Rośliny na zdrowie

Flawonoidy to relatywnie „świeże” odkrycie nauki. Co o nich wiemy?

Flawonoidy stały się przedmiotem intensywnych badań chemików na przełomie XIX i XX wieku. Twórcą chemii flawonów był polski naukowiec prof. Stanisław Kostanecki – jeden z najwybitniejszych chemików organików, przodownik w chemii barwników, który sformułował „teorię barwników”.  W swoich badaniach skupiał się na chemii żółtych barwników roślinnych, takich jak chromony czy flawony. Zsyntezował serię flawonoidów występujących w stanie naturalnym – w roślinach. Stał się znany po opracowaniu syntezy chromonu, reakcji, która aktualnie nazywana jest „acylowaniem Kostaneckiego” lub „reakcją Kostaneckiego i Robinsona”.

Ogólnie flawonoidy to liczna grupa metabolitów wtórnych, powszechnie występujących w roślinach, wywodzących się z fenyloalaniny. Są one produktem procesu ewolucyjnego przystosowania roślin do zmiennych i często nieprzyjaznych warunków środowiskowych. Pełnią w roślinach role allelopatyczne, semiotyczne, jako fitoaleksyny, są induktorami symbiozy bakteryjnej, filtrami promieniowania UV, deterentami roślinożernych owadów czy sygnalizatorami optycznymi.
Flawonoidy występują w różnych częściach roślin: w liściach, w kwiatach, korzeniach, owocach, nasionach. Znanych jest kilka tysięcy naturalnych związków zaliczanych do flawonoidów i kilkaset otrzymywanych syntetycznie. Właściwości lecznicze flawonoidów są znane od wielu lat.

Dzięki ziołolecznictwu?

Tak, początkowo przedmiotem zainteresowań były wyłącznie zioła lecznicze, aż do roku 1927, kiedy to prace A. Szent-Györgyego spowodowały duże zainteresowanie występowaniem flawonoidów w owocach i warzywach. Udowodnił on, iż wydzielone z cytryn flawanony – hesperydyna i eriodyktol są odpowiedzialne za efekt przeciwszkorbutowy odpowiednich dawek soku cytrynowego lub z papryki, który przewyższał działanie czystego kwasu askorbinowego, czyli witaminy C. Wyniki te zapoczątkowały funkcjonowanie pojęcia „witamina P” (od ang. permeability – przepuszczalność) w odniesieniu do zespołu flawonoidów lub konkretnych związków takich jak rutyna, czy eriodyktol. Jednak w 1956 roku Food and Drug Administration uznała, że flawonoidów nie można zaliczyć do witamin.

Dlaczego?

Bo naturalnie nie występują one ani w tkankach ani w płynach ustrojowych człowieka, a więc nie można ich uznać za niezbędne do prawidłowego funkcjonowania organizmu. Dla związków wykazujących aktywność „witaminy P” zaproponowano wtedy nazwę – bioflawonoidy. Obecnie flawonoidy obok kwasów fenolowych, monoterpenów, saponin, karotenoidów, amin, aminokwasów niebiałkowych, glikozydów określane są mianem naturalnych substancji nieodżywczych (NSN), które będąc stałym składnikiem diety człowieka mogą bezpośrednio lub pośrednio wpływać na utrzymanie homeostazy organizmu. Efekty żywieniowe NSN nie są tak dokładnie poznane jak to ma miejsce w przypadku witamin i składników mineralnych. Dotychczas brakuje odpowiedzi, w jakim stopniu są one wchłaniane w organizmie i jaki jest ich metabolizm.

Ale wiemy, że oddziałują na organizm człowieka.

Rzeczywiście ich wielokierunkowe oddziaływania na szereg procesów zachodzących w ustroju zostało udowodnione i opisane przez wiele ośrodków naukowo-badawczych na świecie. Autorzy na podstawie wielu cytowanych publikacji omawiają właściwości chemiczne i biologiczne flawonoidów, ich wpływ na strukturę włosowatych naczyń krwionośnych, na pracę serca, wątroby, nerek, ich działanie moczopędne, antybakteryjne, antywirusowe, immunomodulacyjne, przeciwnowotworowe, hipoglikemiczne, przeciwutleniające.

