Zastąpienie węglowodanów tłuszczami a metabolizm wątroby, tłuszczy i glukozy

Znaczenie węglowodanów w diecie jako podstawowe źródło energii jest szeroko rozpowszechnione przez instytucje rządowe i międzynarodowe. Produkty węglowodanowe stanowią podstawę piramidy żywienia człowieka. Obecnie przeprowadzone badania dowodzą, że zmniejszenie ich ilości w diecie na rzecz tłuszczy przynosi poprawę profilu lipidowego krwi, metabolizmu glukozy oraz wspomaga leczenie syndromu metabolicznego. Zmiany te, zauważalne są również wtedy, gdy zastosowana dieta nie prowadzi do zmniejszenia masy ciała.

Przeprowadzona w 2010 roku metaanaliza przez Micha i Mozaffarian donosi, że zastąpienie węglowodanów tłuszczami, w tym nasyconymi prowadzi poprawy profilu lipidowego krwi. Podniesiony poziom LDL-C (ang. Low density lipoprotein-cholesterol) po tłuszczach nasyconych nie zwiększa ryzyka wystąpienia choroby układu krwionośnego, gdyż jednocześnie dochodzi do wzrostu poziom cholesterol HDL, a sam stosunek cholesterolu całkowitego do cholesterolu frakcji HDL nie ulega zmianie. Zmiany w profilu lipidowym krwi przedstawiono za pomocą poniższych rycin (rys. 1.) [1]. Spożycie tłuszczy i węglowodanów porównywano już w innym artykule, publikowanym na blogu.

Rys. 1. a, b, c. Zmiany w lipidogramie po wprowadzeniu kwasów tłuszczowych nasyconych (ang. SFA – saturated fatty acids), jednonienasyconych (ang. MUFA – monounsaturated fatty acids), wielonienasyconych (ang. PUFA – polyunsaturated fatty acids) lub kwasów tłuszczowych trans (ang. TFA – trans fatty acids) jako izokaloryczne zastąpienie węglowodanów. TC – cholesterol całkowity (ang. total cholesterol), CHO – węglowodany (ang. carbohydrates) [1].

Dzięki przeprowadzonemu badaniu przez Volek i innych z udziałem diety niskowęglowodanowej i wysokowęglowodanowej o kaloryczności, procentowej zawartości dziennego zapotrzebowania energii z węglowodanów, tłuszczy i białka kolejno 1504 kcal, 12:59:28 [%] oraz 1478 kcal, 56:24:20 [%] dały ciekawe wyniki w zmianie wskaźników ryzyka rozwoju choroby układu krwionośnego. Zmianę ich poziomu po 12 tygodniach stosowanej diety na pacjentach z nadwagą, z syndromem metabolicznym zobrazowano w postaci poniższej ryciny (rys. 2). Warto zaznaczyć, że dane zobrazowane na rycinie 2 zostały zaobserwowane u pacjentów z zaburzonym metabolizmem tłuszczy. U osób zdrowych zmniejszenie węglowodanów w diecie nie prowadzi do aż tak dużych zmian. Pomimo dużego spożycia kwasów tłuszczowych nasyconych w grupie odżywiającej się dietą wysokotłuszczową, ich stężenie w krwioobiegu było znacznie niższe w porównaniu do grupy wysokowęglowodanowej [2]. 

Rys. 2. Skrócony opis zmian indykatorów po 12 tygodniowej diecie wysoko bądź niskowęglowodanowej u pacjentów z nadwagą z stwierdzonym syndromem metabolicznym. Body mass – masa ciała, Ab Fat – tłuszcz brzuszny, TG – triglicerydy, TG AUC – powierzchnia pod krzywą, ApoB – apolipoproteina B, ApoA-1 – apolipoproteina A-1, ApoB/ApoA-1 – stosunek ApoB do ApoA-1, Small LDL – małe cząsteczki cholesterolu frakcji LDL, Glu – glukoza, Insulin – insulina, HOMA (Homeostasis Model Assessment) – matematyczny model oceny insulinooporności, lepton – leptyny, Total SFA – całkowity poziom kwasów tłuszczowych nasyconych. VLCKD oznacza dietę niskowęglowodanową, natomiast LFD dietę niskotłuszczową.

W badaniu przeprowadzonym przez Shulman’a i wsp. [2] wykazano, że u ludzi z obniżoną wrażliwością tkankową na działanie insuliny synteza glikogenu mięśniowego oraz wątrobowego była zaburzona, a dostarczone węglowodany były kierowane do wątroby i wykorzystywane w lipogenezie de novo oraz syntezie triglicerydów.

