Download Alimentación, nutrición y dietética 20 IMPLICACIONES EN LA

V Congreso Internacional
Alimentación, nutrición y dietética
Conferencias Sección A: Nutrición y Dietética
IMPLICACIONES EN LA SALUD DE
LOS POLIFENOLES DE LA DIETA.
Celestino Santos Buelga
Universidad de Salamanca. Departamento de
Química Analítica, Nutrición y Bromatología,
Facultad de Farmacia. Campus Miguel de Unamuno,
37007-Salamanca
e-mail: [email protected]
Introducción
La dieta humana incluye gran variedad de componentes no nutritivos cuyo papel sobre la salud no está
bien establecido. Muchos de ellos no ejercen seguramente ningún efecto en el organismo en las
cantidades en que son ingeridos, pero otros, incluso en baja cantidad, podrían tener acciones benéficas.
Los compuestos fenólicos son el grupo más extenso de sustancias no energéticas presentes en
alimentos de origen vegetal, como frutas y hortalizas y sus productos derivados (zumos, confituras,
cervezas, vinos, ...). En los últimos tiempos se han acumulado evidencias de que algunos compuestos
fenólicos ingeridos con la dieta habitual pueden tener implicaciones sobre la salud humana, al haber sido
asociados en distintos estudios epidemiológicos con variaciones en la incidencia de enfermedades
cardiovasculares y algunos tipos de cáncer. Las sustancias polifenólicas se integran en dos familias
principales: ácidos fenólicos y flavonoides. Además de éstos hay otros compuestos fenólicos, entre los
que se incluyen diversos fenoles simples y estilbenos como el resveratrol. En el presente informe se
revisarán mayoritariamente los aspectos referidos a flavonoides.
Estructuras
Los flavonoides son compuestos fenólicos que se encuentran ampliamente distribuidos en frutas y
vegetales. Se clasifican en diversas familias de acuerdo al grado de insaturación y sustituyentes en el
heterociclo central. Dentro de cada familia pueden presentarse gran variedad de compuestos, que se
diferencian entre sí según el número y posición de grupos hidroxilo en la molécula y los distintos
sustituyentes que éstos pueden presentar (metilos, azúcares, ácidos orgánicos). En la figura 1 se
recogen las estructuras básicas de los principales tipos de flavonoides encontrados en alimentos.
Las flavonas y flavonoles poseen un grupo ceto en posición 4 y una insaturación entre los carbonos C2 y
C3; los flavonoles presentan un grupo hidroxilo adicional en C3. Habitualmente se encuentran en los
tejidos vegetales en forma de heterósidos. Se encuentran ampliamente distribuidos en todas plantas
superiores, aunque en las frutas suelen ser más abundantes los flavonoles. Las flavanonas
(dihidroflavonas) son análogos de las flavonas con el anillo C saturado. Constituyen un grupo minoritario
de flavonoides en los alimentos. Están, por ejemplo, en frutas cítricas. Las isoflavonas poseen el anillo
bencénico lateral en posición C3 y sólo suelen ser importantes en algunas leguminosas como la soja. Los
antocianos constituyen uno de los grupos más importantes de pigmentos vegetales. Existen siempre en
forma de heterósidos, cuyo aglucón (o antocianidina) es un derivado del ion flavilio, en el cual los tres
anillos de la estructura se encuentran conjugados. El aglucón, se encuentra unido a una o varias
moléculas de azúcar, que, a su vez, pueden estar esterificadas con diferentes ácidos orgánicos. Los
flavanoles se pueden encontrar en la naturaleza en forma de compuestos monómeros o condensados de
20
V Congreso Internacional
Alimentación, nutrición y dietética
Conferencias Sección A: Nutrición y Dietética
diverso grado de polimerización. Al contrario que en otros flavonoides, sus combinaciones de tipo
heterosídico son poco habituales, aunque se les puede encontrar esterificados sobre todo con ácido
gálico. Los flavanoles más comunes en los alimentos son los de tipo flavan-3-ol, que pueden existir en
forma de estructuras monómeras (catequinas) o condensados entre sí (proantocianidinas o taninos
condensados).
