נגישות
review 42

גיליון 42 – המלצות תזונתיות – מאי 2014

חשיבות צריכת הפוליפנולים בתזונת האדם – מגילוי להבנה, פרופ' יוסף קנר

פרופ' יוסף קנר, המכון לביוכימיה, מזון ותזונה, האוניברסיטה העברית, רחובות. 

 

מאז גילוי הפוליפנולים בשנות החמישים ועד העשור השני של שנות האלפיים, עבר המחקר תגליות ותהפוכות. ב-1993 פרסמנו ב-Lancet מאמר אשר גרם להתעניינות רבה בפוליפנולים מיין-אדום ובכלל בפיטו-כימיקלים מצמחים ובהשפעתם התזונתית האפשרית על בריאות האדם, בו הראינו, כי ע"י ריכוזים נמוכים מאד של פוליפנולים, ניתן למנוע תהליכי חמצוןex-vivo בLDL-. מאז התרחב והתפתח המחקר, לזיהוי המנגנונים המחברים בין צריכת פוליפנולים למניעת חימצון LDL, והוא מלווה בתגליות מעניינות, לצד שאלות רבות שעדיין נותרו פתוחות.

 

הפוליפנולים הינם מטבוליטים שניוניים, המיוצרים בצמחים בתגובה לעקות סביבתיות המופעלות עליהם. עקות אלו כוללות עקה פיסית, כימית, קרינת אור, טמפרטורות קיצוניות, התקפת מיקרואורגניזמים כמו וירוסים, בקטריות או פטריות. במהלך העקה נוצרים גם מיני חמצן פעיל, וכתגובה הצמחים מייצרים נוגדי חמצון, ובעיקר את הפוליפנולים, המאזנים ומבודדים את נזקי העקה. השימוש בפוליפנולים כנוגדי חמצון במזון נעשה כבר בשנות ה-50, שני נוגדי חמצון סינטטיים, ה- BHA וה-BHT אושרו לשימוש בתעשיית המזון כתוסף טכנולוגי, כבר אז. רוב הצמחים מייצרים פוליפנולים, אך ישנם כאלו המייצרים אותם ברמה גבוהה מאד כמו צמחי תבלין ורפואה. בשנות ה-80 המחקר שלנו התמקד בזיהוי צמחי תבלין ורפואה הגדלים בארץ, היכולים לשמש כמקור להפקת נוגדי חמצון טבעיים עבור תעשיית המזון. מבין המינים והקווים השונים מצאנו קו של רוזמרין וקו של מרווה-דלמטית שהכילו פי 10 עד פי 100 יותר פוליפנולים מאשר מינים אחרים. מעלי צמחים אלו הפקנו אולאורסינים עבור תעשייה המזון והקוסמטיקה (1). אלפי פוליפנולים זוהו בצמחים אך עדיין יותר מכך טרם זוהו. כיום ישנה התעניינות רבה להבין את תפקידיהם בתזונת האדם. רמת הפוליפנולים בדיאטה רגילה יכולה להגיע לכדי 1000 מג'/ליום, רמה זו הינה פי 10 מצריכת וויטמין C ופי 1000 מוויטמין E. מקורם בדיאטה נובע מצריכת פירות, ירקות, תבלינים ומשקאות כמו קפה, תה ויין-אדום. תבואות וקטניות תורמות אף הן לרשימת הצמחים המכילים פוליפנולים.

קנר 1 


הפוליפנולים ופעילותם בהיבט בריאותי

המחקר על פוליפנולים כנוגדי חמצון בעלי תגובה תזונתית אפשרית התחיל עם פרסום עבודותינו ב-1993 בנושא "הפרדוקס-הצרפתי" (2). בתחילת שנות ה-90, התפרסמה עבודה אפידמיולוגית מקיפה מאד על רמת התמותה ממחלות כלי-דם ולב בארצות אירופה. העבודה הראתה כי בארצות בהן התזונה עשירה בצריכת מוצרים מן החי ברמה גבוהה, בשומנים ובכולסטרול, אך דלה מאד במוצרים מהצומח, גבוהה מאד רמת התמותה. המחקר הראה כי בצרפת, למרות תזונה עשירה בשמנים וכולסטרול, רמת התמותה ממחלות כלי-דם ולב הייתה הנמוכה ביותר מבין כל הארצות, ולתופעה זו קראו "הפרדוקס-הצרפתי" (3), ושייכו אותה להשפעת האלכוהול הנמצא ביין-אדום. אנו שיערנו כי החומר הפעיל אינו האלכוהול, אלא הפוליפנולים הנמצאים ביין-אדום ברמה גבוהה מאד, פי 10 מזו הקיימת ביין-לבן (2,4,5). עד-מהרה הוכחנו כי ניתן, ע"י ריכוזים נמוכים מאד של פוליפנולים, למנוע תהליכי חמצוןex-vivo בLDL-, הידוע כגורם לאתחול מחלות כלי-דם ולב (2). המחקר, שהתפרסם ב-1993 ב-Lancet גרם להתעניינות רבה בפוליפנולים מיין-אדום ובכלל בפיטו-כימיקלים מצמחים והשפעתם התזונתית האפשרית על בריאות האדם. סריקה במד-ליין מראה, כי לפי הערך Polyphenols and Health ב-1993 פורסם מאמר אחד בלבד לעומת 284 ב- 2013.

