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domingo, 8 de maio de 2011

ANTIOXIDANTES DIETÉTICOS: CONTROVÉRSIAS E PERSPECTIVAS

Quim. Nova, Vol. 30, No. 2, 441-449, 2007
Divulgação
*e-mail: fernandamcerqueira@yahoo.com.br
Fernanda Menezes Cerqueira*, Marisa Helena Gennari de Medeiros e Ohara Augusto
Departamento de Bioquímica, Instituto de Química, Universidade de São Paulo, CP 26077, 05513-970 São Paulo – SP, Brasil
Recebido em 10/10/05; aceito em 20/4/06; publicado na web em 10/1/07
DIETETIC ANTIOXIDANTS: CONTROVERSIES AND PERSPECTIVES The generation of reactive oxygen and nitrogen species
(ROS and RNS) during metabolism is capable of damaging cellular biomolecules. To be protected against oxidative injury, cells evolved
complex cellular defense mechanisms and the capability to use exogenous antioxidants to eliminate ROS/RNS. The potential role of
micronutrients as antioxidants (vitamin C, vitamin E, carotenoids and poliphenols) has stimulated intense research efforts. In various
human supplementation studies, however, these compounds presented pro-oxidant effects at high doses for most risk groups. Therefore,
more studies about the bioavailability, tissue uptake, metabolism and biological activities should be performed before establishing
recommendations for disease prevention.
Keywords: antioxidant vitamins; carotenoids; poliphenols.
INTRODUÇÃO
Os organismos vivos interagem com o meio ambiente visando
manter um ambiente interno que favoreça a sobrevivência, o crescimento
e a reprodução. O oxigênio molecular (O2) obtido da atmosfera
é vital para organismos aeróbios; contudo, espécies reativas
formadas intracelularmente a partir do oxigênio ameaçam a integridade
celular por meio da oxidação de biomoléculas, e podem
comprometer processos biológicos importantes1.
O dano oxidativo de biomoléculas pode levar à inativação
enzimática, mutação, ruptura de membrana, ao aumento na
aterogenicidade de lipoproteínas plasmáticas de baixa densidade e
à morte celular. Estes efeitos tóxicos do oxigênio têm sido associados
ao envelhecimento e ao desenvolvimento de doenças crônicas,
inflamatórias e degenerativas2.
A despeito deste paradoxo, a vida aeróbia tornou-se possível
graças às adaptações biológicas que levaram ao desenvolvimento
de defesas antioxidantes contra a toxicidade do oxigênio e espécies
derivadas deste. As adaptações biológicas às mudanças do meio
ambiente guiam o processo evolutivo. Neste sentido, as adaptações
podem ser definidas como características que se tornam aumentadas
e mantidas sob seleção1.
Embora as defesas antioxidantes endógenas sejam efetivas, não
são infalíveis, e constantemente há formação de espécies reativas
de oxigênio e de nitrogênio (ROS/RNS) que interagem em diferentes
níveis com o ambiente celular antes de serem eliminadas, o que,
à primeira vista, pode parecer uma falha evolutiva. Todavia, há evidências
recentes de que um certo nível destas espécies é imprescindível
para muitas funções fisiológicas. Por ex., o enovelamento de
proteínas nascentes no retículo endoplasmático ocorre em um meio
mais oxidante que o restante da célula para a formação de pontes
dissulfeto1. Também, muitos genes são transcritos após oxidação
transitória e baixas concentrações de alguns oxidantes estimulam
a proliferação celular, como exemplificado pela adição de 1 μM de
H2O2 à cultura de células3.
Os componentes celulares não são protegidos totalmente por
antioxidantes endógenos, e é bem estabelecido que antioxidantes
obtidos da dieta são indispensáveis para a defesa apropriada contra
oxidação e, portanto, têm importante papel na manutenção da saúde.
Os incontestáveis benefícios para a saúde associados ao consumo
de frutas e hortaliças devem-se, em parte, à presença de
antioxidantes nestes alimentos4.
Os mecanismos de ação antioxidante de ácido ascórbico e α-
tocoferol in vitro são conhecidos. Além destes, os carotenóides e
polifenóis estão sendo estudados, procurando-se estabelecer suas
eficiências de absorção no trato gastrointestinal, biodisponibilidades,
mecanismos de ação e recomendações para consumo humano. Há
perspectivas de que antioxidantes dietéticos possam ser usados futuramente
no tratamento de doenças cuja gênese envolva processos
oxidativos, mas os efeitos protetores de dietas saudáveis como a
mediterrânea, por ex., não parecem ser reproduzidos por meio do
uso de suplementos nutricionais1.
PRÓ-OXIDANTES VERSUS ANTIOXIDANTES
Pró-oxidantes são substâncias endógenas ou exógenas que possuem
a capacidade de oxidar moléculas-alvo. Radicais livres são
espécies cuja reatividade resulta da presença de um ou mais elétrons
desemparelhados na estrutura atômica, capazes de existência
independente em intervalos de tempo variáveis5.
Espécies reativas de oxigênio (ROS) e espécies reativas de nitrogênio
(RNS) são termos que abrangem todas as formas reativas do
oxigênio e nitrogênio, incluindo radicais e não-radicais que participam
da iniciação e progressão das reações em cadeia envolvendo a
formação de espécies radicalares. A reatividade destes compostos
com biomoléculas é variável, sendo alguns estáveis e pouco reativos,
como por ex. o radical superóxido, O2
•- (k = 101 M-1 s-1) e outros
altamente reativos, apresentando velocidade de reação próxima à
constante de colisão com moléculas-alvo, sendo o radical hidroxila,
HO•, o principal exemplo (k ~ 109 M-1 s-1). Embora ROS/RNS sejam
associadas à oxidação, algumas são agentes redutores em meio biológico,
mas também contribuem para reações em cadeia que convergem
para dano em biomoléculas2. Os principais tipos de reações que
envolvem radicais livres estão sumarizados na Figura 1.
As reações de eliminação de radicais livres (Equações 1 a 6) não
são favorecidas em condições fisiológicas normais, devido às suas
baixas concentrações. Assim, a principal forma de eliminação destas
espécies e, portanto, da interrupção de reações em cadeias propagadas
442 Cerqueira et al. Quim. Nova
por elas depende da ação de compostos denominados antioxidantes6.
O próprio O2 no estado fundamental é um radical, uma vez que
contém 2 elétrons desemparelhados no último orbital molecular.
