Czym jest fruktoza (cukier owocowy) i jaki ma wpływ na ludzki organizm?

Wiele elementów związku między fruktozą a otyłością, dyslipidemią, insulinoopornością, hiperurykemią, zespołem metabolicznym i ryzykiem sercowo-naczyniowym zostało wyjaśnionych. W oparciu o wyniki tych badań istnieją wystarczające dowody na potrzebę zminimalizowania zawartości fruktozy w diecie. wolnej fruktozy w napojach i żywności oraz zmniejszenie spożycia wolnej fruktozy, co oczywiście nie dotyczy owoców.

Czym jest fruktoza (cukier owocowy) i gdzie można ją znaleźć?

Fruktoza lub cukier owocowy to prosty monosacharyd, izomer glukozy, który występuje w różnych produktach spożywczych w postaci wolnej lub w połączeniu z glukozą jako część disacharydu sacharozy. Pod względem chemicznym jest to 6-węglowy polihydroksyketon, który w roztworze wodnym tworzy dwie struktury pierścieniowe. W stanie równowagi proporcja D-fruktofuranozy wynosi 30 %, a proporcja D-fruktopiranozy wynosi 70 %. Z żywieniowego punktu widzenia fruktoza była uważana za normalny monosacharyd, który jest nawet korzystny dla diabetyków. Jednak badania przeprowadzone w ciągu ostatnich półtorej do dwóch dekad zmieniły ten pogląd. Warto zatem zbadać obecność fruktozy w naszej diecie, jej spożycie, metabolizm i wszelkie konsekwencje zdrowotne, które mogą być związane z fruktozą.

Fruktoza w naszej diecie

Naturalnymi źródłami fruktozy są owoce i miód. Dodatek sacharozy jest uzasadniony, ponieważ 50 % sacharozy jest uwalniane podczas trawienia, ale jej efekt fizjologiczny nie jest taki sam jak w przypadku wolnej fruktozy. Przy skromnym spożyciu owoców i jeszcze skromniejszym spożyciu miodu, nie mamy go zbyt wiele. Jednak w ostatnich latach syrop kukurydziany o wysokiej zawartości fruktozy jest powszechnie stosowany jako słodzik. Hydrolizowana skrobia kukurydziana, która zawiera 35 % glukozy, jest poddawana obróbce enzymatycznej w celu przekształcenia glukozy we fruktozę. W napojach bezalkoholowych zwykle stosuje się syrop fruktozowy 55 %, około 60 %, podczas gdy w innych produktach spożywczych stosuje się 42 %. Innym roztworem lub syropem powszechnie stosowanym do słodzenia jest cukier inwertowany, tj. cukier buraczany poddany działaniu kwasu lub enzymu inwertazy. Roztwór zawiera 3-50 % cukru inwertowanego, a syrop zawiera ponad 50 % cukru inwertowanego z równymi proporcjami glukozy i fruktozy (3).

Absorpcja fruktozy

Fruktoza sama w sobie jest słabo wchłaniana, ale proces ten ułatwia glukoza i niektóre aminokwasy (L-alanina, L-glutamina, L-fenyloalanina, L-prolina). (4). Transport fruktozy do enterocytów jest ułatwiony na krawędzi komórki graniczącej ze światłem jelita na granicy rąbka szczoteczkowego. Sama fruktoza jest raczej słabo wchłaniana, ale proces ten ułatwia glukoza i niektóre aminokwasy (L-alanina, L-glutamina, L-fenyloalanina, L-prolina) (4). Fruktoza jest transportowana do enterocytów przez białko GLUT5, które działa na krawędzi światła jelita na granicy szczoteczkowej komórki, chociaż uważa się, że proces ten jest aktywny bez tego białka pod wpływem gradientu stężeń. Białko GLUT5 jest kodowane przez gen SLC2A5 (5, 6). Ten sam gen kontroluje również syntezę białka GLUT2, które jest odpowiedzialne za wprowadzanie fruktozy i glukozy z komórek do krwiobiegu i dlatego znajduje się po podstawowej stronie enterocytów. Wchłanianie fruktozy jest głównie ułatwione przez glukozę, gdy jest ona obecna w równych ilościach. Ułatwienie to jest zjawiskiem specyficznym, ponieważ inne białko, GLUT1, jest odpowiedzialne za transport glukozy (i galaktozy, nie wspominając o jonach sodu). Geny kodujące GLUT5 i GLUT1 są również identyczne. W zależności od zawartości fruktozy w diecie, można spożywać 5-50 g fruktozy dziennie.