השפעת הפוליפנולים in vivo מאחר והממצאים שלנו נתקבלו במערכת ,ex-vivo דהיינו, מניעת חמצון LDL אנושי במבחנה ולא באדם in-vivo, נבדקה השאלה באיזו מידה חומרים אלו מגיעים לפלסמת הדם, שם נמצא ה-LDL. הניסויים באדם נערכו לבדיקת ספיגת האנטוציאנים, שהם פוליפנולים הנמצאים ביין אדום ואחראים על צבע היין. עד מהרה מצאנו, כי פחות מ-1% מכלל האנטוציאנים שצרכו הנבדקים נתגלה בשתן והריכוז האפשרי שלהם בפלסמת הדם היה נמוך מ-M µ1 (6). ריכוז זה נמוך מאד, קטן פי 1000 מכלל נוגדי החמצון הנמצאים בפלסמת הדם, ולכן אינו נוגד חמצון יעיל במערכת הדם. ממצאים אלו אושרו ע"י מספר רב של עבודות מחקר, וכיום מקובל כי רמת ספיגת הפוליפנולים לדם נמוכה, וכי הם עוברים גלוקורוניזציה, מתילציה ופוספוטציה, והמטאבוליטים שלהם אינם חומרים בעלי פעילות נוגדת חמצון משמעותית ויעילה, לעומת אלו הקיימים באופן שוטף בדם האדם (7,8). כתוצאה ממספר רב של מחקרים, שנערכו עם חיות מעבדה ובני-אדם, מייחסים היום לתזונה עתירת פוליפנולים את היכולת למתן התפתחות מחלות כלי דם ולב וסוגים מסוימים של סרטן. המנגנון עדיין לא ברור בשלמותו, אך מוסכם כי הפעולה נוגדת החמצון של הפוליפנולים בדם זניחה, וזו איננה הסיבה למניעת מחלות כלי דם ולב באדם (8). המחקר שלנו הוליד תובנה חשובה שכנראה הפעילות העיקרית של הפוליפנולים על LDLאינה ישירה בדם, אלא בלתי ישירה בקיבה, וזו פועלת באופן עקיף על LDL (9).

