Co je to fruktóza (ovocný cukr) a jaký má vliv na lidský organismus?

Bylo objasněno mnoho prvků vztahu mezi fruktózou a obezitou, dyslipidémií, inzulinovou rezistencí, hyperurikémií, metabolickým syndromem a kardiovaskulárním rizikem. Na základě výsledků těchto studií existuje dostatek důkazů o nutnosti minimalizovat obsah volné fruktózy v nápojích a potravinách a snížit spotřebu volné fruktózy, což se samozřejmě netýká ovoce.

Co je to fruktóza (ovocný cukr) a kde se nachází?

Fruktóza neboli ovocný cukr je jednoduchý monosacharid, izomer glukózy, který se vyskytuje v různých potravinách buď volně, nebo v kombinaci s glukózou jako součást disacharidu sacharózy. Chemicky se jedná o šestiuhlíkatý polyhydroxyketon, který ve vodném roztoku tvoří dvě kruhové struktury. V rovnovážném stavu je podíl D-fruktofuranózy 30 % a podíl D-fruktopyranózy 70 %. Z výživového hlediska byla fruktóza považována za normální monosacharid, který je dokonce prospěšný pro diabetiky. Výzkumy v posledním jeden a půl až dvou desetiletích však tento názor změnily. Proto stojí za to prozkoumat přítomnost fruktózy v naší stravě, její příjem, její metabolismus a případné zdravotní důsledky, které mohou být s fruktózou spojeny.

Fruktóza ve stravě

Přírodními zdroji fruktózy jsou ovoce a med. Přídavek sacharózy má své opodstatnění, protože se jí během trávení uvolňuje 50 %, ale její fyziologický účinek není stejný jako u volné fruktózy. Při skromné spotřebě ovoce a ještě skromnější spotřebě medu ho nemáme mnoho. V posledních letech se však jako sladidlo hojně používá kukuřičný sirup s vysokým obsahem fruktózy. Hydrolyzovaný kukuřičný škrob, který obsahuje 35 % glukózy, se enzymaticky upravuje za účelem přeměny glukózy na fruktózu. V nealkoholických nápojích se obvykle používá 55 % fruktózového sirupu, přibližně 60 %, zatímco v ostatních potravinách se používá 42 %. Dalším roztokem nebo sirupem, který se také běžně používá ke slazení, je invertní cukr, tj. řepný cukr upravený kyselinou nebo enzymem invertázou. Roztok obsahuje 3-50 % invertního cukru a sirup obsahuje více než 50 % invertního cukru se stejným poměrem glukózy a fruktózy (3).

Absorpce fruktózy

Fruktóza se sama o sobě vstřebává špatně, ale tento proces usnadňuje glukóza a některé aminokyseliny (L-alanin, L-glutamin, L-fenylalanin, L-prolin). (4). Transport fruktózy do enterocytů je usnadněn na okraji buňky ohraničující střevní lumen na kartáčové hranici. Samotná fruktóza se vstřebává poměrně špatně, ale tento proces usnadňuje glukóza a některé aminokyseliny (L-alanin, L-glutamin, L-fenylalanin, L-prolin) (4). Fruktóza je do enterocytů transportována proteinem GLUT5, který působí na okraji střevního lumen na kartáčové hranici buňky, i když se předpokládá, že proces je aktivní pod vlivem koncentračního gradientu i bez tohoto proteinu. Protein GLUT5 je kódován genem SLC2A5 (5, 6). Stejný gen řídí také syntézu proteinu GLUT2, který je zodpovědný za vstup fruktózy a glukózy z buněk do krevního oběhu, a proto se nachází na bazální straně enterocytů. Vychytávání fruktózy usnadňuje především glukóza, pokud je přítomna ve stejném množství. Toto usnadnění je specifickým jevem, protože za transport glukózy (a galaktózy, nemluvě o sodíkových iontech) je zodpovědný jiný protein, GLUT1. Geny kódující GLUT5 a GLUT1 jsou rovněž identické. V závislosti na obsahu fruktózy ve stravě lze denně zkonzumovat 5-50 g fruktózy.

