5.2. Metabolizm lipidów krwi
W licznych badaniach przeprowadzonych na zwierzętach oraz w badaniach klinicznych na ludziach udowodniono hipocholesterolemiczny wpływ β-glukanów pochodzenia zbożowego zawierających wiązania (1→3)/(1→4)-β. Wpływ ten potwierdzono również w przypadku β-glukanów izolowanych z grzybów, zawierających wiązania (1→3)/(1→6)-β, jednak był on słabszy w porównaniu z β-glukanami zbożowymi. Brak jest natomiast danych literaturowych dotyczących wpływu β-glukanów z drożdży piwowarskich na gospodarkę lipidową zarówno zwierząt doświadczalnych, jak i ludzi .
W trakcie doświadczenia biologicznego zwierzęta, którym podawano diety uzupełnione β-glukanami HP i CMG oraz suszonymi drożdżami piwowarskimi, rosły w porównywalnym tempie. Masa ciała zwierząt po zakończeniu doświadczenia wynosiła od 390,8 do 412,3 g, a przyrosty dobowe od 6,5 do 7,2 g. Niewielkie różnice pomiędzy poszczególnymi grupami nie były statystycznie istotne. W grupach zwierząt otrzymujących β-glukany lub suszone drożdże piwowarskie wskaźnik efektywności żywienia (FER) nie różnił się istotnie i wynosił od 0,36 do 0,38 (tab. 4).
W tabeli 5 i na rycinach 10-11 przedstawiono wyniki określające wpływ β-glukanów i suszonych drożdży piwowarskich na stężenie cholesterolu całkowitego, cholesterolu frakcji HDL i LDL oraz triacylogliceroli w osoczu krwi szczurów.
Stężenie cholesterolu całkowitego we krwi szczurów z grupy kontrolnej, otrzymujących modelową dietę aterogenną (1% cholesterolu, 20% tłuszczu) wynosiło 3,79 mmol/l i było istotnie wyższe niż we wszystkich grupach doświadczalnych. W grupie kontrolnej stwierdzono również istotnie wyższe (p=0,043) stężenie frakcji LDL (1,8 mmol/l). Stężenie cholesterolu całkowitego we krwi szczurów, którym podawano preparaty β-glukanów ze zużytych drożdży piwowarskich w ilości dziennej równej 100 mg/kg masy ciała lub preparat ze zużytych drożdży piwowarskich wynosiło od 2,82 do 2,97 mmol/l. Różnice pomiędzy tymi trzema grupami były jednak nieistotne statystycznie. Stężenie frakcji LDL-cholesterolu wahało się w tych grupach odpowiednio od 1,09 do 1,11 mmol/l (tab. 5).
Rycina 10.
Stopień obniżenia stężenia cholesterolu całkowitego we krwi obwodowej zwierząt doświadczalnych na dietach aterogennych spowodowany suplementacją diety preparatami β-glukanów i zużytych drożdży piwowarskich (*/ jednakowe litery oznaczają brak istotnej różnicy).
Stwierdzono, że suplementacja diety preparatem z drożdży piwowarskich przyczyniła się do uzyskania niższego stężenia cholesterolu całkowitego o 21,6%. W grupach zwierząt, którym podawano diety zawierające β-glukany w dawce dziennej 10 i 100 mg/kg masy ciała, stężenie cholesterolu całkowitego we krwi było niższe niż w grupie kontrolnej o 22,2% (w grupie z β-glukanem BG-CMG100) i o 25,6% (w grupie z β-glukanem BG-HP100) – ryc. 10. W grupach tych frakcja LDL-cholesterolu była odpowiednio niższa o 38,3 do 39,1% w porównaniu z grupą kontrolną (ryc. 11).
