CIVILIZAČNÍ CHOROBY FUNKČNÍ POTRAVINY VĚDECKÉ PŘÍSTUPY ► Regulace váhy, citlivost k inzulinu a diabetes ► Výživa a kardiovaskulární onemocnění ► Zdraví a problémy kostí a osteoporóza ► Fyzická aktivita a fitness ► Výživa a nádorová onemocnění ► Mentální stav a chování ► Zdraví zažívacího traktu a imunita HLAVNÍ OKRUHY ZÁJMU Evropský program – zapojeno více než 160 vědců v rámci 5 evropského rámcového programu (akademičtí pracovníci, průmysl, veřejnost). EU projekt „Functional food Science in Europe“ Nutné dodat vědecké základy a důkazy pro vytváření požadavků a nároků na výživu a složky potravy. Ověření markerů expozice, zvýšeného nebo sníženého rizika onemocnění. Biomarkery a tzv. “surrogate“ (náhradní) markery Process for the Assessment of Scientific Support for Claims on Food (PASSCLAIM) Koncept vědeckých důkazů a odpovídajících zdravotních požadavků Kritéria pro vědecké zdůvodnění požadavků Příklad požadavků na funkční potraviny ovlivňujících citlivost k inzulinu ZDROJE MODULACE IMUNITNÍHO SYSTÉMU GENOMICS + PROTEOMICS CYTOMICS METABOLOMICS LIPIDOMICS vědecké směry od mapování vnitřního spektra lipidů v biologických systémech k popisu funkce a metabolismu jednotlivých lipidů. NUTRIGENOMICS PHARMACOGENOMICS TRANSCRIPTOMICS „OMICS“ Funkční potraviny, potraviny pro zvláštní lékařské účely Nutrigenomika, farmakogenomika relativně nové pojmy Cílem je individualizovat nebo perzonalizovat medicínu a výživu a nakonec zdraví spojením léků nebo potravy s individuálním genotypem. Lidský genom kóduje asi 30 000 genů, které jsou zodpovědné za produkci více než 100 000 funkčně odlišných proteinů. Kromě toho jsou geny ovlivněny epigenetickými modifikacemi (acytylace, metylace). Známé mutace způsobující onemocnění identifikovány asi u 1000 genů. Předpoklad, že chyba v každém genu je schopna způsobit odchylku. Každý člověk je geneticky (i epigeneticky) jedinečný a fenotypově odlišný. Potrava a výživa - zdraví a nemoc Stover PJ and Caudill MA J Am Diet Assoc 2008 Interakce živin a genomu Nutrigenetika vliv genetických variant na požadavek, utilizaci, toleranci a metabolismus živin vs. Nutrigenomika modulační úloha živin na evoluci genomu, frekvenci mutací, in-utero viabilitu Nutrigenomika zpětně ovlivňuje genetické variace pozorované v různých lidských populacích Farmakologický přístup beroucí v úvahu genotyp pacienta. S využitím genomových technik zkoumá funkčnost léčiv a odhaluje jejich nové cíle genetické „high-throughput“ techniky Cílem je individualizace léčby – účinnější terapie Interakce mezi léčivy a složkami potravy!!! Farmakogenomika vědecké odvětví studující interakce specifických genů, potravy a jejích bioaktivních složek. Je základem porozumění jak se liší zdravotní důsledky stravovacích návyků mezi jedinci a kdo a jak (prospěch, riziko) může být ovlivněn intervenčními strategiemi. Vychází z předpokladu, že - Výživa a její složky mohou měnit riziko vývoje onemocnění modulací mnoha procesů souvisejících s počátkem, incidencí, progresí a vážností onemocnění - Složky výživy působí na lidský genom přímo nebo nepřímo a mění expresi genů a jejich produktů - Výživa by mohla kompenzovat nebo zvýrazňovat účinky genetických polymorfismů - Důsledky výživy závisejí na rovnováze zdraví a nemoci a na