Metabolismus fruktózy

V játrech je fruktóza fosforylována fruktokinázou (fruktóza-1-fosfát), která vstupuje do glykolytického procesu na úrovni triózafosfátu jako dihydroxyacetonfosfát a glyceraldehyd-3-fosfát. Fruktóza tedy obchází kontrolní bod fosfofruktokinázy, který působí na glukózu, a způsobuje zpětnovazební inhibici prostřednictvím citrátu a ATP, což omezuje další metabolismus glukózy. Díky tomuto rozdílu může být fruktóza neregulovaným zdrojem glycerol-3-fosfátu a acetylkoenzymuA, což vede k tvorbě VLDL a podporuje lipogenezi. Glukóza také stimuluje produkci inzulinu ve slinivce břišní, zatímco fruktóza nikoli. Dieta s vysokým obsahem fruktózy může snížit 24hodinové plazmatické koncentrace inzulinu a leptinu, ale zvyšuje hladinu triacylglyceridů nalačno a neoslabuje hlavní hormon stimulující chuť k jídlu, ghrelin (7).

Spotřeba fruktózy rychle roste

Ve Spojených státech množství fruktózového sirupu spotřebovaného v přepočtu na jednoho obyvatele již počátkem roku 2000 překročilo množství spotřebovaného cukru, zatímco množství celkového spotřebovaného cukru se v tomto období téměř nezměnilo (8). V roce 1970 se celosvětově spotřebovalo 35 milionů tun fruktózy, v roce 1990 to bylo 55 milionů a v roce 2000 64 milionů. Spotřeba cukru se ve stejném období zvýšila ze 70 milionů tun na 128 milionů tun (9).
Podle údajů z amerického průzkumu NHANES III (Third National Health & Nutrition Examination Survey) z let 1988-1994 zkonzumovala celá studovaná populace v průměru 54,7 g (38,4-72,8 g) fruktózy, což odpovídá 10,2 % denního energetického příjmu. Nejvíce konzumovali adolescenti ve věku 12-18 let, a to v průměru 72,8 g denně, což odpovídá 12 % energetického příjmu, ale u čtvrtiny skupiny byl zjištěn mnohem vyšší energetický příjem, a to 15 %.
Hlavními zdroji fruktózy u dětí ve věku 2-5 let byly nealkoholické nápoje (27 %), ovocné a plnotučné šťávy (19 %, resp. 10 %) a sladkosti (10 %). Mezi dětmi ve věku 12-18 let se podíl nealkoholických nápojů zvýšil na 45 % a poté opět klesl na 29 % u dospělých (10). Ve skupině 1400 dětí ve věku 14 až 15 let pocházelo 32 % energetického příjmu z přidaných cukrů, což odpovídá 200 g, a polovinu z toho, přibližně 100 g, tvořila fruktóza (11).
O spotřebě fruktózy nejsou k dispozici žádné komplexní národní údaje. Složení slazených potravin však ukazuje, že sirup obsahující fruktózu se pravidelně vyskytuje v domácích i dovážených výrobcích.

Fruktóza a zdraví

Je třeba zdůraznit, že negativní zdravotní důsledky fruktózy lze očekávat pouze v případě, že se výrazně zvýší spotřeba fruktózy, která je v podstatě způsobena slazením fruktózou. Přirozený obsah fruktózy v potravinách není kromě extrémních stravovacích návyků škodlivý, takže by se nemělo uvažovat o omezení konzumace ovoce a celých ovocných šťáv.

