Моника Галеано

1 Физико-химия, Училище по фармация и биохимия, Университет в Буенос Айрес, Аржентина

Патриция И. Отейза

2 Катедра по хранене, Калифорнийски университет, Дейвис, Калифорния 95616

3 Катедра по екологична токсикология, Калифорнийски университет, Дейвис, Калифорния 95616.

Цезар Г. Фрага

1 Физико-химия, Училище по фармация и биохимия, Университет в Буенос Айрес, Аржентина

2 Катедра по хранене, Калифорнийски университет, Дейвис, Калифорния 95616

Резюме

Значителна част от доказателствата показват, че диетите, богати на плодове и зеленчуци, насърчават здравето и отслабват или забавят появата на различни заболявания, включително сърдечно-съдови заболявания (ССЗ), диабет, някои видове рак и няколко други свързани с възрастта дегенеративни нарушения. Концепцията, че умерената консумация на шоколад може да бъде част от здравословната диета, се възприема през последните години въз основа на ползите за здравето, приписвани на избрани какаови компоненти. По-конкретно, какаото като растение и шоколадът като храна съдържат поредица от химикали, които могат да взаимодействат с клетъчните и тъканните компоненти, осигурявайки защита срещу развитието и подобряването на патологичните състояния. Най-важните ефекти на какаото и шоколада са свързани със ССЗ. Механизмите зад тези ефекти все още се разследват. Поддържането или възстановяването на съдовата продукция и бионаличност на NO и антиоксидантните ефекти са механизмите, които най-последователно се подкрепят от експериментални данни. Този преглед ще обобщи най-новите изследвания върху сърдечно-съдовите ефекти на какаовите флаваноли и сродни съединения.

СЪРДЕЧНО-СЪДИЧНА БОЛЕСТ И ДИЕТА

ССЗ, включително инсулт, е водещата причина за смърт и увреждане в развитите страни. Атеросклерозата, съдовата дисфункция, агрегацията на тромбоцитите и други състояния, свързани с възпалението, са от основно значение за ССЗ. Диетата е основен фактор, допринасящ за появата и развитието на ССЗ, като засяга преди всичко всички гореспоменати състояния. Независимо от това, високият прием на калории и някои мазнини увеличава риска от ССЗ 1, диетата също така осигурява микроелементи, които изглеждат основни при контрола на ССЗ 2. Определянето на специфични модификации на хранителните навици в дадена популация може да окаже голямо влияние върху ССЗ, особено през дългия период, в който болестта е тиха 3. За да се поставят нови цели за подобряване на диетата на хората, е важно да се разбере как макро- и микроелементите могат да взаимодействат с биологичните системи за подобряване на здравето.

СЪРДЕЧНО-СЪДИЧНА БОЛЕСТ И КАКАО

Силните епидемиологични доказателства показват, че диетите, богати на плодове и зеленчуци, укрепват здравето и отслабват или забавят появата на ССЗ 3 - 6 (и препратките в тях). Въпросите, които остават отворени, са: i) еквивалентни ли са всички плодове и зеленчуци? ако не, можем ли да идентифицираме тези с най-добри ползи за здравето ?; и ii) как можем да разпознаем съединенията, отговорни за такива ефекти? Пионерско проучване на популацията показва обратна връзка между консумацията на флавоноиди и риска от коронарна болест на сърцето 7. В рамките на тази парадигма какаото и шоколадът са интензивно изследвани през последните години, главно обусловени от голямото съдържание на флаваноли и сродни съединения в какаовите зърна, които обикновено се запазват в наличния в търговската мрежа шоколад.

Високата консумация на какао и шоколад е свързана с намален риск от ССЗ в няколко популационни проучвания. Подпроучване на популация от проучване на възрастни хора Zutphen показва, че консумацията на какао е свързана с намаляване на кръвното налягане и общата сърдечно-съдова смъртност 8. Проучване за контрол на случая, направено в Италия, показва, че рискът от инфаркт на миокарда е обратно свързан с консумацията на шоколад, достигайки 77% намаление на риска при сравняване на населението, което яде повече от три порции шоколад на ден с населението, което консумира по-малко от един 9. Няколко проучвания за диетична интервенция при хора и животни показват, че какао 10 - 18 и други храни/напитки, богати на флаванол 19 - 21, могат да упражняват защитни съдови ефекти.