genetickém pozadí jedince Nutrigenomika Úzké propojení nutrigenomiky s proteomikou a metabolomikou Identifikace molekulárních cílů pro nutriční doporučení Inovativní technologie (microarrays, high-throughput analysis,RNA interference, nanotechnologie) Synergie s farmakogenomikou získání masivních dat pro zvýšení biologické komplexnosti vyvíjených léčiv a výživových doporučení pro budoucí medicínu. Multidisciplinární přístupy + moderní technologie Řada složek potravy ovlivňuje genetické a epigenetické děje a tak ovlivňuje zdraví Jak esenciální (kalcium, zinek, selen, folate, vitamíny) tak neesenciální složky potravy významně ovlivňují zdraví. Modifikují řadu buněčných procesů spojených se zdravím a prevencí chorob včetně metabolismu karcinogenů, hormonální rovnováhy, buněčného signálování, kontroly buněčného cyklu, apoptózy, angiogeneze atd. jedna bioaktivní složka může ovlivňovat současně několik procesů. Revoluce v genetice a vznik „omics“ poskytují nový pohled na řadu hledisek zdraví včetně úlohy výživy v prevenci chorob. Rychle se vyvíjející analytické metody a informační technologie umožňují identifikaci a validaci molekulárních cílů bioaktivních složek potravy a jejich vztah ke změnám fenotypu. Úrovně působení složek potravy Trujillo E., J Amer Diet Assoc., 106, 2006 OMICS, farmakogenomika, nutrigenomika Goodacre R., J Nutr. Suppl., 2007 Pozitivní a negativní zpětná vazba!!! Od genotypu k fenotypu (genetická informace – proteiny) Trujillo E., J Amer Diet Assoc., 106, 2006 Biologické účinky bioaktivních složek potravy Afman L and Muller M, J Am Diet Assoc 2006 Dvě strategie nutrigenomického výzkumu Interindividuální reakce na složky výživy genové polymorfismy (malé rozdíly v sekvenci genů mezi jedinci), ovlivňují funkci a interakci proteinu. Single nucleotide polymorphisms (SNPs) – důležité pro rozdílnou reakci na složky potravy Genetická odpověď na jednotlivé složky potravy se mezi jedinci liší Např. selen – prevence nádorů jater kolonu, prostaty, plic Genetická variabilita zodpovídá za nejednotnou odpověď různých jedinců (polymorfismus genu pro glutation-peroxidázu – na selenu závislý antioxidační enzym). Účinky kofeinu – rizikový faktor osteoporózy u starších žen – závisí na variantě receptoru pro vitamin D. Více není vždy lépe! – zvýšený příjem některých složek potravy je škodlivý obecně zvýšený příjem energie – nerovnováha – obezita – nemoci Korelace BMI s řadou chorob včetně určitých typů rakoviny Polymorfismy pro proliferator-activated receptors (PPARs) – regulují expresi genů zahrnutých ve skladování a metabolismu tuků – vliv poměru nasycených a nenasycených mastných kyselin Důležité aspekty Reakce na kombinace potravin kombinace některých složek potravy jsou účinnější než jednotlivé komponenty. Např. sója s čajem synergicky snižují PCA – antigen spojený s rakovinou prostaty. Nutriční epigenetika Ovlivnění metylační struktury DNA – ovlivňění genové exprese. Některé dietetické faktory ovlivńují metylaci DNA a naopak metylační vzorec DNA ovlivňuje reakci na bioaktivní složky potravy. Bioaktivní složky modifikují nejen samotnou DNA, ale ovlivňují i transkripci (transcriptom) a translaci (vitamíny, minerály, fytochemikálie, makronutrienty) – výsledné změny metabolismu, buněčného