Čo je to fruktóza (ovocný cukor) a aký má vplyv na ľudský organizmus?

Objasnili sa mnohé prvky vzťahu medzi fruktózou a obezitou, dyslipidémiou, inzulínovou rezistenciou, hyperurikémiou, metabolickým syndrómom a kardiovaskulárnym rizikom. Na základe výsledkov týchto štúdií existuje dostatok dôkazov o potrebe minimalizovať obsah voľnej fruktózy v nápojoch a potravinách a na zníženie spotreby voľnej fruktózy, čo sa samozrejme netýka ovocia.

Čo je fruktóza (ovocný cukor) a kde sa nachádza?

Fruktóza alebo ovocný cukor je jednoduchý monosacharid, izomér glukózy, ktorý sa vyskytuje v rôznych potravinách buď voľne, alebo v kombinácii s glukózou ako súčasť disacharidu sacharózy. Z chemického hľadiska ide o šesťuhlíkatý polyhydroxyketón, ktorý vo vodnom roztoku vytvára dve kruhové štruktúry. V rovnovážnom stave je podiel D-fruktofuranózy 30 % a podiel D-fruktopyranózy 70 %. Z hľadiska výživy sa fruktóza považovala za normálny monosacharid, ktorý je dokonca prospešný pre diabetikov. Výskum za posledné jeden a pol až dve desaťročia však tento názor zmenil. Preto stojí za to preskúmať prítomnosť fruktózy v našej strave, jej príjem, metabolizmus a všetky zdravotné dôsledky, ktoré môžu byť s fruktózou spojené.

Fruktóza v našej strave

Prírodnými zdrojmi fruktózy sú ovocie a med. Prídavok sacharózy je opodstatnený, pretože sa jej počas trávenia uvoľňuje 50 %, ale jej fyziologický účinok nie je rovnaký ako účinok voľnej fruktózy. Pri skromnej spotrebe ovocia a ešte skromnejšej spotrebe medu ho nemáme veľa. V posledných rokoch sa však ako sladidlo vo veľkej miere používa kukuričný sirup s vysokým obsahom fruktózy. Hydrolyzovaný kukuričný škrob, ktorý obsahuje 35 % glukózy, sa enzymaticky spracuje na premenu glukózy na fruktózu. V nealkoholických nápojoch sa zvyčajne používa 55 % fruktózového sirupu, približne 60 %, zatiaľ čo v iných potravinách sa používa 42 %. Ďalším roztokom alebo sirupom, ktorý sa tiež bežne používa na sladenie, je invertný cukor, t. j. repný cukor upravený kyselinou alebo enzýmom invertázou. Roztok obsahuje 3 - 50 % invertného cukru a sirup obsahuje viac ako 50 % invertného cukru s rovnakým podielom glukózy a fruktózy (3).

Absorpcia fruktózy

Fruktóza sa sama o sebe vstrebáva zle, ale tento proces uľahčuje glukóza a niektoré aminokyseliny (L-alanín, L-glutamín, L-fenylalanín, L-prolín). (4). Transport fruktózy do enterocytov je uľahčený na okraji bunky ohraničujúcej črevné lúmen na hranici štetca. Samotná fruktóza sa vstrebáva pomerne slabo, ale tento proces uľahčuje glukóza a niektoré aminokyseliny (L-alanín, L-glutamín, L-fenylalanín, L-prolín) (4). Fruktóza je do enterocytov transportovaná proteínom GLUT5, ktorý pôsobí na okraji črevného lúmenu na hranici buniek, hoci sa predpokladá, že proces je aktívny pod vplyvom koncentračného gradientu aj bez tohto proteínu. Proteín GLUT5 je kódovaný génom SLC2A5 (5, 6). Ten istý gén riadi aj syntézu proteínu GLUT2, ktorý je zodpovedný za vstup fruktózy a glukózy z buniek do krvného obehu, a preto sa nachádza na bazálnej strane enterocytov. Vychytávanie fruktózy uľahčuje najmä glukóza, ak je prítomná v rovnakom množstve. Toto uľahčenie je špecifickým javom, pretože za transport glukózy (a galaktózy, nehovoriac o iónoch sodíka) je zodpovedný iný proteín, GLUT1. Gény kódujúce GLUT5 a GLUT1 sú tiež identické. V závislosti od obsahu fruktózy v strave možno denne skonzumovať 5 až 50 g fruktózy.