Todavia, o oxigênio reage lentamente com compostos que não possuam
elétrons desemparelhados (k < 101 M-1 s-1), ou seja, não reage
com a maioria dos componentes celulares. Entretanto, a reação de
O2 com íons de metais de transição e radicais livres resulta em uma
variedade de ROS/RNS, que podem efetivamente iniciar reações
em cadeia e atacar biomoléculas2. Estima-se que cerca de 0,1% do
O2 utilizado durante a respiração mitocondrial forma ROS, devido
ao escape dos elétrons dos complexos que compõem a cadeia respiratória
(Figura 2).
Além da cadeia de transporte de elétrons mitocondrial, ROS/
RNS também são produzidas endogenamente por vários sistemas
enzimáticos e células do sistema imune, além de serem formadas a
partir da exposição à radiação ionizante7.
Embora certo nível de ROS e RNS esteja envolvido na regulação
de processos fisiológicos, o excesso na produção destes compostos
leva à superestimulação de algumas vias intracelulares, o que geralmente
está associado ao aparecimento de diversas doenças (Figura 3).
Além disso, a própria natureza reativa destas espécies leva a modificações
em biomoléculas, provocando alterações em suas estruturas e
funções. Entre as alterações mais drásticas encontram-se alterações
na ribose e bases nitrogenadas do DNA (ácido desoxirribonucléico);
ligações cruzadas entre bases nitrogenadas, DNA e proteínas e proteína-
proteína; formação de adutos8; peroxidação de PUFAs (ácidos
graxos poliinsaturados) que compõem membranas plasmáticas e
lipoproteínas9 e nitração10 e nitrosilação de proteínas11.
Em vista dos prejuízos provenientes do excesso de ROS e RNS,
as células dispõem de uma variedade de mecanismos de defesa contra
os danos causados por estas espécies: as defesas antioxidantes.
Para o funcionamento celular normal, deve haver uma compensação
entre a formação de ROS/RNS e os níveis de defesas antioxidantes,
que mantêm a célula em estado geral reduzido. Se as defesas
antioxidantes tornam-se insuficientes frente à excessiva produção
de ROS e RNS, ocorre o chamado estresse oxidativo. Estresse
oxidativo agudo bem como estresse oxidativo crônico têm sido relacionados
a um grande número de doenças degenerativas, como
aterosclerose12, diabetes12, injúria isquêmica13, doenças inflamatórias
(artrite reumatóide14, colite ulcerativa15 e pancreatite16), câncer17,
doenças neurológicas (doença de Parkinson, esclerose lateral
amiotrófica, síndrome de Down, doença de Alzheimer)18, hipertensão19,
doenças oculares (degeneração macular relacionada ao envelhecimento
e catarata)20, doenças pulmonares (asma e doença pulmonar
obstrutiva crônica)21. Os efeitos crônicos de ROS/RNS são
considerados agentes importantes no processo de envelhecimento22.
Considerando-se que a produção de ROS/RNS e as defesas
antioxidantes estejam em ajuste contínuo, pode-se supor que em
algumas situações o balanço pode tender facilmente em favor das
espécies reativas. O estresse oxidativo poderia ocorrer em várias
situações patológicas ou ambientais que aumentem a produção de
ROS/RNS e em conseqüência do consumo inadequado de
antioxidantes derivados da dieta23.
Halliwell e Gutteridge2 definiram antioxidante como alguma
substância presente em concentrações baixas, comparadas às concentrações
do substrato oxidante, que previne significativamente
ou atrasa a oxidação de substratos susceptíveis. Os principais mecanismos
de ação de compostos antioxidantes incluem captadores
de radicais e supressores de estados excitados; sistemas catalíticos
Figura 1. Principais tipos de reações radicalares. Reproduzida da ref. 6,
com permissão da SBPC
Figura 2. Formação de radicais livres na cadeia de transporte de elétrons
mitocondrial
Figura 3. Esquema demonstrativo de regulação fisiológica modulada pelo estado
redox intracelular. As espécies oxidantes (ROS/RNS) geralmente se relacionam
à estimulação da expressão de proteínas – envolvidas no controle de importantes
processos fisiológicos (ciclo celular, resposta imune e neuroregulação). As espécies
antioxidantes modulariam negativamente tais funções. O desequilíbrio entre as
modulações positiva e negativa levaria ao aparecimento de doenças. Os
antioxidantes (ANTIOX) endógenos incluem enzimas: superóxido dismutase
(SOD), catalase (CAT), glutationa peroxidase (GSHPX), peroxirredoxinas (PRX)
e tiorredoxinas (Trx); compostos de baixo peso molecular: ácido úrico (AU);
ácido lipóico (AL); coenzima Q (CoQ) e glutationa (GSH); tiol proteínas, como
albumina, peroxirredoxinas e tiorredoxinas, e proteínas armazenadoras/
transportadoras de íons de metais de transição. As defesas antioxidantes exógenas
referem-se aos antioxidantes obtidos por meio da alimentação, sendo os mais
estudados o ácido ascórbico (Asc), α-tocoferol (α-TH), carotenóides (CAR) e
polifenóis. Adaptado da ref. 23
Vol. 30, No. 2 Antioxidantes dietéticos: controvérsias e perspectivas 443
que neutralizam ou eliminam ROS/RNS e a ligação de íons metálicos
a proteínas, o que os torna indisponíveis para a produção de
espécies oxidantes.
Entre os principais antioxidantes encontrados no plasma humano
estão proteínas/peptídeos com grupamento tiol (SH) (800-
1000 μmol/L), sendo a albumina a principal representante; ácido
úrico (150-400 μmol/L); ácido ascórbico (30-150 μmol/L); tocoferol
(20-50 μmol/L) e carotenóides (0,08-3 μmol/L)24.
ANTIOXIDANTES DIETÉTICOS
Vitamina E
Vitamina E (Figura 4) é um termo genérico que se refere a tocóis
e tocotrienóis (α, β, δ, γ tocoferol e α, β, δ, γ tocotrienol). Todos
estes compostos consistem de um núcleo cromanol com uma cadeia
alifática lateral. Há 60 anos estuda-se as propriedades da vitamina
E contra doenças cardiovasculares, o que se atribui à sua capacidade
antioxidante. O potencial antioxidante dos tocoferóis em
meio biológico é diferente, sendo α > > γ > δ > β25.
