Monoterpenski alkoholi i fenoli


Monoterpenski alkoholi i fenoli prije svega su marljive antimikrobne molekule čije djelovanje poznajemo već dugi niz godina. Tek nedavno odškrinuli smo vrata shvaćanja kojim mehanizmom. Osim antimikrobnog djelovanja, neki iz ove grupe spojeva djeluju na bol i upalu. Najpoznatija eterična ulja bogata alkoholima su čajevac, palmarosa i paprena metvica, a ona bogata fenolima su timijan kemotip timol, mravinac (fenolni kemotipovi više vrsta) i klinčićevac.

Monoterpenski alkoholi i fenoli su uz etere (okside) i ugljikovodike najčešći spojevi u eteričnim uljima. Premda po kemijskoj logici oni ne bi bili na prvom mjestu klasifikacije (vjerojatno bi tu došli ugljikovodici), spominjeno ih zbog iznimne biološke važnosti. Naime, alkoholi i fenoli odlično djeluju protiv virusa, bakterija i gljivica, što je svojstvo koje nas vrlo često najviše zanima kod upotrebe eteričnih ulja.

Na sljedećoj slici prikazani su važniji alkoholi i fenoli.

Alkoholi: S-linalol nalazi se u eteričnom ulju korijandra (Coriandrum sativum), a čisti S-linalol ima slatkasto-cvjetni miris. R-linalol nalazi se u eteričnom ulja lavande i bergamota i ima notu mirisa između mirisa drva i lavande. Geraniol je dominantna molekula eteričnog ulja palmarose. Terpinen-4-ol dominantna je molekula komercijalnog kemotipa čajevca (čajevac kemotip terpinen-4-ol). Mentol je naširoko poznati spoj, a samo jedan izomer, (-)-mentol, nalazi se u eteričnom ulju paprene metvice. Borneol je rjeđi sastojak, prisutan u eteričnom ulju vrste timijana Thymus satureioides.

Fenoli: Timol se nalazi u timijanu kemotip timol, karvakrol u mravincu, timokinol u ulju metvulje (Monarda fistulosa). Timokinon je “uljez” u grupi, jer je po kemijskoj strukturi kinon, ali je postao planetarno poznat jer se nalazi u biljnom i eteričnom ulju crnog kima (Nigella sativa). Eugenol je dominantni sastojak klinčićevca.

Antimikrobno djelovanje

Većina alkohola i fenola pokazuju biološku aktivnost protiv raznih mikroorganizama, uključujući bakterije, gljivice i viruse. To nije niti čudno, s obzirom da biljke uglavnom koriste eterična ulja upravo u namjenu borbe protiv mikroorganizama u okolišu. Stoga većinu eteričnih ulja koja sadrže ove spojeve koristimo lokalno ili sistemski kod infektivnih bolesti, najčešće kože, urogenitalnog, probavnog i dišnog sustava. Postoji vrlo velik broj objavljenih radova o stotinama eteričnih ulja, a dobro ispitani primjeri su čajevac i klinčićevac. Pregledni članci su dostupni na prikazanim linkovima.

Kao primjer, istaknut ćemo čajevac čija su antibakterijska svojstva prikazana kao MIC vrijednost (minimalna inhibitorna koncentracija).

BakterijaMIC (%)BakterijaMIC (%)
Streptococcus pyogenes0,12-2Enterococcus faecalis0,5->8
Staphylococcus aureus0,5-1,25Propionobacterium acnes0,05-0,63
MRSA0,04-0,35Proteus vulgaris0,08-2
Pseudomonas aeruginosa1-8Lactobacillus sp.1-2
Klebsiella pneumoniae0,25-0,3Bacteroides sp.0,06-0,5
Escherichia coli0,08-2Veillonela sp.0,016-1

