Fruktoze un tās saistība ar aptaukošanos un metabolo sindromu

Pie izplatītākajām slimībām, kas saistītas ar fruktozes lietošanu uzturā, pieder aptaukošanās, cukura diabēts (CD), kardiovaskulārās slimības (KVS), vēzis, nealkohola taukainā aknu slimība (NATAS; angliski NASH — Non–alcoholic steatohepatitis) un metabolais sindroms. [2] Fruktozi uzturā lieto aizvien vairāk, un šis fakts korelē ar šo slimību pacientu skaita pieaugumu. [2; 3]

Aktualitāte

Pēdējos gadu desmitos būtiski pieaugusi aptaukošanās un metabolā sindroma izplatība, īpaši ASV populācijā. Aptaukošanās un metabolā sindroma izplatība hronoloģiski un statistiski korelē ar dabiskā cukura uzņemšanas pieaugumu, īpaši cilvēkiem, kas uzturā daudz lieto augstas koncentrācijas fruktozes kukurūzas sīrupu, tāpēc notiek plaši pētījumi par to, vai fruktoze varētu būt viens no iemesliem aptaukošanās un metabolā sindroma izplatības pieaugumam.

2004. gadā tika pausta hipotēze, ka augstas koncentrācijas fuktozes sīrups ir galvenais aptaukošanās iemesls ASV. [4] Ar fruktozes ietekmi uz cilvēka organismu saistīto jautājumu pētniecība kļuvusi par plašu zinātnisko pētījumu tēmu. Kopš 2004. gada ir vairāk nekā 1500 publikāciju PubMed un 2600 publikāciju Google Scholar, kas saistītas ar pētījumiem par fruktozi. [3] 2010. gada ASV Uztura vadlīnijās (Dietary Guidelines for Americans) minētas piecas būtiskākās ar diētu saistītās slimības:

• KVS (37% iedzīvotāju);
• CD (11% iedzīvotāju);
• hipertensija (34% iedzīvotāju, kas vecāki par 18 gadiem);
• vēzis (41% iedzīvotāju);
• osteoporoze (50% sieviešu un 25% vīriešu pēc 50 gadu vecuma).

Fruktoze nosaukta par riska faktoru pirmajām četrām iepriekš minētājām slimībām, kā arī ir būtisks riska faktors NATAS attīstībai. [5; 19]

ANO 2011. gadā paziņoja, ka metabolais sindroms (jeb 2. tipa CD kombinācijā ar hipertensiju, dislipidēmiju un KVS) un citas neinfekciju slimības (piemēram, vēzis, demence) attīstītajās un attīstības valstīs šobrīd ir lielāks drauds nekā, piemēram, akūtas infekcijas slimības, starp kurām ir arī cilvēka imūndeficīta vīrusa infekcija (HIV). Daļa cilvēku uzskata, ka aptaukošanās ir šo slimību attīstības iemesls. Aptaukošanās ir marķieris metabolai disfunkcijai, kas sastopama visā pasaulē. Ja salīdzina, kas prevalē — aptaukošanās vai malnutrīcija, tad mūsdienās aptuveni par 30% vairāk cilvēku ir ar aptaukošanos. Pirms 20 gadiem statistika liecināja par pretējo. [2] Svarīgs faktors ir ēdiena garša (piemēram, salda garša), līdz ar to daudzi cilvēki ēd pārmērīgi. Mūsdienās tas ir būtisks iemesls lielākam dabiskā cukura patēriņam. [1]

Gadsimtu gaitā ASV iedzīvotāju vidū fruktozes uzņemšana no 15 gramiem dienā (kas ir 4% no kopējās diennaktī uzņemtās enerģijas) palielinājusies līdz 75 gramiem dienā, kas atbilst 12% no kopējās diennaktī uzņemtās enerģijas. Šobrīd viens ASV iedzīvotājs uzņem 60 kg fruktozes gadā. Lai gan ASV cukurs tiek uzņemts visvairāk, rādītāji daudz neatpaliek arī citās valstīs. [2]