Rodzaj β-glukanów z zużytych drożdży piwowarskich (BG-CMG i BG-HP) nie wpływał istotnie na poziom cholesterolu całkowitego we krwi (p = 0,638), natomiast istotny wpływ miała ich dawka (p = 0,002). U szczurów z grupy kontrolnej na modelowej diecie atrogennej (1% cholesterolu, 20% tłuszczu) cholesterol frakcji HDL stanowił 41,7% cholesterolu całkowitego, a cholesterol frakcji LDL – 47,5%. Zastosowanie badanych preparatów w suplementacji diety spowodowało zmiany w konfiguracji tych frakcji prowadzące do obniżenia udziału frakcji LDL i zwiększenia procentowego udziału cholesterolu frakcji HDL. Zmiany tych frakcji w cholesterolu całkowitym (frakcja LDL-cholesterolu poniżej 40% cholesterolu całkowitego), były szczególnie widoczne w grupach szczurów, którym podawano preparaty CMG i HP β-glukanu ze zużytych drożdży piwowarskich w ilości odpowiadającej 100 mg/kg masy ciała dziennie.
Ryc. 11.
Zmniejszenie stosunku frakcji LDL i HDL-cholesterolu oraz triacylogliceroli we krwi obwodowej zwierząt doświadczalnych na dietach aterogennych wywołane suplementacją diety preparatami β-glukanów i suszonych drożdży piwowarskich (*/ jednakowe litery oznaczają brak istotnej różnicy).
W tabeli 6 przedstawiono stosunek czynników aterogennych badanych preparatów. Stosunek frakcji HDL do Chol-C oraz HDL do LDL, po zakończeniu eksperymentu był w każdym przypadku istotnie wyższy w porównaniu z grupą kontrolną, co sugeruje, że każdy z badanych preparatów, niezależnie od rodzaju i dawki, istotnie poprawia gospodarkę lipidową zwierząt żywionych dietą aterogenną.
Suszone zużyte drożdże piwowarskie podawane zwierzętom w dziennej dawce 100 mg/kg masy ciała przyczyniły się do obniżenia stężenia TG we krwi w stosunku do grupy kontrolnej o 27,2% (p = 0,008) – tab. 7, ryc. 12.
| Grupa – czynnik doświadczalny | TG – triacyloglicerole | |
| CONTROL | 0,90a ± 0.07 | |
| β-glukany | β-glukan BG-CMG10 | 0.72b ± 0.06 |
| β-glukan BG-CMG100 | 0,67b ± 0,04 | |
| β-glukan BG-HP10 | 0,74b ± 0.02 | |
| β-glukan BG-HP100 | 0,76b ± 0,04 | |
| SBY – spent brewer’s yeast | 0,66b ± 0,09 | |
| SEM2 (p3) | 0,019 (0.008) | |
Tabela 7.
Wybrane parametry lipidowe krwi obwodowej zwierząt badanych na dietach aterogennych, suplementowanych β-glukanami i preparatem suszonych drożdży piwowarskich 1/.1/ wartości średnie ± odchylenie standardowe dla n = 7 lub 8; 2/ SEM – błąd standardowy średni; 3/ ANOVA, p < 0,05; identyczne znaki literowe w kolumnach oznaczają brak istotnej różnicy między porównywanymi wartościami średnimi
Rysunek 12.
Procent obniżonego (w stosunku do grupy kontrolnej) stężenia triacylogliceroli (TG) w osoczu krwi u szczurów na dietach aterogennych suplementowanych β-glukanami i suszonymi drożdżami piwowarskimi (*/ identyczne litery oznaczają brak istotnej różnicy).
Analiza dwuczynnikowa wykazała brak istotnego wpływu rodzaju β-glukanów (rozpuszczalne i nierozpuszczalne) (p=0,091). Również dawka tych beta-glukanów nie miała wpływu na wskaźnik redukcji TG we krwi szczurów (p=0,786).
W tabeli 8 zestawiono całkowitą zawartość lipidów i cholesterolu w wątrobie szczurów na dietach aterogennych suplementowanych β-glukanami i suszonymi drożdżami piwowarskimi. Zawartość lipidów przedstawiono zarówno w ekwiwalencie tzw. tkanki mokrej, jak i w suchej masie, natomiast zawartość cholesterolu w ekwiwalencie tkanki mokrej oraz w odniesieniu do całkowitej zawartości lipidów.