W tych badaniach swój udział ma również Pani.

Ja raczej jestem skupiona na syntezie i biotransformacjach związków flawonoidowych, ale rzeczywiście mam swój skromny udział w ocenie ich właściwości biologicznych. Flawonoidy są związkami występującymi w dużych ilościach w roślinach i produktach roślinnych i są nieodłącznym składnikiem ludzkiej diety. W zależności od zwyczajów żywieniowych dzienne spożycie flawonoidów: flawonoli (kwercetyny, kempferolu, mirycetyny) i flawonów (luteoliny, apigeniny) waha się od 3 mg do 70 mg. Najbardziej rozpowszechnionym flawonoidem występującym w produktach spożywanych przez człowieka jest kwercetyna. Sporo jej znajdziemy w cebuli. Jednak należy pamiętać, iż stężenie flawonoidów w osoczu zależy od jakości i ilości spożywanego pożywienia. Po posiłku zawierającym średnią ilość flawonoidów jest zazwyczaj dość niskie, rzadko przekracza 1 μM. Znacznie wyższe stężenia mogą być jednak osiągane po spożyciu posiłku bogatego w te związki, a regularne ich spożywanie może prowadzić do uzyskania wyższych stężeń tych związków we krwi, dzięki ich akumulacji m.in. w monocytach. Zatem zalecam regularne spożywanie dużej ilości warzyw i „ciemnych” owoców bogatych w związki flawonoidowe.

Wspomniana przez Panią cebula to jedno z tradycyjnych lekarstw –chyba każdy miał do czynienia z syropem z cebuli. Przez wieki leczenie ludzi opierało się głównie na intuicji, wiedzy przekazywanej z pokolenia na pokolenie, ziołolecznictwie, które bardziej przypominało czarowanie niż prawdziwą medycynę. Kiedy zaczęliśmy na medycynę tradycyjną patrzeć inaczej? Czy wynika to z postępu technologicznego, nowych narzędzi badawczych?

Na przełomie XIX i XX wieku specjalistami w dziedzinie medycyny wśród ludności wiejskiej byli darzeni społecznym zaufaniem zielarze, guślarze, wróże. Praktyki ich zgodne były z wierzeniami i tradycją ludową. Wydana w roku 1950 pierwsza ustawa o zawodzie lekarza, gwarantowała lekarzom medycyny monopol na świadczenie usług medycznych, przy jednoczesnych represjach prawnych wysuwanych wobec nieprofesjonalistów podejmujących się leczenia. W latach 70.  XX wieku na podstawie przeprowadzonych badań naukowych wprowadzono do medycyny konwencjonalnej ziołolecznictwo, które było jednym z istotnych elementów medycyny ludowej. Współczesna medycyna ludowa opiera się, w moim odczuciu, na umiejętnym połączeniu elementów tradycyjnych i nowoczesnych, magicznych i naukowych, zaczerpniętych z natury i wykorzystujących wiedzę akademicką oraz nowoczesne technologie, zgromadzonych drogą bezpośredniego przekazu i przenikających z kultury popularnej.

W swojej pracy doktorskiej zamieściłam następujący cytat: „Gdy medycyna zepsuła sobie gruntownie żołądek lekami chemicznej syntezy i wypróbowała kolejne wszystkie narządy organizmu zwierzęcego, zwróciła się ponownie do najstarszych środków leczniczych ludzkości – roślin leczniczych i surowców roślinnych”  te słowa Aleksandra Tschirscha, bardzo zgrabnie opisują, jakie koło zatoczyła nauka, by powrócić do „korzeni”. Korzeni – dosłownie i w przenośni. Tu jako „flawonoidowiec” nie mogę nie wspomnieć o niesamowitym korzeniu tarczycy bajkalskiej (Radix Scutellariae baicalensis). Opis surowca leczniczego znajduje się w aktualnej Chińskiej i Japońskiej Farmakopei. Korzeń jest wyjątkowo bogaty we flawony takie jak np. bajkalina, bajkaleina, wogonina  – ich zawartość wynosi 20-26 procent – i dzięki temu wykazuje on bardzo szeroki zakres działania biologicznego i farmakologicznego. Oczywiście takie przykłady zwrotu ku naturze czy powrotu do natury można mnożyć. Współczesne techniki analityczne, chromatograficzne, spektroskopowe pozwalają nam poruszać się bardzo świadomie w świecie związków naturalnych. Jesteśmy w stanie wysoce precyzyjnie określać składy jakościowe, ilościowe, szeroko pojęte właściwości biologiczne substancji czynnych zgromadzonych w roślinach. Właściwie można by rzec, że współczesny naukowiec skrupulatnie bada „przesądy” z zakresu lecznictwa i szuka sposobów ich wykorzystania.