Saldinātāju attīstība

Cilvēki ne vienmēr bijuši tik lieli dabiskā cukura patērētāji kā šobrīd. Pirms vairākiem gadsimtiem cilvēks uzturā lietoja galvenokārt medījumus, proti, bija liels olbaltumu, mērens tauku un niecīgs ogļhidrātu patēriņš. Galvenais ogļhidrātu avots bija augļi un ogas. Medus bija galvenais saldinātājs, ko ierobežotā daudzumā lietoja līdz Krusta kariem (XI gs.), kad Rietumeiropa iepazina Tuvo Austrumu cukura izmantošanas kultūru. Līdz XVIII gadsimtam cukura patēriņš bija neliels. Attīstoties tehnoloģijām, no cukurniedrēm varēja iegūt rafinēto cukuru, tas vairs netika uzskatīts par luksusa produktu un kļuva populārs Eiropā. To importēja no Ziemeļamerikas, kur tika sākta cukura ražošana no cukurbietēm. XX gs. cukurs kļuva par vienu no svarīgākajām uztura sastāvdaļām. [1] Saharoze bija ekskluzīvs saldinātājs līdz 1960. gadiem, kad pārtikas industrija atklāja un nodeva ekspluatācijā tehnoloģijas, kas no saharozes ļāva iegūt cieti un hidrolizēt to par glikozi, kā arī daļu glikozes pārveidot par fruktozi. Tā tika iegūts augstas koncentrācijas fruktozes sīrups. Tas ir lielisks saldinātājs, tam ir labas organoleptiskas īpašības, ilgs uzglabāšanas laiks, kā arī tas bija tik lēts, ka tā patēriņš pieauga ļoti strauji. Šo kukurūzas sīrupu iespējams ražot ar fruktozi un glikozi atšķirīgā koncentrācijā, tomēr visbiežāk šādā attiecībā: fruktoze 55%, glikoze 45%. [1]

Fruktozes uzsūkšanās un metabolisma salīdzinājums ar glikozi

Bieži fruktoze tiek salīdzināta ar tās izomēru glikozi. Fruktozei ir tāda pati ķīmiskā formula kā glikozei (C6H12O6), bet tās metabolisms ievērojami atšķiras (1. attēls). [1]

Pēc uzņemšanas fruktoze nokļūst zarnās un tiek transportēta enterocītos ar specifisku transportieri — glikozes transportieri 5 (GLUT 5). Atšķirībā no glikozes metabolisma šim procesam nav nepieciešama adenozīntrifosfāta (ATF) hidrolīze, turklāt process nav atkarīgs no nātrija absorbcijas. No enterocītiem fruktoze difūzijas ceļā nokļūst asinīs ar glikozes transportiera 2 (GLUT 2) palīdzību. [1] Jau minēts, ka fruktozes un glikozes metabolisms būtiski atšķiras. Glikozes metabolismu kontrolē glikokināze vai heksokināze 4. Glikozes fosforilēšanās ātrums mainās samērīgi tās koncentrācijai asinsritē. [1] Glikozes metabolismu regulē negatīvā atgriezeniskā saite — ja asinīs tā ir pietiekamā līmenī, tās metabolisms tiek nomākts ar ATF un citrātu (skat. 1. attēlu). [6] Glikozes pārvēršanos piruvātā regulē insulīns un ATF līmenis šūnā, toties fruktozes metabolisms notiek neatkarīgi no insulīna, kā arī neveidojas negatīvā atgriezeniskā saite. [1] Negatīvās atgriezeniskās saites trūkums fruktozes metabolismā veicina taukskābju sintēzi, attiecīgi veicinot aptaukošanos. [4]