Estudos in vitro demonstraram a capacidade superior do α-
tocoferol de prevenir a peroxidação lipídica de lipoproteínas de baixa
densidade (LDL), principais responsáveis pelo transporte de ácidos
graxos e colesterol do fígado para os tecidos periféricos26.
Radicais alquilperoxila (ROO•) são formados durante a peroxidação
lipídica, iniciada por abstração de um átomo de hidrogênio dos PUFAs.
Embora a peroxidação lipídica em níveis baixos pareça exercer papel
fisiológico2, a peroxidação de PUFAs de membranas celulares pode
afetar características importantes destas, como fluidez, permeabilidade,
potencial elétrico e transporte controlado de metabólitos27.
A oxidação de lipídios por ROS/RNS pode ser dividida em três
etapas, iniciação, progressão e terminação (Figura 5). Na progressão
da lipoperoxidação podem ser formados hidrocarbonetos, álcoois,
ésteres, peróxidos, epóxidos e aldeídos. Entre estes produtos,
alguns exercem efeitos deletérios adicionais, como malondialdeído
e 4-hidroxinonenal, que inativam fosfolipídios, proteínas e DNA,
promovendo ligações cruzadas entre estas moléculas28.
Um mecanismo bem estabelecido de ação do α-tocoferol é sua
reação com o radical alquilperoxila. O α-tocoferol interrompe a
reação em cadeia da peroxidação lipídica (Figura 5) seqüestrando
os radicais alquilperoxila por meio da seguinte reação29:
α-TH + ROO• → α-T• + ROOH (7)
Na ausência de vitamina E, a lipoperoxidação é propagada:
ROO• + RH → ROOH + R• (8)
R• + O2 → ROO• (9)
O elétron desemparelhado do radical α-tocoferolila (αT•) resultante
é delocalizado e, desta forma, é muito menos eficiente no ataque
a cadeias laterais de ácidos graxos que o radical alquilperoxila (ROO•).
O efeito fisiológico do α-TH é diminuir a velocidade das reações
em cadeia verificadas na peroxidação de lipídios30.
Alguns mecanismos podem converter α-T• em α-TH, sendo a
reação com ácido ascórbico na superfície das membranas e
lipoproteínas a mais estudada28,30 (Figura 5). O α-tocoferol foi relatado
como importante no retardo do desenvolvimento de
aterosclerose31 e a deficiência desta vitamina, observada em pacientes
com deficiência na absorção intestinal de gordura, está relacionada
à neurodegeneração32.
Tendo em vista os benefícios antioxidantes do α-tocoferol verificados
in vitro e o fato de que a quantidade de α-tocoferol presente
em LDL (5-9 moléculas/partícula de LDL) é rapidamente
alterada em resposta ao consumo dietético33, estudos em humanos
têm sido realizados para verificar a eficácia da suplementação oral
Figura 4. Estrutura química do tocoferol e tocotrienol
Figura 5. Etapas da lipoperoxidação e ação antioxidante do α-tocoferol. (A)
Iniciação: o grupo metileno de ácidos graxos poliinsaturados é atacado por
radicais livres, havendo o rearranjo das duplas ligações na forma de dieno
conjugado. Simultaneamente há formação de um radical alquila (R•) no
carbono central. O radical alquila reage com O2 formando alquilperoxila
(ROO•). Propagação: ROO• ataca outras moléculas de lipídios (não
mostrado). Terminação: as reações em cadeia são interrompidas por
interação entre os próprios radicais (não mostrado), ou (B) entre radicais e
α-tocoferol, originando produtos não-radicalares e o radical tocoferila. O
radical α-tocoferila é reduzido por ação do ácido ascórbico
444 Cerqueira et al. Quim. Nova
deste nutriente no retardo e na prevenção de doenças que envolvam
lipoperoxidação.
Alguns estudos apresentaram resultados favoráveis no que diz
respeito à redução da susceptibilidade da LDL à oxidação34,35; outros
sugerem que α-tocoferol pode apresentar atividade pró-oxidante
em algumas situações, por ex. em pessoas fumantes ou que consumam
quantidade elevada de PUFAs36. A partir destes resultados
contraditórios, estudos in vitro têm demonstrado que em doses elevadas
o α-tocoferol pode agir como pró-oxidante, caso não haja
concentrações equivalentes de outros antioxidantes para regenerar
o radical α-tocoferila a α-tocoferol25.
Há evidências crescentes de que os mecanismos protetores do α-
tocoferol não são apenas correlacionados com a prevenção da oxidação
da LDL, mas também com funções não-antioxidantes. A vitamina E atua
em nível celular, inibindo a proliferação de células musculares lisas das
artérias, a agregação plaquetária, a adesão de monócitos à parede do
endotélio, a captação de LDL oxidada e a produção de citocinas. Estes
mecanismos parecem estar relacionados com efeitos específicos do α-
tocoferol na transdução de sinais e expressão gênica25,37.
Ácido ascórbico (vitamina C)
A vitamina C é um nutriente hidrossolúvel envolvido em múltiplas
funções biológicas. É cofator de várias enzimas envolvidas na
hidroxilação pós-tradução do colágeno, na biossíntese de carnitina,
na conversão do neurotransmissor dopamina a norepinefrina, na
amidação peptídica e no metabolismo da tirosina. Adicionalmente,
é importante na absorção do ferro dietético, devido a sua capacidade
de reduzir a forma férrica (Fe3+) a ferrosa (Fe2+), propiciando
absorção do ferro não-heme no trato gastrointestinal28,29,38.
O gene responsável pela enzima-flavo L-gulono-1,4-lactona
oxidase, envolvido na síntese de ácido ascórbico, não é transcrito
em humanos e alguns outros mamíferos, embora esteja presente no
genoma. Sabe-se que a via endógena de síntese é fonte de ROS; assim,
do ponto de vista evolutivo, a perda da capacidade de sintetizar
ácido ascórbico é considerada benéfica e metabolicamente econômica,
visto que a dieta é capaz de suprir a deficiência endógena1,39. A
privação prolongada de vitamina C dietética acarreta defeito na modificação
pós-tradução do colágeno, levando ao escorbuto e, ocasionalmente,
à morte. O escorbuto pode ser prevenido pelo consumo
diário de 10 mg de vitamina C. Acredita-se, todavia, que doses mais
elevadas são necessárias para manutenção de uma saúde desejável40.
