Влияние полифенолов, ингибирующих карбогидразу, на гликемический ответ in vivo

Всемирная организация здравоохранения сообщила, что более 220 миллионов человек во всем мире страдают от диабета и что к 2030 году это число удвоится. ВОЗ также сообщает, что в 2004 г. около 3,4 миллиона человек умерли от высокого уровня сахара в крови (информационный бюллетень ВОЗ № 312, январь 2011 г.). Около 90% всех случаев диабета приходится на диабет II типа. Диабет 2 типа в значительной степени обусловлен избыточным весом и отсутствием физической активности, характеризующимися высоким уровнем глюкозы (гипергликемией).

В рационе человека источником глюкозы в крови являются углеводы. Диетические углеводы важны для поддержания гликемического гомеостаза и обеспечивают большую часть энергии в рационе большинства людей. Контроль уровня глюкозы в крови является гормональным процессом и очень важен для физиологии человека. Гормональные процессы включают высвобождение инсулина из β-клеток поджелудочной железы, что стимулирует поглощение глюкозы после еды другими тканями либо для использования (гликолиз), либо для хранения в печени в виде гликогена (гликогенез). Когда уровень глюкозы в крови падает ниже нормы, глюкагон секретируется α-клетками поджелудочной железы и способствует выработке глюкозы в печени, индуцируя образование глюкозы из неуглеводных субстратов, таких как аминокислоты и жирные кислоты (глюконеогенез), и образование глюкозы из гликогена (гликогенолиз). ). В дополнение к инсулину и глюкагону существуют кишечные гормоны, которые также играют роль в контроле концентрации глюкозы в плазме в организме. Два важных пептидных гормона называются глюкагоноподобными пептидами-1 (GLP-1) и желудочным ингибирующим полипептидом (GIP). Говорят, что они обладают инкретиновой активностью (способствуют зависимой от глюкозы секреции инсулина). GIP секретируется из верхних отделов тонкого кишечника К-клетками, и его основная функция заключается в стимуляции глюкозозависимой секреции инсулина путем воздействия на островки поджелудочной железы. Он также стимулирует глюкагон и, как говорят, реагирует на присутствие питательных веществ (Seino et al., 2010). GLP-1 секретируется из нижних отделов кишечника и толстой кишки L-клетками после воздействия проглоченных питательных веществ. Он также стимулирует секрецию и биосинтез инсулина, но ингибирует глюкагон. Утверждается, что GLP-1 выполняет и другие функции, связанные со здоровьем и болезнями (Marathe et al., 2013).

Когда гормональный контроль гомеостаза глюкозы терпит неудачу, это влечет за собой высокие уровни глюкозы в крови (постпрандиальная гипергликемия), что может привести к метаболическому синдрому, который включает ожирение, нарушение толерантности к глюкозе (НТГ), гипертонию и дислипидемию. Нарушение гомеостаза глюкозы может также привести к другим симптомам, таким как воспаление и окислительный стресс на уровне всего организма, а также к нарушениям функциональности некоторых органов, а также к диабету (Hanhineva et al.). Следовательно, хотя человеческому организму требуются углеводы в качестве основного источника энергии, слишком большое их количество в рационе может иметь неблагоприятные последствия для здоровья, особенно с высоким гликемическим эффектом.

Предлагаемый механизм, адаптированный из (Aston, 2006) того, как углеводы могут влиять на здоровье человека, заключается в том, что постоянное присутствие в рационе продуктов с высоким гликемическим индексом приводит к постпрандиальному повышению уровня глюкозы, а также к высокой потребности в инсулине для воздействия на организм человека. высокий уровень глюкозы в крови. Это связано с действием гормонов GIP и GLP-1, которые стимулируют высвобождение инсулина, когда они чувствуют присутствие питательных веществ. Постпрандиальное повышение уровня глюкозы и высокая потребность в инсулине могут привести к резистентности к инсулину, которая является основным компонентом метаболического синдрома. Высокая потребность в инсулине может также привести к отказу β-клеток, что также может привести к гипергликемии, которая также является причиной резистентности к инсулину. Инсулинорезистентность и гипергликемия являются факторами риска развития метаболического синдрома и сахарного диабета 2 типа.

Научные данные свидетельствуют о том, что постпрандиальная гипергликемия у людей играет важную роль в приоритетах здоровья, таких как диабет 2 типа и контроль уровня глюкозы в крови. Сообщается, что около 90% всех случаев диабета приходится на диабет 2 типа. Помимо диабета типа I и типа 2, существуют другие связанные состояния, которые включают преддиабет (нарушение толерантности к глюкозе (НТГ) и нарушение уровня глюкозы натощак (НГГ), а также метаболический синдром (ожирение, гипертония и резистентность к инсулину). Сообщалось, что предиабет и метаболический синдром повышают риск развития сердечно-сосудистых заболеваний и сахарного диабета (Coutinho et al., 1999). Первоначально гликемический индекс был предложен для лечения диабета. Однако недавние исследования показали, что GI обладает потенциалом в профилактике диабета 2 типа, а также в лечении метаболического синдрома. Исследования показали, что диеты с высоким ГИ связаны с повышенным риском развития диабета 2 типа (Hodge et al., 2004) и (Steven et al., 2002). Дополнительные исследования (Mckeown et al., 2004) и (Scaglioni et al., 2004) показали, что диета с высоким ГИ связана с рядом нарушений, таких как повышенный метаболический синдром и резистентность к инсулину. Точно так же считается, что диета с низким ГИ улучшает чувствительность к инсулину, но для подтверждения этого необходимы дополнительные исследования. Несколько исследований, подобных исследованию (Frost et al., 1996), показали, что это так. Однако было замечено, что трудно понять, было ли это результатом повышенной чувствительности к инсулину, или улучшенной секрецией инсулина, или снижением скорости всасывания глюкозы.