Europa czy szerzej Zachód co jakiś czas przeżywała fascynację Dalekim Wschodem, aż w końcu odkryła medycynę chińską. Co jest w niej zaskakującego, co może zafascynować naukowca?

Medycyna chińska to właściwie nauka o „zarządzaniu”.

Zarządzaniu?

Tak, własnym, harmonijnym życiem, własnym zdrowiem, własną energią. Opiera się na świadomym odżywianiu, oczyszczaniu organizmu, kontrolowaniu emocji, ruchu. Podstawą jej jest teoria Pięciu Elementów, nazywana „teorią wzajemnych wpływów człowieka i natury”. Teoria głosi, iż światem rządzi pięć żywiołów: Ziemia, Ogień, Woda, Drzewo i Metal. Kiedy pozostają one w harmonii, wszystko działa poprawnie. Kiedy harmonia zostaje zakłócona, przepływ energii zostaje zaburzony. Zatem warunkiem zdrowia w świetle medycyny Wschodu jest utrzymanie stanu równowagi pomiędzy yin i yang – między naszym ciałem a środowiskiem w którym żyjemy. Wśród przyczyn choroby Chińczycy wyróżniają czynniki zewnętrzne (zimno, gorąco, wiatr), wewnętrzne (stres, przemęczenie, nadmierne emocje) oraz niewłaściwe odżywianie, przebyte urazy. Lekarz ze Wschodu, zanim podejmie decyzję o sposobie leczenia, stara się dociec powodów powstania schorzenia. Dlatego też sposób leczenia dobierany jest indywidualnie do każdego pacjenta. Często lekarze ze Wschodu łączą kilka metod terapii. Najpowszechniej w medycynie chińskiej stosowana jest akupunktura, akupresura, ziołolecznictwo, przy zachowaniu odpowiedniej diety oraz aktywności fizycznej.

Niestety, medycyna tzw. zachodnia w ostatnich dziesięcioleciach odeszła od holistycznego podejścia do pacjenta, koncentrowała się jedynie na leczeniu skutków konkretnych chorób. Jednocześnie oddaliła się bardzo od poglądów Hipokratesa (o ironio, ojca medycyny zachodniej), który uważał, że człowiek pozostaje w ścisłym związku ze swoim środowiskiem oraz, że należy leczyć chorego, a nie konkretną chorobę. Aktualnie jednak w krajach zachodnich obserwuje się coraz większe zainteresowanie medycyną Wschodu, wraca holistyczne podejście do człowieka, postrzeganie człowieka w połączeniu ze wszystkimi aspektami jego życia.

A może zainteresowanie substancjami naturalnymi o działaniu prozdrowotnym czy leczniczym to odpowiedź nauki na zmiany wynikające z cywilizacji? Żyjemy dłużej, ale też płacimy za to cenę w postaci chorób cywilizacyjnych. Czy substancje aktywne uzyskiwane z roślin mogą poprawić jakość naszego życia?

Zatrważające statystyki dotyczące zapadalności i śmiertelności z powodu chorób cywilizacyjnych, powstałych w skutek niewłaściwego odżywiania czy stylu życia rzeczywiście przyczyniły się do intensyfikacji badań nad poszukiwaniem, jak i szczegółową charakterystyką składników żywności wykazujących działanie prozdrowotne.

