Effetti dei polifenoli che inibiscono la carboidrasi sulla risposta glicemica in vivo

L'organizzazione mondiale della sanità ha riferito che oltre 220 milioni di persone soffrono di diabete in tutto il mondo e che entro il 2030 questo numero sarà raddoppiato. L'OMS riferisce inoltre che nel 2004 circa 3,4 milioni di persone sono morte per glicemia alta (scheda informativa dell'OMS numero 312, gennaio 2011). Circa il 90% di tutti i casi di diabete è dovuto al diabete di tipo II. Il diabete di tipo 2 è in gran parte dovuto al sovrappeso e alla mancanza di attività fisica caratterizzata da alti livelli di glucosio (iperglicemia).

Nella dieta umana, la fonte di glucosio nel sangue sono i carboidrati. I carboidrati dietetici sono importanti per mantenere l'omeostasi glicemica e forniscono la maggior parte dell'energia nelle diete della maggior parte delle persone. Il controllo della glicemia è un processo ormonale ed è molto importante per la fisiologia umana. I processi ormonali comportano il rilascio di insulina dalle cellule β delle cellule pancreatiche che stimola l'assorbimento del glucosio dopo un pasto, ad altri tessuti per l'utilizzo (glicolisi) o per essere immagazzinato nel fegato come glicogeno (glicogenesi). Quando la glicemia scende al di sotto del normale, il glucagone viene secreto dalle cellule α pancreatiche e promuove la produzione di glucosio epatico inducendo la generazione di glucosio da substrati non glucidici come aminoacidi e acidi grassi (gluconeogenesi) e la generazione di glucosio dal glicogeno (glicogenolisi ). Oltre all'insulina e al glucagone, ci sono ormoni intestinali che svolgono anche un ruolo nel controllo delle concentrazioni plasmatiche di glucosio nel corpo. I due importanti ormoni peptidici sono chiamati Glucagon like peptides-1 (GLP-1) e Gastric Inhibitory Polypeptide (GIP). Si dice che abbiano attività incretinica (promozione della secrezione di insulina dipendente dal glucosio). GIP è secreto dall'intestino tenue superiore dalle cellule K e la sua funzione primaria è quella di stimolare la secrezione di insulina glucosio-dipendente agendo sulle isole pancreatiche. Stimola anche il glucagone e si dice che risponda alla presenza di nutrienti (Seino et al., 2010). Il GLP-1 viene secreto dall'intestino inferiore e dal colon dalle cellule L in seguito all'esposizione ai nutrienti ingeriti. Stimola anche la secrezione e la biosintesi dell'insulina ma inibisce il glucagone. Si dice che il GLP-1 abbia altre funzioni legate alla salute e alle malattie (Marathe et al., 2013).

Quando il controllo ormonale dell'omeostasi del glucosio fallisce, comporta livelli elevati di glucosio nel sangue (iperglicemia postprandiale) che possono portare alla sindrome metabolica che comprende obesità, ridotta tolleranza al glucosio (IGT), ipertensione e dislipidemia. La violazione dell'omeostasi del glucosio può anche portare ad altri sintomi come infiammazione e stress ossidativo a livello di tutto il corpo, nonché disturbi della funzionalità in diversi organi e diabete (Hanhineva et al). Pertanto, per quanto i carboidrati siano richiesti nel corpo umano come una delle principali fonti di energia, troppo nella dieta può avere effetti negativi sulla salute, specialmente quelli con un alto effetto glicemico.

Il meccanismo proposto adattato da (Aston, 2006) su come i carboidrati possono influenzare la salute umana è che quando c'è una presenza continua di cibi ad alto indice glicemico nella dieta, ciò dà origine a un aumento del glucosio postprandiale e un'elevata richiesta di insulina su cui agire gli alti livelli di glucosio nel sangue. Ciò è dovuto all'azione degli ormoni GIP e GLP-1 che stimolano il rilascio di insulina quando avvertono la presenza di sostanze nutritive. L'aumento del glucosio postprandiale e l'elevata richiesta di insulina possono portare all'insulino-resistenza che è la componente principale della sindrome metabolica. Un'elevata richiesta di insulina può anche portare a insufficienza delle cellule beta che può anche provocare iperglicemia che è anche una causa di insulino-resistenza. La resistenza all'insulina e l'iperglicemia sono fattori di rischio per la sindrome metabolica e il diabete di tipo 2.