Наличие в рационе чего-либо, что может замедлить пищеварение и усвоение углеводов, может помочь снизить риск (Barclay et al., 2008). Среди прочего, двумя потенциальными решениями являются потребление продуктов с низким гликемическим индексом или наличие в рационе ингредиентов, которые могут снизить гликемический индекс продуктов, а также уровень глюкозы в крови после приема пищи. Присутствие в рационе ингибирующих компонентов, которые могут снижать постпрандиальную глюкозу, также может быть решением для снижения риска. Такие препараты, как карбоза, в настоящее время используются в некоторых странах для лечения диабета 2 типа, которые действуют путем ингибирования пищеварительных ферментов углеводов. Однако использование акарбозы имеет побочные эффекты, такие как тошнота, метеоризм и диарея. Сообщалось, что полифенолы также могут ингибировать повышение уровня глюкозы в крови, препятствуя быстрому всасыванию глюкозы (Hanhineva et al., Williamson, 2013).

В обзоре (Hanhineva et al.) сообщается, что исследования с использованием моделей на животных, а также ограниченное количество исследований на людях показали, что полифенолы и продукты или напитки, богатые полифенолами, могут влиять на постпрандиальные гликемические реакции и гликемию натощак, а также улучшение острой секреции инсулина и чувствительности. Другие возможные механизмы, о которых сообщается в обзоре (Hanhineva et al.), включают стимуляцию β-клеток поджелудочной железы для секреции инсулина, а также активацию рецепторов инсулина, модуляцию высвобождения глюкозы из печени, а также внутриклеточных сигнальных путей и экспрессия генов.

Недавний обзор (Williamson, 2013) пришел к выводу, что весьма вероятно, что влияние полифенолов в рационе повлияет на гликемический индекс продуктов, а также на постпрандиальную реакцию глюкозы у людей. Выделены два механизма, с помощью которых это может быть достигнуто, - это ингибирование ферментов, метаболизирующих сахар, а также транспортеров. Таким образом, это потенциальное действие полифенолов можно сравнить с действием акарбозы, которая действует по тому же механизму, и исследования в области хронических интервенционных исследований показали, что она снижает риск диабета (Chiasson J. et al., 2002). В обзоре Уильямсона, 2013 г. также упоминается, что возможность одновременного ингибирования различных механизмов может дать наиболее многообещающие эффекты. Следовательно, наибольший эффект будет наблюдаться при ингибировании более чем одного из предложенных путей.

В этом исследовании использовалась доступная информация из литературы о проведенных исследованиях in vitro, и мы придумали богатую пищевыми полифенолами смесь (PRM), содержащую полифенолы, которые показали самое высокое ингибирование переваривания и всасывания углеводов на разных стадиях. Богатый полифенолами продукт для завтрака, который будет использоваться в качестве тестового продукта, будет состоять из зеленого чая и комбинации четырех фруктовых экстрактов. Для теста PRM употребляют вместе с хлебом, содержащим 50 г доступных углеводов, а контрольный прием пищи состоит из хлеба, сахаров (фруктозы, сахарозы и глюкозы), присутствующих в экстрактах фруктов, с водой. Составляющие смеси, богатые полифенолами, были проанализированы в нашей лаборатории на общее содержание полифенолов, конкретных полифенолов и ингибирующий потенциал, чтобы убедиться, что испытуемый образец обладает способностью ингибировать in vitro, прежде чем его можно будет использовать на людях. Полученные результаты являются хорошими и оправдывают их использование в исследованиях на людях.

Исследование было одобрено этическим комитетом Университета Лидса по математическим и физическим наукам (MAPs) с номером заявки MEEC12-037. Всего для завершения исследования потребуется 16 добровольцев, которые должны быть здоровы, а их уровень глюкозы в крови натощак находится в пределах здорового диапазона 4,3-5,9 ммоль/л.

Планируется, что волонтеры будут посещать 4 посещения один раз в неделю в течение 4 недель. Во время каждого из четырех посещений волонтер приходит утром натощак, и обученная медсестра собирает уровень глюкозы в крови натощак. Затем добровольцу дают пробную еду и берут пробы крови через 15, 30, 45, 60, 90, 120, 150 и 180 минут после первого укуса пробной еды. При первом и последнем посещении их спасает эталонная еда, состоящая из хлеба, воды и сахаров, чтобы компенсировать те, которые содержатся в экстрактах фруктов. На третий и четвертый дни они употребляли пробные блюда либо с низкой, либо с высокой дозой зеленого чая и фруктовых экстрактов в дополнение к хлебу. Образцы крови обрабатываются соответствующим образом для получения плазмы и хранятся при температуре -80°C. Образцы плазмы будут проанализированы на концентрацию глюкозы, инсулина, глюкагона, GIP и GLP-1. Результаты будут использованы для построения площади под кривой, а результаты, полученные после употребления пробных блюд, будут сравниваться с результатами, полученными после употребления контрольных блюд.

ПРИМЕЧАНИЕ:

1. В исследовании принимали участие только здоровые участники (следовательно, участники с метаболическим синдромом не участвовали в исследовании).
2. В плазме анализировали только глюкозу и инсулин (следовательно, ГИП, ГПП-1 и глюкагон не являются частью конечных точек)