Che cos'è il fruttosio (zucchero della frutta) e quali effetti ha sul corpo umano?

Sono stati chiariti molti elementi della relazione tra fruttosio e obesità, dislipidemia, insulino-resistenza, iperuricemia, sindrome metabolica e rischio cardiovascolare. Sulla base dei risultati di questi studi, esistono prove sufficienti della necessità di ridurre al minimo il contenuto di fruttosio. fruttosio libero nelle bevande e negli alimenti e di ridurre il consumo di fruttosio libero, che ovviamente non si applica alla frutta.

Che cos'è il fruttosio (zucchero della frutta) e dove si trova?

Il fruttosio o zucchero della frutta è un monosaccaride semplice, un isomero del glucosio, presente in una varietà di alimenti liberamente o in combinazione con il glucosio come parte del disaccaride saccarosio. Dal punto di vista chimico, è un polidrossichetone a 6 carboni che forma due strutture ad anello in soluzione acquosa. All'equilibrio, la proporzione di D-fruttofuranosio è di 30 % e quella di D-fruttopiranosio è di 70 %. Da un punto di vista nutrizionale, il fruttosio era considerato un normale monosaccaride, addirittura benefico per i diabetici. Tuttavia, le ricerche condotte negli ultimi un decennio e mezzo o due hanno cambiato questa visione. Vale quindi la pena di indagare sulla presenza del fruttosio nella nostra dieta, sulla sua assunzione, sul suo metabolismo e sulle eventuali conseguenze per la salute che possono essere associate al fruttosio.

Il fruttosio nella nostra dieta

Le fonti naturali di fruttosio sono la frutta e il miele. L'aggiunta di saccarosio è giustificata dal fatto che 50 % di esso viene rilasciato durante la digestione, ma il suo effetto fisiologico non è lo stesso del fruttosio libero. Con il modesto consumo di frutta e l'ancor più modesto consumo di miele, non ne abbiamo molto. Negli ultimi anni, tuttavia, lo sciroppo di mais ad alto contenuto di fruttosio è stato ampiamente utilizzato come dolcificante. L'amido di mais idrolizzato, che contiene 35 % di glucosio, viene trattato enzimaticamente per convertire il glucosio in fruttosio. Nelle bibite si usa di solito uno sciroppo di fruttosio di 55 %, circa 60 %, mentre in altri alimenti si usa 42 %. Un'altra soluzione o sciroppo comunemente utilizzato per dolcificare è lo zucchero invertito, cioè lo zucchero di barbabietola trattato con acido o con l'enzima invertasi. La soluzione contiene 3-50 % di zucchero invertito e lo sciroppo contiene più di 50 % di zucchero invertito con uguali proporzioni di glucosio e fruttosio (3).

Assorbimento del fruttosio

Il fruttosio tende ad essere scarsamente assorbito da solo, ma il processo è facilitato dal glucosio e da alcuni aminoacidi (L-alanina, L-glutammina, L-fenilalanina, L-prolina). (4). Il trasporto del fruttosio negli enterociti è facilitato dal bordo della cellula che confina con il lume intestinale, il brush border. Il fruttosio da solo è scarsamente assorbito, ma il processo è facilitato dal glucosio e da alcuni aminoacidi (L-alanina, L-glutammina, L-fenilalanina, L-prolina) (4). Il fruttosio è trasportato negli enterociti dalla proteina GLUT5, che agisce sul bordo del lume intestinale in corrispondenza del brush border della cellula, anche se si ritiene che il processo sia attivo sotto l'influenza del gradiente di concentrazione anche in assenza di questa proteina. La proteina GLUT5 è codificata dal gene SLC2A5 (5, 6). Lo stesso gene controlla anche la sintesi della proteina GLUT2, responsabile dell'ingresso del fruttosio e del glucosio dalle cellule al flusso sanguigno e quindi localizzata sul lato basale degli enterociti. L'assorbimento del fruttosio è principalmente facilitato dal glucosio quando questo è presente in quantità uguali. La facilitazione è un fenomeno specifico perché un'altra proteina, GLUT1, è responsabile del trasporto del glucosio (e del galattosio, per non parlare degli ioni sodio). Anche i geni che codificano per GLUT5 e GLUT1 sono identici. A seconda del contenuto di fruttosio nella dieta, si possono consumare 5-50 g di fruttosio al giorno.