Metabolizmus fruktózy

V pečeni sa fruktóza fosforyluje fruktokinázou (fruktóza-1-fosfát), ktorá vstupuje do glykolytického procesu na úrovni triózového fosfátu ako dihydroxyacetónfosfát a glyceraldehyd-3-fosfát. Fruktóza preto obchádza kontrolný bod fosfofruktokinázy, ktorý pôsobí na glukózu, a spôsobuje spätnú inhibíciu prostredníctvom citrátu a ATP, čím obmedzuje ďalší metabolizmus glukózy. Vďaka tomuto rozdielu môže byť fruktóza neregulovaným zdrojom glycerol-3-fosfátu a acetylkoenzýmuA, čo vedie k tvorbe VLDL a podporuje lipogenézu. Glukóza tiež stimuluje tvorbu inzulínu v pankrease, zatiaľ čo fruktóza nie. Diéta s vysokým obsahom fruktózy môže znížiť 24-hodinové koncentrácie inzulínu a leptínu v plazme, ale zvyšuje hladinu triacylglyceridov nalačno a neoslabuje hlavný hormón stimulujúci chuť do jedla, ghrelin (7).

Spotreba fruktózy rýchlo rastie

V Spojených štátoch množstvo fruktózového sirupu použitého na spotrebu cukru na obyvateľa už začiatkom roka 2000 prekročilo množstvo spotrebovaného cukru, zatiaľ čo množstvo celkového spotrebovaného cukru sa počas tohto obdobia takmer nezmenilo (8). V roku 1970 sa celosvetovo použilo 35 miliónov ton fruktózy, v roku 1990 to bolo 55 miliónov a v roku 2000 64 miliónov. Spotreba cukru sa v tom istom období zvýšila zo 70 miliónov ton na 128 miliónov ton (9).
Podľa údajov z amerického prieskumu NHANES III (Third National Health & Nutrition Examination Survey) z rokov 1988-1994 celá skúmaná populácia skonzumovala v priemere 54,7 g (38,4-72,8 g) fruktózy, čo zodpovedá 10,2 % denného energetického príjmu. Najviac konzumovali adolescenti vo veku 12 až 18 rokov s priemerom 72,8 g denne, čo zodpovedá 12 % energetického príjmu, ale u štvrtiny skupiny sa zistil oveľa vyšší energetický príjem 15 %.
Hlavnými zdrojmi fruktózy pre deti vo veku 2-5 rokov boli nealkoholické nápoje (27 %), ovocné a plnotučné šťavy (19 % a 10 %) a sladkosti (10 %). U 12- až 18-ročných detí sa podiel nealkoholických nápojov zvýšil na 45 %, potom u dospelých opäť klesol na 29 % (10). V skupine 1400 14- až 15-ročných detí pochádzalo 32 % energetického príjmu z pridaných cukrov, čo zodpovedá 200 g, a polovicu z toho, približne 100 g, tvorila fruktóza (11).
Neexistujú žiadne komplexné vnútroštátne údaje o spotrebe fruktózy. Zloženie sladených potravín však ukazuje, že sirup obsahujúci fruktózu sa pravidelne nachádza v domácich aj dovážaných výrobkoch.

Fruktóza a zdravie

Treba zdôrazniť, že negatívne zdravotné dôsledky fruktózy možno očakávať len vtedy, ak sa výrazne zvýši spotreba fruktózy, ktorá je v podstate spôsobená sladením fruktózou. Prirodzený obsah fruktózy v potravinách nie je škodlivý, okrem extrémnych stravovacích návykov, takže by sa nemalo uvažovať o obmedzení konzumácie ovocia a celých ovocných štiav.

