Polifenole. Jak chronią organizm przed chorobami sercowo-naczyniowymi?

Związki bioaktywne zawarte w żywności mogą znacznie zmniejszać ryzyko rozwoju chorób cywilizacyjnych. Warto zwrócić uwagę na substancje o właściwościach antyoksydacyjnych zawartych w warzywach i owocach. Lecz nie tylko w nich. Do takich składników należą polifenole, które wykazują działanie przeciwutleniające, przeciwzapalne, przeciwwirusowe oraz przeciwnowotworowe. W ostatnim czasie przeprowadzono także wiele badań dokumentujących pozytywne znaczenie polifenoli w prewencji oraz leczeniu chorób sercowo–naczyniowych [1].

Charakterystyka polifenoli

Polifenole to składniki żywności o właściwościach antyoksydacyjnych, ale także oddziałujące na cechy sensoryczne produktów spożywczych [1]. Jakość sensoryczna surowców roślinnych, w tym barwa, smakowitość, wygląd i konsystencja produktów w dużym stopniu zależą od składu ilościowego i jakościowego związków polifenolowych [2]. Ze względu na strukturę podstawowego szkieletu węglowego wśród polifenoli wyróżnia się kwasy fenolowe oraz flawonoidy. Struktura flawonoidów opiera się o układ budowy flawanu, który złożony jest z trzech pierścieni. Cząsteczki tych substancji składają się z dwóch pierścieni benzenowych, między którymi umieszczony jest heterocykliczny pierścień piranu lub pironu.

Składniki te charakteryzuje ogromna różnorodność. Flawonoidy zazwyczaj występują w dwóch izomerycznych postaciach – flawonoidowej i izoflawonoidowej. Aktywność przeciwutleniająca tych związków wiąże się z obecnością w cząsteczce dużej liczby grup hydroksylowych [1]. Odpowiednie ułożenie grup funkcyjnych w pierścieniu aromatycznym oraz obecność grup fenolowych w cząsteczce również może wpływać na właściwości antyoksydacyjne [3].

Choroby sercowo-naczyniowe i ich profilaktyka

Choroby układu krążenia są przyczyną około 50% wszystkich zgonów oraz najczęstszym powodem hospitalizacji oraz trwałej niezdolności do pracy w Polsce [4,5]. Zgodnie z badaniami epidemiologicznymi zachorowalność i umieralność spowodowane chorobami sercowo-naczyniowymi są związane z występowaniem czynników ryzyka miażdżycy. W ich skład wchodzą m.in. dyslipidemie, nadciśnienie tętnicze, cukrzyca, otyłość, wiek, płeć, sposób odżywiania, aktywność fizyczna, palenie tytoniu i czynniki psychospołeczne. Zagrożenie chorobą układu krążenia ocenia się na podstawie globalnego ryzyka, które obejmuje wszystkie rozpoznane czynniki ryzyka u danej osoby [5].

Niezwykle istotne jest wdrażanie działań profilaktycznych tychże chorób. Do prewencji pierwotnej należą: zmiana stylu życia, a w razie konieczności wprowadzanie środków farmaceutycznych. W przypadku profilaktyki wtórnej u pacjentów z rozpoznaną chorobą sercowo-naczyniową należy dążyć do modyfikacji konwencjonalnych czynników ryzyka oraz starać się je całkowicie wyeliminować, a także niezbędne jest włączenie farmakoterapii tychże czynników. Rozwój chorób układu krążenia o podłożu miażdżycowym jest zwykle powolny. Objawy najczęściej pojawiają się dopiero w zaawansowanym stadium schorzenia. Dlatego ważne jest regularne przeprowadzanie badań, wczesne wykrywanie zagrożenia oraz przeciwdziałanie mu poprzez modyfikację czynników ryzyka [5].

Znaczenie polifenoli w prewencji i leczeniu chorób sercowo-naczyniowych

Działanie wazodylatacyjne

Homeostaza w naczyniach krwionośnych jest utrzymywana, gdy produkcja i biodostępność tlenku azotu (NO) są na odpowiednim poziomie. Tlenek azotu odgrywa istotną rolę w regulacji napięcia naczyniowego. Warto zwrócić uwagę, że potencjał antyoksydacyjny, który wykazują flawonoidy, może poprawić biodostępność NO poprzez neutralizację rodnika O2- i zmniejszenie jego stężenia. Rodnik ten często jest odpowiedzialny za niszczenie NO. Co więcej, obniżenie stężenia rodników tlenowych może przyczynić się do korzystnego oddziaływania polifenoli na poziomie naczyniowym. Jednak polifenole mogą wykazywać efekt wazodylatacyjny poprzez różne szlaki [6,7,8,9,10,11].