Metabolismo del fruttosio

Nel fegato, il fruttosio viene fosforilato dalla fruttochinasi (fruttosio-1-fosfato), che entra nel processo glicolitico a livello del triosio fosfato come diidrossiacetone fosfato e gliceraldeide-3-fosfato. Pertanto, il fruttosio aggira il checkpoint della fosfofruttochinasi che agisce sul glucosio e provoca un'inibizione a feedback tramite citrato e ATP, limitando l'ulteriore metabolismo del glucosio. A causa di questa differenza, il fruttosio può essere una fonte non regolata di glicerolo-3-fosfato e acetil-coenzimaA, che porta alla formazione di VLDL e promuove la lipogenesi. Il glucosio stimola anche la produzione di insulina nel pancreas, mentre il fruttosio non lo fa. Una dieta ad alto contenuto di fruttosio può abbassare le concentrazioni plasmatiche di insulina e leptina nelle 24 ore, ma aumenta i livelli di triacilgliceridi a digiuno e non attenua il principale ormone che stimola l'appetito, la grelina (7).

Il consumo di fruttosio è in rapido aumento

Negli Stati Uniti, la quantità di sciroppo di fruttosio utilizzata per il consumo di zucchero pro capite ha già superato la quantità di zucchero consumata all'inizio degli anni 2000, mentre la quantità di zucchero totale consumata non è praticamente cambiata durante questo periodo (8). Nel 1970 sono stati utilizzati 35 milioni di tonnellate di fruttosio a livello mondiale, nel 1990 erano 55 milioni e nel 2000 64 milioni. Nello stesso periodo, il consumo di zucchero è passato da 70 a 128 milioni di tonnellate (9).
Secondo i dati dell'indagine statunitense NHANES III (Third National Health & Nutrition Examination Survey) del 1988-1994, l'intera popolazione in studio ha consumato in media 54,7 g (38,4-72,8 g) di fruttosio, pari a 10,2 % di apporto energetico giornaliero. Gli adolescenti di età compresa tra i 12 e i 18 anni sono quelli che hanno consumato di più, con una media di 72,8 g al giorno, pari a 12 % di apporto energetico, ma in un quarto del gruppo è stato riscontrato un apporto energetico molto più elevato, pari a 15 %.
Le principali fonti di fruttosio per i bambini di età compresa tra i 2 e i 5 anni erano le bevande analcoliche (27 %), la frutta e i succhi di frutta interi (rispettivamente 19 % e 10 %) e i dolci (10 %). Tra i giovani di età compresa tra i 12 e i 18 anni, la percentuale di bevande analcoliche è salita a 45 %, prima di scendere nuovamente a 29 % tra gli adulti (10). In un gruppo di 1400 ragazzi di 14-15 anni, 32 % dell'assunzione di energia provenivano da zuccheri aggiunti, pari a 200 g, e la metà di questi, circa 100 g, era costituita da fruttosio (11).
Non esistono dati nazionali completi sul consumo di fruttosio. Tuttavia, la composizione degli alimenti zuccherati mostra che lo sciroppo contenente fruttosio è regolarmente presente sia nei prodotti nazionali che in quelli importati.

Fruttosio e salute

Va sottolineato che le conseguenze negative del fruttosio sulla salute sono prevedibili solo se il consumo di fruttosio, dovuto essenzialmente alla dolcificazione con fruttosio, aumenta in modo significativo. Il contenuto naturale di fruttosio negli alimenti non è dannoso, a parte abitudini alimentari estreme, quindi non si deve pensare di limitare il consumo di frutta e succhi di frutta interi.