Udowodniono, że zbilansowana dieta połączona z odpowiednim stylem życia może w 80 procentach przeciwdziałać chorobom układu krążenia, w 30 chorobom nowotworowym, a aż w 90 cukrzycy typu drugiego.

Tu warto podkreślić, że istotną rolę w przeciwdziałaniu wymienionym chorobom cywilizacyjnym odgrywają związki o właściwościach przeciwutleniających w tym flawonoidy. Naturalnym ich źródłem w naszej codziennej diecie są warzywa, owoce, kawa, herbata. Dodatkowo można zwiększać ich podaż poprzez przyjmowanie nutraceutyków bogatych w polifenole oraz spożywanie żywności funkcjonalnej wzbogaconej o te substancje.

Odkryto witaminy i ich wpływ na funkcjonowanie żywego organizmu, potem nastąpiła era antybiotyków, cytostatyków, co jest przed nami i jaką rolę mogą tu odegrać flawonoidy?

Działanie zapobiegawcze i lecznicze flawonoidów wynika głównie z ich właściwości antyoksydacyjnych, zdolności do wiązania kationów metali stymulujących procesy wolnorodnikowe, skutecznego hamowania utleniania lipidów, eliminowania aktywnych form tlenu i azotu oraz zdolności inhibicji wielu enzymów.

W czasopismach naukowych o profilu przyrodniczym i medycznym ukazuje się kilkaset artykułów rocznie przedstawiających różny aspekt aktywności biologicznej flawonoidów. Znaczna część tych badań wchodzi w fazę zastosowań medycznych. Pojawiają się produkty rynkowe o charakterze dodatków do żywności, zaawansowane są także badania o charakterze przedklinicznym i klinicznym zmierzające w kierunku opracowywania nowych leków. Wiele flawonoidów wchodzi w skład takich preparatów leczniczych jak: Rutinoscorbin, Cerutin, Gentos, Menofen, Urosan, Silimarol, Venoruton, Siligran, Daflon, Tinctura Achemillae, Tinctura Hyperici, Extractum Cartaegi. Współczesny opis efektu biologicznego związku o potencjalnych zastosowaniach terapeutycznych wymaga zdefiniowania jego działania w kategoriach molekularnych. Obserwowany w doświadczeniach z zakresu tradycyjnej farmakologii efekt biologiczny dostarcza często wystarczających wskazówek do poszukiwania biomolekularnego obiektu oddziaływań: receptora, enzymu. W przypadku wielu flawonoidów ich aktywność biologiczna jest znana od początku lat 30. ubiegłego wieku, co w efekcie rzutuje na kierunki współczesnych badań.

Większość z nas marzy o jednej, cudownej tabletce, która sprawiłaby, że będziemy piękni, sprawni, zdrowi, aktywni. Rynek jest zalany suplementami, preparatami witaminowymi, rzecz tylko w tym, że ich skuteczność jest minimalna. Jak korzystać z dobrodziejstwa substancji aktywnych z pożytkiem dla organizmu?

Najistotniejsze jest, aby zdawać sobie sprawę, iż najlepsza suplementacja nie zastępuje odpowiednio zbilansowanej diety. Wysokiej jakości suplementy diety, w których surowiec stanowią owoce bogate w polifenole, są bez wątpienia dobrym źródłem substancji o właściwościach przeciwutleniających. Osobiście nie jestem zwolenniczką suplementów diety. Oczywiście zdarza mi się okresowo zażywać, ale po odpowiedniej konsultacji z lekarzem. Na zajęciach ze studentami promuję spożywanie witamin, minerałów, no i oczywiście flawonoidów, ale tych pochodzących z produktów naturalnych, przede wszystkim z warzyw oraz ciemnych owoców: aronii, borówki, truskawki, maliny, czarnej porzeczki. Bardzo bogatych w antocyjany, związki o wysokim potencjale antyoksydacyjnym. Zachęcam studentów do wykorzystywania w diecie cebuli, poczynając od żółtej skórki, na miąższu skończywszy. Cebula jest doskonałym dostarczycielem kwercetyny, związku flawonoidowego o niesamowitych właściwościach prozdrowotnych, potwierdzonych setkami publikacji naukowych z zakresu medycyny. Kwercetyna strukturalnie jest flawonem zawierającym pięć grup hydroksylowych usytuowanych w najlepszych możliwych pozycjach w szkielecie czyli C-3, C-5, C-7, C-3’ i C-4’, co  z jednej strony kształtuje jej bardzo wysokie właściwości przeciwutleniające, z drugiej zaś zdolność do chelatowania jonów metali. Tu podkreślam, iż dotąd żaden człowiek nie stworzył lepszego „konstruktu żywnościowego” niż sama natura. Przyroda najdoskonalej jak to możliwe tworzy synergistyczne połączenia między związkami naturalnymi – trochę boję się tu użyć pojęcia związkami chemicznymi, a przecież same flawonoidy to nieprzymierzając dwa pierścienie aromatyczne A i B połączone trójwęglowym fragmentem, który wraz z atomem tlenu tworzy trzeci, heterocykliczny pierścień C.