הקיבה כצומת וביו-ראקטור להמשך תהליכי חמצון

בסוף שנות ה-90 העלנו השערה, כי הקיבה משמשת כנראה כביו-ראקטור להמשך תהליכי חמצון של מזון, תוך יצירת חומרים רעילים הנספגים בחלקם לגוף ומשפיעים בצורה מאד משמעותית על בריאותינו (9). מצאנו, כי הקיבה על מיצי העיכול שבה, מהווה מצע מצוין להמשך תהליכי חמצון של שמנים. פעילות זו מולידה רדיקלים חופשיים ומוצרי פירוק הנקראים ALEs (advanced lipid oxidation end-products) ובעיקר קרבונילים פעילים ציטו-טוקסיים, המועברים ממערכת העיכול למערכת הדם (10,11). מבין כל המזונות שבחנו בשר-אדום נמצא כמאכל המעודד ביותר תהליכי חמצון של שומנים בקיבה. במחקרים על חולדות ובבני אדם הוכחנו המשך חמצון ליפידים של בשר-אדום בקיבה (11), ומעבר מאד משמעותי של קרבונילים פעילים ממערכת העיכול למערכת הדם n-vivo, באדם. נמצא כי הקרבונילים מגיבים עם חלבונים פונקציונליים ובין היתר עם החלבון B-100 הנמצא על LDL וגורם לו לשינויים ההופכים אותו לאטרוגני, ובכך תורמים לאתחול תהליך האטרוגנסיס, המוליד מחלות כלי-דם ולב באדם (13,12). המחקר שלנו הראה, כי ניתן לשלוט בתהליך החמצון בקיבה ולמנוע אותו ע"י תוספת פוליפנולים ממקור של יין-אדום (13,11,12) קפה-טורקי (14), או מפירות וירקות (15), בתנאי שהם נצרכים בזמן הארוחה יחד עם בשר-אדום (איור 1). מחקרים קליניים שנערכו על בני אדם הראו, שעה לאחר צריכת בשר-אדום, עליה פי 3 ברמת הקרבוניל הפעיל בדם, ומניעת העליה בכ- 80% בקרבוניל הפעיל ע"י שתית יין-אדום או קפה-טורקי (13,14). לאחרונה הראנו כי צריכה עוקבת של בשר-אדום במשך 4 ימים העלתה את רמת ה-LDL שעבר קישור עם קרבוניל פי ~3 מרמתו ההתחלתית, אך שתית יין-אדום עם הארוחה מנעה לחלוטין את הקישור והשינויים על LDL (13) (איור 2). המחקרים הראו, כי מודל הקיבה הסימולטיבי (in-vitro) מסוגל לחזות את רמת הספיגה של הקרבונילים למערכת הדם באדם ( in-vivo) ברמת התאמה של 0.91 =r2. ממצאים אלו הופכו את המודל לשיטה מאד אמינה לבחינת התנהגות מזונות שונים בקיבה והשפעתם על בריאות האדם (14).

פעילות הפוליפנולים בהמשך מערכת העיכול

הפוליפנולים מכילים הרבה שארים הידוכסיליים, התורמים לא רק לתגובתם נוגדת החמצון, אלא גם לכושר שלהם לייצור קשרים מימניים עם מרכיבים רבים ובעיקר עם חלבונים. החמצן ההידרוכסילי עבר היברידיזציה, ותוך כדי כך סביבו נמצאים שני זוגות של אלקטרונים, "נונ-בונדינג", חופשיים ליצור קשרי מימן עם מולקולות אחרות. תכונה זו הופכת את הפוליפנולים, ובעיקר את אלו בעלי משקל מולקולארי גבוה, כמו "הטנינים" למאוד יעילים בקשירת חלבונים. בגלל תכונה זו אנו טועמים חומרים אלו, על הלשון, בתור חומרים עפיצים, מרירים, היוצרים תחושת יובש בפה. בשל אותה תופעה הפוליפנולים מגיבים עם אנזימי עיכול, ומשבשים את פעילותם, ולכן בתזונת בעלי חיים נחשבים לחומרים המקטינים ניצול חלבונים, ערך מכריע בכלכלת בעלי החיים. באופן פרדוקסלי, בגלל עיכוב פעולת אנזימי עיכול בבני-אדם, והקטנת ספיגת סוכרים ושומנים, נחשבים הפוליפנולים לחומרים היכולים למנוע השמנה (16). חסרונם, או לחילופין, עליה דרסטית בצריכתם, גורמים לכאבי בטן, ולספיגה גבוהה יותר לתוך מערכת הדם ולהצטברותם בכבד, דבר הגורם לנזקי כבד משמעותיים (17). הפוליפנולים בריכוזים גבוהים יכולים להיות ציטו-טוקסיים לתאים (17), ולכן הם יכולים לשנות את המיקרוביוטה במעי הגס.