Ingesta alimentaria
No es posible evaluar con precisión la ingesta de polifenoles realizada con la dieta, ya que se carece de
datos suficientes y fiables sobre su contenido en alimentos. De modo muy general se ha estimado que
los ácidos fenólicos podrían representar aproximadamente 1/3 de los polifenoles ingeridos y los
flavonoides los 2/3 restantes. No obstante, tanto la cantidad como la proporción de los diferentes
polifenoles ingeridos van a variar ampliamente según el tipo de alimentos consumidos en función de los
hábitos dietéticos y las preferencias. Por ejemplo, los bebedores de cantidades importantes de café
pueden consumir más ácidos fenólicos que flavonoides. Las principales fuentes de flavonoides en la dieta
son las frutas y algunas bebidas (vino, té, cerveza, chocolate), mientras que las hortalizas, legumbres y
cereales contribuyen en menor extensión. Se estima que los antocianos y flavanoles (catequinas y
taninos condensados) constituyen las dos clases de flavonoides mayoritarios en la dieta, representando
en su conjunto más de 2/3 del total de la ingesta total de flavonoides. Hasta ahora se conoce el dato más
o menos preciso de ingesta de flavonas y flavonoles para la población holandesa, estimados en 2 y 21
mg/día respectivamente. Para isoflavonas se ha establecido un consumo de 30-40 mg/día en la población
japonesa. Para los flavanoles se han estimado consumos medios en torno a 50 mg/día, en el caso de la
población holandesa, y de 18 a 31 mg/día para la población española (con oscilaciones entre 12 y 47
mg/día, según regiones). No existen datos similares para el consumo de antocianos o de otros
flavonoides.
Actividad biológica de los flavonoides
La mayoría de los estudios disponibles sobre actividad biológica de flavonoides han sido realizados en
sistemas in vitro o ex vivo, generalmente utilizando compuestos purificados. Existen, sin embargo, pocos
estudios realizados in vivo, ya sea en animales o en el hombre. Los efectos más habitualmente
estudiados son la actividad antioxidante y captadora de radicales libres y la afinidad por proteínas, éste
último sobre todo en relación con flavanoles.
- Actividades antioxidante y captadora de radicales libres
Existen diversas especies de oxígeno altamente reactivas (‘reactive oxygen species’, ROS), como óxido
1
nítrico (NO), oxígeno singlete ( O2), anión superóxido (O2° ) o radicales hidroxilo (OH°) o alquil peroxilo,
que son regularmente producidas en nuestro organismo. Estos productos causan daño a lípidos,
proteínas y ácidos nucleicos y participan en la génesis de patologías diversas y del envejecimiento.
Contra ellos existen mecanismos fisiológicos de defensa, que actúan bien captando radicales,
complejando metales implicados en su formación o reparando los daños producidos. Se supone que el
consumo con la dieta de antioxidantes naturales, como vitaminas E y C, carotenoides o flavonoides
contribuye a estas defensas.
Los flavonoides tienen capacidad para actuar como antioxidantes y captar radicales, en virtud de las
propiedades reductoras de los múltiples grupos hidroxilos sustituyentes de sus anillos aromáticos y su
capacidad para deslocalizar el radical resultante dentro de su estructura, al generar un radical fenoxilo
relativamente estable. Entre las características estructurales con mayor influencia sobre la eficacia
antioxidante y captadora de radicales de los flavonoides se encuentran las siguientes:
a.
Presencia de un grupo hidroxilo en posición 3 en el heterociclo insaturado, que
contribuye activamente a la deslocalización electrónica. Cuando este grupo no existe o
está sustituido disminuye sustancialmente la actividad antioxidante.
21
V Congreso Internacional
Alimentación, nutrición y dietética
Conferencias Sección A: Nutrición y Dietética
b.
Existencia de un doble enlace en posición 2,3 junto con los grupos ceto en 4 e hidroxilo
en 3 del anillo C. Todos ellos aumentan la posibilidad de deslocalización electrónica a
través de la estructura y, por tanto, la capacidad antioxidante
c.
Estructura o-dihidroxi en el anillo aromático B. En los flavonoides con el anillo C saturado
(como los flavanoles), el sitio para la formación del radical es el anillo B. La existencia de
un solo grupo hidroxilo en este anillo no contribuye a la actividad antioxidante.
d.
La existencia de grupos hidroxilo libres en 5 y 7 del anillo A puede también contribuir a la
actividad antioxidante.