Fruktozes metabolisma ceļā iegūtais triozes fosfāts var pārveidoties par piruvātu un oksidēties par CO2 un H2O. Daļa no triozes fosfāta pārveidojas par laktātu, kas nokļūst asinsritē. [7] Tas, iespējams, ir iemesls laktāta koncentrācijas pieaugumam plazmā pēc fruktozes uzņemšanas, ko reizēm var saistīt ar laktātacidozes veidošanos. [8] Tomēr lielākā triozes fosfāta daļa glikoneoģenēzes ceļā pārveidojas par glikozi un glikogēnu. [1] Pārmērīga fruktozes uzņemšana paaugstina triglicerīdu līmeni, kuri veidojas zarnās de novo lipoģenēzes procesā. [1] Tas pierādīts novērojumos ar žurkām in vivo [9], kā arī izolētos žurku hepatocītos. [10] Fruktoze nomāc aknu lipīdu oksidāciju, tādējādi veicinot taukskābju reesterifikāciju un ļoti zema blīvuma lipoproteīnu holesterīna (ĻZBLH) un triglicerīdu sintēzi. [1] 2. attēlā redzams, ka pēc fruktozes uzsūkšanās zarnās lielākā tās daļa aknās pārvēršas par glikozi, kas nokļūst asinsritē vai paliek aknās glikogēna veidā. Daļa fruktozes pārvēršas laktātā. Neliela daļa fruktozes tiek pārvērsta taukskābēs, kas var veicināt fruktozes inducētas aknu steatozes un dislipidēmijas attīstību. [1]

Fruktoze uzkrājas aknās, turpretī glikoze galvenokārt tiek atbrīvota perifērajā asinsritē, kur tiek izmantota tālāk. Fruktoze perifērajos audos nokļūst laktāta veidā. [4]

Fruktozes metabolisma intensitāti ietekmē dzimums, fiziskās aktivitātes, veselības stāvoklis. Fruktozes metabolisms var būt izmainīts pacientiem ar lielāku CD risku un aptaukošanos. [4] 2009. gadā 4—6 nedēļas ilgā pētījumā ASV [9] dalībniekiem bija jāuzņem fruktoze vai glikoze, kas veidotu 20—25% no uzņemtā uztura enerģētiskās vērtības. Dati parādīja, ka fruktoze veicināja triglicerīdu un ĻZBLH koncentrācijas pieaugumu atšķirībā no glikozes, toties glikoze (atšķirībā no fruktozes) pastiprināja insulīna koncentrāciju pēc maltītes. [9]

Fruktozes iedarbība uz CNS

Kaut arī uztura fruktoze ir enerģijas avots, tās  darbību var pielīdzināt etilspirta darbībai. [2] Neliela fruktozes un etilspirta deva nav kaitīga. Nelielās devās lietojot alkoholu un fruktozi, pieaug augsta blīvuma lipoproteīnu holesterīna (ABLH) līmenis un uzlabojas insulīna jutīgums. Negatīvā fruktozes un etilspirta ietekme uz organismu ir atkarīga no devas. [2]

Fruktoze imitē etilspirta uzņemšanu, tāpēc etilspirtu var dēvēt par fruktozes metabolo “radinieku”. Vienīgā atšķirība ir tā, ka fruktoze nemetabolizējas CNS un neizraisa akūtu neironu depresiju, kā tas notiek pēc etilspirta lietošanas. [2] Fruktozes un etilspirta ilgstošas lietošanas iedarbības atšķirības apkopotas tabulā.