Totalna zawartość lipidów w świeżej masie wątroby szczurów nie różniła się istotnie (p=0,110) we wszystkich grupach i wynosiła od 18,4 do 20,9 g/100 g tkanki mokrej. Analiza statystyczna wykazała, że rodzaj badanych β-glukanów (p=0,287) nie miał wpływu na stężenie lipidów w wątrobie, natomiast istotnie lepsze efekty obserwowano przy zastosowaniu wyższej dawki (p=0,003).
W porównaniu z poziomem cholesterolu stwierdzono, że ani rodzaj (p=0,444), ani ilość β-glukanów (p=0.720) w diecie, nie wpływają istotnie na stężenie cholesterolu w wątrobie.
W tabeli 9 przedstawiono procentowy udział nasyconych kwasów tłuszczowych (SFA), jednonienasyconych kwasów tłuszczowych (MUFA) i wielonienasyconych kwasów tłuszczowych (PUFA) w ogólnej puli lipidów w wątrobach. Na stężenie tych grup kwasów tłuszczowych nie miały wpływu zastosowane β-glukany, lecz ich dawka (p=0,018).
Rodzaj β-glukanu z zużytych drożdży piwowarskich nie wpływał istotnie na stosunek metabolizmu parametrów lipidowych krwi u szczurów na diecie aterogennej zawierającej 1% cholesterolu. Stężenie frakcji HDL-cholesterolu i triacylogliceroli we krwi szczurów nie zależało w tym przypadku ani od rodzaju β-glukanu, ani od jego dawki.
Z danych literaturowych wynika, że aktywność hipolipemizująca β-glukanów zbożowych zależy od wielkości cząstek, a więc i masy cząstek. Zastosowanie w suplementacji diety beta glukanów o wyższej lepkości i większej masie cząstek daje lepszy efekt hipocholesterolemiczny. Masa cząsteczkowa jest istotnym czynnikiem wpływającym na efekt hipocholesterolemiczny β-glukanów, ale również istotne jest zwrócenie uwagi na metodę jej oznaczania. Ze względu na różnorodność metod stosowanych przez różnych badaczy, trudno jest porównać wyniki doświadczeń prezentowanych przez różnych autorów. Efekt hipocholesterolemiczny u ludzi, wynikający ze spożywania β-glukanów zbożowych, zależy również od dawki, okresu suplementacji diety, a nawet wieku badanych osób. Przyjmowanie β-glukanów w dawce 3 g dziennie przez 4 tygodnie, obniżało stężenie cholesterolu we krwi dzieci i młodzieży z łagodną hipercholesterolemią o około 6-7%. Po 40 dniach spożywania diety zawierającej od 1 do 5% β-glukanu z jęczmienia, stężenie cholesterolu całkowitego zmniejszyło się o 39%, frakcji LDL cholesterolu o 61%, a triacylogliceroli o 21%.
Znaczące wyniki uzyskano również w wyniku 5% suplementacji diety szczurów β-glukanem z boczniaka ostrygowatego (Ostreatus Pleurotus). Taki poziom w diecie nisko- i wysokocholesterolowej obniżał stężenie cholesterolu, w tym frakcji LDL i VLDL cholesterolu, w obu przypadkach o ok. 30% w osoczu krwi i o ok. 50% w wątrobie, co wiązało się jednocześnie z obniżeniem aktywności reduktazy HMG-CoA.
Praca ta nie potwierdziła istotnych różnic pomiędzy hipocholesterolemicznym działaniem β-glukanu karboksymetylowanego (rozpuszczalnego, o większej masie cząsteczkowej) i natywnego (nierozpuszczalnego).
Wpływ β-glukanów na metabolizm lipidów zależy w dużym stopniu od wielkości ich cząsteczek. Karboksymetylowany β-glukan wyizolowany w laboratorium z drożdży piekarskich Saccharomyces cerevisiae, pomimo dobrej rozpuszczalności i wysokiej widzialności, wykazywał bardzo niską aktywność hipocholesterolemiczną. Autorzy tłumaczą to faktem, że oprócz procesu karboksymetylacji, β-glukan ulegał dodatkowej depolimeryzacji cząsteczek za pomocą ultradźwięków. Doprowadziło to do znacznego obniżenia jego masy cząsteczkowej, a tym samym zmienił się kierunek jego prozdrowotnego oddziaływania.