Fruttosio e dislipidemia, resistenza all'insulina

L'insulina e la leptina sono elementi importanti dell'omeostasi energetica, cioè della regolazione a lungo termine dell'assunzione di cibo. Entrambe inibiscono la sensazione di fame nel sistema nervoso centrale e aumentano il consumo di energia attivando il sistema nervoso simpatico. L'insulina ha anche un effetto indiretto, stimolando la produzione di leptina nel tessuto adiposo. L'insulina viene secreta dalle cellule beta del pancreas in risposta al glucosio e agli aminoacidi, nonché ad alcuni ormoni gastrointestinali chiamati incretine. Al contrario, il fruttosio e i grassi non stimolano la produzione di insulina e quindi di leptina. Il fruttosio non raggiunge le cellule beta perché queste non hanno praticamente la proteina di trasporto GLUT5.
L'ormone grelina, prodotto nello stomaco, aumenta la sensazione di fame e riduce la combustione dei grassi. La sua secrezione viene soppressa dal cibo, cosa che non avviene con il fruttosio. Pertanto, le bevande e gli altri alimenti ad alto contenuto di fruttosio aumentano il rischio di obesità e di diabete di tipo 2. Nei bambini, una porzione di una bevanda zuccherata può aumentare l'indice di massa corporea di 0,25 kg/m2 (12).
Il primo segno di un disturbo metabolico causato dal fruttosio è l'ipertrigliceridemia postprandiale, che è una conseguenza della lipogenesi de novo da parte del fegato. Il fruttosio aumenta la formazione di grasso nel fegato perché
(1) evita il suddetto punto di regolazione della fosfofruttochinasi,
(2) Il fegato è il sito principale del metabolismo del fruttosio,
(3) Il fruttosio attiva gli elementi recettoriali per gli steroli legati alla proteina-1c che aumentano l'espressione dei geni coinvolti nella lipogenesi.
L'apolipoproteina B100 (ApoB) è essenziale per l'incorporazione dei trigliceridi nelle VLDL. Il fruttosio può aumentare la concentrazione di ApoB fino al 25 %. Il fruttosio provoca una lesione simile al fegato grasso alcolico.
Il fruttosio è il principale responsabile dell'obesità viscerale. Il consumo di una bevanda dolcificata con zucchero o fruttosio ad libitum ha portato a un aumento di peso medio di 1,5 kg in condizioni di test. Tuttavia, studi di TAC hanno dimostrato che il grasso intra-addominale si accumulava solo in coloro che bevevano liquidi contenenti fruttosio (13). Gli acidi grassi liberi, che vengono rilasciati più facilmente a causa della tendenza lipolitica più pronunciata del grasso viscerale, hanno maggiori probabilità di entrare direttamente nel fegato e contribuire a un metabolismo epatico alterato rispetto agli acidi grassi provenienti da altri tessuti adiposi del corpo.
Il tessuto adiposo viscerale è costituito da cellule grasse più grandi, che sono più resistenti all'insulina rispetto alle cellule piccole e producono meno adiponectina, con conseguente riduzione dell'ossidazione dei lipidi nel fegato e della sensibilità all'insulina, poiché l'AMP chinasi non viene attivata. Una conseguenza di tutto ciò è l'insulino-resistenza, a cui contribuisce l'accumulo epatico di TG. Poiché il fegato è meno sensibile all'insulina, la sintesi di glicogeno si riduce e aumentano la gluconeogenesi e la glicogenolisi.
L'insulino-resistenza porta a un aumento della produzione di VLDL. L'insulina presumibilmente promuove la degradazione dell'apoB inibendo il trasferimento dei lipidi al precursore dell'apoB delle VLDL e regolando la proteasi responsabile della degradazione dell'apoB.
Livelli elevati di VLDL e di TG plasmatici sono associati a un rischio proaterogeno e cardiovascolare. Ciò è dovuto all'ipertrigliceridemia postprandiale (osservata con il fruttosio), alle maggiori concentrazioni di lipoproteine residue ricche di TG, non ultime le LDL a bassa densità e alla riduzione delle HDL (13).
L'effetto rivitalizzante dura fino a 12 ore. Negli uomini sani, il TG a digiuno può raddoppiare dopo 6 giorni di dieta con 25 % di fruttosio (10).
Il consumo eccessivo di fruttosio è un fattore di rischio per lo sviluppo della sindrome metabolica, in cui coesistono obesità, diabete di tipo 2, dislipidemia e ipertensione (14). Una dose massiccia di 250 g di fruttosio al giorno per 1 settimana, leggermente inferiore, 216 g per 28 giorni, ha portato all'insulino-resistenza, mentre 100 g per 4 settimane no. In uomini di mezza età che già presentavano resistenza all'insulina, 15 % di fruttosio per 5 settimane hanno portato a un aumento dei livelli di glucosio e insulina nel sangue. Gli esseri umani sono particolarmente sensibili al fruttosio, mentre gli animali da laboratorio (ad esempio i ratti) lo sono molto meno. Il fruttosio ha un IG relativamente basso, pari a 23, rispetto ai 100 del glucosio (15).