W badaniu Perez-Vizacaino i in [12] przeprowadzonym na pierścieniach aorty i tętnicach krezkowych szczura wykazano, iż związki polifenolowe obecne w czerwonym winie sprzyjają relaksacji zależnej od śródbłonka. Efekt ten jest zasługą tlenku azotu. W pracy Li i in. [13] zaobserwowano, że polifenole modulują produkcję NO w komórkach endotelium za pomocą pozakomórkowego mechanizmu zależnego od wapnia. Poprawa funkcjonowania naczyń wiąże się także z mechanizmami zależnymi od rozpuszczalnej cyklazy gualnylowej [14]. Nasilenie aktywności syntazy tlenku azotu w śródbłonku (endothelial nitric oxide synthase, eNOS) powoduje dieta bogata w kwercetynę. Zwiększa równocześnie stężenie NO i cGMP [15]. Ekspresję eNOS może wzmacniać również resweratrol poprzez indukcję deacetylacji lizyn 496 i 506, w czym pośredniczy SIRT1 [16].

Działanie przeciwzapalne

Stres oksydacyjny powoduje wzrost poziomu enzymów np. cyklooksygenazy (COX) i lipooksygenazy (LPO), które biorą udział w uwalnianiu czynników, takich jak interleukiny i chemokiny. Zaobserwowano, że polifenole, w szczególności kwercetyna, hamują COX i LPO. Resweratrol również wykazuje działanie przeciwzapalne poprzez hamowanie biosyntezy prostagladyn [17]. Regulacja procesu zapalnego w układzie krążenia przez polifenole, wynika również z hamowania czynnika jądrowego kappa beta (NF-kB), który moduluje ekspresję genów prozapalnych. Na redukcję aktywacji NF-kB może wpływać kilka mechanizmów, m.in. deacetylacja P65 przez SIRT1 za pośrednictwem resweratrolu, fosforylacja P65 oraz niwelowanie wolnych rodników tlenowych [6].

Działanie przeciwmiażdżycowe

Najbardziej udokumentowanym działaniem polifenoli jest poprawa profilu lipidowego, co jest jednym z elementów prewencyjnych chorób układu sercowo-naczyniowego. Związki polifenolowe ograniczają oksydację LDL oraz podwyższają poziom HDL [18]. Ponadto, składniki czerwonego wina i soku winogronowego zmniejszają stężenie lipidów w osoczu oraz mają wpływ na lipemię poposiłkową. Odnotowano znacznie mniejszy wzrost stężenia silnie miażdzycogennych wodotonadtlenków lipidów podczas spożywania wina do posiłków [19,20]. Dodatkowo doustne podawanie polifenoli ogranicza wzrost neointimy oraz złogów lipidów w tętnicy biodrowej u królików z hipercholesterolemią [21].

Na efekt przeciwmiażdżycowy związków polifenolowych składa się także zmniejszenie stanu zalaplnego naczyń, zapobieganie podwyższeniu poziomu leukocytów, hamowanie proliferacji mięśni gładkich naczyń oraz nasilenie produkcji tlenku azotu. Porcyjanidyny pozyskane z kakao hamują TNF-L (czynnik martwicy nowotworu), obniżając w ten sposób adhezję limfocytów T do śródbłonka. Dodatkowo, galusan epigallokatechiny-3 i galusan katechiny-3 wiążą się z receptorem płytkopochodnego czynnika wzrostu (PDGF), co hamuje jedną z głównych składowych przewlekłego zapalenia naczyń krwionośnych powodującego miażdżycę [6]. Awenantramidy, czyli polifenole występujące wyłącznie w owsie (Avena sativa L.) mogą przyczyniać się do profilaktyki miażdżycy poprzez hamowanie proliferacji mięśni gładkich i zwiększanie produkcji NO [22].

Działanie przeciwzakrzepowe

Właściwości przeciwzakrzepowe polifenoli mogą być częściowo związane z działanie przeciwzapalnym oraz przeciwmiażdżycowym. Agregacja płytek krwi odgrywa fundamentalną rolę w rozwoju miażdżycy, a efekt przeciwagregacyjny związków polifenolowych może być powiązane z mniejszą zapadalnością na choroby układu krążenia [6]. W badaniu Labinskyy i in [23] dowiedziono, że składniki te ograniczają czynności płytek krwi.