W badaniach na ludziach stosujących β-glukany zbożowe w diecie, czynnik aterogenny wyrażony stosunkiem cholesterolu HDL do cholesterolu LDL, w prawie każdym przypadku był podwyższony w porównaniu z grupą kontrolną. Podobny efekt uzyskano w badaniach opisanych w niniejszej pracy. Suplementacja diety β-glukanem wyizolowanym z zużytych drożdży piwowarskich oraz preparatem drożdży suszonych wpłynęła na wartość stosunku HDL/Chol-total oraz stosunku HDL/LDL. W każdym przypadku suplementacji diety wskaźniki te były istotnie korzystniejsze niż w grupie kontrolnej, w której stosowano wyłącznie dietę aterogenną .
Suszone zużyte drożdże piwowarskie podawane zwierzętom w diecie w ilości 0,5% diety, były równie skuteczne jak preparaty β-glukanów z nich przygotowane i przyczyniły się do obniżenia stężenia we krwi: cholesterolu całkowitego o 21.6%, frakcji LDL – o 28,2% i triacylogliceroli o 27,2% w stosunku do grupy kontrolnej.
Dostępne dane literaturowe dotyczące wpływu suplementacji diety preparatami drożdży jako źródła błonnika pokarmowego dotyczą w większości przypadków innych rodzajów lub gatunków drożdży. W badaniach na otyłych mężczyznach z hipercholesterolemią wykazano, że spożycie 15 g błonnika z zużytych drożdży piwowarskich (zawierających β-glukan) korzystnie obniżało stężenie cholesterolu całkowitego we krwi, zwiększając stężenie cholesterolu frakcji HDL. Jednocześnie nie obserwowano zmian w stężeniu triacylogliceroli we krwi. Autorzy nie podali jednak dokładnego składu włókna drożdży, co utrudniało porównanie tych wyników z rezultatami uzyskanymi w niniejszej pracy .
Obniżenie stężenia cholesterolu całkowitego we krwi zwierząt doświadczalnych, w wyniku suplementacji diety drożdżami, może być wynikiem nie tylko zawartego w nich β-glukanu, ale również obecności skwalenów. Zdolność do korygowania gospodarki lipidowej krwi w wyniku suplementacji diety drożdżami może wynikać z właściwości prebiotycznych zarówno całych suszonych komórek drożdży, jak i zawartych w nich beta glukanów, dzięki którym można dodatkowo korygować skład naturalnej flory bakteryjnej .
Jak pokazują wyniki badań, na stopień otłuszczenia wątroby istotny wpływ miała dawka beta glukanów z zużytych drożdży piwowarskich, natomiast rozpuszczalność nie miała znaczenia statystycznego. Oba badane preparaty β-glukanów podawane w dziennej dawce 100 mg/kg masy ciała, skutecznie chroniły wątrobę przed nadmiernym otłuszczeniem.
Rodzaj β-glukanów ze zużytych drożdży piwowarskich oraz ich ilość zastosowana w diecie nie miały jednak wpływu na stężenie cholesterolu w wątrobach. W porównaniu z grupą kontrolną udział cholesterolu w lipidach wątroby był w każdym przypadku istotnie niższy. Dwuczynnikowa analiza wariancji wykazała, że wyższa dawka β-glukanów w diecie, tj. 100 mg/kg masy ciała dziennie, przyczyniła się do wyższej koncentracji wielonienasyconych kwasów tłuszczowych (PUFA) w wątrobach i jednocześnie niższej koncentracji nasyconych kwasów tłuszczowych (SFA). Dawka β-glukanów nie miała istotnego wpływu na stężenie jednonienasyconych kwasów tłuszczowych (MUFA). Na stężenie wszystkich tych grup kwasów tłuszczowych nie miał wpływu rodzaj zastosowanych β-glukanów. Suszone zużyte drożdże piwowarskie, podobnie jak β-glukany, również przyczyniły się do uzyskania niższego stężenia cholesterolu w przeliczeniu na mokrą tkankę wątroby.