Zmianę metabolizmu wątroby pod wpływem redukcji węglowodanów zobrazowano na poniższej rycinie (rys. 3). Zauważalna jest adaptacja enzymatyczna i metaboliczna przy redukcji spożycia węglowodanów w diecie na korzyść metabolizmu tłuszczy [2].

 

 

Rys. 3. Schemat regulacji metabolizmu wątroby pod wpływem diety niskowęglowodanowej. Wskutek zmniejszonej ilości węglowodanów, dochodzi do spadku ligandów będących produktami hydrolizy enzymatycznej węglowodanów spożywczych (glukoza, fruktoza) oraz insuliny, które służące jako aktywatory lipogenezy oraz inhibitory szlaków oksydacji kwasów tłuszczowych. Skutkiem zastosowania diety o obniżonej zawartości węglowodanów jest wzrost oksydacji tłuszczy, obniżona litogeneza oraz sekrecja cząsteczek cholesterol VLDL (ang. very low-density lipoprotein) [2]. Opisy skrótów użytych w rycinie znajdują się na końcu pracy.

Podsumowując wpływ węglowodanów na profil lipidowy krwi wynika, że [2]:

• Podnoszą one poziom VLDL oraz TG we krwi. Wzrost sekrecji większych cząstek VLDL₁ (zaw. większe ilości TG) sprzyjają syntezie małych cząstek LDL oraz rozpadowi HDL-C
• Obniżają poziom HDL-C
• Przyczyniają się do wzrostu stężenia małych, gęstych cząsteczek cholesterolu frakcji LDL, które są bardziej aterogenne od dużych cząsteczek LDL-C
• Ludzie z genetycznymi predyspozycjami do przewagi małych cząstek LDL przypisywani są jako model B, podczas gdy ludzie z predyspozycją do przewagi większych cząstek LDL przypisywani są do modelu A. U ludzi należących do modelu A, po redukcji tłuszczu, a więc zwiększeniu spożyciu węglowodanów, obserwuje się „przestawienie” na model B
• Przyczyniają się do nadprodukcji apolipoproteiny B-100 znajdującej się w VLDL, redukują stopień rozpadu cząstek zawierających ApoB oraz zwiększają katabolizm apolipoproteiny A-I znajdującej się w cząsteczkach cholesterolu HDL
• Zwiększone stężenie glukozy we krwi zwiększa syntezę P-3-glicerolu, wykorzystywanego do reestryfikacji wolnych kwasów tłuszczowych

Opis skrótów zastosowanych w rycinie 3:

·        ACC (ang. acetyl-CoA carboxylase) – karboksylaza acetyl-CoA

·        AcCoA - acetyl-CoA

·        AMPK (ang. AMP-activated protein kinase) – kinaza aktywowana 5’AMP

·        ApoB (ang. Apolipoprotein B) – apolipoproteina B

·        ChREBP (ang. carbohydrate response element binding protein) – białko aktywowane w odpowiedzi na wysoki poziom glukozy we krwi

·        FA (ang. fatty acids) – kwasy tłuszczowe

·        FAS (ang. Fatty acid synthase) – syntaza kwasów tłuszczowych

·        FGF21 (ang. fibroblast growth factor 21) – czynnik wzrostu fibroblastów 21

·        GK (ang. glucokinase) – glukokinaza

·        Glu – skrót od glukoza (ang. glucose)

·        GLUT2 (ang. glucose transporter 2) – transporter glukozy 2

·        PFK (ang. phosphofructokinase) – fosfofruktokinaza

·        plasma fructose/glucose/insulin/FA  – poziom fruktozy/glukozy/insuliny/kwasów tłuszczowych w krwi

·        PPARα (ang. peroxisome proliferator-activated receptor α) -  receptory aktywowane proliferatorami peroksysomów

·        SFA (ang. saturated fatty acids) – kwasy tłuszczowe nasycone

·        TG (ang. Triglycerides) – triglicerydy

·        VLDL (ang. Very low-density lipoprotein) – lipoproteina o bardzo niskiej gęstości

Piśmiennictwo

1. Micha R, Mozaffarian D. 2010. Saturated Fat and Cardiometabolic Risk Factors, Coronary Heart Disease, Stroke, and Diabetes: a Fresh Look at the Evidence. Lipids. October; 45(10): 893-905.

2. Volek J.S., Fernandez M.L., Feinman R.D., Phinney S.D.: Dietary carbohydrate restriction induces a unique metabolic state positively affecting atherogenic dyslipidemia, fatty acid partitioning, and metabolic syndrome. Vol. 47, Issue 5. 2008. 307-318.