En algunos estudios epidemiológicos se ha relacionado el consumo de alimentos ricos en flavonoides con
cierta protección cardiovascular, asociándolo a su capacidad para proteger las lipoproteínas de baja
densidad (LDL) de su oxidación. La acción protectora de los flavonoides sobre la oxidación de las LDL in
vitro está bien establecida, pero no está tan claro que esta actividad pueda llegar a ejercerse in vivo. Para
ello los flavonoides no sólo deben poseer potencial donador de hidrógenos, sino también capacidad para
alcanzar este objetivo fisiológico, lo cual dependerá de su biodisponibilidad y de la accesibilidad a la fase
lipofílica de las LDL. Se desconocen aún los mecanismos de absorción y rutas de biotransformación de la
gran mayoría de los flavonoides. Sin embargo, no parece que, en general, vayan a encontrarse en el
plasma como tales en cantidad significativa, sino en forma de metabolitos más polares que, por lo tanto,
es difícil que lleguen a ser incorporados por las LDL. No obstante, aún en ese caso podrían seguir
ejerciendo un cierto papel protector de las mismas, como ocurre en el caso el ácido ascórbico, que
tampoco posee características lipófilas.
Además de presentar actividad antioxidante, los polifenoles que poseen grupos o-dihidroxifenil son
excelentes quelantes de metales de transición, como Fe(III), Al(III) o Cu(II), que juegan un papel
fundamental en la formación de radicales e influyen sobre la peroxidación lipídica. De este modo, la
complejación de metales por parte de los polifenoles contribuye a la protección frente al daño ejercido por
estos procesos. La complejación puede, además, tener otras consecuencias biológicas. Así, se pierde la
funcionalidad del agrupamiento o-dihidroxi y, por tanto, se reduce la capacidad reductora del compuesto
fenólico. Cuando la complejación se produce en el tracto gastrointestinal, se inhibirá la absorción de estos
metales. La capacidad para formar complejos de coordinación es menor en el caso del Fe(II), por lo que
su disponibilidad no se encuentra tan afectada por los polifenoles de la dieta, especialmente cuando se
encuentra asociado a la molécula de hemoglobina. Asimismo, la presencia de ácido ascórbico, que
favorece la formación de Fe(II), reducirá la captación del hierro por los polifenoles.
- Interacción con proteínas
Algunos polifenoles y, sobre todo, los taninos son capaces de unirse a proteínas. Estas interacciones son
básicamente un fenómeno de superficie, generalmente reversible, en el que las principales fuerzas que
intervienen son efectos hidrofóbicos reforzados por el establecimiento de algunos enlaces hidrógeno
entre grupos fenólicos, dadores de protones, y grupos carbonilo de las proteínas, aceptores. La fuerza de
la interacción depende tanto de la naturaleza de la proteína como de la de la molécula de tanino. Las
proteínas ricas en prolina, como colágeno, gelatina y proteínas salivares muestran la mayor afinidad. La
existencia de restos carbohidrato en las proteínas puede aumentar la afinidad y especificidad de la
interacción. Por parte de los taninos son factores importantes el peso molecular, la existencia de
galoilación y el grado de hidroxilación. En los taninos condensados (proantocianidinas) la afinidad por
proteínas aumenta a medida que lo hace el grado de polimerización desde el dímero al heptámero para
luego descender; no existiendo interacción apreciable en los compuestos más polimerizados. La
presencia de grupos galoilo conlleva un aumento de la afinidad por proteínas.
Muchos efectos fisiológicos, tanto benéficos como deletéreos, que se han asociado a los taninos de la
dieta pueden ser explicados por su capacidad para interaccionar con proteínas (enzimas, hormonas,
22
V Congreso Internacional
Alimentación, nutrición y dietética
Conferencias Sección A: Nutrición y Dietética
toxinas, etc). Es conocido que los animales monogástricos alimentados con dietas ricas en taninos tienen
menor ganancia de peso, lo que se atribuye a la interacción directa con proteínas de la dieta e inhibición
de enzimas digestivas. Estos efectos son parcialmente contrarrestados por diversos mecanismos
fisiológicos, como aumentos en la secreción de proteínas salivares y de algunas proteasas y lipasas
digestivas, así como de ácidos biliares, que neutralizan los efectos inhibitorios de los taninos sobre la
actividad hidrolasa del cepillo intestinal. La cantidad de proteínas salivares secretadas por herbívoros, y
posiblemente también por humanos, aumenta por la exposición dietética a taninos, en lo que se
considera un mecanismo de defensa frente a los mismos.
