtın baĢlıca sebepleri arasındadır. Spirulinanın bu fonksiyonları geri döndürdüğü gösterilmiĢtir (Gemma ve ark 2002). Spirulinada bulunan fikosiyanin deneysel modellerde anti-inflamatuar etki gösterir. Fikosiyaninin fare kulağındaki yangıyı inhibe ettiği gösterilmiĢtir (Rodriguez-Hernandez ve ark 2001). Fikosiyaninin yangı önleyici etkisini lökotrien B4 (araĢidonik asit metaboliti) oluĢumunu inhibe ederek gösterdiği düĢünülmektedir (Romay ve ark 1999). Anti-fungal, anti bakteriyel, anti parazit ve antioksidan özelliğinden ötürü spirulina kozmetik sektöründe kendine yer bulmuĢtur. Spirulina ve enzimatik hidrolizatları deri metabolizmasını ve skar oluĢumunu uyarır (Jorjani ve Amirani 1978). Spirulina bol miktarda gama linolenik asit (GLA) bulundurur. GLA artrit, kalp hastalıkları, yaĢlanma semptomları, manik depresyon, alkolizm ve Ģizofreni durumlarını atlatmaya yardımcı olmaktadır (Khan ve ark 2005a).
Spirulinanın kilo kaybı ve yara iyileĢmesinde yardımcı olacağını gösteren çalıĢmalar bulunmaktadır (Becker ve ark 1986). Kronik yorgunluğun değerlendirildiği bir çalıĢmada (Baicus ve Baicus 2007) spirulina ve plasebo grupları arasında yorgunluk skorları açısından anlamlı fark bulunmamıĢtır. Allerjik rinitli hastalarda spirulina takviyesi sonrası nazal akıntı, hapĢırma ve kaĢıntıyı içeren semptom ve fiziksel bulgularda plasebo grubuna göre anlamlı iyileĢme gözlenmiĢtir (Cingi ve ark 2008).
26
1.8.8. Spirulina ve Egzersiz
Doğal bir besin takviyesi olan spirulina ile Lu ve arkadaĢlarının (2006) yaptıkları çalıĢmada sedanter 16 kolejli öğrenci üç hafta boyunca günde 7,5 gr spirulina ya da soya proteini almıĢlardır. Takviye sonrası tüm katılımcılara koĢu bandında tükeninceye kadar egzersiz yaptırılmıĢtır. Plazma MDA seviyesi spirulina takviyesinden öncesine göre anlamlı Ģekilde düĢük bulunmuĢtur. Ayrıca kan SOD aktivitesi de anlamlı Ģekilde yüksek bulunmuĢtur. Ancak iki grup arasında egzersiz sonrası MDA seviyesi ve SOD aktivitesi bakımından çıkan fark anlamlı değildir. Spirulina alan grupta kreatin kinaz (CK) % 28,77 azalırken, kontrol grubunda % 33,88’lik artıĢ gözlenmiĢtir. Ayrıca serum laktat dehidrogenaz (LDH) düzeyi de kontrol grubuna göre düĢük bulunmuĢtur. ÇalıĢmacılar bu bulguların ıĢığında gıda takviyesi olarak spirulina alımının, tüketici egzersiz sırasında, muhtemelen kaslardaki pre-oksidatif seviyeyi azaltarak egzersize bağlı oksidatif hasara karĢı iskelet kaslarında koruyucu etki gösterdiğini iddia etmiĢlerdir.
Diğer bir çalıĢmada (Kalafati ve ark 2010) antrenmanlı dokuz erkek, dört hafta boyunca günlük 6 g spirulina almıĢlardır. ÇalıĢmanın sonuçları spirulina takviyesinin egzersiz performansı, yağ oksidasyonu ve GSH konsantrasyonunda anlamlı artıĢa yol açtığını, egzersize bağlı lipit peroksidasyonu artıĢını iyileĢtirdiğini göstermiĢtir. GSH ve yağ oksidasyonundaki artıĢın egzersiz performansının geliĢmesiyle ilgili bir kanıt olduğu iddia edilmiĢtir (Kalafati ve ark 2010).