Żywność funkcjonalna to odpowiedź na słabości farmacji czy przyszłość?

Zdecydowanie – przyszłość. To przede wszystkim produkty naturalne, często pochodzenia roślinnego, zawierające w swoim składzie np. polifenole (flawonoidy), odpowiednie białka, aminokwasy, wielonienasycone kwasy tłuszczowe, fosfolipidy, prebiotyki, probiotyki, błonnik pokarmowy. Istotnym jest, aby produkty spożywcze noszące miano żywności funkcjonalnej zawierały w swoim składzie co najmniej jedną, najlepiej kilka z wymienionych substancji prozdrowotnych, przy zachowaniu odpowiednich proporcji składników odżywczych.

Żywność funkcjonalna doskonale spisuje się w profilaktyce zdrowotnej szeregu chorób, również tzw. cywilizacyjnych poczynając od nowotworów, chorób układu krążenia przez cukrzycę, otyłość, osteoporozę na chorobie Alzheimera skończywszy.

Co ważne, żywność funkcjonalna podlega pewnym wymaganiom m.in. nie może mieć postaci tabletki, musi być przeznaczona do spożycia w codziennej diecie, wpływać na poprawę zdrowia, a nawet działać leczniczo w przebiegu niektórych chorób, zmniejszać zmiany degeneracyjne zachodzące w organizmie, zwiększać ilość składników odżywczych w stanach zwiększonego zapotrzebowania.

Jeszcze do niedawna gotowanie i jedzenie nie miało dobrego PR, to się zmieniło w ciągu ostatnich kilku lat. Nie tylko, że gotowanie jest modne, ale też zwracamy ogromną uwagę na jakość produktów, sięgamy po zioła, szukamy dawnych receptur. Jakie w tym trendzie jest miejsce nauki i naukowca? Co może wnieść ze swoją wiedzą?

Do sporządzania posiłków wykorzystujemy coraz więcej produktów jak najmniej przetworzonych, z nich tworzymy tzw. inteligentne dania, w których z rozmysłem dobieramy składniki w taki sposób, aby potęgowały odczucia nie tylko smakowe, ale również walory zdrowotne. Naukowcy, korzystając z zaawansowanych technik chromatograficznych czy analitycznych, są w stanie – mówiąc kolokwialnie – rozłożyć warzywo, owoc na czynniki pierwsze i scharakteryzować wszystkie składowe. Kucharz XXI wieku nie porusza się w świecie kulinarnym po omacku, tylko z pełną świadomością sięga po określone składniki komponowanego dania. Współczesny dietetyk czy kucharz ma pełną świadomość, iż warzywa, owoce, napoje (herbata, wino), orzechy, kwiaty są głównym źródłem dobroczynnych flawonoidów w diecie człowieka.

W owocach znaleźć można ogromne spektrum różnych związków flawonoidowych, a w warzywach dominują glikozydy kwercetyny. Flawony i flawonole spożywane są głównie w postaci O-β-glikozydów.  Na ich wielkość spożycia mają wpływ różne czynniki jak np. źródło pożywienia, przyzwyczajenia żywieniowe, rodzaj stosowanej diety, zawartość oraz przyswajalność. Jednak aby przytoczone informacje mogły trafić do „kuchni”, każdego dnia rzesza naukowców (również „flawonoidowców”) pracuje nad ich potwierdzeniem.