La afinidad por proteínas tiene también efectos beneficiosos. Plantas ricas en taninos se usan en
medicina tradicional para tratar diarreas, lo que se atribuye a la complejación de proteínas de la mucosa
del intestino con formación de una capa protectora. Otro mecanismo que puede contribuir a explicar la
acción antidiarreica de los taninos es la complejación de compuestos secretagogos, como la toxina del
cólera o la reina. Las proantocianidinas pueden también prevenir la caries dental al inhibir la actividad de
las glicosil transferasas que catalizan la formación de glucano insoluble a partir de glucosa, así como
también por inhibición de streptococci cariogénicos. La afinidad por proteínas, junto con la complejación
de metales necesarios para el metabolismo celular, se ha también relacionado con la actividad
antimicrobiana inespecífica que presentan algunos polifenoles.
Flavonoides y prevención del cáncer
Se ha sugerido que los flavonoides pueden ejercer un papel protector frente a algunos cánceres
humanos, basándose en sus efectos antioxidantes y complejación con proteínas. En estudios
epidemiológicos no se ha podido asociar la protección frente a mortalidad total por cáncer con la ingesta
de flavonas y flavonoles, para los cuales existen algunos datos relativamente fiables de presencia y
contenido en alimentos. No se dispone, sin embargo, de estudios similares para otros grupos de
flavonoides, ya que no existen datos suficientes sobre su distribución y contenido en alimentos. No
obstante, sí existen estudios epidemiológicos que relacionan el consumo de té con una reducción en la
mortalidad por cáncer, apoyados por datos obtenido en ensayos con animales. Así, se ha visto que
extractos de polifenoles del té administrados oralmente a ratas y ratones, tienen efectos protectores
frente a la carcinogenicidad inducida por diversos agentes químicos. El efecto protector se ha asociado a
flavanoles, al ser los flavonoides mejor representados en el té, tanto en forma de catequinas, como
epigalocatequina-3,O-galato (EGCG), principal compuesto fenólico del té verde, como de polímeros
derivados de su oxidación, existentes en té negro. Se ha visto que estos polímeros son capaces de inhibir
la mutagenicidad de agentes mutagénicos muy diversos en el test de Ames y que también son capaces
de inhibir la transformación ex vivo de líneas celulares de epidermis de ratón y la proliferación de células
de carcinoma epidérmico humano, tratadas con distintos agentes inductores, así como de promover la
apoptosis en líneas celulares de linfoma y cánceres de estómago humanos.
Aunque la mayoría de estudios tienden a demostrar la propiedades anticarcinógenas de los polifenoles,
también se han obtenido algunas evidencias en sentido contrario. Por ejemplo, la nuez de betel (rica en
proantocianidinas) se ha relacionado con cánceres de esófago en poblaciones humanas que la mastican
regularmente, aunque hay que tener en cuenta que también se trata de un producto rico en alcaloides.
Asimismo, extractos de esta planta se han mostrado mutagénicos en el test de Ames y han sido capaces
de inducir lesiones precancerosas en boca y estómago en animales. Igualmente, la quercetina es
altamente mutagénica en el test de Ames, aunque no ha podido demostrarse que sea carcinógena en
animales, posiblemente debido a su inactivación metabólica por conjugación, especialmente o-metilación,
que elimina la actividad redox de su agrupamiento o-dihidroxi.
Biodisponibilidad de flavonoides
La biodisponibilidad de los flavonoides no está aún bien establecida. Los escasos datos existentes
indican que sólo una pequeña parte del compuesto es absorbido como tal y encontrado en plasma u
23
V Congreso Internacional
Alimentación, nutrición y dietética
Conferencias Sección A: Nutrición y Dietética
orina. En general, los porcentajes de flavonoides recuperados en orina son inferiores al 7% del
compuesto ingerido y sólo para algunas isoflavonas, como genisteina y daidzeina, o flavanonas, como
hesperidina, se han obtenido en algunos estudios recuperaciones en torno al 25%. En condiciones
normales de ingestión de alimentos, los niveles de flavonoides intactos en plasma humano rara vez
exceden concentraciones del orden de 1 µM y, además, decrecen muy rápidamente, alcanzándose el
máximo aproximadamente 1-2h después de la ingestión. En estas condiciones es difícil que los
flavonoides como tales puedan llegar a ejercer una acción directa en el organismo, salvo en casos de
algunos compuestos concretos que sean mejor absorbidos o que una ingestión frecuente y repetida
pudiera llegar a inducir un fenómeno de acumulación.