Działanie przeciwzakrzepowe polega na zdolności do hamowania enzymów biorących udział w syntezie eikozanoidów, takich jak tromboksan A2 (TXA2), COX i LPO. Polifenole ograniczają syntezę cząsteczek pochodzących z kwasu arachidonowego, które są bezpośrednio zaangażowane w regulację homeostazy naczyniowej. Wykazano również, że procyjanidyny obecne w kakao stymulują tworzenie prostacykliny (PGI2) – inhibitora agregacji płytek krwi.

Związki te obniżają również tworzenie leukotrienów, które zwężają naczynia i indukują stan zapalny [24]. Sugeruje się, iż polifenole zawarte w kakao hamują krzepnięcie i sprzyjają przepływowi krwi, zapobiegając w ten sposób zakrzepicy. W efekcie zmniejszają ryzyko incydentu naczyniowego [25]. Działanie tych związków opiera się o inne mechanizmy niż aspiryny, zatem ich właściwości się uzupełniają [26].

Wpływ na apoptozę

Regulacja proliferacji i śmierci komórek przez apoptozę w komórkach mięśni gładkich naczyń krwionośnych jest ważnym czynnikiem przy konfigurowaniu struktury ściany naczynia w warunkach fizjologicznych. Gdy proliferacja w komórkach mięśni gładkich naczyń przekracza tempo apoptozy, komórki gromadzą się i zagęszczają osłonkę środkową i ściany małych tętnic, co jest to charakterystyczne dla nadciśnienia tętniczego.

Apoptoza jest także głównym mechanizmem śmierci komórek śródbłonka w warunkach fizjologicznych. Równowaga proliferacji i apoptozy w komórkach śródbłonka odgrywa kluczową rolę w tworzeniu i regresji naczyń krwionośnych, szczególnie w tętniczkach i naczyniach włosowatych. Nadmierna apoptoza w tych komórkach może powodować dysfunkcję śródbłonka typową dla chorób sercowo-naczyniowych. Ponadto apoptoza śródbłonka wymaga szczególnej uwagi w początkowej fazie miażdżycy [6].

Niektóre polifenole, np. resweratrol, mogą wywoływać apoptozę w komórkach śródbłonka ludzkiej żyły pępowinowej. Wykazano, że teasynenzyna A, polimer utworzony przez jednostki antocyjaninowe z herbaty oolong, indukuje apoptozę w komórkach nowotworowych. Polifenole mogą także modulować poziomy ekspresji różnych czynników proapoptotycznych. Dowiedzono, że resweratrol indukuje procesy apoptotyczne poprzez regulację czynników proapoptotycznych. W badaniu in vitro na komórkach śródbłonka z aorty królika i fibroblastów również udowodniono, iż polifenole mają działanie hamujące na apoptozę indukowaną przez LDL i H2O2 [6].

Źródła polifenoli w diecie

Głównym źródłem związków polifenolowych są owoce i warzywa. Szczególnie obfitują w te substancje owoce jagodowe, np. aronia, truskawki, poziomki, maliny, jagody, borówki. Zawartość polifenoli w owocach aronii szacuje się na około 4210mg w 100g produktu. W warzywach odnotowuje się mniejsze ilości polifenoli niż w owocach.

Najbogatszymi źródłami są warzywa kapustne (np. kapusta czerwona, brokuły), cebulowe (cebula, czosnek), korzeniowe (buraki ćwikłowe) oraz psiankowate (czerwona papryka). Szczególnie wysoką zawartością polifenoli charakteryzuje się natka pietruszki (ok. 13600mg/100g), kapary (310mg/100g) oraz korzeń pietruszki (310mg/100g) [27]. Obecnością związków polifenolowych cechują się także wina. Najwięcej tych substancji znajduje się w winie czerwonym (493,5-1155,9mg/l). W winach białych odnotowuje się prawie dziesięciokrotnie mniejszą zawartość (92,4-291,8mg/l) [28]. Polifenole są również składnikami np. zielonej herbaty, kakao, orzechów, ziaren oraz warzyw strączkowych [1].

Wpływ obróbki kulinarnej

Stężenie związków polifenolowych w produktach spożywczych jest zróżnicowane. Może ono zależeć od sposobu przechowywania oraz przygotowywania posiłków. Przetwarzanie i oczyszczenie produktów roślinnych powodują obniżenie poziomu substancji antyoksydacyjnych w żywności.