Fruktóza a dyslipidémia, inzulínová rezistencia

Inzulín a leptín sú dôležité prvky energetickej homeostázy, t. j. dlhodobej regulácie príjmu potravy. Oba potláčajú pocit hladu v centrálnom nervovom systéme a zvyšujú spotrebu energie aktiváciou sympatického nervového systému. Inzulín má aj nepriamy účinok tým, že stimuluje produkciu leptínu v tukovom tkanive. Inzulín sa vylučuje v beta bunkách pankreasu ako odpoveď na glukózu a aminokyseliny, ako aj na niektoré gastrointestinálne hormóny nazývané inkretíny. Naproti tomu fruktóza a tuk nestimulujú tvorbu inzulínu, a teda ani leptínu. Fruktóza sa do beta buniek nedostane, pretože prakticky nemajú transportný proteín GLUT5.
Hormón grelín, ktorý sa produkuje v žalúdku, zvyšuje pocit hladu a znižuje spaľovanie tukov. Jeho vylučovanie je potlačené jedlom, čo nie je prípad fruktózy. Preto nápoje a iné potraviny s vysokým obsahom fruktózy zvyšujú riziko obezity a cukrovky 2. typu. U detí môže jedna porcia sladkého nápoja zvýšiť index telesnej hmotnosti o 0,25 kg/m2 (12).
Prvým príznakom metabolickej poruchy spôsobenej fruktózou je postprandiálna hypertriglyceridémia, ktorá je dôsledkom de novo lipogenézy v pečeni. Fruktóza zvyšuje tvorbu tuku v pečeni, pretože
(1) sa vyhýba vyššie uvedenému regulačnému bodu fosfofruktokinázy,
(2) Pečeň je hlavným miestom metabolizmu fruktózy,
(3) Fruktóza aktivuje prvky sterolového receptora viažuce proteín 1c, ktoré zvyšujú expresiu génov zapojených do lipogenézy.
Apolipoproteín B100 (ApoB) je nevyhnutný pre inkorporáciu triglyceridov do VLDL. Fruktóza môže zvýšiť koncentráciu ApoB až o 25 %. Fruktóza spôsobuje poškodenie podobné alkoholovému stukovateniu pečene.
Fruktóza je hlavným prispievateľom k viscerálnej obezite. Konzumácia nápoja sladeného cukrom alebo fruktózou ad libitum viedla v testovacích podmienkach k priemernému prírastku hmotnosti o 1,5 kg. Štúdie CT však ukázali, že vnútrobrušný tuk sa hromadil len u tých, ktorí pili tekutiny obsahujúce fruktózu (13). Voľné mastné kyseliny, ktoré sa ľahšie uvoľňujú v dôsledku výraznejšej lipolytickej tendencie viscerálneho tuku, sa s väčšou pravdepodobnosťou dostávajú priamo do pečene a prispievajú k zhoršeniu metabolizmu pečene ako mastné kyseliny z iných tukových tkanív tela.
Viscerálne tukové tkanivo pozostáva z väčších tukových buniek, ktoré sú odolnejšie voči inzulínu ako malé bunky a produkujú menej adiponektínu, čo vedie k zníženej oxidácii lipidov v pečeni a zníženej citlivosti na inzulín, pretože AMP kináza nie je aktivovaná. Dôsledkom toho všetkého je inzulínová rezistencia, ku ktorej prispieva akumulácia TG v pečeni. Keďže pečeň je menej citlivá na inzulín, syntéza glykogénu sa znižuje a glukoneogenéza a glykogenolýza sa zvyšujú.
Inzulínová rezistencia vedie k zvýšenej produkcii VLDL. Inzulín pravdepodobne podporuje degradáciu apoB inhibíciou prenosu lipidov na prekurzor VLDL apoB a reguláciou proteázy zodpovednej za degradáciu apoB.
Zvýšené hladiny VLDL a TG v plazme sú spojené s proaterogénnym a kardiovaskulárnym rizikom. Je to spôsobené postprandiálnou hypertriglyceridémiou (pozorovanou pri fruktóze), vyššou koncentráciou reziduálnych lipoproteínov bohatých na TG, v neposlednom rade LDL s nízkou hustotou a zníženým HDL (13).
Revitalizačný účinok vydrží až 12 hodín. U zdravých mužov sa TG nalačno môže zdvojnásobiť po 6 dňoch diéty s 25 % fruktózy (10).
Nadmerná konzumácia fruktózy je rizikovým faktorom rozvoja metabolického syndrómu, pri ktorom sa vyskytujú obezita, diabetes 2. typu, dyslipidémia a hypertenzia (14). Obrovská dávka 250 g fruktózy denne počas 1 týždňa, o niečo menej, 216 g počas 28 dní, viedla k vzniku inzulínovej rezistencie, zatiaľ čo 100 g počas 4 týždňov nie. U mužov v strednom veku, ktorí už mali inzulínovú rezistenciu, viedlo 15 % fruktózy počas 5 týždňov k vyššej hladine glukózy a inzulínu v krvi. Ľudia sú na fruktózu mimoriadne citliví, zatiaľ čo laboratórne zvieratá (napr. potkany) sú na ňu oveľa menej citlivé. Fruktóza má relatívne nízky GI 23 v porovnaní so 100 v prípade glukózy (15).