Las características de absorción están determinadas por la estructura del flavonoide. Algunas clases de
flavonoides (flavonas, flavonoles, isoflavonas y antocianos) existen normalmente glicosilados, con
azúcares diversos, en una o varias posiciones de la molécula; los azúcares puede estar, además,
esterificados con distintos ácidos. Todo ello influirá sobre sus características de solubilidad en fase
orgánica y acuosa y, por tanto, determinará su capacidad para atravesar las membranas biológicas y su
reparto entre distintos compartimentos celulares. Así, por ejemplo, los aglucones de flavonoles son
mucho menos hidrofílicos que sus correspondientes glicósidos y, por tanto, podrán difundir más
fácilmente y través de las membranas biológicas. En compuestos glicosilados cabe pues suponer que
sea necesaria la pérdida del resto hidrofílico para que la pared del intestino delgado pueda ser
atravesada por difusión pasiva. En el organismo humano no parece existir desglicosidación no enzimática
en las condiciones ácidas del estómago. Por tanto, el primer paso del metabolismo debería ser la
eliminación del azúcar por enzimas glicosidasas, ya sean enzimas vegetales que puedan existir en el
alimento, endógenas del organismo o secretadas por la microflora del colon. Existen algunas enzimas
humanas endógenas que muestran actividad β -glucosidasa, como la lactasa florizin hidrolasa (LPH),
presente en la parte externa de la membrana del cepillo intestinal. Se ha visto que esta enzima es capaz
de separar la glucosa de algunos flavonoides, aunque no otros azúcares que no son sustratos
potenciales de la misma. Existen también β -glucosidasas citosólicas, tanto en intestino como en hígado,
aunque su papel en relación con la biotransformación de flavonoides no está bien establecido.
Algunos flavonoides, como los flavanoles no existen normalmente glicosilados, pero sí pueden
encontrarse acilados, especialmente con ácido gálico. La galoilación afecta menos al coeficiente de
reparto y no influye sobre la biodisponibilidad de modo tan drástico como la glicosilación. De este modo,
los flavanoles podrían atravesar las membranas biológicas sin desconjugación ni hidrólisis. En estos
compuestos, la absorción está también influida por el tamaño y las moléculas de elevada masa
molecular, como las proantocianidinas, no son fácilmente absorbidas en el intestino delgado. En estudios
realizados in vitro con monocapas de células intestinales humanas se ha observado que sólo los
monómeros, dímeros y trímeros son capaces de atravesar en cierta medida las líneas celulares.
Una vez que el aglucón es absorbido a través de la pared intestinal, los flavonoides son conjugados en el
propio epitelio intestinal por metilación, sulfatación y/o glucuronidación y, una vez que han cruzado la
barrera intestinal, sufrirán un proceso adicional de metabolización en el hígado. Sólo en el caso de
algunos antocianos y flavonoles se han detectado, aunque en baja concentración, los compuestos
inalterados y no conjugados en plasma humano. Las reacciones de conjugación no sólo facilitan la
excreción de los compuestos, sino que, además, como consecuencia de las mismas, en los tejidos
humanos no van seguramente a sobrevivir compuestos con grupos o-dihidroxifenil, lo que afecta a su
capacidad antioxidante y limita la formación de quinonas potencialmente tóxicas. Éste es un hecho muy
relevante, ya que la mayor parte de los estudios sobre flavonoides se han realizado en sistemas in vitro
utilizando compuestos intactos, cuyo destino fisiológico y actividad diferirán sustancialmente de los de los
aglucones y las formas conjugadas.
24
V Congreso Internacional
Alimentación, nutrición y dietética
Conferencias Sección A: Nutrición y Dietética
Los flavonoides no absorbidos pasarán al colon donde podrán ser metabolizados por la flora bacteriana.