Fruktóza a dyslipidémie, inzulínová rezistence

Inzulín a leptin jsou důležitými prvky energetické homeostázy, tj. dlouhodobé regulace příjmu potravy. Oba potlačují pocit hladu v centrálním nervovém systému a zvyšují spotřebu energie aktivací sympatického nervového systému. Inzulin má také nepřímý účinek tím, že stimuluje produkci leptinu v tukové tkáni. Inzulín je vylučován v beta buňkách slinivky břišní v reakci na glukózu a aminokyseliny a také na některé gastrointestinální hormony zvané inkretiny. Naproti tomu fruktóza a tuk produkci inzulínu, a tedy ani leptinu, nestimulují. Fruktóza se do beta buněk nedostane, protože prakticky nemají transportní protein GLUT5.
Hormon ghrelin, který se tvoří v žaludku, zvyšuje pocit hladu a snižuje spalování tuků. Jeho vylučování je potlačováno potravou, což není případ fruktózy. Nápoje a další potraviny s vysokým obsahem fruktózy proto zvyšují riziko obezity a cukrovky 2. typu. U dětí může jedna porce sladkého nápoje zvýšit index tělesné hmotnosti o 0,25 kg/m2 (12).
Prvním příznakem metabolické poruchy způsobené fruktózou je postprandiální hypertriglyceridémie, která je důsledkem de novo lipogeneze v játrech. Fruktóza zvyšuje tvorbu tuku v játrech, protože
(1) se vyhýbá výše uvedenému regulačnímu bodu fosfofruktokinázy,
(2) Hlavním místem metabolismu fruktózy jsou játra,
(3) Fruktóza aktivuje sterolové receptory vázané na protein-1c, které zvyšují expresi genů zapojených do lipogeneze.
Apolipoprotein B100 (ApoB) je nezbytný pro zabudování triglyceridů do VLDL. Fruktóza může zvýšit koncentraci ApoB až o 25 %. Fruktóza způsobuje lézi podobnou alkoholickému ztukovatění jater.
Fruktóza je hlavní příčinou viscerální obezity. Konzumace nápoje slazeného cukrem nebo fruktózou ad libitum vedla v testovacích podmínkách k průměrnému přírůstku hmotnosti o 1,5 kg. Studie CT však ukázaly, že nitrobřišní tuk se hromadil pouze u těch, kteří pili tekutiny obsahující fruktózu (13). Volné mastné kyseliny, které se snadněji uvolňují v důsledku výraznější lipolytické tendence viscerálního tuku, se s větší pravděpodobností dostávají přímo do jater a přispívají k poruše jaterního metabolismu než mastné kyseliny z jiných tukových tkání těla.
Viscerální tuková tkáň se skládá z větších tukových buněk, které jsou odolnější vůči inzulínu než malé buňky a produkují méně adiponektinu, což vede ke snížené oxidaci lipidů v játrech a snížené citlivosti na inzulín, protože AMP kináza není aktivována. Důsledkem toho všeho je inzulinová rezistence, k níž přispívá akumulace TG v játrech. Jelikož jsou játra méně citlivá na inzulin, snižuje se syntéza glykogenu a zvyšuje se glukoneogeneze a glykogenolýza.
Inzulínová rezistence vede ke zvýšené produkci VLDL. Inzulin pravděpodobně podporuje degradaci apoB tím, že inhibuje přenos lipidů na prekurzor VLDL apoB a reguluje proteázu odpovědnou za degradaci apoB.
Zvýšené hladiny VLDL a TG v plazmě jsou spojeny s proaterogenním a kardiovaskulárním rizikem. Důvodem je postprandiální hypertriglyceridémie (pozorovaná u fruktózy), vyšší koncentrace zbytkových lipoproteinů bohatých na TG, v neposlední řadě LDL s nízkou hustotou a snížený HDL (13).
Revitalizační účinek vydrží až 12 hodin. U zdravých mužů se může TG nalačno zdvojnásobit po 6 dnech diety s 25 % fruktózy (10).
Nadměrná konzumace fruktózy je rizikovým faktorem pro rozvoj metabolického syndromu, při kterém se vyskytují obezita, diabetes 2. typu, dyslipidémie a hypertenze (14). Obrovská dávka 250 g fruktózy denně po dobu 1 týdne, o něco méně, 216 g po dobu 28 dní, vedla k inzulínové rezistenci, zatímco 100 g po dobu 4 týdnů nikoliv. U mužů středního věku, kteří již měli inzulinovou rezistenci, vedlo 15 % fruktózy po dobu 5 týdnů ke zvýšení hladiny glukózy a inzulinu v krvi. Lidé jsou na fruktózu obzvláště citliví, zatímco laboratorní zvířata (např. potkani) mnohem méně. Fruktóza má relativně nízký GI 23 ve srovnání se 100 u glukózy (15).

