Effekter av karbohydrase-hemmende polyfenoler på glykemisk respons in vivo

Verdens helseorganisasjon har rapportert at over 220 millioner mennesker lider av diabetes over hele verden, og at innen år 2030 vil dette tallet være doblet. WHO rapporterer også at i 2004 døde rundt 3,4 millioner mennesker av høyt blodsukker (WHOs faktaark nummer 312, januar 2011). Omtrent 90 % av alle diabetestilfeller skyldes diabetes type II. Type 2 diabetes skyldes i stor grad overvekt og mangel på fysisk aktivitet preget av høye glukosenivåer (hyperglykemi).

I det menneskelige kostholdet er kilden til blodsukker karbohydrater. Karbohydrater i kosten er viktig for å opprettholde glykemisk homeostase og gir mest mulig av energien i diettene til folk flest. Kontroll av blodsukker er en hormonell prosess, og den er svært viktig for menneskets fysiologi. Hormonelle prosesser innebærer frigjøring av insulin fra β-cellene i bukspyttkjertelcellene som stimulerer opptak av glukose etter et måltid, til annet vev enten for utnyttelse (glykolyse) eller for å lagres i leveren som glykogen (glykogenese). Når blodsukkeret faller under det normale, utskilles glukagon fra α-cellene i bukspyttkjertelen, og det fremmer leverglukoseproduksjonen ved å indusere dannelsen av glukose fra ikke-karbohydratsubstrater som amino- og fettsyrer (glukoneogenese) og dannelsen av glukose fra glykogen (glykogenolyse). ). I tillegg til insulin og glukagon er det tarmhormoner som også spiller en rolle i å kontrollere plasmaglukosekonsentrasjoner i kroppen. De to viktige peptidhormonene kalles Glukagon-lignende peptider-1 (GLP-1) og Gastric Inhibitory Polypeptide (GIP). De sies å ha inkretinaktivitet (fremme av glukoseavhengig insulinsekresjon). GIP skilles ut fra øvre tynntarm av K-cellene og dens primære funksjon er å stimulere glukoseavhengig insulinsekresjon ved å virke på bukspyttkjerteløyene. Det stimulerer også glukagon og det sies å reagere på tilstedeværelsen av næringsstoffer (Seino et al., 2010). GLP-1 skilles ut fra nedre tarm og tykktarm av L-cellene etter eksponering for inntatt næringsstoffer. Det stimulerer også insulinsekresjon og biosyntese, men hemmer glukagon. GLP-1 sies å ha andre helse- og sykdomsrelaterte funksjoner (Marathe et al., 2013).

Når den hormonelle reguleringen av glukosehomeostase svikter, medfører det høye blodsukkernivåer (postprandial hyperglykemi) som kan føre til metabolsk syndrom som inkluderer fedme, nedsatt glukosetoleranse (IGT), hypertensjon og dyslipidemi. Forstyrrelse av glukosehomeostase kan også føre til andre symptomer som betennelse og oksidativt stress på hele kroppsnivå samt forstyrrelser av funksjonaliteten i flere organer samt diabetes (Hanhineva et al). Derfor, så mye som karbohydrater er nødvendig i menneskekroppen som en viktig energikilde, kan for mye i kostholdet ha negative helseeffekter, spesielt den med høy glykemisk effekt.

Den foreslåtte mekanismen tilpasset (Aston, 2006) for hvordan karbohydrater kan påvirke menneskers helse er at når det er en kontinuerlig tilstedeværelse av matvarer med høy glykemisk indeks i kostholdet, gir dette opphav til postprandial glukoseøkning samt høy insulinetterspørsel å handle på det høye blodsukkernivået i blodet. Dette er ved virkningen av hormonene GIP og GLP-1 som stimulerer insulinfrigjøring når de merker tilstedeværelsen av næringsstoffer. Postprandial glukoseøkning og høyt insulinbehov kan føre til insulinresistens som er hovedkomponenten i metabolsk syndrom. Høyt insulinbehov kan også føre til β-cellesvikt som også kan resultere i hyperglykemi som også er en årsak til insulinresistens. Insulinresistens og hyperglykemi er risikofaktorer for metabolsk syndrom og diabetes type 2.

Vitenskapelig bevis tyder på at postprandial hyperglykemi hos mennesker har en viktig rolle å spille i helseprioriteringer som type 2 diabetes og blodsukkerkontroll. Det er rapportert at omtrent 90 % av alle diabetestilfeller består av type 2-diabetes. Bortsett fra type I og type 2 diabetes, er det andre relaterte tilstander som inkluderer pre-diabetes (nedsatt glukosetoleranse (IGT) og nedsatt fastende glukose (IFG) samt metabolsk syndrom (fedme, hypertensjon og insulinresistens). Det er rapportert at pre-diabetes og metabolsk syndrom øker risikoen for å utvikle kardiovaskulær sykdom og diabetes mellitus (Coutinho et al., 1999). Den glykemiske indeksen ble opprinnelig foreslått med sikte på å håndtere diabetes. Nyere studier har imidlertid vist at GI har potensiale i forebygging av type 2 diabetes så vel som i behandlingen av metabolsk syndrom. Forskning har vist at dietter med høyt GI er assosiert med økt risiko for å utvikle diabetes type 2 (Hodge et al., 2004) og (Steven et al., 2002). Mer forskning av (Mckeown et al., 2004) og (Scaglioni et al., 2004) har vist at kosthold med høyt GI er assosiert med en rekke abnormiteter som økt metabolsk syndrom og insulinresistens. På samme måte sies en diett med lav GI å forbedre insulinfølsomheten, men mer forskning er nødvendig for å støtte dette. Noen få studier som (Frost et al., 1996) har vist at dette er tilfelle. Det ble imidlertid observert at det var vanskelig å vite om dette var et resultat av forbedret insulinfølsomhet, eller forbedret insulinsekresjon eller på grunn av redusert glukoseabsorpsjonshastighet.