Además, los compuestos absorbidos y metabolizados en el hígado pueden regresar al intestino vía
circulación enterohepática y alcanzar, así, el colon en una forma química diferente. El colon posee un
enorme potencial catalítico e hidrolítico. Las reacciones de desconjugación tienen lugar rápidamente,
liberando los aglucones de los flavonoides. Algunas bacterias son capaces también de hidrolizar los
aglucones hacia compuestos fenólicos más sencillos, como ácidos fenilacéticos y fenilpropiónicos, que
pueden ser absorbidos, como lo denota el hecho de que son encontrados en orina después del consumo
de flavonoides. Este tipo de metabolitos son ácidos aromáticos que aún poseen grupos fenólicos libres y
pueden, por tanto, retener parte de la capacidad reductora de la molécula madre. Esto contribuiría a
explicar el aumento en la capacidad antioxidante de plasma observada tras el consumo de productos
ricos en flavonoides, como el vino tinto, té o algunos zumos de frutas. Se debe también tener en cuenta
que las concentraciones de estos metabolitos (y también de flavonoides) serán mucho mayores en el
intestino que en plasma, por lo que no se puede descartar que ejerzan efectos locales.
Perspectivas
Con el objeto de llegar a establecer el posible papel de los flavonoides de la dieta en la prevención de
enfermedades es necesario profundizar aún en muchos aspectos. Entre otras se pueden señalar las
siguientes necesidades de investigación:
n
n
n
n
Obtener datos precisos sobre contenidos de flavonoides en alimentos, que permitan calcular de
manera fiable su ingesta dietética.
Conocer más sobre los procesos de absorción y biotransformación de flavonoides y establecer el
papel de la flora del colon en estos procesos.
Determinar los tipos de metabolitos formados y su actividad, ya que podrían contribuir de manera
más importante que los compuestos originales a explicar los efectos biológicos observados.
Establecer los receptores específicos a los cuales se unen los distintos metabolitos y los niveles de
los mismos que es necesario alcanzar en el tejido para desencadenar una respuesta benéfica para la
salud.
El conocimiento de estos aspectos permitirá establecer los potenciales efectos beneficiosos de los
flavonoides de la dieta y podrá también redundar en el establecimiento de recomendaciones dietéticas
optimizadas para grupos particulares de población, así como en el diseño de nuevos productos
alimentarios que puedan satisfacer necesidades futuras.
Algunas referencias de interés
n
Harborne, J.B. (ed). The Flavonoids. Advances in research since 1986. Chapman & Hall, Londres,
UK (1994).
n
Haslam, E. Practical Polyphenolics. From structure to molecular recognition and physiological
action. Cambridge University Press, Cambridge, UK (1998).
n
Kühnau, J. The flavonoids: a class of semi-essential food components. Their role in human
nutrition. World Rev. Nutr. Diet. 24: 117-191 (1976).
n
Lindsay, D.; Clifford, M. (guest editors). Special issue devoted to critical reviews produced within
the EU concerted action ‘Nutricional Enhancement of Plant-based Food in European Trade’
(NEODIET). J. Sci. Food Agric. 80 (2000).
n
Rice-Evans, C.A.; Packer, L. (eds.). Flavonoids in health and disease. Marcel Dekker, Inc., N
York, USA (1997).
n
Scalbert, A.; Williamson, G. Dietary intake and bioavailability of polyphenols. J. Nutr. 130 (8S):
2073-2085 (2000).
n
Steinmetz, K.A.; Potter, J.D. Vegetables, fruit, and cancer prevention: A review. J. Am. Diet.
Assoc. 96: 1027-1039 (1996).
25
V Congreso Internacional
Alimentación, nutrición y dietética
Conferencias Sección A: Nutrición y Dietética
3'
2'
4'
B
8
O
A
C
5
4
7
5'
1'
6'
2
6
3
R
R
OH
O
HO
R
OH
O
HO
R
OH
OH
O
OH
FLAVONAS
O
FLAVONOLES
R
OH
O
HO
O
HO
R
(OH)
OH
OH
O
OR
O
ISOFLAVONAS
DIHIDROFLAVONAS
R
R
OH
O
HO
R
OH
O
HO
R
+
OH
OH
OH
OH
ANTOCIANOS
FLAVANOLES
Figura 1. Estructura básica de flavonoides y principales familias presentes en alimentos.
26