Metabolizm fruktozy

W wątrobie fruktoza jest fosforylowana przez fruktokinazę (fruktozo-1-fosforan), która wchodzi do procesu glikolitycznego na poziomie fosforanu triozy jako fosforan dihydroksyacetonu i gliceraldehydo-3-fosforan. Dlatego fruktoza omija punkt kontrolny fosfofruktokinazy, który działa na glukozę i powoduje hamowanie sprzężenia zwrotnego poprzez cytrynian i ATP, ograniczając dalszy metabolizm glukozy. Ze względu na tę różnicę fruktoza może być nieuregulowanym źródłem glicerolo-3-fosforanu i acetylo-koenzymu A, co prowadzi do powstawania VLDL i sprzyja lipogenezie. Glukoza stymuluje również produkcję insuliny w trzustce, podczas gdy fruktoza nie. Dieta wysokofruktozowa może obniżać 24-godzinne stężenie insuliny i leptyny w osoczu, ale zwiększa poziom triacylogliceroli na czczo i nie osłabia głównego hormonu pobudzającego apetyt, greliny (7).

Spożycie fruktozy gwałtownie rośnie

W Stanach Zjednoczonych ilość syropu fruktozowego wykorzystywanego do spożycia cukru na osobę przekroczyła już ilość cukru spożywanego na początku XXI wieku, podczas gdy ilość spożywanego cukru ogółem prawie się nie zmieniła w tym okresie (8). W 1970 roku na całym świecie zużyto 35 milionów ton fruktozy, w 1990 roku było to 55 milionów, a w 2000 roku 64 miliony. Spożycie cukru wzrosło z 70 milionów ton do 128 milionów ton w tym samym okresie (9).
Według danych z amerykańskiego badania NHANES III (Third National Health & Nutrition Examination Survey) z lat 1988-1994, cała badana populacja spożywała średnio 54,7 g (38,4-72,8 g) fruktozy, co odpowiada 10,2 % dziennego spożycia energii. Młodzież w wieku od 12 do 18 lat spożywała najwięcej fruktozy, średnio 72,8 g dziennie, co odpowiada 12 % energii, ale znacznie wyższe spożycie energii wynoszące 15 % stwierdzono u jednej czwartej grupy.
Głównymi źródłami fruktozy dla dzieci w wieku 2-5 lat były napoje bezalkoholowe (27 %), owoce i soki owocowe (odpowiednio 19 % i 10 %) oraz słodycze (10 %). Wśród osób w wieku od 12 do 18 lat odsetek napojów bezalkoholowych wzrósł do 45 %, a następnie spadł do 29 % wśród dorosłych (10). W grupie 1400 osób w wieku od 14 do 15 lat 32 % energii pochodziło z dodanych cukrów, co odpowiada 200 g, a połowę z tego, około 100 g, stanowiła fruktoza (11).
Nie ma kompleksowych krajowych danych na temat spożycia fruktozy. Jednak skład słodzonej żywności pokazuje, że syrop zawierający fruktozę jest regularnie spotykany zarówno w produktach krajowych, jak i importowanych.

Fruktoza i zdrowie

Należy podkreślić, że negatywnych konsekwencji fruktozy dla zdrowia można się spodziewać tylko wtedy, gdy spożycie fruktozy, które jest zasadniczo spowodowane słodzeniem fruktozą, znacznie wzrośnie. Naturalna zawartość fruktozy w żywności nie jest szkodliwa, z wyjątkiem skrajnych nawyków żywieniowych, więc nie należy myśleć o ograniczaniu spożycia owoców i pełnych soków owocowych.