Въпреки че данните за гореспоменатата популация и клинични проучвания показват подобна тенденция, предполагаща флаваноли като кардиопротективни агенти, биохимичните механизми, които стоят зад тази кардиопротекция, не са категорично идентифицирани. Въз основа на редица in vitro проучвания се спекулира, че биохимичните механизми, допринасящи за здравните ефекти на флаванолите, включват: антиоксидантни ефекти 22; модулация на клетъчната сигнализация и генна експресия 23 - 24; и промени в някои свойства на клетъчната мембрана и рецепторните функции 25 - 26. В допълнение към гореспоменатите механизми, флаванолите могат да инхибират няколко ензимни активности 27-30. Тези механизми не са необходими независими и след това могат да се появят едновременно или синергично, както ще бъде обсъдено в следващите раздели.

ХИМИЧНА СТРУКТУРА НА КАКАОВИ ФЛАВАНОЛИ И ПРОЦИАНИДИНИ

Полифенолите се срещат като растителни вторични метаболити. Повсеместното им присъствие в растенията и растителните храни благоприятства консумацията на животни и наистина присъствието на човешка и животинска тъкан. Флавоноидите са химически дефинирано семейство полифеноли, което включва няколко хиляди съединения. Флавоноидите имат основна структура (фиг. 1) и няколко подкласа флавоноиди се характеризират с модел на заместване в B- и C-пръстените. Основните подкласове включват флаваноли, флаванони, флавони, изофлавони, флавоноли и антоцианидини 31. Флаванолите са съединения, които се намират във високи концентрации не само в какаото, но и в гроздето, ябълките, нар, чай, сред други широко консумирани плодове и зеленчуци. В какаото и какаовите продукти флаванолите присъстват като: i) мономери, т.е. д. (-) - епикатехин (EC) и (+) - катехин (CT); и ii) олигомери на ЕС (процианидини) 32. ЕС (и CT) олигомерите са деноминирани процианидини, кондензирани танини или проантоцианидини. Различните растения представят определен модел на мономери и производни на олигомеризация, напр. какаовите процианидини са предимно от деноминирания В-тип, напр. B2-димер (фиг. 1); докато в чая (Camellia sinensis) преобладават галотираните катехини.

шоколад

Химична структура на флаваноли и процианидини. B2-димерът е характерен какаопроцианидин, образуван от две (-) - епикатехинови единици, свързани с 4 → 8 връзки.

БИОДОСТЪПНОСТ И МЕТАБОЛИЗЪМ НА КАКАОВО ФЛАВАНОЛИ И ПРОЦИАНИДИНИ

При хората плазмените концентрации на ЕС плюс ЕС-метаболити могат да бъдат намерени в микромоларен диапазон веднага след 1 час след консумация на какао 12, 39, 45, като основният метаболит е 4'-о-метил-епикатехин-7-β- D-глюкуронид 12. Има някои доказателства, че някои флаваноли се усвояват по-добре от други. След като хората са консумирали какаова напитка, съдържаща EC и CT в съотношение 1: 1, пиковите плазмени концентрации на CT обикновено са по-малко от 10% от EC (0,16 срещу 5,92 µM) 45. Част от тези разлики в плазмените концентрации на флаванол може да се дължи на разграждането на процианидин; например е показано, че димерите образуват ЕС и метилиран ЕС при определени условия 41, 46 - 47, въпреки че физиологичното значение на такова разграждане остава да бъде потвърдено.

