Сила харчування (частина 6) Як діє харчування; PAN International

Молекулярні механізми харчування та хвороб

Дієта є одним з найважливіших факторів ризику, що піддаються модифікації, для всіх видів захворювань. Як саме їжа може впливати на наше здоров’я? Цією статтею PAN хоче висвітлити деякі основні механізми впливу дієти на наш метаболізм.

Ми зроблені з їжі

Це може звучати клішировано, але це правда: їжа - це життя. Їжа та її компоненти є основним субстратом для нашої структури та нашого метаболізму. Без їжі немає ні розвитку, ні зростання, ні тепла, ні руху, ні розмноження, ні пізнання.

У порівнянні з іншими факторами ризику, такими як куріння, фізична неактивність або УФ-випромінювання, дієта є більш складною. Ми споживаємо багато різноманітних продуктів, і кожен продукт складається з тисяч речовин, що потенційно впливають на наш організм. Крім того, ці речовини зазвичай діють не окремо, а в сполуках, кожна з яких має свій специфічний ефект.

Компоненти їжі можуть бути розбиті на макроелементи, з одного боку, і мікроелементи, з іншого.

Макроелементи та їх функції

Такі макроелементи, як білки, вуглеводи та жири, є спільними в тому, що вони забезпечують енергію для організму. Мікроелементи, такі як мінерали або вітаміни, виконують більше допоміжної ролі в обміні речовин, тобто вони працюють як кофактори або коферменти (1).

Вуглеводи - основне джерело енергії для нашого організму. Вони також необхідні для синтезу ДНК та РНК, і в синергії з білками та жирами вони утворюють глікопротеїни та гліколіпіди, які працюють у клітинному зв'язку та передачі сигналів (1).

Білки служать і джерелом енергії, і субстратом для нашої будови тіла. У формі ферментів вони також працюють як молекулярні «інструменти» нашого метаболізму, що робить їх необхідними для роботи кожної біохімічної реакції. Утворюючи антитіла, вони є важливим елементом нашої імунної системи. Як структурні білки, вони складають будівлю нашої тканини і всю нашу морфологію. Міозин і актин, два важливі білки, необхідні для наших м’язів, а отже, і рухів тіла. Білки також необхідні для транспортування таких молекул, як кисень або залізо, і вони є факторами згортання крові, необхідними для гемостазу (1).

Жири, або жирні кислоти, забезпечують систему накопичення енергії для нашого організму. Крім того, вони необхідні для засвоєння жиророзчинних вітамінів, таких як вітамін Е, D, K та A. Вони є складовими клітинної мембрани та мієлінових оболонок і працюють як захисна подушка для наших органів (1).

Мікроелементи та їх роль у метаболізмі

Мікроелементи, такі як вітаміни, мінерали чи фітохімікати, є речовинами, які потрібно вживати всередину, але не забезпечують енергією. Вони необхідні для анаболічних та катаболічних реакцій нашого метаболізму. Оскільки мікроелементів тисячі, тут можна згадати лише декілька, що представляють приклади величезного різноманіття функцій.

Наприклад, йод є хімічним елементом, необхідним для синтезу гормонів щитовидної залози, що регулюють ріст, тироксину та трийодтироніну (1)
Залізо є важливим мікроелементом, необхідним для кровотворення. Він становить центральний атом кофактора рубця в гемоглобіні та міоглобіні і, отже, необхідний для транспорту кисню. Це також важливий компонент багатьох ферментів і частина ланцюга транспорту електронів у мітохондріях, необхідних для виробництва АТФ (1)
Вітамін К необхідний для активації факторів згортання крові, і він бере участь у метаболізмі кісток (1) (2)
Омега-3-жирні кислоти необхідні для функціонування клітинних мембран та для синтезу протизапальних простагландинів (1) (3)
L-аргінін є напівнеобхідною амінокислотою, яка є попередником для синтезу оксиду азоту, важливого другого вісника, що бере участь у розширенні судин та регуляції артеріального тиску (1) (4)

Що занадто багато чи замало робить для нашого тіла

Як видно з великої кількості функцій, що виконуються макро- та мікроелементами, як дефіцит, так і надлишок можуть призвести до метаболічних порушень.

Наприклад, голод, тобто дефіцит як макро-, так і мікроелементів, спричиняє кахексію і, врешті-решт, смерть. У дітей недоїдання може призвести до затримки росту.

Говорячи про середню форму, недоїдання може спричинити втому, апатію та депресію, атрофію м’язів, затримку загоєння ран, підвищений ризик інфекцій та зменшення серцевого викиду.

Загальними станами, пов’язаними з дефіцитом мікроелементів, є, наприклад, анемія (через нестачу заліза, вітаміну В12, фолієвої кислоти), остеопороз (зокрема кальцію, вітаміну D), зоб або кретинізм (йод), підгостра дегенерація спинного мозку (вітамін В12, фолієва кислота), спина біфіда (фолієва кислота), м’язові судоми (зокрема, магній) та імунні розлади (вітаміни А, D, Е; цинк, залізо, селен) (5). Відсутність таких фітохімікатів, як поліфеноли, також має наслідки для здоров'я, про що мова піде далі.

З іншого боку, надмірне харчування в кінцевому підсумку викликає ожиріння, що призводить до підвищеного ризику серцево-судинних захворювань, раку та інших захворювань. Наприклад, надмірне поглинання окремих специфічних речовин, таких як транс-жирні кислоти (6), миш'як (7), кадмій (8) та алкалоїди пірролізидину (9), також втручається в обмінні процеси та призводить до проблем зі здоров'ям.