Co Panią fascynuje w świecie roślin, substancji, jakie w sobie kryją, w możliwościach ich wykorzystania? Czy to wciąż jest terra incognita?

Tu bym raczej powiedziała „ziemia obiecana”, zamiast „ziemia nieznana”. Naukowców w tym głowa, aby ten obszar rozpoznać możliwie najdokładniej. Co mnie fascynuje? Bogactwo związków, różnorodność, powiązania synergistyczne między nimi, nieokreślone jeszcze właściwości biologiczne, ogromny potencjał zastosowań jaki w nich drzemie.

Jakie wymagania stawia badaczowi nauka?

Powiem przewrotnie: nauka wymaga od badacza dyspozycyjności. Wybierając taką drogę zawodową potrzebna jest też duża doza samodyscypliny i ogrom cierpliwości.

A co daje w tym zawodzie, czy też może raczej powołaniu, największą satysfakcję?

Mnie osobiście największą satysfakcję sprawia moment, w którym po dokonaniu interpretacji widma NMR nowo powstałego produktu biotransformacji stwierdzam, że mikroorganizmy wraz ze swoimi niesamowitymi układami enzymatycznymi po raz kolejny mnie zaskoczyły dając możliwość oglądania nowej, dotąd w literaturze nie opisanej pochodnej flawonoidowej.

Jakie jest Pani marzenie naukowe?

Ponad sto nowych związków flawonoidowych, które uzyskałam na drodze biotransformacji lub syntezy chemicznej zostało zabezpieczonych patentami. Aktualnie część z nich, tych w których pokładam największe nadzieje, objętych jest badaniami biologicznymi. Moim marzeniem jest wdrożenie opracowanych metod otrzymywania związków flawonoidowych. Większość swojego życia naukowego poświęciłam flawonoidom – „klasycznym” flawanonom i flawonom, a także dihydrochalkonom i chalkonom. Duże nadzieje pokładam w dwóch ostatnich klasach związków. Dihydrochalkony charakteryzują się słodkim smakiem, trwającym znacznie dłużej niż przy smakowaniu sacharozy, któremu często towarzyszy uczucie świeżości, podobne jak w przypadku mentolu. Związki te mogą znaleźć zastosowanie jako niskoenergetyczny środek słodzący pochodzenia naturalnego. Warto dodać, iż zainteresowanie substancjami słodzącymi pochodzenia naturalnego stale wzrasta wśród specjalistów z zakresu żywienia i produkcji żywności oraz lekarzy i dietetyków. Jest to podyktowane faktem, iż spożycie syntetycznych środków słodzących wywołuje wiele chorób cywilizacyjnych, jak np.: miażdżycę, otyłość, cukrzycę. W odpowiedzi na zapotrzebowanie, biotransformacje flawanonów stanowią godną uwagi metodę pozyskiwania naturalnych substancji słodzących, jakimi są dihydrochalkony. Dowiedziono, iż chalkony wykazują znaczącą aktywność hamującą na wirusowe neuraminidazy dwóch wirusów grypy szczepów, H1N1 i H9N2. Kto wie, może to właśnie chalkony okażą się być związkami hamującymi replikację RNA wirusowego SARS-CoV?

Co Pani przekazuje swoim uczniom?

Studentom – staram się przekazać, aby mieli odwagę korzystać z posiadanej wiedzy. Jeśli właściwie wykorzystali pięć lat studiów na UPWr posiadają szereg informacji przydatnych  zarówno w życiu codziennym jak i w pracy zawodowe. Zachęcam ich do syntetycznego myślenia, łączenia informacji z zakresu chemii organicznej, biochemii, biotransformacji. Doktorantom – przekazuję, aby w kreowaniu szeroko pojętej nauki kierowali się skrupulatnością, systematycznością, sumiennością i perspektywicznym myśleniem, zawsze pamiętając, że Naukowiec to po pierwsze człowiek, a dopiero po drugie – badacz.

rozmawiała Katarzyna Kaczorowska