Beta glukany, niezależnie od pochodzenia, pełnią w organizmie ssaków funkcję błonnika pokarmowego, dlatego ich działanie hipocholesterolemiczne może być związane z mechanizmem uznanym dla błonnika pokarmowego. Znany jest wpływ rozpuszczalnych frakcji błonnika pokarmowego na stężenie cholesterolu w organizmie, poprzez wiązanie kwasów żółciowych w jelicie i w konsekwencji zwiększenie ilości kwasów żółciowych wydalanych z kałem. Powoduje to zmniejszenie puli soli żółciowych zdolnych do udziału w syntezie cholesterolu w wątrobie oraz rozregulowanie miceli w jelitach, co utrudnia wchłanianie lipidów. Cholesterol zamiast do syntezy lipoproteidów jest wykorzystywany do syntezy kwasów żółciowych, co przyspiesza jego krążenie, a jego stężenie w osoczu ulega obniżeniu .
Hipocholesterolemiczne działanie badanych β-glukanów można również porównać z działaniem znanego prebiotyku (inuliny) i błonnika owsianego. Inulina ulegając fermentacji w jelicie grubym wpływa na proporcje produkowanych SCFA, zmniejszając ilość produkowanego oktanu, a zwiększając poziom kwasu propionowego i masłowego. Jest to szczególnie korzystne, gdyż oktan działa jako symulator, a propionian jako inhibitor syntezy cholesterolu. Badania in vitro wykazały, że kwas propionowy hamuje syntezę cholesterolu i kwasów tłuszczowych w wątrobie. Wydaje się, że połączenie zwiększonego wydalania kwasu żółciowego z kałem i nieznacznego obniżenia syntezy cholesterolu w wątrobie ma na celu obniżenie stężenia cholesterolu całkowitego i frakcji LDL we krwi.
Suplementacja diety szczurów preparatami β-glukanów z badanych w niniejszej pracy zużytych drożdży piwowarskich oraz preparatem suszonych drożdży piwowarskich przyczynia się do korzystnego obniżenia stężenia cholesterolu we krwi, przy jednoczesnym osiągnięciu korzystniejszej w stosunku do grupy kontrolnej zawartości mikroflory jelitowej, związanej zwłaszcza ze zwiększoną liczbą bakterii Bifidobacterium kwasu mlekowego, co wykazano w równolegle prowadzonych badaniach.
Dość trudno jest wyjaśnić przybliżony mechanizm obniżania stężenia cholesterolu pod wpływem prebiotyków. Sugeruje się jednak zwiększone wydalanie cholesterolu z kałem poprzez utrudnienie tworzenia łatwostrawnych miceli tłuszczowych. U szczurów potwierdzono zwiększone wydalanie cholesterolu z kałem, a podobne badania przedstawiają ten mechanizm również u ludzi. Możliwe jest, że niektóre bakterie kwasu mlekowego mogą bezpośrednio przyswajać cholesterol. Istnieją dowody na to, że fruktooligosacharydy (FOS) obniżają syntezę triacylogliceroli w wątrobie, jednak do tej pory mechanizm nie został poznany.
Podobne znaczenie jak probiotykom przypisuje się również prebiotykom. Prebiotyki wzbudzają jeszcze większe zainteresowanie ze względów praktycznych – charakteryzują się większą trwałością niż probiotyki, ich aktywność nie jest uwarunkowana żywotnością mikrobów po spożyciu i mogą być dodawane do wielu produktów spożywczych jako jeden ze składników. Niewiele jest dostępnych badań dotyczących badań na ludziach, dlatego większość wniosków wyciągnięto na podstawie badań na zwierzętach. Na przykład u szczurów po 5-cio tygodniowym podawaniu inuliny zaobserwowano znaczne obniżenie stężenia triacylogliceroli. Natomiast u ludzi podawanie oligofruktozy przez 4 tygodnie nie prowadziło do obniżenia triacylogliceroli i cholesterolu. Sugeruje się szczególnie silny wpływ prebiotyków na obniżenie frakcji VLDL .