Подальші розділи будуть детальніше розглядати конкретні механізми захворювання, на які можуть вплинути певні продукти харчування або дієти, тобто сигналізація та комунікація клітин за допомогою гормонів, запалення та окисного стресу. Два інших важливі механізми, такі як епігенетика та мікробіом людини, що впливають, зокрема, на імунну систему, вже детально обговорювались у двох окремих статтях в блозі.

Як надмірне споживання викликає метаболічні та гормональні порушення?

Надлишок їжі в кінцевому підсумку призводить до ожиріння (10). Ожиріння на гістологічному рівні описує наявність підвищеної кількості білої жирової тканини. У людини, що страждає ожирінням, адипоцити виділяють велику кількість жирних кислот через посилений ліполіз через регульовану симпатичну нервову систему (11). Ці вільні жирні кислоти викликають окислювальний стрес у різних тканинах, що призводить до дисфункції рецепторів інсуліну, резистентності до інсуліну та гіперглікемії. Вільні жирні кислоти також зменшують кількість утилізованої глюкози в м’язах, що додатково призводить до гіперглікемії (12).

Передбачається, що інсулін є проатерогенним гормоном, що сприяє розвитку серцево-судинних захворювань (13) (14).

Як дієта викликає рак?

Жирова тканина також виділяє адипокіни, що сприяють розвитку раку за допомогою стимуляції інсуліноподібного фактора росту-1 (IGF-1) та інших гормонів росту, які посилюють клітинну проліферацію або дедіференціацію завдяки мітогенним та антиапоптотичним сигнальним каскадам (15) (16). IGF-1 також посилює ангіогенез, що сприяє загальному зростанню раку (17). Сам лептин, один з добре досліджених адипокінів, має мітогенні, антиапоптотичні та прозапальні властивості, і всі вони беруть участь у канцерогенезі (18).

Не тільки жирова тканина білого кольору сприяє розвитку раку; це також дієтичні (про-) канцерогени, такі як мікотоксини, наприклад, які мають канцерогенні властивості. Афлатоксин із забрудненої цвіллю їжі утворює аддукти з ДНК, що індукує розвиток раку печінки (19). Бензо [а] пірен міститься переважно в м’ясі на грилі (20). Його метаболіти також впливають на ДНК, яка сприяє мутаціям і, отже, раку (21). Дисбаланс між про- та антиоксидантними компонентами у нашій їжі також може відігравати певну роль у формуванні раку (22), що буде пояснено в параграфі нижче.

Які існують механізми, за допомогою яких їжа викликає запалення?

Окислювачі та антиоксиданти також беруть участь у запаленні, інший основний механізм захворювання діє на харчування. Запалення - це клітинна реакція на травму, що характеризується посиленим кровотоком, лейкоцитарною інфільтрацією та місцевим продукуванням медіаторів з метою відновлення тканин (23). Це основний механізм захворювання. такі як метаболічний синдром, неалкогольно-жирова хвороба печінки, цукровий діабет та серцево-судинні захворювання (24).

Знову ж таки, саме переїдання, тобто ожиріння, є однією з найважливіших причин прозапального стану організму. Біла жирова тканина, точніше, вісцеральні жирові депо вивільняють адипокіни, які стимулюють цитокіни, такі як TNF-альфа, IL-1 та IL-6, які можуть викликати системне запалення (25) (26). Це ще один механізм, за допомогою якого жирова тканина викликає дисфункцію бета-клітин підшлункової залози, а отже, гіперглікемію і, зрештою, цукровий діабет (27).

Навпаки, негативний енергетичний баланс, тобто обмеження калорій, зменшує запалення (28).

Запалення також бере участь у розвитку атеросклерозу, викликаючи дисфункцію ендотелію та травму судин. На додаток до прозапальних адипокінів, а також ренін-ангіотензин-альдостеронової системи, отриманої з адипоцитів (29), запаленню сприяє підвищена кількість окисного стресу.

Окислювальний стрес - це метаболічний стан, що характеризується дисбалансом між наявністю активних форм кисню (АФК) та молекул антиоксидантів, здатних протидіяти появі вільних радикалів. Оскільки вільні радикали можуть пошкодити всі компоненти клітини, включаючи білки, ліпіди, а також ДНК, окислювальний стрес, тобто надмірна кількість АФК бере участь у більшості захворювань, від раку (30) (31)) до серцево-судинних захворювань ( 32) до нейрогенеративних (33) та психічних розладів (34). АФК-окислення ДНК є однією з основних причин мутацій, що сприяє канцерогенезу (35).

Молекули прооксидантів є побічним продуктом енергетичного обміну, спричиненого клітинним диханням, але існують також екзогенні джерела, такі як куріння, важкі метали або пестициди (36). Дієта може впливати на вироблення як про-, так і антиоксидантних молекул. Наприклад, збільшення споживання насичених жирних кислот збільшує окислювальний стрес, тоді як мононенасичені жирні кислоти виконують більшу роль антиоксиданта (37).

Дієтичні поліфеноли, що містяться у фруктах, овочах, темному шоколаді, чаї, каві чи вині, діють як антиоксиданти або посилюють експресію генів антиоксидантів і таким чином антагонізують запалення (38) (39).

Підводячи підсумок, їжа - це матерія, з якої ми побудовані, а її компоненти забезпечують наш метаболізм. Їжа впливає на нашу ДНК, усі наші системи органів, наше самопочуття. Ця стаття лише дає підказку про основні механізми захворювання та їх взаємодії, на які діє харчування. Вони будуть висвітлені далі в наступних статтях про харчування та хвороби.

Ця стаття є частиною серії "Сила харчування".