Além da importante função anti-escorbútica, a vitamina C é um
potente agente redutor (Eo’= -170 mV), capaz de reduzir a maioria
das ROS/RNS fisiologicamente relevantes2. Em meio fisiológico
encontra-se predominantemente na forma de monoânion ascorbato41.
O ácido ascórbico reduz ROS/RNS em leucócitos ativados, pulmão
e mucosa gástrica. No trato respiratório pode reagir rapidamente
com poluentes do ar, como O3, fumaça de cigarro e NO2.
Além de eliminar diretamente ROS/RNS, regenera o α-tocoferol e,
portanto, participa do mecanismo protetor contra lipoperoxidação.
Uma vez que a vitamina C é depletada, outros compostos
antioxidantes (ácido úrico e proteínas contendo tiol) podem reduzir
o radical α-tocoferila, mas de forma menos eficiente42.
Os produtos da oxidação do AscH- por um elétron e por dois elétrons
são, respectivamente, radical ascorbila e ácido desidroascórbico
(Figura 6). O radical ascorbila, entretanto, é relativamente não reativo,
quando comparado a outros radicais livres. Esta propriedade torna o
ácido ascórbico um eficiente antioxidante, capaz de eliminar espécies
altamente reativas e formar um radical de reatividade baixa41.
O radical ascorbila pode ser convertido novamente em ácido
ascórbico por redutases dependentes de NADH ou por dismutação
de duas moléculas do radical em uma de AscH- e uma de ácido
desidroascórbico. Este último é pouco estável em pH fisiológico,
geralmente é reduzido a AscH-, ou hidrolisado irreversivelmente43.
O radical ascorbila não é prontamente reduzido, pode permanecer
até 2 h no plasma ex vivo. Em situação de estresse oxidativo, os
níveis de radical ascorbila são elevados; assim, este radical tem sido
usado como indicador de estresse oxidativo em fluidos corpóreos44.
Apesar da grande eficiência antioxidante, a vitamina C também
age paradoxalmente como pró-oxidante in vitro. Soluções de vitamina
C e ferro são usadas há décadas para induzir modificações
oxidativas em lipídios, proteínas e DNA2. A reação de Fenton, redução
de peróxido de hidrogênio por Cu1+ ou Fe2+ a radical hidroxila, é
favorecida na presença de vitamina C, capaz de reduzir os metais de
transição, tornando-os aptos para esta reação. In vivo os metais encontram-
se complexados em proteínas, portanto, indisponíveis45. Já
em situações patológicas em que a quantidade de ferro e/ou cobre
livre está elevada, por ex. talassemias, hemocromatose e injúria
tecidual, a atividade pró-oxidante pode ser relevante46.
Muitos estudos de intervenção em humanos relacionam
suplementação com vitamina C e lesões oxidativas em DNA, incluindo
lesão nas bases nitrogenadas e quebra de fita do DNA. Os resultados
apresentados são contraditórios. Já se verificou decréscimo47 e
aumento48 das lesões e em alguns casos os efeitos foram nulos49.
Atualmente a vitamina C também é muito estudada no tratamento
do câncer. Acredita-se que estimule o sistema imune, iniba a
formação de nitrosaminas e bloqueie a ativação metabólica de
carcinógenos. Contudo, células tumorais parecem necessitar de ácido
ascórbico e competem com células saudáveis por este nutriente,
presumivelmente para se defenderem da ameaça oxidativa, uma
vez que tumores tratados com vitamina C se tornam mais resistentes
à injúria oxidativa38,50.
Apesar dos dados contraditórios, a importância da vitamina C
como antioxidante é bem estabelecida, considerando-se as doses
recomendadas, geralmente alcançadas por meio da alimentação.
Além da captação de radicais livres, estudos em cultura de células
demonstram que a vitamina C pode alterar a expressão de genes
envolvidos na resposta inflamatória51, apoptose52 e diferenciação
celular53. O mecanismo pelo qual a vitamina C altera a expressão
de genes é desconhecido, mas supõe-se que atue indiretamente na
expressão gênica, alterando a expressão de genes responsivos a
espécies oxidantes ou diretamente, modulando a ligação de alguns
fatores de transcrição ao núcleo54.
Carotenóides
Carotenóides são isoprenóides (Figura 7), geralmente constituídos
por 8 unidades de isoprenos, formando uma longa cadeia de
polieno que pode conter de 2 a 15 duplas ligações conjugadas, o
que permite muitas configurações cis e trans. São amplamente distribuídos
na natureza, sintetizados exclusivamente em plantas e responsáveis
pela coloração de frutas e hortaliças55.
Desde a década de 50 a atividade pró-vitamina A de alguns
carotenóides é estudada. Já no início dos anos 90 surgiu o interesse
no papel antioxidante destes compostos, que vem sendo relacionado
Figura 6. A oxidação do ácido ascórbico por um elétron (e-) forma o radical
ascorbila que, ao ser oxidado novamente, gera ácido desidroascórbico. Os
elétrons são recebidos por compostos oxidantes
Vol. 30, No. 2 Antioxidantes dietéticos: controvérsias e perspectivas 445
à proteção contra doenças crônico-degenerativas não transmissíveis.
Dos cerca de 600 carotenóides identificados, somente 20 são encontrado
em tecidos humanos e são provenientes da dieta. Entre estes, os
principais incluem os hidrocarbonetos licopeno e β-caroteno, e as
xantofilas, astaxantina, cantaxantina, luteína e zeaxantina. São compostos
lipofílicos encontrados em tecido adiposo, lipoproteínas e membranas
celulares. A cadeia de polieno e outras características estruturais
influenciam suas características químicas, a localização e orientação
dos carotenóides no interior da bicamada lipídica em ambientes biológicos56.
As concentrações plasmáticas de carotenóides são bons indicadores
do consumo de frutas e hortaliças; evidências epidemiológicas
associam altos níveis plasmáticos de β-caroteno e outros carotenóides
com risco diminuído de câncer e doenças cardiovasculares. As propriedades
antioxidantes dos carotenóides fundamentam-se na estrutura
destes compostos, principalmente no sistema de duplas ligações
conjugadas, tornando possível a captação de radicais livres, principalmente
o radical alquilperoxila (ROO•)57,58.
Além da captação de radicais livres, os carotenóides captam
energia do oxigênio singlete, que volta ao estado fundamental (O2).