Le prove scientifiche suggeriscono che l'iperglicemia postprandiale negli esseri umani ha un ruolo importante da svolgere nelle priorità di salute come il diabete di tipo 2 e il controllo della glicemia. È stato riportato che circa il 90% di tutti i casi di diabete è costituito da diabete di tipo 2. Oltre al diabete di tipo I e di tipo 2, ci sono altre condizioni correlate che includono il pre-diabete (alterata tolleranza al glucosio (IGT) e alterata glicemia a digiuno (IFG) così come la sindrome metabolica (obesità, ipertensione e insulino-resistenza). È stato riportato che il pre-diabete e la sindrome metabolica aumentano il rischio di sviluppare malattie cardiovascolari e diabete mellito (Coutinho et al., 1999). L'indice glicemico è stato originariamente proposto con l'obiettivo di gestire il diabete. Tuttavia, studi recenti hanno dimostrato che il GI ha un potenziale nella prevenzione del diabete di tipo 2 e nel trattamento della sindrome metabolica. La ricerca ha dimostrato che le diete ad alto indice glicemico sono associate ad un aumentato rischio di sviluppare il diabete di tipo 2 (Hodge et al., 2004) e (Steven et al., 2002). Ulteriori ricerche di (Mckeown et al., 2004) e (Scaglioni et al., 2004) hanno dimostrato che una dieta ad alto indice glicemico è associata a una serie di anomalie come l'aumento della sindrome metabolica e l'insulino-resistenza. Allo stesso modo, si dice che una dieta a basso indice glicemico migliori la sensibilità all'insulina, ma sono necessarie ulteriori ricerche per supportarlo. Alcuni studi come quello di (Frost et al., 1996) hanno dimostrato che questo è il caso. Tuttavia è stato osservato che era difficile sapere se ciò fosse il risultato di una migliore sensibilità all'insulina, o di una migliore secrezione di insulina oa causa della ridotta velocità di assorbimento del glucosio.

Avere qualcosa nella dieta che può rallentare la digestione e l'assorbimento dei carboidrati può aiutare a ridurre il rischio (Barclay et al., 2008). Tra le altre, due possibili soluzioni sono quella del consumo di alimenti a basso indice glicemico o di avere ingredienti nella dieta che possono ridurre l'indice glicemico degli alimenti così come i livelli di glucosio nel sangue postprandiale. Anche la presenza nella dieta di componenti inibitori in grado di ridurre il glucosio postprandiale può essere una soluzione per ridurre il rischio. Farmaci come il carbose sono attualmente utilizzati in alcuni paesi per la gestione del diabete di tipo 2 che agiscono inibendo gli enzimi digestivi dei carboidrati. Tuttavia, l'uso di acarbose ha effetti collaterali come nausea, flatulenza e diarrea. È stato riportato che i polifenoli hanno anche il potenziale per inibire l'aumento della glicemia ostacolando il rapido assorbimento del glucosio (Hanhineva et al., Williamson, 2013).

Una revisione di (Hanhineva et al.) ha riferito che la ricerca che utilizza modelli animali e un numero limitato di studi sull'uomo, ha dimostrato che i polifenoli e gli alimenti o le bevande ricchi di polifenoli hanno il potenziale per influenzare le risposte glicemiche postprandiali e la glicemia a digiuno, nonché un miglioramento della secrezione acuta di insulina e della sensibilità. Altri possibili meccanismi, come riportato nella revisione di (Hanhineva et al.), includono la stimolazione delle cellule beta pancreatiche a secernere insulina così come l'attivazione dei recettori dell'insulina, la modulazione del rilascio di glucosio dal fegato così come delle vie di segnalazione intracellulare e espressione genica.