Soki owocowe także są źródłem wielu polifenoli. Stosowanie preparatów enzymatycznych do maceracji miazgi poprawiało wydajność soków i stopień uwalniania związków przeciwutleniających. Pasteryzacja soków prowadzi do nieznacznego wzrostu ilości polifenoli ogółem. Jednak proces ten wpływa destrukcyjnie na antocyjany [29]. Wykazano, iż mrożenie przez okres 6 miesięcy spowodowało wzrost zawartości polifenoli ogółem. Poziom antocyjanów znacznie zmalał. W badaniu udowodniono, iż korzystniejszym procesem jest zamrażanie w ciekłym azocie niż w zamrażarce oraz rozmrażanie w kuchni mikrofalowej niż w temperaturze 20 stopni w przeciągu 20 godzin [30].

Obróbka kulinarna produktów spożywczych może prowadzić do zwiększenia lub zmniejszenia zawartości związków polifenolowych w zależności od rodzaju surowca. Wyniki badań na temat zmian zawartości polifenoli w przetwarzanej termicznie żywności są niejednoznaczne. Na ilość składników antyoksydacyjnych w produktach ma wpływ rodzaj surowca poddanego ogrzewaniu, czas trwania procesu oraz jego temperatura [31].

Podsumowanie

Zawartość związków polifenolowych w diecie jest istotnym elementem w prewencji wielu chorób cywilizacyjnych, w tym chorób układu krążenia. Warto zatem zadbać o jak najczęstsze włączanie produktów będących ich źródłem w codziennym jadłospisie. Niezbędne jest także uwzględnienie wpływu obróbki termicznej na ilość polifenoli w posiłkach. Może ona oddziaływać korzystnie lub niekoniecznie – w zależności od rodzaju surowca.

Bibliografia:

1. A. Sadowska, F. Świderski, R. Kromołowska. Polifenole – źródło naturalnych przeciwutleniaczy. Postępy Techniki Przetwórstwa Spożywczego, (2011); 1:108-11
2. M. Czerwonka, A. Szterk, B. Waszkiewicz-Robak. Ocena właściwości przeciwutleniających i zawartość związków polifenolowych w produktach pszczelich. Postępy Techniki Przetwórstwa Spożywczego, (2010); 20/37(2):20-24
3. B. Olas. Resweratrol jako dobroczyńca w profilaktyce chorób układu krążenia. Kosmos, (2013); 55:277-285
4. A. Kubica, G. Grześk, Z. Grąbczewska. Choroby układu sercowo-naczyniowego – wyzwanie dla promocji zdrowia. Cardiovascular Forum, (2006); 11(2):44-47
5. W. Modrzejewski, W. J. Musiał. Stare i nowe czynniki ryzyka sercowo-naczyniowego – jak zahamować epidemię miażdżycy? Część I. Forum Zaburzeń Metabolicznych, (2010); 1(2):106-114
6. M. Quinones, M. Miguel, A. Aleixandre. Beneficial effects of polyphenols on cardiovascular disease. Pharmacological Research, (2013); 68:125-131
7. E. Andriambeloson, A.L. Kleschyov, B. Muller, A. Beretz, J.C. Stoclet, R. Andriantsitohaina. Nitric oxide production and endothelium-dependent vasorelaxation induced by wine polyphenols in rat aorta. British Journal of Pharmacology, (1997); 120:1053–1058
8. T. Wallerat i in. Resveratrol, a polyphenoic phytoalexin present in red wine, enhances expression and activity of endothelial nitric oxide synthase. Circulation, (2002) ;106:1652–1658
9. I. Mattagajasingh i in. SIRT1 promotes endothelium-dependent vascular relaxation by activating endothelial nitric oxide sybthase. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, (2007); 104:14955–60
10. Q. J. Zhang i in. Endothelium specific overexpression of calss III deacetylase SIRT1 decreases atherosclerosis in apolipoprotein E-deficient mice. Cardiovascular Research, (2008); 80:191–199
11. H. Li, N. Xia, U. Fostermann. Cardiovascular effects and nolecular targets of resveratrol. Nitric Oxide, (2012); 26:102–110
12. F. Perez-Vizcaino, J. Duarte, R. Andriantsitohaina. Endothelial function and cardiovascular disease: effects of quercetin and wine polyphenols. Free Radical Research, (2006); 40:1054–1065
13. H.F. Li, S.A. Chen, S.N. Wu. Evidence for the stimulatory effect of resveratrol on Ca(2+)-activated K+ current in vascular endothelial cells. Cardiovascular Research, (2000); 45:1035–1045
14. S. Benito i in. A flavonoid-rich diet increases nitric oxide production in rat aorta. British Journal of Pharmacology, (2002); 135:910-916
15. I.P. Botden i in. Daily red wine consumption improves vascular function by a soluble guanylyl cyclase-dependent pathway. American Journal of Hypertension, (2011); 24:162-168
16. I. Mattagajasingh i in. SIRT1 promotes endothelium-dependent vascular relaxation by activating endothelial nitric oxide synthase. Proceedings of the National Academy of Scinces of the United States of America, (2007); 104:14855-60
17. P. M. Ridker, N. J. Brown, D. E. Vaughan, D.G. Harrison, J. L. Mehta. Established and emerging plasma biomarkers in the production of first atherothrombotic events. Circulation (2004); 109:6-19
18. R. Abe i in. Olive oil polyphenol oleuropein inhibits smooth muscle cell proliferation. European Journal of Vascular and Endovascular Surgery, (2011); 41:814–820
19. A.R. Khandelwal, V. Y. Hebert, T.R. Dugas. Essential role of ER-alpha-dependent NO production in resveratrol-mediated inhibition of restenosis. American Journal of Physiology: Heart and Circulatory Physiology, (2010); 299:H1451–8
20. J.E Kim i in. Cocoa polyphenols suppress TNF-􏰁-induced vascular endothelial growth factor expression by inhibiting phosphoinositide 3-kinase (PI3K) and mitogen-activated protein kinase kinase-1 (MEK1) activities in mouse epidermal cells. British Journal of Nutrition, (2010); 104:957–964
21. R. Sakata, T. Ueno, T. Nakamura, M. Sakamoto, T. Torimura, M. Sata. Green tea polyphenol epigallocatechin-3-gallate inhibits platelet-derived growth factor-induced proliferation of human hepatic stellate cell line LI90. Journal of Hepatology, (2004); 40:52–59
22. C. Selmi, C. A. Cocchi, M. Lanfredini, C.L. Keen, M.E. Gershwin. Chocolate at heart: the anti-inflammatory impact of cocoa flavanols. Molecular Nutrition & Food Research, (2008); 52:1340–1348
23. N. Labinskyy i in. Vascular dysfunction in aging: potential effects of resveratrol, an anti-inflammatory phytoestrogen. Current Medicinal Chemistry, (2006); 13:989–996
24. S. K. Manna, A. Mukhopadhyay, B.B. Aggarwal. Resveratrol suppresses TNF- induced activation of nuclear transcription factors NF-kappa B, activator protein-1, and apoptosis: potential role of reactive oxygen intermediates and lipid peroxidation. Journal of Immunology, (2000); 164:6509–19
25. A. Csiszar i in. Vasoprotective effects of resveratrol and SIRT1: attenuation of cigarette smoke-induced oxidative stress and proinflammatory phenotypic alter- ations. American Journal of Physiology: Heart and Circulatory Physiology, (2008); 294:H2721–35.
26. V. Pallarés i in. Enhanced anti-inflammatory effect of resveratrol and EPA in treated endotoxin- activated RAW 264.7 macrophages. British Journal of Nutrition, (2012); 6:1–12
27. E. Gherbi. Związki polifenolowe w owocach i warzywach. Medycyna Rodzinna, (2011); 4:111-115
28. C. Pieszko, E. Ogrodowczyk. Zawartość garbników i polifenoli w winach. BROM. CHEM TOKSYKOL., (2011); 43(4)-509-514
29. A. Szajdek, E. Dąbkowska, E.J. Borowska. Wpływ obróbki enzymatycznej miazgi owoców jagodowych na zawartość polifenoli i aktywność przeciwutleniającą soku. Żywność, (2006); 4(49):59-67
30. J. Kolniak. Wpływ sposobu zamrażania, rozmrażania oraz dodatków krioochronnych na zawartość polifenoli, anocyjanów i pojemnośc przeciwutleniającą mrożonek truskawkowych. Żywność. Nauka. Technologia. Jakość, (2008); 15(5):135-148
31. D. Różańska, B. Regulska-Ilow, R. Ilow. Wpływ wybranych procesów kulinarnych na potencjał antyoksydacyjny i zawartość polifenoli w żywności. Probl Hig Epidemiol, (2014); 95(2):215-222