O carotenóide excitado resultante libera energia baixa e, portanto,
inofensiva ao meio celular59. Este mecanismo protege os portadores
de porfirias cutâneas contra os efeitos deletérios do oxigênio
singlete formado na pele a partir da exposição à luz solar. Tais
efeitos protetores são indicados pela redução da concentração de
β-caroteno na pele dos indivíduos afetados60,61.
Estrutura (tamanho, natureza, posição e números de grupos
substituintes), forma física (agregados ou monômeros, configuração
cis ou trans, etc), localização ou sítio de ação da molécula carotenóide
dentro da célula, potencial de interação com outros carotenóides ou
antioxidantes (especialmente vitaminas C e E), concentração do
carotenóide e pressão parcial de oxigênio são todos fatores que influenciam
a atividade dos carotenóides em sistemas biológicos57.
Entre as reações in vitro bem estabelecidas dos antioxidantes
carotenóides (CAR), encontram-se as reações com radical
alquilperoxila (ROO•) que se dão ao menos por três vias56:
CAR + ROO• → CAR•+ + ROO- (transferência de elétrons) (10)
CAR + ROO• → CAR• + ROOH (abstração de hidrogênio) (11)
CAR + ROO• → ROOCAR• (adição) (12)
In vivo, o conteúdo e a composição tecidual de carotenóides são
heterogêneos. Em ambientes apolares, como tecido adiposo e interior
de membranas plasmáticas, a separação de carga é termodinamicamente
desfavorável, e a reação (10) (transferência de elétrons) é
improvável para licopeno e β-caroteno (hidrocarbonetos). Contudo,
dióis carotenóides, como zeaxantina, possuem grupamentos polares,
podendo interceptar radicais no meio aquoso e na superfície de
membranas. Uma vez que o cátion radical carotenóide (CAR•+) é
formado, pode oxidar diferentes compostos no ambiente aquoso56,60.
Woodall et al.61 demonstraram que β-criptoxantina e zeaxantina
foram mais efetivas como antioxidantes contra radical alquilperoxila
(ROO•) em membranas lipossomais que β-caroteno e licopeno.
Zeaxantina e β-caroteno possuem o mesmo comprimento de cadeia
conjugada C=C e o mesmo comportamento em solução aquosa; portanto,
as diferenças observadas devem-se provavelmente à localização
e orientação destes no interior da bicamada lipídica.
Geralmente os radicais carotenóides, assim como os radicais
tocoferila e ascorbila, são estabilizados por ressonância e, portanto,
pouco reativos. Eles podem decair por meio de reações com
outros radicais, formando produtos estáveis. Contudo, os diferentes
mecanismos pelos quais os carotenóides podem captar radicais
levam a uma variedade de radicais carotenóides que, por sua vez,
levam a múltiplos produtos finais. O potencial protetor ou deletério
destes produtos finais depende da natureza do radical, de seu
meio ambiente (aquoso ou lipídico) e de características estruturais,
como terminal cíclico ou acíclico, grupos finais polares ou
apolares, propriedades redox, etc56.
Experimentos recentes mostraram que em concentrações elevadas
a capacidade antioxidante de carotenóides foi diminuída e
licopeno, luteína e β-caroteno apresentaram efeitos pró-oxidantes.
Em altas concentrações eles podem alterar as propriedades de membranas
biológicas, influenciando a permeabilidade a toxinas, ao
oxigênio ou metabólitos56.
Em concentrações elevadas de O2 verifica-se auto-oxidação dos
carotenóides e redução da atividade antioxidante o que, in vitro, parece
perpetuar a peroxidação lipídica. No pulmão, a pressão de O2 é
de aproximadamente 150 mm Hg e pode propiciar a perda da eficácia
antioxidante de carotenóides. Já nos tecidos periféricos, a eficácia
dos carotenóides pode ser maior porque a pressão de oxigênio é de 5-
15 mm Hg. Ao contrário, o α-tocoferol é muito mais efetivo em
altas concentrações de O2, exemplificando o quanto os antioxidantes
podem atuar de forma cooperativa em diferentes tecidos57,62.
Embora estudos com animais demonstrem que a suplementação
com β-caroteno protege contra o câncer em algumas situações, estudos
populacionais mostraram efeitos nulos ou negativos. O estudo
populacional CARET (“The Beta Carotene and Retinol Efficacy
Trial”) realizado com 18000 fumantes norte-americanos em que se
administrou β-caroteno e vitamina A na forma de suplementos, previsto
para durar 5 anos, foi encerrado 21 meses antes devido a uma
tendência de aumento no desenvolvimento de câncer de pulmão e da
mortalidade63. O estudo anterior, ATBC “Alpha-Tocopherol Beta-
Carotene”, também realizado em fumantes, apresentou igual tendência
nos grupos suplementados com β-caroteno e β-caroteno e α-
tocoferol, o que não foi observado na suplementação apenas com α-
tocoferol64. Não há consenso entre os pesquisadores em relação à
atividade pró-oxidante dos carotenóides, mas os estudos já realizados
permitem concluir que em sistemas biológicos existem muitos
fatores que podem reduzir a eficácia antioxidante destes compostos57.
Figura 7. Estrutura química dos principais carotenóides dietéticos
446 Cerqueira et al. Quim. Nova
Assim, estudos adicionais são necessários para confirmar se os
benefícios dos carotenóides relacionam-se às propriedades
antioxidantes ou a outras atividades biológicas. Criptoxantina,
zeaxantina e β–caroteno são carotenóides que apresentam atividade
pró-vitamina A, ou seja, são convertidos endogenamente a
retinóides. Os carotenóides estimulam comunicações “gap
junctions” entre células, sendo a comunicação celular essencial
para a coordenação de funções bioquímicas em organismos complexos56.
A participação dos carotenóides na comunicação celular,
regulação da transcrição de alguns genes e conversão em retinóides
pode ser tão ou mais importante que a atividade antioxidante nos
efeitos fisiológicos atribuídos a estes compostos58,65.
Polifenóis
Polifenóis são os antioxidantes mais abundantes da dieta. O consumo
diário pode atingir 1 g, o que é muito maior que o consumo de todos
os outros fitoquímicos classificados como antioxidantes66. Apesar da distribuição
abundante em plantas, os efeitos destes compostos na saúde
humana tornaram-se foco de atenção apenas na década de 90.