Fruktóza a vysoká hladina kyseliny močovej

Fruktóza sa fosforyluje v pečeni fruktokinázou (ketohexokinázou), čo je proces, ktorý si vyžaduje ATP. Vzniká adenozín-5′-difosfát, ktorý sa ďalej rozkladá na adenozín-5′-monofosfát, potom na inozín-5′-fosfát a nakoniec na kyselinu močovú. Vysoká hladina kyseliny močovej je rizikovým faktorom kardiovaskulárnych ochorení, pretože znižuje dostupnosť oxidu dusnatého, ktorý je potrebný na funkciu cievnych stien (endotelu) a udržanie normálneho krvného tlaku. Hyperurikémia je nezávislým markerom vysokého krvného tlaku, ktorý tiež poskytuje informácie o pravdepodobnom výskyte inzulínovej rezistencie, cukrovky 2. typu a obezity.
Na adipogenéze sa podieľa aj xantínoxidoreduktáza tvoriaca kyselinu močovú (7, 15). Fruktóza je výrazným rizikovým faktorom dny. V tejto súvislosti môže zohrávať úlohu ovocie s vysokým obsahom fruktózy (jablká, pomaranče, banány, hrozno, hrušky) (16).
Keďže fruktokináza využíva ATP ako substrát pre fosforyláciu, má to ďalšie dôsledky. Nedostatočná spätná regulácia procesu môže viesť k nedostatku ATP, čo spôsobí dočasný nedostatok mRNA a následne zastavenie syntézy bielkovín a tvorby kyseliny mliečnej. Intravenózne podanie 50 g fruktózy už vedie k nedostatku ATP v pečeni. Okrem pečene obsahujú vysoké množstvo fruktokinázy aj bunky obličiek, tráviaceho traktu a tukové bunky, a preto sú obzvlášť citlivé na účinok fruktózy spôsobujúci nedostatok ATP.
Epitelové bunky obličkových tubulov reagujú na 1 mmol fruktózy stresovou reakciou, znížením ATP a zápalovými signálmi: To zodpovedá hladine v krvi po konzumácii fruktózy. Zvýšenie produkcie kyseliny močovej odráža vnútrobunkový nedostatok ATP, ktorý môže vyvolať už 0,5 g/kg telesnej hmotnosti fruktózy, najmä u detí. Metabolický syndróm, tuková pečeň, sa často vysvetľuje príjmom fruktózy, ktorý presahuje dvoj- až trojnásobok povoleného množstva. V porovnaní s inými ochoreniami pečene možno zistiť vyššie hladiny mRNA fruktokinázy.
Fruktózou indukovaná hyperurikémia sa často vyskytuje aj u hypertonikov a pacientov s chronickým ochorením obličiek. Diéta s vysokým obsahom fruktózy vedie v priebehu niekoľkých týždňov k pretrvávajúcim vysokým hladinám kyseliny močovej v sére. Glukóza a škrob takéto následky nemajú (15, 17).

Fruktóza a Diabetes

Fruktóza zvyšuje množstvo glukózy vylučovanej močom u diabetikov, pretože u týchto pacientov je zvýšená premena fruktózy na glukózu (glukoneogenéza z laktátu a pyruvátu, ktoré sú odvodené od fruktózy, je výraznejšia). Malé množstvá fruktózy zvyšujú hepatálnu absorpciu glukózy a syntézu glykogénu, a preto sú prospešné pre kontrolu hyperglykémie. Na druhej strane dlhodobá konzumácia stravy s vysokým obsahom fruktózy, najmä v kombinácii s tukmi a neaktívnym životným štýlom, podporuje obezitu a iné kardiovaskulárne rizikové faktory a zhoršuje inzulínovú rezistenciu.
Hromadenie fruktózy v tkanivách je spojené s diabetickou neuropatiou a fruktosyláciou proteínov, zvyšuje riziko katarakty, peroxidácie lipidov a znižuje antioxidačnú ochranu. Tá tiež prispieva k zhoršeniu funkcie beta buniek, nehovoriac o inzulínovej rezistencii. Hoci tieto pozorovania pochádzajú najmä zo štúdií na zvieratách, s najväčšou pravdepodobnosťou sa dajú preniesť aj na ľudí.
Diabetici 2. typu dostávali 60 g fruktózy denne. Po 6 mesiacoch sa namerali nezmenené hodnoty celkového cholesterolu, TG, ApoA1 a ApoB, t. j. nezvýšila sa aterogenita. V iných štúdiách sa však pozorovali nepriaznivé účinky: 20 en% fruktóza významne zvýšila koncentrácie celkového a LDL cholesterolu. Negatívne účinky sú obzvlášť výrazné, ak má strava vysoký obsah tuku (12).