Atalgojuma sistēma(jeb dopamīnerģiskā mezolimbiskā sistēma), kas stimulē ēdiena uzņemšanu, sastāv no ventral tegmental area un nucleus accumbens (dēvēts arī par “baudas centru” smadzenēs). [11] Ventral tegmental area atrodas neironu perikarioni, kur uzkrājas dop-amīns, kas pa aksoniem nokļūst nucleus accumbens, tā ir kā “atlīdzība” par ēdiena īpašībām (garšu). [12] Jebkurš process, kas rada dop-amīna receptoru blīvuma samazināšanos un receptoru noslogojumu, var veicināt palielinātu ēdiena uzņemšanu un ķermeņa masas pieaugumu. [13; 14] Fruktozei ir tieša ietekme uz pastiprinātu kaloriju uzņemšanu. Uzlabojot ēdiena garšu, tiek traucēti normālie sāta sajūtas signāli, kas veicina ēdiena uzņemšanu neatkarīgi no enerģētiskās nepieciešamības. [15] Dabisko cukuru uzņemšana samazina dopamīna un m–opioīdu receptoru blīvumu līdzīgi kā morfijs. Dopamīna receptoru blīvuma samazināšanās nucleus accumbens veicina pastāvīgu atalgojuma sistēmas aktivāciju, kas izraisa atkarību. [16] Veikti vairāki pētījumi par dabisko cukuru izraisītu atkarību, kur tika konstatēts, ka atkarību no fruktozes raksturo aizkaitinājums, nestabilitāte, nervozitāte, nemierīgums, nomāktība. Citos pētījumos novērots, ka cukuru izmanto kā “ārstēšanas līdzekli” psiholoģiskiem simptomiem. Atkarība no ātrajām uzkodām rodas tāpēc, ka tām pievienots liels cukura daudzums. [17] Fruktoze veicina arī skābekļa brīvo radikāļu veidošanos, kas izraisa šūnu novecošanos un disfunkciju. Tas izmaina smadzeņu atalgojuma sistēmas darbību, tāpēc cilvēks fruktozi uzņem pārmērīgi. [2]

Fruktozes ietekme uz vielmaiņu

Tā kā cilvēki fruktozi ikdienā patērē daudz, svarīgi izvērtēt tās ietekmi uz organisma vielmaiņu. [1] Fruktozes lietošana organismu ietekmē trīs negatīvos veidos:

• ja fruktozi uzņem vairāk par 50 gramiem dienā, tā veicina de novo lipoģenēzi, kas veicina dislipidēmijas, aknu steatozes, insulīna rezistences attīstību (līdzīgi kā alkohola lietotājiem);
• fruktozes metabolisma rezultātā atbrīvojas daudz brīvo skābekļa radikāļu, kas palielina hepatocelulāro bojājuma risku, ja antioksidanti ir nepietiekamā daudzumā. Attīstās oksidatīvais stress;
• ilgstoša fruktozes lietošana veido pieradumu, samazinās dopamīna receptoru blīvums. Rodas aizvien lielāka vēlēšanās uzturā patērēt fruktozi neatkarīgi no izsalkuma. [2]

Veikti epidemioloģiskie pētījumi par saldināto dzērienu, kas satur saharozi, fruktozi vai glikozi, pārmērīgu lietošanu: tā tiek saistīta ar palielinātu ķermeņa masu, metaboliem un kardiovaskulāriem traucējumiem. [1] Īpaši izteikti tas ir vīriešiem. [9]

Nav pārliecinošu pierādījumu, ka mērenai (25—50 g/dienā) fruktozes lietošanai uzturā būtu nelabvēlīga ietekme uz organisma vielmaiņu. [1]

Veikti pētījumi, kur fruktoze veidoja 18% no dienā uzņemtās enerģētiskās vērtības. Tika secināts, ka fruktozes lietošanai mērenās devās ir pozitīva ietekme uz glikēmijas kontroli. [3] Fruktozei ir ļoti zems glikēmiskais indekss (23%), tāpēc tā varētu būt noderīga 2. tipa CD pacientu terapijā, aizvietojot glikozi, jo nepaaugstina glikozes vai insulīna līmeni asinīs. Glikozes glikēmiskais indekss ir 100%. [4; 9]

Straujās fruktozes fosforilēšanās rezultātā pieaug adenomonofosfāta (AMF) daudzums. Tas, savukārt, veicina urīnskābes sintēzi un paaugstina tās līmeni plazmā. Pastiprināta urīnskābes koncentrācija plazmā veicina podagras un nierakmeņu attīstību, kā arī ir riska faktors 2. tipa CD attīstībai. [1]