růstu, diferenciace – význam pro rozvoj nemocí. DNA microarrays – detekce transkripce tisíců genů Nebezpečí nesprávné interpretace, je nutné uvažovat kvantitu a délku expozice – organismus se adaptuje RNA interference – blokuje expresi určitého genu – identifikace genů regulujících zásoby a metabolismus tuků Modely knock-out myší Další „omics“ – proteomics – úroveń translace – abnormální struktury proteinů Makro- a mikronutrienty působí změny na úrovni RNA, proteinů a metabolitů v buňkách a organismu detekovatelné novými technologiemi Trujillo E., J Amer Diet Assoc., 106, 2006 Ovlivnění metylace DNA složkami potravy Khan N. et al, Carcinogenesis 28, 2007 Apoptóza indukovaná dietetickými faktory Složky potravy indukující apoptózu nádorových buněk Stover PJ and Caudill MA J Am Diet Assoc 2008 Vznik rizikového fenotypu a onemocnění Ovlivnění in utero (včetně výživy) může ovlivnit pozdější riziko a náchylnost k onemocnění Afman L and Muller M, J Am Diet Assoc 2006 Komplexní, multifaktoriální, polygenní onemocnění Preventivní dietetické strategie – rané biomarkery Nutriční a farmakologická intervence se doplňují (společný molekulární cíl – např. PPAR) Metabolický syndrom Zdraví a prevence chorob (nedostatek a nadbytek potravy, správná výživa) Funkční potraviny Potraviny pro zvláštní lékařské účely Terapeutické využití –nutriční farmakologie (adjuvantní terapie, „disease specific nutrition“, nosiče léků Parenterální a enterální výživa DIETETICKÁ DOPORUČENÍ 28 Bezpečnost potravin https://www.bezpecnostpotravin.cz/stranka/informacni- centrum-bezpecnosti-potravin2.aspx Společnost pro výživu http://www.vyzivaspol.cz/ https://docplayer.cz/17806356-Vyzivova-doporuceni-pro- obyvatelstvo-ceske-republiky-se-zvlastnim-zretelem-na- tuky.html 29 Co jsou to výživová doporučení, kdo a jak je formuluje, z čeho vychází a čím se řídí. Jaké organizace se v ČR výživovými doporučeními zabývají, v jaké formě jsou výživová doporučení prezentována. Výživová doporučení vycházejí z fyziologické výživové potřeby člověka. Definují se pro jednotlivé populační skupiny, které se liší věkem, pohlavím, fyzickou zátěží, zvláštní skupinou jsou těhotné a kojící ženy. Doporučení jsou formulována buď jako výživové doporučené dávky (VDD) živin nebo jako doporučené dávky již konkrétních potravin, a to jak v podobě slovních doporučení, tak graficky. V ČR je nejčastějším grafickým znázorněním výživová pyramida, v poslední době také výživový talíř. Odborníci, kteří formulují výživová doporučení, sledují i skutečnou spotřebu potravin, stravovací návyky obyvatelstva a výživový stav populace. Cílem je postupně zlepšit výživový styl obyvatel tak, aby strava nejen nezhoršovala jejich zdravotní stav, ale naopak podporovala zdraví Čechů. Výživová doporučení vycházejí také z mezinárodních dokumentů. Světová zdravotnická organizace (World Health Organization – WHO) v roce 2004 vydala „Globální strategii pro výživu, pohybovou aktivitu a zdraví“, na kterou navazují „Obecná výživová doporučení pro obyvatele České republiky“, vydaná Ministerstvem zdravotnictví v roce 2005. V roce 2007 byl přijat pracovní dokument komise Evropských společenství s názvem „Strategie pro Evropu, týkající se zdravotních problémů, souvisejících s výživou, nadváhou a