As plantas sintetizam centenas de compostos fenólicos e
polifenólicos (Figura 8), que possuem variadas estruturas e funções.
Entre estes compostos, os mais estudados como antioxidantes
são os flavonóides que têm em comum a estrutura C6-C3-C6, consistindo
de dois anéis aromáticos ligados por um heterocíclico oxigenado.
Dentre os aproximados 4000 flavonóides já descritos, as maiores
classes são flavonóis, catequinas ou flavonas, antocianidinas e
isoflavonas. Nestas classes há grandes variações estruturais, dependendo
do nível de hidrogenação, hidroxilação, metilação e
sulfonação das moléculas. Além disso, flavonóides formam complexos
com açúcar, lipídios, aminas e ácidos carboxílicos67,68.
Numerosos estudos in vitro indicam que polifenóis encontrados
em plantas podem efetivamente participar de processos que
possam ter implicações anti-carcinogênicas e anti-aterogênicas.
Entre estes processos, o mais evidente é a capacidade antioxidante
destes compostos atribuída ao poder redutor do grupo hidroxila
aromático, que reduz radicais livres reativos e produz o radical
fenoxila estabilizado por ressonância. A capacidade antioxidante
dos polifenóis é influenciada pelo número e posição dos grupos
OH, assim como pelas posições de glicosilação68,69. Ao contrário
do ácido ascórbico e α- tocoferol, que agem em meio aquoso e na
camada fosfolipídica, respectivamente, os flavonóides podem se
localizar nas duas fases68.
Alguns flavonóides, como quercetina, apresentam maiores velocidades
de reação com radicais livres in vitro que o α-tocoferol.
Postula-se que isto seja devido à conjugação mais estendida de
suas estruturas, que leva a radicais mais estabilizados. A presença
de 2 ou mais grupos OH reativos e menor impedimento estérico no
sítio de abstração também devem influir68.
Os polifenóis são capazes de captar radicais alcoxila (RO•),
alquilperoxila (ROO•), superóxido (O2
•-), radical hidroxila (HO•),
óxido nítrico (NO•), além do oxidante peroxinitrito (ONOO-/
ONOOH). A eficácia antioxidante de polifenóis in vivo ainda precisa
ser melhor avaliada, pois pouco se conhece sobre suas
biodisponibilidades67.
Alguns efeitos tóxicos do alcoolismo crônico têm sido associados à
produção de ROS/RNS. Todavia, dados epidemiológicos demonstraram
que indivíduos que consomem bebidas alcoólicas moderadamente
apresentam níveis elevados de HDL (lipoproteína de alta densidade), o
que implica em menor risco de desenvolvimento de doenças
cardiovasculares70. Além disso, o consumo de vinho tinto tem sido associado
à proteção contra doenças relacionadas à idade, o que é conhecido
como “Paradoxo Francês”. Os benefícios observados particularmente
em relação ao vinho tinto estão associados a seu elevado conteúdo
de flavonóides, principalmente resveratrol e quercitinas68.
As catequinas presentes em grandes quantidades no chá verde e
cacau estão entre os flavonóides polifenólicos mais potentes como
antioxidantes, de acordo com estudos in vitro54,71. O elevado consumo
de azeite de oliva na dieta mediterrânea relaciona-se com menor
incidência de doenças cardiovasculares e alguns tipos de câncer,
sendo que as características antioxidantes dos flavonóides
hidroxitirosol e oleuropeína foram relacionadas aos benefícios relatados
e à elevada estabilidade deste óleo poliinsaturado72.
Embora os estudos in vitro indiquem a eficácia de polifenóis
como antioxidantes, e a possível relação entre estas substâncias e a
redução de oxidações envolvidas em doenças cardiovasculares, resultados
favoráveis são obtidos em concentrações que variam de
< 0,1 a > 100 μmol/L. Os níveis fisiológicos geralmente encontram-
se em torno de 1 μmol/L; desta forma, nem todos os polifenóis
consumidos apresentarão atividade antioxidante73,74.
Estudos em humanos voltados para a relação entre consumo
aumentado de polifenóis e proteção à saúde têm demonstrado, em
alguns casos, reduções em indicadores de danos oxidativos a
biomoléculas, como excreção urinária de 8-hidroxi-desoxiguanosina,
quebra de fitas de DNA e LDL oxidada75. Ressalta-se que na maioria
dessas intervenções utilizou-se a administração de fontes
dietéticas de polifenóis específicos, diferentemente dos estudos
populacionais com outros antioxidantes.
Além dos efeitos antioxidantes, acredita-se que os polifenóis
podem exercer efeitos diretos no trato gastrointestinal. Entre esses
efeitos inclui-se a ligação a inibidores de telomerase, regulação de
vias de transdução de sinal, inibição de ciclooxigenase e
lipooxigenase, redução das atividades de xantina oxidase, de
metaloproteinase de matriz e da enzima conversora de angiotensina,
a competição com glicose para transporte transmembrana e a alteração
da função de plaquetas75.
RECOMENDAÇÕES DIETÉTICAS E
BIODISPONIBILIDADE
As doses dietéticas de vitamina C e α-tocoferol recomendadas
pela “Recommended dietary allowance- RDAs” (1989) foram elevadas
em 2000. Os dados referentes às necessidades destes nutrientes,
bem como a recomendação média para a população e dose máxima
tolerável estão compilados na publicação “Dietary Reference Intakes
for Vitamin C, Vitamin E, Selenium, and Carotenoids”41. Apesar dos
avanços na área, os dados disponíveis são limitados e insuficientes
pois não consideram a variação das necessidades dietéticas entre grupos
de indivíduos em diferentes estados fisiológicos. Além disso,
essas recomendações partiram de pesquisas populacionais realiza-
Figura 8. Estrutura das principais classes de flavonóides
Vol. 30, No. 2 Antioxidantes dietéticos: controvérsias e perspectivas 447
das nos Estados Unidos e podem não representar fidedignamente as
necessidades dos brasileiros.
Em resposta aos benefícios comprovados, a recomendação norte-
americana diária para consumo de vitamina C foi elevada para 75
mg para mulheres e 90 mg para homens. Isto não corresponde nem à
décima fração dos 2 g propostos por Pauling40 como ideais para manutenção
da saúde e é bem inferior à quantidade consumida diariamente
por nossos ancestrais paleolíticos. A biodisponibilidade de
vitamina C consumida por meio de frutas e hortaliças é de aproximadamente
100%, mas se observa saturação nos tecidos humanos
com consumo acima de 200 mg/dia, e relativamente menos ácido
ascórbico é absorvido aumentando-se o consumo76.