הפוליפנולים, תקשורת תאית ובין תאית וייצור נוגדי חמצון אנדוגנים ע"י הגנום

ספרות מדעית מבוססת וענפה תומכת בדעה שתהליכים חמצניים גורמים ושותפים לתחלואה ולמחלות הגיל המבוגר. הדעה הרווחת גורסת כי וויטמינים נוגדי- חמצון ברמה גבוהה אין בהם כדי למתן מחלות כלי דם ולב ומיני סרטן (8). אין בכך לסתור חשיבותם לבריאות האדם! הפוליפנולים בנוסף לפעילותם כנוגדי חמצון בקיבה, שם הם נמצאים בריכוז גבוה, הם נספגים לדם ברמה נמוכה מאוד, פועלים באופן פרדוקסאלי באופן פרו-חמצני תוך ייצור מי-חמצן וקינונים. חומרים אלו מעודדים תהליכים מולקולאריים בתאים ברמה של .signaling כך למשל נמצא בעבודתנו, כי רסברטרול, כורכומין, ו TBHQ מעודדים את הפעלת גורם השעתוק Nrf2 באריטרוציטים, אשר מצידו מפעיל את הפרומוטור EpRE ((Electrophile response element לסינטזה של עשרות אנזימים וחומרים אנדוגנים בעלי פעילות נוגדת-חמצון בתאים (18). ממצאים דומים התקבלו בעבודה שהראתה הפעלת Nrf2 ע"י פוליפנולים מקפה בעכברים ובאדם (19). באופן זה, פוליפנולים שעוברים את מחסום המעי ומגיעים לדם, לכבד, ולאיברים שונים, פועלים באופן מניעתי, אך נעדרי כוח לרפא. מסיבות דומות, ריכוזים גבוהים מאוד של פוליפנולים בתזונה (תה ירוק, תה מרווה), שעוברים את מחסום המעי, יכולים לייצר רמות גבוהות של מי-חמצן שהופכים להיות רעילים לכבד (17). Hormesis הינו מושג יחסית חדש, המסביר כי חומרים מסוימים בריכוז נמוך עובדים באופן חיובי המונע או מרפא מחלות, בעוד שאותו חומר בריכוז גבוה הינו רעיל ופועל באופן שלילי. לרדיקלים חופשים, מי-חמצן ופוליפנולים מיחסיים כיום פעילות דומה של (20 ) Hormesis .

לסיכום

הפוליפנולים פעילים על בריאות האדם במספר אופנים: א- בקיבה, הם פועלים כנוגדי-חמצון, נדרשים בזמן הארוחה, רמתם היעילה תלויה ברמת החמצון בזמן הארוחה למניעת יצירת חומרים מזיקים והיעלמותם של רכיבים חשובים לבריאותינו (וויטמינים, אומגה-3 ). ב- הפוליפנולים משפעים על ספיגת רכיבי תזונה והמיקרוביוטה של המעי הגס, דרך פעילותם כחומרים היוצרים קשרי מימן עם חלבונים. ג- הפוליפנולים העוברים את מחסום המעי לדם (פחות מ- 1%), פעילים בייצור מי-חמצן וקינונים, שהם חומרים מחמצנים, ובריכוזים נמוכים ((Hormesis עובדים ברמת התא בעידוד תהליכים הגנתיים. כאשר ספיגתם לדם גבוהה – פעילותם רעילה ומזיקה. לידים: בתחילת שנות ה-90, התפרסמה עבודה אפידמיולוגית מקיפה מאד על רמת התמותה ממחלות כלי-דם ולב בארצות אירופה. המחקר הראה כי בצרפת, למרות תזונה עשירה בשמנים וכולסטרול, רמת התמותה ממחלות כלי-דם ולב הייתה הנמוכה ביותר מבין כל הארצות, ולתופעה זו קראו "הפרדוקס-הצרפתי", ושייכו אותה להשפעת האלכוהול הנמצא ביין-אדום. מוסכם כי הפעולה נוגדת החמצון של הפוליפנולים בדם זניחה, וזו איננה הסיבה למניעת מחלות כלי דם ולב באדם. המחקר שלנו הוליד תובנה חשובה, שכנראה הפעילות העיקרית של הפוליפנולים על LDLאינה ישירה בדם, אלא בלתי ישירה בקיבה, וזו פועלת באופן עקיף על LDL פוליפנולים שעוברים את מחסום המעי ומגיעים לדם, לכבד, ולאיברים שונים, פועלים באופן מניעתי, אך נעדרי כוח לרפא. מסיבות דומות, ריכוזים גבוהים מאוד של פוליפנולים בתזונה (תה ירוק, תה מרווה), שעוברים את מחסום המעי, יכולים לייצר רמות גבוהות של מי-חמצן שהופכים להיות רעילים לכבד.