čajevac ilustracija

U tablici se može vidjeti kako čajevac postiže odličnu antibakterijsku aktivnost čak i protiv slavne MRSA-e (meticilin-rezistentnog zlatnog stafilokoka), koji predstavlja veliki problem u bolničkim infekcijama. Pseudomonas aeruginosa je patogeni mikroorganizam koji pokazuje priličnu otpornost prema eteričnim uljima. Zanimljivo je da čajevac djeluje slabije protiv nekih bakterija normalne ljudske flore, poput laktobacila, ali djeluje protiv drugih normalnih stanovnika ljudske probavne flore, poput Bacteroides i Veillonela vrsta. To s jedne strane podupire korištenje čajevca kod npr. vaginalnih gljivičnih infekcija, jer će normalno prisutni laktobacili biti otporniji na ulje čajevca od kandide (MIC uglavnom ispod 1%). Kako je totalna analiza svih bakterija u pojedinim organima ljudskog tijela u primjeni tek desetak godina, ostaje tek za vidjeti kako eterična ulja doista djeluju na sve normalno prisutne mikroorganizme, stanovnike ljudske flore.

U korelaciji strukture i aktivnosti, dolazimo do zlatnog pravila kako fenoli pokazuju snažnije antibakterijsko djelovanje od alkoholaNo, isto tako fenoli su i agresivniji prema sluznici i koži, stoga fenolna ulja treba znati koristiti u ispravnoj dozi i koncentraciji.

Biljke su imale puno evolucijskog vremena razviti najbolje spojeve za obranu protiv mikroorgnizama. U studiji koju su napravili Veldhuizen et all. (J Agric Food Chem. 2006 Mar 8;54(5):1874-9.), uvidjeli su da je karvakrol iz nekih vrsta roda Origanum upravo najaktivnija molekula u odnosu na druge potencijalne molekule koje je biljka mogla sintetizirati. Na slici su prikazane MIC vrijednost takvih struktura, gdje se vidi najbolje djelovanje karvakrola u odnosu na srodne spojeve.

Sam mehanizam djelovanja je predmet duge debate i istraživanja. Većina autora se slaže kako alkoholi i fenoli (ali i neke drugi tipovi spojeva poput 1,8-cineola) djeluju antimikrobno zbog djelovanja na membranu bakterija i gljivica, te ovojnica u virusima. Postoji dosta dokaza o tome. Na primjeru čajevca, Karson et. al su sumirali dosadašnje eksperimentalne dokaze i naveli kako čajevac djeluje na sljedeće načine:

Gram pozitivne bakterije

Gram negativne bakterije

Morfološke promjene bakterije bez lize (razaranja)Izlazak iona kalija
Izlazak iona kalijaPrestanak razgradnje glukoze ( i time stvaranje energije)
Izlazak materijala A=260nm (DNA, RNA)Izlazak materijala A=280nm (proteini i peptidi)
Senzitacija (povećana osjetljivost) na natrij-klorid (kuhinjsku sol)Liza membrane
Nema otpuštanja LDH – laktat dehidrogenaze (potvrda da nema lize stanice)
Vrlo blag ulazaka propidij jodida (membrana postaje propusna za neke molekule koje normalno ne ulaze u stanicu)

Svi ovi podaci govore u prilog tome da alkoholi i fenoli djeluju na membranu. To djelovanje je specifično – ono nije poput djelovanja dezinficijensa ili deterđenta koji razaraju staničnu membranu, već se radi o suptilnijem ali djelotvornom učinku koji onesposobljuje patogene bakterije. Dugo vremena nismo imali ideju djeluju li eterična ulja općenito na membranu, ili na neki određeni cilj (protein) u membrani. Tek ove godine, Patil et. al. objavljuju kako je vjerojatni cilj molekula eteričnog ulja, poput karvakrola i eugenola, membranski protein YidC koji sudjeluje u transportu i ugradnji drugih proteina kroz/u membranu. Taj je eksperimentalni podatak sukladan dosadašnjim teorijama i posrednim dokazima i djelovanju na membranu.

Djelovanje protiv gljivica također je posredovano djelovanjem na membranu. Iz više radova može se izvući taj zaključak na temelju učinka na gljivice: omogućavanje ulaska velikih molekula kroz membranu (propidij jodid i tripan plavo), izlazak materijala A=260nm (nukleinske kiseline), promjena fluidnosti membrane, ekspulzija protona membranskom ATP-azom (promjena pH unutar stanice gljivice), blokiranje staničnog disanja i smanjenje sinteze vrlo važnog spoja ergosterola koji se nalazi u membrani gljivice.

Što se tiče antivirusnog djelovanja, dobro istraženi model je djelovanje protiv virusa herpesa tip 1 i tip 2. Za razliku od lijeka aciklovira koji djeluje tijekom replikacije (umnožavanja) virusa u zaraženoj stanici, molekule eteričnih ulja poput eugenola i 1,8-cineola te eterično ulje čajevca djeluju direktno na zreli virus. To je poželjan mehanizam djelovanja jer se time sprječava napad zrelog virusa na još nezaraženu stanicu. Time se objašnjava i sinergijski učinak eteričnih ulja istovremenom primjenom s lijekovima kao što je aciklovir koji ne djeluje na zreli virus, već u fazi replikacije u stanici.

Imunomodulatorno djelovanje

Neke antibakterijske tvari, poput antibiotika, ostvaruju svoj učinak na organizam djelovanjem na imunološki sustav, poput makrolidnih antibiotika (azitromicin, klaritromicin, eritromicin). Molekule iz eteričnih ulja također ostvaruju takve učinke. Primjerice, grupa brazilskih autora (Fachini Quieroz et. al) objavila je kako eterično ulje timijana te njegove sastavnice timol i karvakrol, smanjuju edem uške izazvan krotonskim uljem i karagenan izazvanu pleuriziju (upalu plućne maramice), te djeluju na kemotaksiju (privlačenje upalnih stanica). Zanimljivo, u svom radu su dokazali kako eterično ulje (smjesa karvakrola, timola i drugih spojeva) i čisti karvakrol smanjuju upalu i smanjuju privlačenje upalnih stanica, dok timol ne smanjuje upalu i, nasuprot tome, privlači upalne stanice. Time su dokazali kako eterična ulja nisu samo “ubijatelji mikroorganizama” već i aktivno sudjeluju u moduliranju upalnog odgovora. Možda je i to razlog zašto se u aromaterapiji niz desetljeća preferiraju ulja bogata karvakrolom, jer smanjenje upale često dovodi do bržeg izlječenja.

Međutim, koji je točno mehanizam djelovanja?

Danas znamo da mnogi monoterpeni djeluju na TRP (transient receptor potential kanali), proteinske kanale u membrani koji vrlo često moduliraju osjećaje toplog i hladnog. Karvakrol, timol, eugenol (fenoli); 1,-8 cineol (oskid, odnosno cikloeter) vežu se za TRPV-3 receptor. Posljedica toga nije samo subjektivni osjećaj topline (TRPV-3 sudjeluje u procesu osjećaja topline), već i djelovanje na niz proupalnih citokina, lokalnih “glasnika” koji moduliraju upalu. Konačna posljedica je smanjenje nepotrebno snažnog upalnog odgovora.

Analgetsko djelovanje

metvica hladno

Dvije molekule iz klase fenola i alkohola su poznati analgetici koji se za tu namjenu koriste doslovce stoljećima. To su eugenol iz klinčićevca i (-) mentol iz paprene metvice. Eugenol je dugo vremena bio klasičan analgetik koji se koristio u stomatologiji. Osim svojeg analgetskog učinka, eugenol je bio, i ostao, odličan lokalni antiseptik za usnu šupljinu prilikom stomatoloških ahvata, što ga čini idealnim uljem “dvostrukog djelovanja”. Eugenol ostvaruje svoj učinak preko TRPV-1 receptora. 2009. godine Park et. al. su u časopisu Pain objavili kako su dokazali da je eugenol antagonist (koči djelovanje) TRPV-1 i time djeluje kao lokalni antiseptik. TRPV-1 se aktivira kod bolnog osjeta topline, a njegova inaktivacija općenito smanjuje osjet boli. Zanimljivo, kultni spoj kapsaicin iz ljute paprike aktivira TRPV-1 receptor (kreme i flasteri s kapsaicinom koji “griju”), a ta posljedična aktivacija TRPV-1 izaziva njihovu kasniju inaktivaciju, smanjenje lokalnog hormona supstancije P (prijenosnik osjeta boli) i smanjenje boli. Tako eugenol drugačijim mehanizmom djelovanja od kapsaicina smanjuje bol. Eugenol zbog svoje veće iritativnosti i kraćeg vremena djelovanja od kapsaicina nije našao svoje mjesto u reumatologiji, već samo u stomatologiji.

(-)-mentol iz paprene metvice, ali i drugih vrsti metvice, poput M. arvensis, klasik je različitih “hladnih” gelova. Mentol je još davne 1770. godine izolirao nizozemski botaničar David Gaubius iz paprene metvice. Mehanizam djelovanja mentola bazira se na aktivaciji TRPM-8 receptora, čiji su gen uspješno izolirali Peier et. al. tek 2002. godine. Zanimljivo, upravo je (-)-mentol koji se nalazi u eteričnim uljima paprene metvice i vrsteMentha arvensis (japanska metvica) najpotentniji spoj. (+)-mentol, koji se dobiva sintetskim putem, je 3-4 puta manje aktivan te daje daje lošu olfaktornu kvalitetu mirisima. Drugi derivati mentola, poput izomentola, neoizomentola i neomentola, također pokazuju znatno slabiji učinak na TRPM-8 receptor. Zamiljiv pregledni rad o mentolu i njegovim derivatima koji djeluju na navedeni receptor autora John C. Leffingwella možete naći na sljedećem linku.

Repelentno/insekticidno djelovanje

Repelentno i insekticidno djelovanje uglavnom pripisujemo grupi spojeva aldehida, te eteričnim uljima bogatim tim spojevima (citronela, limunske trave). Ipak, komercijalni uspjeh temeljem odlične repelentne aktivnosti ostvario je alkohol, a ne aldehid. To je molekula p-mentan-3,8-diol skraćenog naziva PMD, odnosno trgovačkog naziva Citriodiol. Molekula izolirana iz eteričnog ulja limunskog eukalitpusa (Eucalyptus citriodora = Corymbia citriodora ssp. citriodora). PMD se nalazi u vrlo niskom udjelu u ovom eteričnom ulju u kojem dominira aldehid citronelal (preko 75%). Istraživanja na izolaciji PMD započela su 60-tih godina u Kini. Znanstvenici su otkrili kako citronelal nije najaktivniji repelent u ovom ulju, već da repelentna aktivnost ovisi direktno o PMD-u. Premda se u SAD-u i EU ovaj proizvod deklarira kao “eterično ulje limunskog eukaliptusa”, PMD se dobiva iz biomase koja ostaje nakon destilacije eteričnog ulja. To je i hvale vrijedan ekološki uspjeh gdje se iz biomase dodatno izolira još jedan aktivni spoj, a ne da se biomasa baca samo djelomično iskorištena. Carroll et al. dali su odličan pregled povijesti istraživanja PMD-a.

PMD ima nekoliko prednosti u  odnosu na aldehide. Manje je izraženog aldehidnog (limunastog) mirisa, već više mentol-tip mirisa, vrlo blago hladi kožu pa je ugodan, a iznimno je efikasan. Osim standardnih rodova komaraca koji se spominju u dijelu koji govori o aldehidima, PMD djeluje kao repelent i za krpelje. Ispitivanje je provedeno na najčešćoj vrsti Ixodes ricinus i objavila ga je grupa švedskih znanstvenika Jaenson et al. PMD dolazi u nekoliko komercijalnih kombinacija, najčešće s drugim eteričnim uljima (lavanda, lavandini, aldehidna ulja, geraniji), kako bi se naglasila sinergija različitih repelentnih molekula. PMD je tzv. kiralni spoj s 3 kiralna centra. To znači da postoji čak osam različitih molekula (izomera) PMD-a, no najaktivnija je upravo ona, prikazana na slici, koju biosintetski u biljci stvaraju enzimi. Drapeau et al. dobili su polusintetskim putem smjesu izomera koja je pokazala slabiju aktivnost. Zaključili su da je smjesa svih osam izomera vrlo slabo aktivna. To je i razlog zašto se poseže upravo za biljnom masom kao sirovinom. Ovakva pojava, da je biološki aktivan samo jedan izomer, objašnjena je i na primjeru mentola te je poznata činjenica u parfumeristici i farmakologiji.