A vitamina C é bem absorvida no trato gastrointestinal. Os níveis
plasmáticos podem ser aumentados em resposta à dieta rica em frutas
e hortaliças por tempo prolongado e em casos de suplementação77,78.
Alguns estudos têm demonstrado que o aumento plasmático de vitamina
C reflete-se no meio intracelular, embora de forma não dependente
da dose, provavelmente devido à saturação79.
Todas as formas de vitamina E são absorvidas nos enterócitos e
liberadas na circulação dentro de quilomícrons. Ao chegar ao fígado,
a proteína de transferência de α-tocoferol (α-TTP) o incorpora
em lipoproteínas de densidade muito baixa (VLDL). As outras formas
são muito menos retidas e, geralmente, excretadas na urina ou
com a bile. Afinidades relativas de análogos do tocoferol pela α-
TTP são calculadas a partir da competição com a forma α, sendo α-
tocoferol 100%, β-tocoferol, 38%, γ-tocoferol, 9%, δ-tocoferol, 2%80.
Sabe-se que a absorção de carotenóides é influenciada pelo tipo
de alimento em que se encontram. Carotenóides usados como
corantes em alimentos são melhor absorvidos. A absorção a partir
de hortaliças e frutas só é possível se o carotenóide for liberado das
fibras alimentares, o que ocorre apenas com a mastigação eficiente
ou o processamento industrial. A solubilidade destes compostos
também é fator limitante. São absorvidos junto com micelas de
lipídeos; portanto, é necessário o consumo concomitante de alguma
fonte lipídica e isto também se aplica aos suplementos. Nos
enterócitos são incorporados em quilomícrons e transportados ao
longo da corrente sanguínea e no fígado passam para as LDLs81.
Inicialmente acreditava-se que a absorção de polifenóis era insignificante,
por volta de 1-25%, principalmente porque a maioria
está ligada a glicosídeos que não são clivados por enzimas digestivas
humanas. Contudo, estudos recentes demonstraram até 50% de
absorção de alguns flavonóides67,73. Apesar de todos os benefícios
provenientes da capacidade antioxidante dos polifenóis, ressalta-se
seu papel como quelante de nutrientes, como ferro, cálcio,
aminoácidos e proteínas no trato gastrointestinal. Por isso, foram
denominados compostos anti-nutricionais durante décadas, e seu
consumo elevado (suplementação) pode estar associado à redução
da biodisponibilidade de outros nutrientes71.
A biodisponibilidade de carotenóides e polifenóis é variável e
influenciada por fatores como transporte, biotransformação e
excreção, que permanecem pouco compreendidos; assim, mais estudos
serão necessários para o estabelecimento de recomendações
dietéticas mais específicas1.
CONTROVÉRSIAS
Apesar de evidências epidemiológicas relacionarem o consumo
de frutas e hortaliças com o decréscimo na incidência de doenças
crônico-degenerativas não transmissíveis, a suplementação com
vitamina E, ascorbato e β-caroteno não apresentou efeito semelhante
na maioria dos ensaios de intervenção82. Pode-se elencar
algumas explicações para esta dicotomia. O β-caroteno é apenas
um dos 600 carotenóides identificados, pode não ser o mais ativo
e pode, ainda, inibir a absorção de carotenóides mais quimiopreventivos.
Os alimentos são fontes de vários nutrientes que devem
atuar de forma cooperativa na prevenção de doenças; por
isso, os estudos com frutas e hortaliças apresentam resultados
mais significativos no que diz respeito à proteção da saúde que
estudos com nutrientes isolados. Os níveis plasmáticos de
antioxidantes dietéticos podem servir exclusivamente como
marcadores úteis de uma alimentação saudável41. A ação preventiva
de antioxidantes pode ocorrer precocemente na progressão da
doença, mas ser ineficaz posteriormente. Assim, indivíduos de
grupos identificados como de alto risco podem ser resistentes aos
suplementos. As associações verificadas na epidemiologia
observacional não são causais e podem ser confundidas por uma
variedade de fatores não previstos e nem determinados76,83.
Além das controvérsias existentes entre as observações
epidemiológicas e os ensaios de intervenção, questiona-se até que
ponto as estratégias de aumento de defesas antioxidantes por meio
de nutrientes seriam benéficas, considerando-se que o excesso consumido
poderá, ao longo da evolução, remover a pressão que modela
sistemas endógenos, levando a uma sub-regulação ou não expressão
de genes envolvidos com a defesa antioxidante endógena.
Um processo deste tipo pode ter ocorrido com a biossíntese de
ácido ascórbico no período Paleolítico1.
As células humanas geralmente encontram-se em estado reduzido,
mas algum grau de oxidação localizada é necessário para
funções importantes, de forma que a sobrecarga de compostos redutores
pode influir negativamente em suas funções normais83.
Um excesso de antioxidantes redutores pode acarretar inibição
da proliferação celular, por prevenir o estado transitório de oxidação
e diminuir a adaptação ao estresse oxidativo. Pode ainda reduzir
metais de transição livres que se tornam potentes catalisadores
de reações em cadeia iniciadas por radicais livres83.
Apesar dos efeitos controversos observados, sabe-se que muitos
indivíduos se auto-medicam com suplementos vitamínicos e
minerais. Estima-se que 50% dos pacientes com câncer consumam
algum tipo de suplemento, o que pode acarretar efeitos adversos1.
Tendo em vista que muitos suplementos são uma mistura de vitaminas
e minerais, o prejuízo para a saúde pode ser ainda maior, visto
que no trato gastrointestinal há competição entre algumas classes
de nutrientes para absorção. Além disso, suplementos que contenham
ferro e vitamina C em quantidades elevadas podem representar
perigo para o balanço redox.