Докато няколко изследователски групи са изследвали бионаличността на мономерните флаваноли, има ограничена информация за бионаличността и метаболизма на процианидините. В плазмата на хора и плъхове 41, 45, 49 е открит В2-димер; В5-димер (EC- (4β-6) -EC) е открит в много малки количества в симулиран стомашен и чревен сок 47; и не е открит друг тип димер при плъхове 50. Важно е да се отбележи, че димерите, които са открити в плазмата, са тези, съставени от EC, а не от CT субединици. Химическо обяснение за тези несъответствия е различната ориентация на хидроксилната група в позицията С3 на флавоноидния B пръстен, който влияе върху взаимодействието между 3-OH върху С пръстена и В пръстена, което води до различни биологични действия 51 - 52 .

КАКАО ФЛАВАНОЛИ КАТО АНТИОКСИДАНТИ: БЕЗПЛАТНИ РАДИКАЛНИ СКАНВЕРИ И МЕТАЛНИ ХЕЛАТОРИ

Схема, свързана с флаваноли (кръгове) с метаболизъм на NO и супероксид (O2 -) в ендотелните клетки. Флаванолите могат да действат чрез: i) инхибиране на NADPH оксидазно-зависимото производство на супероксид, ii) активиране на eNOS; iii) отстраняване на супероксид, H2O2 и други окислители, които медиират увреждането на клетъчните компоненти; и iv) модифициране на свързаните с мембраната събития, водещи до промени в производството на NO и супероксид. NO, генериран в ендотелните клетки, ще се дифузира извън клетката и ще достигне до гладкомускулните клетки, където ще предизвика съдова релаксация.

КАКАО ФЛАВАНОЛИ КАТО АНТИОКСИДАНТИ: ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ НА ПРОТЕИНИ И ЛИПИДИ

Флаванолите и процианидините имат множество фенолни хидроксилни групи (фиг. 1), които благоприятстват взаимодействието им с биологичните мембрани, което може да възникне чрез образуването на водородни връзки. Освен това, наличието и на хидрофобни, и на хидрофилни остатъци в молекулата на флаванола, позволява на тези съединения да взаимодействат с фосфолипидни главни групи и да се адсорбират върху повърхността на мембраните. Тези взаимодействия могат да доведат до промени в редица мембранни свойства, водещи до промени в регулирането на мембранно свързани молекули и събития, включително ензими, рецептори и други функционални протеинови рецептори 78 - 80 .

КАКАО, ЛИПИДЕН МЕТАБОЛИЗЪМ И АТЕРОСКЛЕРОЗА

Промените в плазмената концентрация на холестерол, особено повишените нива на LDL-холестерол и намалените нива на HDL-холестерол са свързани с развитието на атеросклероза 93 - 94 и ССЗ 1. Намаляване на плазмените нива на LDL-холестерол се съобщава след лечение с полифеноли от различни източници 95 - 98. Що се отнася до действието на какао, леките пациенти с хиперхолестеролемия се понижиха значително (

Приема се, че окисленият LDL има роля в развитието на атеросклероза 104. Многобройни проучвания върху животни и хора показват, че изолираните LDL са по-устойчиви на ин витро окисление след консумация на какаови продукти 57, 102, 105 - 109. Едно проучване показва намаляване на плазмените нива на окислени LDL плазмени нива след диетично добавяне на какао на прах 99. Всички тези проучвания предполагат роля на какаовите компоненти в in vivo защитата на LDL. Тези ефекти се дължат най-вече на почистването на окислители, образувани в повърхността на LDL, и на хелатообразуването на метали, катализатор на образуването на свободни радикали; но те също могат да бъдат резултат от промени в LDL повърхността, което прави LDL по-малко податлив на окисляване.

КАКАО, ЕНДОТЕЛНА ФУНКЦИЯ И ХИПЕРТЕНЗИЯ

Регулирането на съдовия тонус е резултат от сложна мрежа от молекули, която включва катехоламини, вазоактивни пептиди (ангиотензин-II или вазопресин), простагландини и най-вече NO. Консумацията на високо какаово питие с флаванол (осигуряващо 176–185 mg) от пациенти със сърдечно-съдови рискови фактори, повишена бионаличност на NO и увеличена медиирана от потока вазодилатация, ефекти, които са обърнати от вливането на инхибитор на синтеза на NO 13 - 15 . Изследвания с изолирани флавоноиди показват, че ЕК е в състояние да възпроизведе съдовите ефекти, наблюдавани с какаови продукти, което предполага, че този флаванол трябва да е отговорен за съдовите ефекти 12 .