Fruktóza a kardiovaskulárne riziko

Menšie častice LDL sa spájajú s metabolickým syndrómom a môžu byť rizikovými faktormi včasnej aterosklerózy a cukrovky 2. typu. Okrem toho je výskyt malých LDL častíc zvýšený aj u obéznych jedincov, najmä u tých s centrálnou obezitou.
V prierezovej epidemiologickej štúdii detí vo veku 6 - 14 rokov sa zistilo, že obézne deti konzumujú výrazne viac sladených snackov a nápojov s fruktózou ako deti s normálnou hmotnosťou a majú tiež výrazne vyššie hladiny TG a malé LDL častice a nižšie hladiny HDL. Veľkosť LDL častíc bola nepriamo úmerná indexu telesnej hmotnosti. Veľkosť príjmu fruktózy predpovedala posun v distribúcii LDL častíc smerom k menším rozmerom (18).

Fruktóza a hnačka

Z uvedeného vyplýva, že absorpcia fruktózy z črevného traktu je obmedzená a v podstate závisí od dostupnej kapacity GLUT5. Ak je táto kapacita nedostatočná alebo, ako sa často stáva, množstvo absorbovanej fruktózy je vysoké, prebytočný cukor sa transportuje do dolnej časti črevného traktu. Tým sa získa živina, ktorú môže bakteriálna flóra hrubého čreva ľahko využiť. Toto využitie však sprevádza tvorba plynov a zadržiavanie vody v dôsledku zmenených osmotických podmienok. Výsledkom je nafúknutý žalúdok, nadmerná plynatosť, riedka stolica a dokonca hnačka. Závažnosť príznakov závisí od množstva fruktózy a druhu súčasne konzumovanej potravy. Vo všeobecnosti sa za množstvo, ktoré nespôsobuje ťažkosti, považuje maximálne 30 g fruktózy pri jednej príležitosti a 50 g fruktózy denne (19).

Závery

Trvalá pozitívna energetická bilancia, aj keď len mierna, presvedčivo podporuje metabolický syndróm tým, že zvyšuje akumuláciu viscerálneho tuku, ktorý zvyšuje množstvo voľných mastných kyselín vstupujúcich do pečene portálnym obehom. Strava bohatá na fruktózu vedie priamejšie a rýchlejšie k nadmernému tukovaniu pečene prostredníctvom de novo lipogenézy. To vedie k ukladaniu TG v pečeni a k hromadeniu a vylučovaniu VLDL. Hromadenie TG v pečeni sprevádza zvýšenie koncentrácie diacylglyceridov, ktoré aktivuje nPKC a prerušuje účinok inzulínu. Signalizačný systém. Predpokladá sa, že produkcia TG a VLDL v pečeni súvisí s pečeňovou inzulínovou rezistenciou.
Fruktóza v potravinách zvyšuje príjem energie tým, že má negatívny vplyv na hormóny regulujúce chuť do jedla (najmä leptín a grelín), a tým prispieva k rýchlemu šíreniu epidémie obezity. Nesie so sebou zvýšené kardiovaskulárne riziko v dôsledku dyslipidémie, hyperurikémie a dysfunkcie oxidu dusnatého, ktoré ovplyvňujú funkciu cievneho endotelu (20, 21, 22, 23). Potreba obmedziť spotrebu fruktózy, a to v zásade znížením množstva fruktózy používanej na sladenie, a nie obmedzením konzumácie prirodzených zdrojov fruktózy, t. j. ovocia, je preto dobre známa.