PERSPECTIVAS
Estudos promissores
Publicações recentes sugerem que os antioxidantes são eficazes
na prevenção de doenças crônicas associadas ao estresse
oxidativo quando administrados a grupos que apresentem concentrações
plasmáticas inadequadas destes micronutrientes. O estudo
SU.VI.MAX (The Supplémentation en Vitamines et Minéraux
Antioxydants) que acompanhou milhares de franceses durante 7,5
anos recebendo doses diárias de ácido ascórbico, α-tocoferol e β-
caroteno concluiu que a redução da incidência de câncer e da mortalidade
foi significativa entre as pessoas do sexo masculino. Estes
apresentavam deficiência nos níveis plasmáticos dos antioxidantes
administrados antes do estudo84. Esta intervenção seguiu os moldes
do estudo de Linxian no que diz respeito às doses da suplementação,
próximas às recomendações nutricionais preconizadas nos Estados
Unidos. Os indivíduos de Linxian, China, que receberam doses
baixas de suplementação de β-caroteno, vitamina E e selênio apresentaram
significativa redução no desenvolvimento de câncer. Tam448
Cerqueira et al. Quim. Nova
bém apresentavam inadequação nos níveis plasmáticos dos
antioxidantes administrados.
Não existem evidências de que o consumo de alimentos ricos
em antioxidantes ao longo da vida acarrete efeitos prejudiciais. Ao
contrário, há fortes evidências epidemiológicas de que estejam associados
a um envelhecimento saudável e à longevidade funcional.
Todos os estudos que apresentaram resultados controversos utilizaram
antioxidantes na forma de suplementos1.
A dieta mediterrânea, rica em frutas, hortaliças, grãos e óleos
monoinsaturados está associada à menor mortalidade por doenças
crônico-degenerativas não transmissíveis. Dois estudos prospectivos
que acompanharam durante 10 anos homens e mulheres com idade
entre 70 e 90 anos que aderiram à dieta mediterrânea e estilo de vida
saudável (ausência de tabagismo, prática de atividade física e consumo
moderado de álcool) demonstraram que a mortalidade por doenças
cardiovasculares, coronárianas e câncer foi 50% menor entre
estes indivíduos. O fator que se correlacionou mais fortemente com
a redução dos riscos de mortalidade foi a dieta mediterrânea85.
Em vista dos benefícios atribuídos ao consumo de frutas e hortaliças
contra doenças, surgiram as recomendações dietéticas de
consumo de 5 a 9 porções diárias destes alimentos, que o “World
Cancer Research Fund and the American Institute for Cancer
Research” associou a decréscimo de 14% no risco de desenvolvimento
de câncer86. Nos dias de hoje, o foco sobre a dieta como fator
chave na determinação da estabilidade genômica aumentou muito
em relação ao que se imaginava anteriormente82. De fato, muitos
micronutrientes são coenzimas de enzimas envolvidas em reparo e
síntese de DNA e apoptose.
Em síntese, o conjunto de nutrientes presente nos alimentos
parece propiciar proteção à saúde, e não um nutriente isolado79. De
fato, os antioxidantes não atuam sozinhos, agem em sinergia, sendo
Figura 9. Interações cooperativas entre antioxidantes localizados em
compartimentos hidrofílico e hidrofóbico. AscH – ácido ascórbico; ASC• -
radical ascorbila; CAR – carotenóide; CAR•+ - cátion radical carotenóide; α-
TOH – α-tocoferol; TO• – radical tocoferila; EGCG-OH – epigalocatequina
(polifenol); EGCG-O• – radical do polifenol epigalocatequina; AU –ácido úrico;
AU• – radical do ácido úrico; GSH – glutationa; GS• radical glutatiila
reciclados por outros antioxidantes. Daí a importância da presença
de várias classes de antioxidantes no plasma, na bicamada lipídica
e no meio intracelular (Figura 9).
Grupos vulneráveis à deficiência de antioxidantes
Os idosos constituem um grupo vulnerável à desnutrição, devido à
perda funcional da capacidade do pâncreas e intestino delgado, o que
compromete a digestão e absorção de nutrientes86, que se tornam menos
biodisponíveis. Associa-se ainda o declínio da função renal, que acarreta
uma maior excreção de micronutrientes88. O decréscimo na sensibilidade
dos sentidos sensoriais, como paladar e olfato, implica em menor consumo
alimentar. Paralelamente ao aumento da expectativa de vida, há o
aumento de doenças crônico-degenerativas não transmissíveis que, entre
vários fatores, pode também resultar do decréscimo das defesas
antioxidantes, conseqüência da redução alimentar.
Desta forma, o estudo das necessidades dietéticas reais dos idosos
bem como o desenvolvimento de suplementos que apresentem
micronutrientes mais biodisponíveis são desejados. O desenvolvimento
de alimentos novos ou métodos de preparo alternativos que
realcem a absorção de nutrientes são também buscas interessantes.
Se os idosos representam grupo de risco devido à perda orgânica
funcional, jovens e adultos que se submetem a dietas divulgadas
em periódicos não científicos também podem desenvolver deficiências
nutricionais. Amâncio e Chaud89 avaliaram dietas publicadas
em revistas de grande circulação e verificaram que eram inadequadas
em termos de macro e micronutrientes, sendo que a vitamina E
apresentou cerca de 90% de inadequação. Além de dietas muito
restritas, o uso de medicamentos inibidores de lipases e co-lipases
do trato gastrointestinal leva à redução na absorção de gorduras,
contribuindo para menor absorção de vitamina E e carotenóides,
que são compostos lipossolúveis. Torna-se necessário o estudo do
comprometimento do balanço redox no uso prolongado deste tipo
de medicamento, bem como a divulgação do perigo que algumas
dietas podem representar para a saúde.
Os atletas compõem uma classe em que o estresse oxidativo
pode aumentar em conseqüência da aceleração de atividades metabólicas.
Neste caso, o balanço redox pode ser rompido. Exercícios
prolongados e intensos depletam antioxidantes, e se propõe que
atletas tenham maior necessidade destes nutrientes. Nestes casos a
suplementação dietética pode ser útil, inclusive aumentando o desempenho90.
Portanto, deve-se estabelecer as verdadeiras necessidades
destes indivíduos, verificar se o planejamento alimentar é
capaz de suprir estas necessidades e, caso não seja, estabelecer
doses seguras de suplementos.
Muitos pontos permanecem obscuros no estudo do papel de
nutrientes como antioxidantes. As evidências mostram que alimentação
diversificada rica em frutas e hortaliças beneficia a saúde;
contudo, mais estudos devem ser realizados para se estabelecer o
papel e a ação de nutrientes específicos na prevenção de doenças.
AGRADECIMENTOS
Ao incentivo da Dra L. V. Modolo. Também, agradecem o suporte
financeiro da FAPESP e do CNPq (Projeto Milênio Redoxoma).
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