Meksika’da 41 genç koĢucunun katıldığı çalıĢmada 15 gün boyunca günde 5 gram spirulina tüketilmiĢtir (Torres-Durán ve ark 2012). Spirulina takviyesinden önce ve sonra yüksek yağ (toplam kalorinin % 53,2’si) içerikli beslenen katılımcılarda postprandial lipidemi üzerine spirulinanın etkisi değerlendirilmiĢtir. Plazma triaçilgliserol konsantrasyonları takviye öncesine göre düĢük bulunmuĢtur. Bu durum özellikle genç koĢucularda (10-16 yaĢ arası) daha belirgin gözlenmiĢtir. Sonuç olarak, günlük 5 g oral spirulinanın spor yapan gençlerde post-prandial lipidemiyi azalttığı bildirilmiĢtir (Torres-Durán ve ark 2012).
Diyabet oluĢturulmuĢ sıçanlarda kalp ve iskelet kaslarında lipit birikimi ve hepatik steatozda lipit profili üzerine spirulinanın ve egzersizin etkisi
27
değerlendirilmiĢtir (Moura ve ark 2011). Sıçanlar spirulinayı diyetle (% 17) beraber alırken 44 gün boyunca haftada 5 gün ve günde bir saat olmak üzere yüzme egzersizi gerçekleĢtirmiĢlerdir. ÇalıĢmacılar spirulina alımının sadece egzersiz yapan gruba göre LDL kolesterol seviyesinde anlamlı bir azalmaya yol açtığını belirtmiĢlerdir. Ayrıca hem spirulina alımının hem de aerobik egzersizin bu hayvanlarda hepatik steatozda iyileĢmeye neden olduğu bulunmuĢtur (Moura ve ark 2011).
28
2. GEREÇ VE YÖNTEM
2.1. Deney Hayvanları
Bu tez çalıĢmasında kullanılan sıçanlar Selçuk Üniversitesi Deneysel Tıp AraĢtırma ve Uygulama Merkezinden (SÜDAM) temin edildi ve tezin deneysel uygulamaları aynı merkezde gerçekleĢtirildi. ÇalıĢmaya baĢlamadan önce SÜDAM Deney Hayvanları Yerel Etik Kurulu’ndan Etik Kurul Onayı (EK1) alındı ve çalıĢmanın tüm aĢamalarında etik ilkelere riayet edildi. Kırksekiz adet Wistar Albino soyunda, 352±27 gram ağırlığında eriĢkin erkek sıçan çalıĢmaya dâhil edildi. Sıçanlar, ana gövdesi polikarbon, tel kısmı paslanmaz çelik malzemeden yapılmıĢ kafeslerde (1820 cm2 taban alanı olan) dörder adet olacak Ģekilde, 20±2 oC ısı, % 50±5 nisbi nem ve saatte 15 kez taze hava değiĢimi yapılan iklim kontrollü odalarda 12 saat karanlık, 12 saat aydınlık periyodunda (07:00/19:00) tutuldu. Sıçanlar çeĢme suyu ve standart sıçan yemini (BĠLYEM A.ġ. Ankara; Çizelge 2.1) ad-libitum olarak aldı, yem ve su kontrolleri her gün düzenli olarak yapıldı. Sıçanların ağırlıkları çalıĢmanın baĢında ve sonunda olmak üzere iki kez kayıt edildi.
Çizelge 2.1 Sıçan Yeminin BileĢimi.
Madde Miktarı (%)
Nem (en çok) 12
Ham Protein (en az) 24
Ham Yağ (en çok) 3
Ham Selüloz (en çok) 7
HCL’de çözünmeyen ham kül 8
Kalsiyum (en az, en çok) 1.0-2.5
Fosfor (en az) 0.9
Sodyum (en az, en çok) 0.5-1
2.2. Grupların OluĢturulması
Toplam 48 sıçan rastgele seçimle, her grupta 8 sıçan olacak Ģekilde 6 gruba bölündü. Grupların dağılımı Ģu Ģekildedir:
