Virkninger af carbohydrase-hæmmende polyphenoler på glykæmisk respons in vivo

Verdenssundhedsorganisationen har rapporteret, at over 220 millioner mennesker lider af diabetes på verdensplan, og at i år 2030 vil dette antal være fordoblet. WHO rapporterer også, at omkring 3,4 millioner mennesker i 2004 døde af forhøjet blodsukker (WHO-faktablad nummer 312, januar 2011). Omkring 90 % af alle diabetestilfælde skyldes type II diabetes. Type 2-diabetes skyldes i høj grad overvægt og mangel på fysisk aktivitet præget af høje glukoseniveauer (hyperglykæmi).

I den menneskelige kost er kilden til blodsukker kulhydrater. Kostkulhydrat er vigtigt for at opretholde glykæmisk homeostase og giver mest muligt af energien i de fleste menneskers kost. Kontrol af blodsukker er en hormonel proces, og den er meget vigtig for menneskets fysiologi. Hormonelle processer involverer frigivelse af insulin fra β-cellerne i bugspytkirtelcellerne, som stimulerer optagelsen af ​​glukose efter et måltid, til andre væv enten til udnyttelse (glykolyse) eller for at blive lagret i leveren som glykogen (glykogenese). Når blodsukkeret falder til under det normale, udskilles glukagon fra bugspytkirtlens α-celler, og det fremmer leverens glucoseproduktion ved at inducere dannelsen af ​​glukose fra ikke-kulhydratsubstrater såsom amino- og fedtsyrer (gluconeogenese) og dannelsen af ​​glukose fra glykogen (glykogenolyse). ). Ud over insulin og glukagon er der tarmhormoner, som også spiller en rolle i at kontrollere plasmaglukosekoncentrationer i kroppen. De to vigtige peptidhormoner kaldes Glucagon-lignende peptider-1 (GLP-1) og Gastric Inhibitory Polypeptide (GIP). De siges at have inkretinaktivitet (fremme af glucoseafhængig insulinsekretion). GIP udskilles fra den øvre tyndtarm af K-cellerne, og dens primære funktion er at stimulere glukoseafhængig insulinsekretion ved at virke på bugspytkirteløerne. Det stimulerer også glukagon, og det siges at reagere på tilstedeværelsen af ​​næringsstoffer (Seino et al., 2010). GLP-1 udskilles fra undertarmen og tyktarmen af ​​L-cellerne efter eksponering for indtagne næringsstoffer. Det stimulerer også insulinsekretion og biosyntese, men hæmmer glukagon. GLP-1 siges at have andre sundheds- og sygdomsrelaterede funktioner (Marathe et al., 2013).

Når den hormonale kontrol af glukosehomeostase svigter, medfører det høje blodsukkerniveauer (postprandial hyperglykæmi), hvilket kan føre til metabolisk syndrom, som omfatter fedme, nedsat glukosetolerance (IGT), hypertension og dyslipidæmi. Forstyrrelse af glukosehomeostase kan også føre til andre symptomer såsom inflammation og oxidativt stress på hele kropsniveau samt forstyrrelser af funktionaliteten i flere organer samt diabetes (Hanhineva et al.). Derfor, så meget som kulhydrater er nødvendige i den menneskelige krop som en vigtig energikilde, kan for meget i kosten have negative sundhedseffekter, især den med høj glykæmisk effekt.

Den foreslåede mekanisme, der er tilpasset (Aston, 2006) af, hvordan kulhydrater kan påvirke menneskers sundhed, er, at når der er en kontinuerlig tilstedeværelse af fødevarer med højt glykæmisk indeks i kosten, giver dette anledning til postprandial glukosestigning såvel som et højt insulinbehov at handle på det høje blodsukkerniveau i blodet. Dette er ved virkningen af ​​hormonerne GIP og GLP-1, som stimulerer insulinfrigivelsen, når de mærker tilstedeværelsen af ​​næringsstoffer. Postprandial glukosestigning og højt insulinbehov kan føre til insulinresistens, som er hovedkomponenten i metabolisk syndrom. Højt insulinbehov kan også føre til β-cellesvigt, som også kan resultere i hyperglykæmi, som også er en årsag til insulinresistens. Insulinresistens og hyperglykæmi er risikofaktorer for metabolisk syndrom og diabetes type 2.

Videnskabeligt bevis tyder på, at postprandial hyperglykæmi hos mennesker har en stor rolle at spille i sundhedsprioriteringer som type 2-diabetes og blodsukkerkontrol. Det er blevet rapporteret, at omkring 90 % af alle diabetestilfælde består af type 2-diabetes. Bortset fra type I- og type 2-diabetes er der andre relaterede tilstande, som omfatter præ-diabetes (svækket glukosetolerance (IGT) og svækket fastende glukose (IFG) samt metabolisk syndrom (fedme, hypertension og insulinresistens). Det er blevet rapporteret, at præ-diabetes og metabolisk syndrom øger risikoen for at udvikle kardiovaskulær sygdom og diabetes mellitus (Coutinho et al., 1999). Det glykæmiske indeks blev oprindeligt foreslået med det formål at håndtere diabetes. Nylige undersøgelser har dog vist, at GI har potentiale i forebyggelsen af ​​type 2-diabetes såvel som i behandlingen af ​​metabolisk syndrom. Forskning har vist, at diæter med højt GI er forbundet med øget risiko for at udvikle type 2-diabetes (Hodge et al., 2004) og (Steven et al., 2002). Mere forskning af (Mckeown et al., 2004) og (Scaglioni et al., 2004) har vist, at høj GI-diæt er forbundet med en række abnormiteter som øget metabolisk syndrom og insulinresistens. På samme måde siges en diæt med lavt GI at forbedre insulinfølsomheden, men mere forskning er nødvendig for at understøtte dette. Nogle få undersøgelser som (Frost et al., 1996) har vist, at dette er tilfældet. Det blev imidlertid observeret, at det var vanskeligt at vide, om dette var et resultat af forbedret insulinfølsomhed eller forbedret insulinsekretion eller på grund af nedsat hastighed af glucoseabsorption.

At have noget i kosten, der enten kan bremse fordøjelsen og optagelsen af ​​kulhydrater, kan hjælpe med at reducere risikoen (Barclay et al., 2008). To potentielle løsninger er blandt andet indtagelse af fødevarer med lavt glykæmisk indeks eller at have ingredienser i kosten, der kan reducere det glykæmiske indeks af fødevarer såvel som postprandiale blodsukkerniveauer. Tilstedeværelsen af ​​hæmmende komponenter i kosten, der kan reducere postprandial glukose, kan også være en løsning til at reducere risikoen. Lægemidler som kulhydrat bruges i øjeblikket i nogle lande til behandling af type 2-diabetes, som virker ved at hæmme kulhydrat-fordøjelsesenzymer. Brugen af ​​acarbose har dog bivirkninger som kvalme, flatulens og diarré. Det er blevet rapporteret, at polyfenoler også har potentialet til at hæmme stigningen i blodglukose ved at hindre den hurtige absorption af glucose (Hanhineva et al., Williamson, 2013).

En gennemgang af (Hanhineva et al.) rapporterede, at forskning ved hjælp af dyremodeller samt et begrænset antal humane undersøgelser har vist, at polyphenoler og polyphenolrige fødevarer eller drikkevarer har potentialet til at påvirke postprandiale glykæmiske reaktioner og fastende glykæmi samt en forbedring af akut insulinsekretion og følsomhed. Andre mulige mekanismer som rapporteret i gennemgangen af ​​(Hanhineva et al.), omfatter pancreas β-cellers stimulering til at udskille insulin samt aktivering af insulinreceptorer, modulering af frigivelsen af ​​glukose fra leveren samt af intracellulære signalveje og genekspression.

En nylig gennemgang af (Williamson, 2013) konkluderede, at det er meget muligt, at virkningerne af polyphenoler i kosten vil påvirke det glykæmiske indeks for fødevarer såvel som postprandiale glukoseresponser hos mennesker. De to mekanismer, der fremhæves ved hjælp af hvilke dette kan opnås, er hæmningen af ​​sukkermetaboliserende enzymer såvel som transportører. Denne potentielle virkning af polyphenoler kan således sammenlignes med virkningen af ​​acarbose, som virker ved samme mekanisme, og forskning i kroniske interventionsstudier har vist, at det reducerer diabetesrisikoen (Chiasson J. et al., 2002). Gennemgangen af ​​Williamson, 2013 nævnte også muligheden for, at forskellige mekanismer hæmmes på samme tid ville give de mest lovende effekter. Derfor ville den største effekt blive observeret, når mere end én af de foreslåede veje blev hæmmet.

Denne forskning har brugt tilgængelig information fra litteraturen om udførte in vitro undersøgelser, og vi fandt frem til en fødevarepolyphenolrig blanding (PRM) indeholdende polyphenoler, der viste den højeste hæmning af kulhydratfordøjelse og -absorption på forskellige stadier. Den polyphenolrige morgenmadsmad, der skal bruges som testmad, vil bestå af grøn te og en kombination af fire frugtekstrakter. Til testen indtages PRM sammen med brød, der indeholder 50 g tilgængelige kulhydrater, og kontrolmåltidet er sammensat af brød, sukkerarter (fructose, saccharose og glucose), der er til stede i frugtekstrakterne med vand. De polyphenolrige blandingsbestanddele er blevet analyseret i vores laboratorium for totalt polyphenolindhold, specifikke polyphenoler og for hæmmende potentiale for at sikre, at testprøven har kapacitet til at hæmme in vitro, før de kan bruges til mennesker. De opnåede resultater er gode og retfærdiggør deres anvendelse i den menneskelige undersøgelse.

Undersøgelsen blev godkendt af University of Leeds Mathermatical and Physical Sciences (MAPs) etiske udvalg med ansøgningsnummer MEEC12-037. I alt 16 frivillige skal gennemføre undersøgelsen og bør være raske, og deres fastende blodsukkerniveauer falder inden for det sunde interval på 4,3-5,9 mmol/L.

De frivillige er planlagt til at deltage i 4 besøg, en gang om ugen i 4 uger. Under hvert af de fire besøg kommer den frivillige fastende om morgenen, og det fastende blodsukker opsamles af en uddannet sygeplejerske. Den frivillige får derefter et testmåltid, og blodprøver udtages 15, 30, 45, 60, 90, 120,150 og 180 minutter efter den første bid af testmåltidet. Ved første og sidste besøg bliver de reddet med referencemåltidet, som er sammensat af brød, vand og sukker for at kompensere for dem, der findes i frugtekstrakterne. På den tredje og fjerde dag indtager de testmåltider af enten den lave dosis eller høje dosis af grøn te og frugtekstrakter ud over brød. Blodprøverne behandles i overensstemmelse hermed for at opnå plasma og opbevares i -80°C. Plasmaprøver vil blive analyseret for koncentrationer af glucose, insulin, glucagon, GIP og GLP-1. Resultaterne vil blive brugt til at plotte arealet under kurven, og resultater opnået efter indtagelse af testmåltider vil blive sammenlignet med dem, der opnås efter indtagelse af kontrolmåltider.

BEMÆRK:

1. Kun raske deltagere gennemførte undersøgelsen (derfor deltagere i metabolisk syndrom ikke en del af undersøgelsen)
2. Kun glukose og insulin blev analyseret i plasmaet (derfor GIP, GLP-1 og glucagon er ikke en del af slutpunkterne)