Fruktóza a vysoká hladina kyseliny močové

Fruktóza je v játrech fosforylována fruktokinázou (ketohexokinázou), což vyžaduje ATP. Vzniká adenosin-5′-difosfát, který se dále štěpí na adenosin-5′-monofosfát, poté na inosin-5′-fosfát a nakonec na kyselinu močovou. Vysoká hladina kyseliny močové je rizikovým faktorem kardiovaskulárních onemocnění, protože snižuje dostupnost oxidu dusnatého, který je nezbytný pro funkci cévních stěn (endotelu) a udržení normálního krevního tlaku. Hyperurikémie je nezávislým markerem vysokého krevního tlaku, který rovněž poskytuje informace o pravděpodobném výskytu inzulínové rezistence, diabetu 2. typu a obezity.
Na adipogenezi se podílí také xantinoxidoreduktáza tvořící kyselinu močovou (7, 15). Fruktóza je výrazným rizikovým faktorem dny. V této souvislosti může hrát roli ovoce s vysokým obsahem fruktózy (jablka, pomeranče, banány, hroznové víno, hrušky) (16).
Protože fruktokináza využívá jako substrát pro fosforylaci ATP, má to další důsledky. Nedostatečná zpětná regulace procesu může vést k nedostatku ATP, což způsobí dočasný nedostatek mRNA a následně zastavení syntézy bílkovin a tvorby kyseliny mléčné. Intravenózní podání 50 g fruktózy již vede k nedostatku ATP v játrech. Kromě jater obsahují vysoké množství fruktokinázy také buňky ledvin, trávicího traktu a tukové buňky, a jsou proto obzvláště citlivé na ATP-deficitní účinek fruktózy.
Epitelové buňky ledvinových tubulů reagují na 1 mmol fruktózy stresovou reakcí, snížením ATP a zánětlivými signály: To odpovídá hladině v krvi po konzumaci fruktózy. Zvýšení produkce kyseliny močové odráží intracelulární nedostatek ATP, který může být vyvolán již 0,5 g/kg tělesné hmotnosti fruktózy, zejména u dětí. Metabolický syndrom, ztučnění jater, se často vysvětluje příjmem fruktózy, který přesahuje dvoj- až trojnásobek povoleného množství. Ve srovnání s jinými jaterními chorobami lze zjistit vyšší hladiny mRNA fruktokinázy.
Fruktózou indukovaná hyperurikémie se také často vyskytuje u pacientů s hypertenzí a u pacientů s chronickým onemocněním ledvin. Dieta s vysokým obsahem fruktózy vede během několika týdnů k trvale vysokým hladinám kyseliny močové v séru. Glukóza a škrob takové důsledky nemají (15, 17).