Una recente revisione di (Williamson, 2013) ha concluso che è molto probabile che gli effetti dei polifenoli nella dieta influenzino l'indice glicemico degli alimenti e le risposte glicemiche postprandiali negli esseri umani. I due meccanismi evidenziati attraverso i quali ciò può essere ottenuto sono l'inibizione degli enzimi che metabolizzano lo zucchero e dei trasportatori. Questa potenziale azione dei polifenoli può quindi essere paragonata a quella dell'acarbosio che agisce con lo stesso meccanismo e la ricerca negli studi di intervento cronico ha dimostrato che riduce il rischio di diabete (Chiasson J. et al., 2002). La recensione di Williamson, 2013, ha anche menzionato la possibilità che diversi meccanismi vengano inibiti contemporaneamente darebbe gli effetti più promettenti. Pertanto, l'effetto maggiore sarebbe stato osservato quando più di uno dei percorsi suggeriti fosse inibito.

Questa ricerca ha utilizzato le informazioni disponibili dalla letteratura sugli studi in vitro effettuati e siamo giunti a una miscela alimentare ricca di polifenoli (PRM) contenente polifenoli che ha mostrato la più alta inibizione nei confronti della digestione e dell'assorbimento dei carboidrati nelle diverse fasi. Il cibo per la colazione ricco di polifenoli da utilizzare come alimento di prova comprenderà tè verde e una combinazione di quattro estratti di frutta. Per il test, il PRM viene consumato insieme al pane contenente 50 g di carboidrati disponibili e il pasto di controllo è composto da pane, zuccheri (fruttosio, saccarosio e glucosio) presenti negli estratti di frutta con acqua. I costituenti della miscela ricca di polifenoli sono stati analizzati nel nostro laboratorio per il contenuto di polifenoli totali, polifenoli specifici e potenziale inibitorio per assicurarsi che il campione di prova abbia la capacità di inibire in vitro prima che possano essere utilizzati nell'uomo. I risultati ottenuti sono buoni e giustificano il loro utilizzo nello studio umano.

Lo studio è stato approvato dal comitato etico delle scienze matematiche e fisiche (MAP) dell'Università di Leeds con il numero di domanda MEEC12-037. Un totale di 16 volontari dovrà completare lo studio e dovrebbe essere sano e i loro livelli di glucosio nel sangue a digiuno rientrano nell'intervallo sano di 4,3-5,9mmol/L.

I volontari sono programmati per partecipare a 4 visite, una volta alla settimana per 4 settimane. Durante ciascuna delle quattro visite, il volontario viene a digiuno la mattina e la glicemia a digiuno viene raccolta da un'infermiera qualificata. Al volontario viene quindi somministrato un pasto di prova e vengono raccolti campioni di sangue a 15, 30, 45, 60, 90, 120, 150 e 180 minuti dopo il primo morso del pasto di prova. Alla prima e ultima visita si salvano con il pasto di riferimento che è composto da pane, acqua e zuccheri per compensare quelli presenti negli estratti di frutta. Il terzo e il quarto giorno consumano pasti di prova a bassa o alta dose di tè verde ed estratti di frutta oltre al pane. I campioni di sangue vengono elaborati di conseguenza per ottenere il plasma e conservati a -80°C. I campioni di plasma saranno analizzati per le concentrazioni di glucosio, insulina, glucagone, GIP e GLP-1. I risultati saranno utilizzati per tracciare l'area sotto la curva ei risultati ottenuti dopo aver consumato pasti di prova saranno confrontati con quelli ottenuti dopo il consumo di pasti di controllo.

NOTA:

1. Solo i partecipanti sani hanno intrapreso lo studio (quindi i partecipanti con sindrome metabolica non fanno parte dello studio)
2. Nel plasma sono stati analizzati solo glucosio e insulina (quindi GIP, GLP-1 e glucagone non fanno parte degli endpoint)