АКТИВИРАНЕ И ТРОМБОЗА НА КАКАО, ПЛАТЕЛЕТИ

Активирането на тромбоцитите е централно събитие в коагулацията, но също така е свързано с острото развитие на тромбоза и с дългосрочната патогенеза на ССЗ. Освобождаването на тромби от нестабилна атеросклеротична плака много често е първата клинична проява на миокардна исхемия или инфаркт или инсулт 122 - 123. По отношение на ефектите на какаото върху функцията на тромбоцитите, Rein et al. прилага какао напитка (

897 mg общо EC и олигомерни процианидини) или плацебо при здрави индивиди. Кръв, получена 2 часа след, беше стимулирана с епинефрин и ADP. Тромбоцитите, присъстващи в тези проби, бяха изследвани чрез откриване на активирана конформация на фибриноген-свързващия рецептор GPIIb-IIIa и експресията на CD62P (свързана с активиране на тромбоцитите). И двата параметъра са значително намалени при лица, лекувани с какао. Какаото също инхибира коагулацията, като намалява образуването на хемостатично активни микрочастици на тромбоцитите и увеличава времето, свързано с тромбоцитите 124. В друго проучване функцията на тромбоцитите се оценява при пушачи 2 часа след получаване на 40 g черен шоколад (

47 mg EC + CT) 125. Прилепването на тромбоцитите в резултат на напрежение на срязване, което имитира силно стенотични или нарушени плаки, е значително намалено (-5%) във връзка с добавки с тъмен шоколад. Използвайки подобен анализ в протокол, включващ реципиенти на сърдечна трансплантация, беше установено също намаляване на прилепването на тромбоцитите 126. И двете проучвания предполагат, че антиоксидантните свойства на какаовите флаваноли могат да доведат до увеличаване на бионаличността на NO, което би било свързано с намаляването на реактивността на тромбоцитите, като се има предвид мощното действие на NO като инхибитор на тромбоцитите 127. В изолирани тромбоцити беше показано, че смес от CT и кверцетин може да предизвика подобен ефект, увеличавайки нивата на NO чрез инхибиране на протеин киназа С-зависима NADPH оксидаза 128. Други механизми за въздействието на флавоноидите върху реактивността на тромбоцитите, които могат да бъдат свързани с наличието на NO, тъй като инхибирането на производството на окислители включват: i) намаляване на активността на фосфолипаза С, свързано с производството на водороден пероксид 129; ii) модулация на метаболизма на ейкозаноид 130; iii) блокадата на тромбоцитни TxA2 рецептори 131; и iv) инхибиране на тромбоцитната липооксигеназа 132 - 133 .

КАКАО И ВЪЗПАЛЕНИЕ

ЗАКЛЮЧИТЕЛНИ БЕЛЕЖКИ

Пълен набор от ползи за здравето днес може да бъде свързан с действията на флаваноли и процианидини върху съдовата функция. Тези предимства се приписват главно на диети, богати на флаваноли и процианидини, а шоколадовите и какаовите производни са сред най-ценните компоненти на такава диета. Като се има предвид факта, че CVD е свързан с поредица от състояния, които могат да предизвикат производството на окислители и регулирането на оксиданта в клетъчната сигнализация, би било логично свойствата на какаовите флаваноли за отстраняване на свободните радикали и металните хелати да бъдат защитени. Въпреки това, други биохимични механизми, свързани със специфични взаимодействия на флаванол-липид и флаванол-протеин, могат частично да обяснят наблюдаваните in vitro и in vivo антиоксидантни ефекти. Тези механизми са по-съвместими с in vivo нивата на флаванол и процианидини, наблюдавани в повечето човешки и животински тъкани.

Благодарности

Подкрепено от NIH AT2966, CHNR, Калифорния, Фонд за определяне на цените на витамините в потребителите; UBACyT B801-B802, Аржентина.