Å ha noe i kosten som enten kan bremse fordøyelsen og absorpsjonen av karbohydrater kan bidra til å redusere risikoen (Barclay et al., 2008). To potensielle løsninger er blant annet inntak av matvarer med lav glykemisk indeks eller å ha ingredienser i kosten som kan redusere den glykemiske indeksen til matvarer, så vel som postprandiale blodsukkernivåer. Tilstedeværelsen av hemmende komponenter i kosten som kan redusere postprandial glukose kan også være en løsning for å redusere risikoen. Legemidler som karbose brukes for tiden i noen land for behandling av type 2 diabetes som virker ved å hemme karbohydrater fordøyelsesenzymer. Bruk av akarbose har imidlertid bivirkninger som kvalme, flatulens og diaré. Det er rapportert at polyfenoler også har potensial til å hemme økningen i blodsukker ved å hindre rask absorpsjon av glukose (Hanhineva et al., Williamson, 2013).

En gjennomgang av (Hanhineva et al.) rapporterte at forskning ved bruk av dyremodeller så vel som et begrenset antall studier på mennesker har vist at polyfenoler og polyfenolrike matvarer eller drikkevarer har potensial til å påvirke postprandiale glykemiske responser og fastende glykemi. forbedring av akutt insulinsekresjon og følsomhet. Andre mulige mekanismer som rapportert i gjennomgangen av (Hanhineva et al.), inkluderer bukspyttkjertel-β-celler stimulering til å utskille insulin samt aktivering av insulinreseptorer, modulering av frigjøring av glukose fra leveren så vel som av intracellulære signalveier og genuttrykk.

En nylig gjennomgang av (Williamson, 2013) konkluderte med at det er meget mulig at effekten av polyfenoler i kostholdet vil påvirke den glykemiske indeksen til matvarer så vel som postprandiale glukoseresponser hos mennesker. De to mekanismene som fremheves ved hjelp av hvilke dette kan oppnås, er hemming av sukkermetaboliserende enzymer så vel som transportører. Denne potensielle virkningen til polyfenoler kan dermed sammenlignes med den til akarbose som virker ved samme mekanisme og forskning i kroniske intervensjonsstudier har vist at den reduserer diabetesrisiko (Chiasson J. et al., 2002). Gjennomgangen til Williamson, 2013, nevnte også muligheten for at forskjellige mekanismer blir hemmet samtidig ville gi de mest lovende effektene. Derfor vil mest effekt bli observert når mer enn én av de foreslåtte veiene ble hemmet.

Denne forskningen har benyttet tilgjengelig informasjon fra litteratur om utførte in vitro-studier, og vi kom frem til en matpolyfenolrik blanding (PRM) som inneholder polyfenoler som viste den høyeste hemmingen mot fordøyelse og absorpsjon av karbohydrater på forskjellige stadier. Den polyfenolrike frokostmaten som skal brukes som testmat vil bestå av grønn te og en kombinasjon av fire fruktekstrakter. For testen inntas PRM sammen med brød som inneholder 50 g tilgjengelige karbohydrater, og kontrollmåltidet består av brød, sukker (fruktose, sukrose og glukose) som finnes i fruktekstraktene med vann. De polyfenolrike blandingsbestanddelene har blitt analysert i vårt laboratorium for totalt polyfenolinnhold, spesifikke polyfenoler og for hemmende potensial for å sikre at testprøven har kapasitet til å hemme in vitro før de kan brukes på mennesker. Resultatene som er oppnådd er gode og rettferdiggjør bruken i den menneskelige studien.

Studien ble godkjent av University of Leeds Mathermatical and Physical Sciences (MAPs) etiske komité med søknadsnummer MEEC12-037. Totalt 16 frivillige må fullføre studien og bør være friske og deres fastende blodsukkernivåer faller innenfor det sunne området på 4,3-5,9 mmol/L.

De frivillige skal etter planen delta på 4 besøk, en gang per uke i 4 uker. Under hvert av de fire besøkene kommer den frivillige fastende om morgenen og det fastende blodsukkeret samles inn av en utdannet sykepleier. Den frivillige får deretter et testmåltid og blodprøver tas 15, 30, 45, 60, 90, 120,150 og 180 minutter etter første bit av testmåltidet. Ved første og siste besøk blir de reddet med referansemåltidet som er sammensatt av brød, vann og sukker for å kompensere for de som finnes i fruktekstraktene. På den tredje og fjerde dagen inntar de testmåltider av enten lavdose eller høy dose grønn te og fruktekstrakter i tillegg til brød. Blodprøvene behandles tilsvarende for å oppnå plasma og lagres i -80°C. Plasmaprøver vil bli analysert for konsentrasjoner av glukose, insulin, glukagon, GIP og GLP-1. Resultatene vil bli brukt til å plotte arealet under kurven og resultater oppnådd etter inntak av testmåltider vil bli sammenlignet med de oppnådd etter inntak av kontrollmåltider.

MERK:

1. Bare friske deltakere gjennomførte studien (derfor deltakere med metabolsk syndrom ikke en del av studien)
2. Bare glukose og insulin ble analysert i plasma (derav GIP, GLP-1 og glukagon er ikke en del av endepunktene)