Fruktoza i dyslipidemia, insulinooporność

Insulina i leptyna są ważnymi elementami homeostazy energetycznej, tj. długoterminowej regulacji przyjmowania pokarmu. Oba hamują uczucie głodu w ośrodkowym układzie nerwowym i zwiększają zużycie energii poprzez aktywację współczulnego układu nerwowego. Insulina ma również pośredni wpływ poprzez stymulowanie produkcji leptyny w tkance tłuszczowej. Insulina jest wydzielana w komórkach beta trzustki w odpowiedzi na glukozę i aminokwasy, a także na niektóre hormony żołądkowo-jelitowe zwane inkretynami. Natomiast fruktoza i tłuszcz nie stymulują produkcji insuliny, a tym samym leptyny. Fruktoza nie dociera do komórek beta, ponieważ praktycznie nie mają one białka transportowego GLUT5.
Hormon grelina, który jest produkowany w żołądku, zwiększa uczucie głodu i zmniejsza spalanie tłuszczu. Jego wydzielanie jest tłumione przez żywność, co nie ma miejsca w przypadku fruktozy. Dlatego napoje o wysokiej zawartości fruktozy i inne pokarmy zwiększają ryzyko otyłości i cukrzycy typu 2. U dzieci jedna porcja słodkiego napoju może zwiększyć wskaźnik masy ciała o 0,25 kg/m2 (12).
Pierwszą oznaką zaburzeń metabolicznych wywołanych przez fruktozę jest poposiłkowa hipertriglicerydemia, która jest konsekwencją lipogenezy de novo w wątrobie. Fruktoza zwiększa tworzenie się tłuszczu w wątrobie, ponieważ
(1) omija wyżej wspomniany punkt regulacyjny fosfofruktokinazy,
(2) Wątroba jest głównym miejscem metabolizmu fruktozy,
(3) Fruktoza aktywuje elementy receptora sterolowego wiążące białko 1c, które zwiększają ekspresję genów zaangażowanych w lipogenezę.
Apolipoproteina B100 (ApoB) jest niezbędna do włączenia trójglicerydów do VLDL. Fruktoza może zwiększyć stężenie ApoB nawet o 25 %. Fruktoza powoduje zmiany podobne do alkoholowego stłuszczenia wątroby.
Fruktoza jest głównym czynnikiem przyczyniającym się do otyłości trzewnej. Spożywanie napojów słodzonych cukrem lub fruktozą ad libitum prowadziło do średniego przyrostu masy ciała o 1,5 kg w warunkach testowych. Badania TK wykazały jednak, że tłuszcz wewnątrzbrzuszny gromadził się tylko u osób, które piły płyny zawierające fruktozę (13). Wolne kwasy tłuszczowe, które są łatwiej uwalniane ze względu na bardziej wyraźną tendencję lipolityczną tłuszczu trzewnego, z większym prawdopodobieństwem dostaną się bezpośrednio do wątroby i przyczynią się do upośledzenia metabolizmu wątroby niż kwasy tłuszczowe z innych tkanek tłuszczowych organizmu.
Trzewna tkanka tłuszczowa składa się z większych komórek tłuszczowych, które są bardziej oporne na insulinę niż małe komórki i wytwarzają mniej adiponektyny, co prowadzi do zmniejszonego utleniania lipidów w wątrobie i zmniejszonej wrażliwości na insulinę, ponieważ kinaza AMP nie jest aktywowana. Konsekwencją tego wszystkiego jest insulinooporność, do której przyczynia się wątrobowa akumulacja TG. Ponieważ wątroba jest mniej wrażliwa na insulinę, synteza glikogenu jest zmniejszona, a glukoneogeneza i glikogenoliza są zwiększone.
Insulinooporność prowadzi do zwiększonej produkcji VLDL. Insulina prawdopodobnie promuje degradację apoB poprzez hamowanie transferu lipidów do prekursora VLDL apoB i regulację proteazy odpowiedzialnej za degradację apoB.
Podwyższone poziomy VLDL i TG w osoczu są związane z ryzykiem proaterogennym i sercowo-naczyniowym. Wynika to z poposiłkowej hipertriglicerydemii (obserwowanej w przypadku fruktozy), wyższych stężeń lipoprotein resztkowych bogatych w TG, nie tylko LDL o niskiej gęstości i obniżonego HDL (13).
Efekt rewitalizujący utrzymuje się do 12 godzin. U zdrowych mężczyzn poziom TG na czczo może się podwoić po 6 dniach diety zawierającej 25 % fruktozy (10).
Nadmierne spożycie fruktozy jest czynnikiem ryzyka rozwoju zespołu metabolicznego, w którym współistnieją otyłość, cukrzyca typu 2, dyslipidemia i nadciśnienie (14). Ogromna dawka 250 g fruktozy dziennie przez 1 tydzień, nieco mniejsza, 216 g przez 28 dni, doprowadziła do insulinooporności, podczas gdy 100 g przez 4 tygodnie nie. U mężczyzn w średnim wieku, którzy już mieli insulinooporność, fruktoza w dawce 15 % przez 5 tygodni doprowadziła do wyższego poziomu glukozy i insuliny we krwi. Ludzie są szczególnie wrażliwi na fruktozę, podczas gdy zwierzęta laboratoryjne (np. szczury) są znacznie mniej wrażliwe. Fruktoza ma stosunkowo niski IG wynoszący 23 w porównaniu do 100 dla glukozy (15).