Fruttosio e livelli elevati di acido urico

Il fruttosio viene fosforilato nel fegato dalla fruttochinasi (chetoesochinasi), un processo che richiede ATP. Ciò produce adenosina-5′-difosfato, che viene ulteriormente scomposto in adenosina-5′-monofosfato, poi in inosina-5′-fosfato e infine in acido urico. Livelli elevati di acido urico sono un fattore di rischio per le malattie cardiovascolari perché riducono la disponibilità di ossido nitrico, necessario per il funzionamento delle pareti dei vasi (endotelio) e il mantenimento di una pressione sanguigna normale. L'iperuricemia è un marcatore indipendente dell'ipertensione arteriosa, che fornisce anche informazioni sulla probabile insorgenza di insulino-resistenza, diabete di tipo 2 e obesità.
La xantina ossidoreduttasi, che forma acido urico, è anche coinvolta nell'adipogenesi (7, 15). Il fruttosio è un fattore di rischio pronunciato per la gotta. In questo contesto, la frutta ad alto contenuto di fruttosio (mele, arance, banane, uva, pere) può svolgere un ruolo (16).
Poiché la fruttochinasi utilizza l'ATP come substrato per la fosforilazione, ciò comporta ulteriori conseguenze. La mancata retroregolazione del processo può portare a una carenza di ATP, che provoca una temporanea carenza di mRNA e successivamente un arresto della sintesi proteica e della formazione di acido lattico. La somministrazione endovenosa di 50 g di fruttosio provoca già una carenza epatica di ATP. Oltre al fegato, anche le cellule dei reni, del tratto digestivo e delle cellule adipose contengono elevate quantità di fruttochinasi e sono quindi particolarmente sensibili all'effetto di carenza di ATP del fruttosio.
Le cellule epiteliali dei tubuli renali reagiscono a 1 mmol di fruttosio con una risposta di stress, riduzione dell'ATP e segnali infiammatori: Questo corrisponde al livello ematico dopo il consumo di fruttosio. L'aumento della produzione di acido urico riflette la carenza intracellulare di ATP che può essere innescata da appena 0,5 g/kg di peso corporeo di fruttosio, soprattutto nei bambini. La sindrome metabolica, il fegato grasso, è spesso spiegata da un'assunzione di fruttosio superiore a due o tre volte la quantità consentita. Rispetto ad altre malattie del fegato, è possibile rilevare livelli più elevati di mRNA della fruttochinasi.
L'iperuricemia indotta dal fruttosio si verifica frequentemente anche nei pazienti ipertesi e in quelli con malattie renali croniche. Una dieta ad alto contenuto di fruttosio porta a livelli persistentemente elevati di acido urico nel siero entro poche settimane. Il glucosio e l'amido non hanno queste conseguenze (15, 17).

Fruttosio e Diabete

Il fruttosio aumenta la quantità di glucosio escreto nelle urine dei diabetici perché in questi pazienti la conversione del fruttosio in glucosio è aumentata (la gluconeogenesi da lattato e piruvato, che derivano dal fruttosio, è più pronunciata). Piccole quantità di fruttosio aumentano l'assorbimento epatico di glucosio e la sintesi di glicogeno e sono quindi utili per il controllo dell'iperglicemia. D'altra parte, il consumo a lungo termine di una dieta ad alto contenuto di fruttosio, soprattutto in combinazione con grassi e uno stile di vita inattivo, favorisce l'obesità e altri fattori di rischio cardiovascolare e compromette la resistenza all'insulina.
L'accumulo di fruttosio nei tessuti è associato alla neuropatia diabetica e alla fruttosilazione delle proteine, aumenta il rischio di cataratta, la perossidazione lipidica e riduce la difesa antiossidante. Quest'ultima contribuisce anche al deterioramento della funzione delle cellule beta, per non parlare dell'insulino-resistenza. Sebbene queste osservazioni provengano principalmente da studi sugli animali, è molto probabile che siano trasferibili anche all'uomo.
Ai diabetici di tipo 2 sono stati somministrati 60 g di fruttosio al giorno. Dopo 6 mesi sono stati misurati valori invariati di colesterolo totale, TG, ApoA1 e ApoB, ovvero nessun aumento dell'aterogenicità. Tuttavia, in altri studi sono stati osservati effetti negativi: il fruttosio 20 en% ha aumentato significativamente le concentrazioni di colesterolo totale e LDL. Gli effetti negativi sono particolarmente pronunciati quando la dieta ha un elevato contenuto di grassi (12).