Pārmērīga fruktozes uzņemšana, iespējams, ir saistīta ar hipertensijas attīstības veicināšanu. Pārmērīga fruktozes uzņemšana veicina insulīna rezistenci, tā, savukārt, saistīta ar paaugstināta asinsspiediena risku, jo hiperinsulinēmija palielina gan simpātiskās nervu sistēmas aktivitāti, gan nātrija reabsorbciju nierēs. Pastiprināta asinsvadu rezistence ir kalcija stiprās koncentrācijas rezultātā asinsvadu gludajā muskulatūrā, ko izraisa fruktozes metabolisma starpprodukts metilglikols, kas pasliktina L tipa kalcija kanālu darbību. Šis mehānisms shematiski parādīts 3. attēlā. [1]

Enerģijas disbalanss un aptaukošanās

Attīstīto valstu iedzīvotājiem ogļhidrāti veido 45—70% ar uzturu uzņemtās enerģijas. Mūsdienās vispārējā populācijā fruktozes lietošana veido vidēji 25% no uzņemtās enerģijas. [9]

Ja fruktoze veido vairāk nekā 20% no visas uzņemtās enerģijas, ietekme uz lipīdu līmeni ir nelabvēlīga. Tas pierādīts kontrolētos uztura pētījumos, kuros tika salīdzināta fruktozes un glikozes ietekme. Ja fruktoze veidoja vairāk nekā 20% no uzņemtās enerģijas, pacientiem novēroja izteiktākas lipīdu spektra izmaiņas (hipertrigliceridēmiju, ĻZBLH līmeņa pieaugumu) nekā glikozes lietošana tādā pašā daudzumā. [9]

Ja fruktoze veido vairāk nekā 25% no visas uzņemtās enerģijas, tā izraisa postprandiālo hipertrigliceridēmiju, veicina viscerālo aptaukošanos, lipīdu uzkrāšanos un insulīna rezistenci aknās. Ja ar uzturu uzņemtā enerģija ilgstoši ir pārmērīga, muskuļu un tauku šūnas kļūst rezistentas pret insulīnu — attīstās 2. tipa CD. [9] Hronisku slimību profilaksei PVO rekomendē rafinētos ogļhidrātus uzņemt mazāk nekā 10% no kopējās ar uzturu uzņemtās enerģijas. [9]

Ogļhidrātu oksidācijas ātrumu ietekmē uzņemtā dabiskā cukura tips (piemēram, fruktoze, glikoze vai saharoze) un daudzums, organisma enerģijas patēriņš — fizioloģiskās prasības, veselības apstākļi, fiziskās aktivitātes, uzturs un citi dzīvesveida faktori. Pastiprināti uzņemot ogļhidrātus, organisms nespēj izmantot ogļhidrātu resursus, tāpēc tie ir pārmērīgi un tiek veicināta aptaukošanās. [4]

Kopsavilkums

• Fruktoze ir viens no riska faktoriem, kas, iespējams, veicinājis aptaukošanos un vielmaiņas slimību attīstību līdz pat pandēmijas līmenim. [2]
• Lai samazinātu metabolā sindroma, aptaukošanās, dislipidēmijas, insulīna rezistences un diabēta izplatību, jāplāno dzīvesveids ar samazinātu enerģijas uzņemšanu, ierobežojot saharozes, piesātināto taukskābju, transtaukskābju lietošanu un palielinot fizisko aktivitāšu daudzumu, kā arī dārzeņu, augļu, zivju, graudaugu un šķiedrvielu lietošanu uzturā. [9]
• Fruktozes lietošana ir droša mērenās devās (25—50 g/dienā), bet tās pārmērīgai lietošanai ir negatīva ietekme uz organismu. [3] Fruktozes metabolisms un toksicitāte ir līdzīga alkoholam, tāpēc pārmērīgu fruktozes lietošanu uzturā vajadzētu uzskatīt par ārējās vides toksīnu. [18]
• Sēdošs dzīvesveids, enerģijas pārpilnība, ātrās uzkodas, pārmērīga ogļhidrātu uzņemšana saistīta ar aptaukošanos, 2. tipa CD un metabolā sindroma izplatīšanos.