Fruktóza a Diabetes

Fruktóza zvyšuje množství glukózy vylučované močí u diabetiků, protože u těchto pacientů je zvýšená přeměna fruktózy na glukózu (glukoneogeneze z laktátu a pyruvátu, které jsou odvozeny od fruktózy, je výraznější). Malá množství fruktózy zvyšují jaterní absorpci glukózy a syntézu glykogenu, a jsou proto prospěšná pro kontrolu hyperglykémie. Na druhou stranu dlouhodobá konzumace stravy s vysokým obsahem fruktózy, zejména v kombinaci s tukem a neaktivním životním stylem, podporuje obezitu a další kardiovaskulární rizikové faktory a zhoršuje inzulinovou rezistenci.
Hromadění fruktózy v tkáních je spojeno s diabetickou neuropatií a fruktosylací proteinů, zvyšuje riziko katarakty, peroxidace lipidů a snižuje antioxidační obranu. Ta také přispívá ke zhoršení funkce beta buněk, nemluvě o inzulínové rezistenci. Ačkoli tato pozorování pocházejí převážně ze studií na zvířatech, lze je s největší pravděpodobností přenést i na člověka.
Diabetikům 2. typu bylo podáváno 60 g fruktózy denně. Po 6 měsících byly naměřeny nezměněné hodnoty celkového cholesterolu, TG, ApoA1 a ApoB, tj. nedošlo ke zvýšení aterogenity. V jiných studiích však byly pozorovány nepříznivé účinky: 20 en% fruktózy významně zvýšilo koncentrace celkového a LDL cholesterolu. Tyto negativní účinky se projevily zejména v případě, že strava měla vysoký obsah tuku (12).

Fruktóza a kardiovaskulární riziko

Menší částice LDL jsou spojeny s metabolickým syndromem a mohou být rizikovými faktory pro časnou aterosklerózu a diabetes 2. typu. Kromě toho je prevalence malých LDL částic zvýšená také u obézních jedinců, zejména u těch s centrální obezitou.
V průřezové epidemiologické studii dětí ve věku 6-14 let bylo zjištěno, že obézní děti konzumují výrazně více svačin a nápojů slazených fruktózou než děti s normální hmotností a mají také výrazně vyšší hladiny TG a malých LDL částic a nižší hladiny HDL. Velikost LDL částic byla nepřímo úměrná indexu tělesné hmotnosti. Velikost příjmu fruktózy předpovídala posun v distribuci LDL částic směrem k menším velikostem (18).

Fruktóza a průjem

Z výše uvedeného je zřejmé, že absorpce fruktózy ze střevního traktu je omezená a v podstatě závisí na dostupné kapacitě GLUT5. Pokud je tato kapacita nedostatečná nebo, jak se často stává, je množství absorbované fruktózy vysoké, je přebytečný cukr transportován do dolní části střevního traktu. Tím se získá živina, která může být snadno využita bakteriální flórou tlustého střeva. Toto využití je však doprovázeno tvorbou plynu a zadržováním vody v důsledku změněných osmotických podmínek. Výsledkem je nafouklý žaludek, nadměrná plynatost, řídká stolice a dokonce průjem. Závažnost příznaků závisí na množství fruktózy a druhu současně konzumované potravy. Obecně se za množství, které nezpůsobuje potíže, považuje až 30 g fruktózy jednorázově a 50 g fruktózy denně (19).

Závěry

Trvalá pozitivní energetická bilance, i když jen mírná, přesvědčivě podporuje metabolický syndrom tím, že zvyšuje akumulaci viscerálního tuku, který zvyšuje množství volných mastných kyselin vstupujících portálním oběhem do jater. Dieta s vysokým obsahem fruktózy vede přímo a rychleji k nadměrnému ztučnění jater prostřednictvím de novo lipogeneze. To vede k ukládání TG v játrech a k akumulaci a sekreci VLDL. Hromadění TG v játrech je doprovázeno zvýšením koncentrace diacylglyceridů, což aktivuje nPKC a přerušuje účinek inzulinu. Signalizační systém. Předpokládá se, že produkce TG a VLDL v játrech souvisí s jaterní inzulinovou rezistencí.
Fruktóza v potravinách zvyšuje příjem energie tím, že negativně ovlivňuje hormony regulující chuť k jídlu (zejména leptin a ghrelin), a přispívá tak k rychlému šíření epidemie obezity. Je spojena se zvýšeným kardiovaskulárním rizikem v důsledku dyslipidémie, hyperurikémie a dysfunkce oxidu dusnatého, které ovlivňují funkci cévního endotelu (20, 21, 22, 23). Je tedy prokázána potřeba omezit spotřebu fruktózy, a to v zásadě snížením množství fruktózy používané ke slazení, nikoliv omezením konzumace přirozených zdrojů fruktózy, tj. ovoce.