Fruktoza i wysoki poziom kwasu moczowego

Fruktoza jest fosforylowana w wątrobie przez fruktokinazę (ketoheksokinazę), co wymaga ATP. W ten sposób powstaje adenozyno-5′-difosforan, który jest dalej rozkładany do adenozyno-5′-monofosforanu, a następnie do inozyno-5′-fosforanu i wreszcie do kwasu moczowego. Wysoki poziom kwasu moczowego jest czynnikiem ryzyka chorób sercowo-naczyniowych, ponieważ zmniejsza dostępność tlenku azotu, który jest niezbędny do funkcjonowania ścian naczyń krwionośnych (śródbłonka) i utrzymania prawidłowego ciśnienia krwi. Hiperurykemia jest niezależnym markerem wysokiego ciśnienia krwi, który dostarcza również informacji o prawdopodobnym występowaniu insulinooporności, cukrzycy typu 2 i otyłości.
Oksydoreduktaza ksantynowa tworząca kwas moczowy jest również zaangażowana w adipogenezę (7, 15). Fruktoza jest wyraźnym czynnikiem ryzyka dny moczanowej. W tym kontekście pewną rolę mogą odgrywać owoce o wysokiej zawartości fruktozy (jabłka, pomarańcze, banany, winogrona, gruszki) (16).
Ponieważ fruktokinaza wykorzystuje ATP jako substrat do fosforylacji, ma to dalsze konsekwencje. Brak wstecznej regulacji procesu może prowadzić do niedoboru ATP, co powoduje tymczasowy niedobór mRNA, a następnie zatrzymanie syntezy białek i tworzenie kwasu mlekowego. Dożylne podanie 50 g fruktozy już powoduje niedobór ATP w wątrobie. Oprócz wątroby, komórki nerek, przewodu pokarmowego i komórek tłuszczowych również zawierają duże ilości fruktokinazy i dlatego są szczególnie wrażliwe na działanie fruktozy powodujące niedobór ATP.
Komórki nabłonkowe kanalików nerkowych reagują na 1 mmol fruktozy reakcją stresową, redukcją ATP i sygnałami zapalnymi: Odpowiada to poziomowi we krwi po spożyciu fruktozy. Wzrost produkcji kwasu moczowego odzwierciedla wewnątrzkomórkowy niedobór ATP, który może być wywołany przez zaledwie 0,5 g/kg masy ciała fruktozy, szczególnie u dzieci. Zespół metaboliczny, stłuszczenie wątroby, często tłumaczy się spożyciem fruktozy przekraczającym dwa do trzech razy dozwoloną ilość. W porównaniu z innymi chorobami wątroby można wykryć wyższe poziomy mRNA fruktokinazy.
Hiperurykemia wywołana fruktozą często występuje również u pacjentów z nadciśnieniem tętniczym i przewlekłą chorobą nerek. Dieta wysokofruktozowa prowadzi do utrzymującego się wysokiego poziomu kwasu moczowego w surowicy w ciągu kilku tygodni. Glukoza i skrobia nie mają takich konsekwencji (15, 17).

Fruktoza i Cukrzyca

Fruktoza zwiększa ilość glukozy wydalanej z moczem u pacjentów z cukrzycą, ponieważ konwersja fruktozy w glukozę jest u nich zwiększona (glukoneogeneza z mleczanu i pirogronianu, które pochodzą z fruktozy, jest bardziej wyraźna). Niewielkie ilości fruktozy zwiększają wątrobowy wychwyt glukozy i syntezę glikogenu, a zatem są korzystne dla kontroli hiperglikemii. Z drugiej strony, długotrwałe spożywanie diety wysokofruktozowej, zwłaszcza w połączeniu z tłuszczem i nieaktywnym stylem życia, sprzyja otyłości i innym czynnikom ryzyka sercowo-naczyniowego oraz upośledza insulinooporność.
Nagromadzenie fruktozy w tkankach wiąże się z neuropatią cukrzycową i fruktozylacją białek, zwiększa ryzyko zaćmy, peroksydacji lipidów i zmniejsza obronę antyoksydacyjną. To ostatnie przyczynia się również do pogorszenia funkcji komórek beta, nie wspominając o insulinooporności. Chociaż obserwacje te pochodzą głównie z badań na zwierzętach, najprawdopodobniej można je również przenieść na ludzi.
Chorym na cukrzycę typu 2 podawano 60 g fruktozy dziennie. Po 6 miesiącach zmierzono niezmienione wartości cholesterolu całkowitego, TG, ApoA1 i ApoB, tj. brak wzrostu aterogenności. Jednak w innych badaniach zaobserwowano niekorzystne skutki: fruktoza 20 en% znacznie zwiększyła stężenie cholesterolu całkowitego i cholesterolu LDL. Negatywne skutki są szczególnie wyraźne, gdy dieta ma wysoką zawartość tłuszczu (12).