מקורות

 

1- Kanner J, German JB, Kinsella JE. Initiation of lipid peroxidation in biological systems. Crit Rev Food Sci Nutr. 1987, 25,317-64. 2-Frankel EN, Kanner J, German JB, Parks E, Kinsella JE Inhibition of oxidation of human low-density lipoprotein by phenolic substances in red wine. Lancet. 1993, 341,454-7. 3- Renaud S, de Lorgeril M. Wine, alcohol, platelets, and the French paradox for coronary heart disease. Lancet. 1992,339,1523-6. 4-Kanner, J., Frankel, E., Granit, R., et al. Natural antioxidants in grapes and wines J. Agric. Food Chem. 1994, 42, 64-69 5- Kinsella, JE; Frankel, E; German, B; et al. Possible mechanisms for the protective role of antioxidants in wine and plant foods. Food Technol. 1993, 47, 85-8 6- Lapidot, T. Harel, S. Granit, R. Kanner,J., Bioavailability of red wine anthocyanins as detected in human urine J. Agric. Food Chem., 1998,46, 4297–4302 7- Kanner J, Gorelik S, Roman S, Kohen R. Protection by polyphenols of postprandial human plasma and low-density lipoprotein modification: the stomach as a bioreactor. J Agric Food Chem. 2012, 60, 8790-6. 8- Hollman PC, Cassidy A, Comte B, Heinonen M, Richelle M, Richling E, Serafini M, Scalbert A, Sies H, Vidry S. The biological relevance of direct antioxidant effects of polyphenols for cardiovascular health in humans is not established. J Nutr. 2011,141, 989S-1009S 9- Kanner J, Lapidot T. The stomach as a bioreactor: dietary lipid peroxidation in the gastric fluid and the effects of plant-derived antioxidants. Free Radic. Biol. Med. 2001, 31,1388-95. 10- Gorelik S, Ligumsky M, Kohen R, Kanner J A novel function of red wine polyphenols in humans: prevention of absorption of cytotoxic lipid peroxidation products. FASEB J.2008, 22, 41-6. 11- Gorelik S, Ligumsky M, Kohen R, Kanner J. The stomach as a "bioreactor": when red meat meets red wine. J Agric Food Chem. 2008, 56 , 5002-7. 12-Sirota R, Gorelik S, Harris R, Kohen R, Kanner J. Coffee polyphenols protect human plasma from postprandial carbonyl modifications. Mol. Nutr. Food Res. 2013 , 57,916-9. 13- Shlomit Gorelik, Joseph Kanner ,Daniel Schurr, Ron Kohen. A rational approach to prevent postprandial modification of LDL by dietary polyphenols, Journal of Functional Foods, 2013 , 5,163–169. 14-Sirota R, Gorelik S, Harris R, Kohen R, Kanner J. Coffee polyphenols protect human plasma from postprandial carbonyl modifications. Mol Nutr Food Res. 2013,57,916-9. 15- Shaham, I., Lipid oxidation in simulated gastric media and the antioxidant value of fruits and vegetables. M.Sc.Thesis Hebrew Univ. Rehovot, 2005. 16- McDougall GJ, Kulkarni NN, Stewart D. Current developments on the inhibitory effects of berry polyphenols on digestive enzymes. Biofactors. 2008, 34,73-80. 17- Lapidot T, Walker MD, Kanner J. Antioxidant and prooxidant effects of phenolics on pancreatic beta-cells in vitro. J Agric Food 2002, 50,7220-5. 18- Erlank H, Elmann A, Kohen R, Kanner J Erlank H1, Elmann A, Kohen R, Kanner J Polyphenols activate Nrf2 in astrocytes via H2O2, semiquinones, and quinones. Free Radic Biol Med., 2011 ,51,:2319-27. 19- Balstad TR, Carlsen H, Myhrstad MC, Kolberg M, Reiersen H, Gilen L, Ebihara K, Paur I, Blomhoff R. Coffee, broccoli and spices are strong inducers of electrophile response element-dependent transcription in vitro and in vivo – studies in electrophile response element transgenic mice. Mol Nutr Food Res. 2011 ,55,185-97. 20- Calabrese V1, Cornelius C, Dinkova-Kostova AT, Calabrese EJ, Mattson MP , Cellular stress responses, the hormesis paradigm, and vitagenes: novel targets for therapeutic intervention in neurodegenerative disorders. Antioxid Redox Signal. 2010 ,13,1763-811. .   איור 1 : השפעת פוליפנולים מהמזון על בלימת תהליכי חימצון שומנים בתוך הקיבה     Figure 1. Lipid peroxidation of foods and polyphenols acting as antioxidants within the stomach lumen.                 איור 2: השפעה אטרוגנטית לאחר ארוחה, המאותחלת ע"י ספיגת MDA lysine וקרבונילים אחרים, והאינטראקציה עם חלבונים על גבי הכילומיקרונים, המשפעלים מונוציטים ותאי אנדותל לייצור גורמי דלקת particles.