Fruttosio e rischio cardiovascolare

Le particelle LDL più piccole sono associate alla sindrome metabolica e possono essere fattori di rischio per l'aterosclerosi precoce e il diabete di tipo 2. Inoltre, la prevalenza di particelle LDL piccole è aumentata nei soggetti obesi, in particolare nell'obesità centrale. Inoltre, la prevalenza di particelle LDL piccole è aumentata nei soggetti obesi, in particolare in quelli con obesità centrale.
In uno studio epidemiologico trasversale condotto su bambini di età compresa tra i 6 e i 14 anni, è stato riscontrato che i bambini obesi consumavano una quantità significativamente maggiore di snack e bevande zuccherate con fruttosio rispetto ai bambini normopeso, oltre a presentare livelli significativamente più elevati di TG e particelle LDL di piccole dimensioni e livelli più bassi di HDL. Le dimensioni delle particelle LDL erano inversamente correlate all'indice di massa corporea. L'entità dell'assunzione di fruttosio ha previsto uno spostamento della distribuzione delle particelle LDL verso dimensioni più piccole (18).

Fruttosio e diarrea

Da quanto detto sopra risulta chiaro che l'assorbimento del fruttosio dal tratto intestinale è limitato e dipende essenzialmente dalla capacità GLUT5 disponibile. Se questa capacità è insufficiente o, come spesso accade, la quantità di fruttosio assorbita è elevata, lo zucchero in eccesso viene trasportato nel tratto intestinale inferiore. In questo modo si ottiene un nutrimento che può essere facilmente utilizzato dalla flora batterica dell'intestino crasso. Tuttavia, questo utilizzo è accompagnato dalla formazione di gas e dalla ritenzione idrica a causa delle condizioni osmotiche alterate. Il risultato è uno stomaco gonfio, flatulenza eccessiva, feci molli e persino diarrea. La gravità dei sintomi dipende dalla quantità di fruttosio e dal tipo di alimenti consumati contemporaneamente. In generale, fino a 30 g di fruttosio in una singola occasione e 50 g di fruttosio al giorno sono considerati una quantità che non causa disturbi (19).

Conclusioni

Un bilancio energetico positivo prolungato, anche se solo moderato, favorisce in modo convincente la sindrome metabolica aumentando l'accumulo di grasso viscerale, che incrementa la quantità di acidi grassi liberi che entrano nel fegato attraverso la circolazione portale. Una dieta ricca di fruttosio porta più direttamente e rapidamente all'ingrassamento eccessivo del fegato attraverso la lipogenesi de novo. Questo porta alla deposizione di TG nel fegato e all'accumulo e alla secrezione di VLDL. L'accumulo di TG nel fegato è accompagnato da un aumento della concentrazione di diacilgliceridi, che attiva la nPKC e interrompe l'azione dell'insulina. Sistema di segnalazione. Si ipotizza che la produzione di TG e VLDL nel fegato sia legata all'insulino-resistenza epatica.
Il fruttosio negli alimenti aumenta l'assunzione di energia avendo un effetto negativo sugli ormoni che regolano l'appetito (in particolare leptina e grelina) e contribuisce quindi alla rapida diffusione dell'epidemia di obesità. Comporta un aumento del rischio cardiovascolare a causa della dislipidemia, dell'iperuricemia e della disfunzione dell'ossido nitrico, che influiscono sulla funzione endoteliale vascolare (20, 21, 22, 23). La necessità di limitare il consumo di fruttosio, essenzialmente riducendo il fruttosio utilizzato per dolcificare e non limitando il consumo di fonti naturali di fruttosio, cioè la frutta, è quindi ben consolidata.