Fruktoza i ryzyko sercowo-naczyniowe

Mniejsze cząsteczki LDL są związane z zespołem metabolicznym i mogą być czynnikami ryzyka wczesnej miażdżycy i cukrzycy typu 2. Ponadto częstość występowania małych cząsteczek LDL jest również zwiększona u osób otyłych, szczególnie tych z otyłością centralną.
W przekrojowym badaniu epidemiologicznym dzieci w wieku 6-14 lat stwierdzono, że otyłe dzieci spożywały znacznie więcej słodzonych fruktozą przekąsek i napojów niż dzieci o prawidłowej masie ciała, a także miały znacznie wyższe poziomy TG i małe cząsteczki LDL oraz niższe poziomy HDL. Wielkość cząsteczek LDL była odwrotnie związana ze wskaźnikiem masy ciała. Wielkość spożycia fruktozy przewidywała przesunięcie rozkładu cząsteczek LDL w kierunku mniejszych rozmiarów (18).

Fruktoza i biegunka

Z powyższego jasno wynika, że wchłanianie fruktozy z przewodu pokarmowego jest ograniczone i zasadniczo zależy od dostępnej pojemności GLUT5. Jeśli pojemność ta jest niewystarczająca lub, jak to często bywa, ilość wchłoniętej fruktozy jest wysoka, nadmiar cukru jest transportowany do dolnego odcinka przewodu pokarmowego. Zapewnia to składnik odżywczy, który może być łatwo wykorzystany przez florę bakteryjną jelita grubego. Jednak temu wykorzystaniu towarzyszy tworzenie się gazów i zatrzymywanie wody z powodu zmienionych warunków osmotycznych. Rezultatem jest wzdęty brzuch, nadmierne wzdęcia, luźne stolce, a nawet biegunka. Nasilenie objawów zależy od ilości fruktozy i rodzaju spożywanego w tym samym czasie pokarmu. Ogólnie rzecz biorąc, do 30 g fruktozy jednorazowo i 50 g fruktozy dziennie uważa się za ilość, która nie powoduje dyskomfortu (19).

Wnioski

Utrzymujący się dodatni bilans energetyczny, nawet jeśli tylko umiarkowany, w przekonujący sposób promuje zespół metaboliczny poprzez zwiększenie akumulacji tłuszczu trzewnego, co zwiększa ilość wolnych kwasów tłuszczowych dostających się do wątroby poprzez krążenie wrotne. Dieta wysokofruktozowa prowadzi bardziej bezpośrednio i szybciej do nadmiernego otłuszczenia wątroby poprzez lipogenezę de novo. Prowadzi to do odkładania się TG w wątrobie oraz do akumulacji i wydzielania VLDL. Nagromadzeniu TG w wątrobie towarzyszy wzrost stężenia diacylogliceroli, co aktywuje nPKC i przerywa działanie insuliny. System sygnalizacyjny. Postawiono hipotezę, że produkcja TG i VLDL w wątrobie jest związana z insulinoopornością wątrobową.
Fruktoza w żywności zwiększa spożycie energii poprzez negatywny wpływ na hormony regulujące apetyt (zwłaszcza leptynę i grelinę), a tym samym przyczynia się do szybkiego rozprzestrzeniania się epidemii otyłości. Wiąże się to ze zwiększonym ryzykiem sercowo-naczyniowym z powodu dyslipidemii, hiperurykemii i dysfunkcji tlenku azotu, które wpływają na funkcję śródbłonka naczyniowego (20, 21, 22, 23). Potrzeba ograniczenia spożycia fruktozy, głównie poprzez zmniejszenie ilości fruktozy używanej do słodzenia, a nie poprzez ograniczenie spożycia naturalnych źródeł fruktozy, tj. owoców, jest zatem dobrze ugruntowana.