obezitou“ (bílá kniha). Nejaktuálnějším dokumentem jsou inovovaná „Výživová doporučení pro obyvatele ČR“, která v roce 2012 vydala Společnost pro výživu (občanské sdružení odborníků a pracovníků v oboru lidské výživy, založené v roce 1945). Ta jsou však určena především odborníkům. Pro občany je srozumitelnější tzv. „Zdravá 13“ neboli výživová doporučení pro dospělé obyvatelstvo ČR, kterou v roce 2006 vydala Společnost pro výživu ve spolupráci s Fórem zdravé výživy (občanské sdružení, založené v r. 1994). Fórum zdravé výživy také v roce 2013 inovovalo českou Potravinovou pyramidu. Zdroj: www.vyzivaspol.cz, www.fzv.cz 30 Jak se tvoří výživová doporučení „Tell me what you eat, and I will tell you what you are“ (J. A. Brillat-Savarin (1775-1826) „Tell me what you eat, what drugs you take, and your genotype, and I will tell you what you are“ . http://www.dietandcancerreport.org/ http://www.wiley.com/bw/journal.asp?ref=0029- 6643&site=1 http://www.eatright.org/ http://www.aicr.org/site/PageServer http://www.efsa.europa.eu/EFSA/efsa_locale- 1178620753812_ScientificDocuments.htm VYSOCE NENASYCENÉ MASTNÉ KYSELINY A MENTÁLNÍ ZDRAVÍ rostl.oleje rybí oleje VYSOCE NENASYCENÉ MASTNÉ KYSELINY (VNMK) Polyunsaturated fatty acids - PUFAs – mastné kyseliny s 2 i více dvojnými vazbami. Esenciální prekurzorové kyseliny řady n-6 a n-3 METABOLIZACE n-3 A n-6 VNMK Uvolňování a přeměna VNMK z membrán Neurony a gliové buňky obsahují vysoké množství VNMK (AA a zejména DHA) v membránách. Ovlivňují jejich vlastnosti související s přenosem signálů a aktivitou membránových proteinů. Jsou zdrojem eikosanoidů - prostaglandinů, leukotrienů (AA) a dokosanoidů a neuroprotektinu (DHA). AA a DHA ovlivňují produkci a přenos neurotransmiterů a DHA zesiluje komunikaci mezi neurony. V retině je nejvyšší koncentrace DHA v těle. DHA je klíčová pro přenos signálů (fotoreceptory – mozek) v retině Složení membránových lipidů ovlivňuje mentální zdraví. Ovlivňuje zejména interakce lipid-protein, které mají vliv na uvolňování a příjem neurotransmiterů a činnost membránových receptorů. Deficit VNMK v membránách může mít příčinu v nedostatečném přísunu z potravy, biochemické dysfunkci nebo oxidaci VNMK Souvislost s dalšími faktory (kouření, metabolický stav apod.) VNMK a mentální zdraví Lidský organismus konvertuje ALA na EPA a v menší míře na DHA, ale neefektivně (1-5%). Ženy mají lepší schopnost tézo konverze než muži. Konverze je redukována konzumací kompetujících MK, hlavně omega-6 kys. linoleové, jejíž obsah je ve stravě 10-20x vyšší. ALA – lněná semena, ořechy EPA, DHA – mořský plankton, řasy, tučné ryby Cílené „omega-3 potraviny“ vejce, margarín, jogurt atd. Zvířata krmena potravou obsahující omega-3 MK. ALA EPA DHA Zdroje omega-3 VNMK DHA je kritická pro řádný vývoj a funkce mozku, vývoj retiny v oku a vývoj cévního systému. Plod dává přednost přímo DHA před ALA, proto je důležité, aby těhotné ženy měly dostatečný přísun potravin bohatých na DHA, zejména v posledním trimestru těhotenství (ryby, rybí tuk). EPA a DHA jsou nutné i pro vývoj novorozence do 2 let (vývoj nervového systému a vidění). DHA je obsažena v mateřském mléce – obsah záleží na přísunu ve stravě matky. Umělé výživy by měly být obohaceny DHA Funkce DHA v organismu Složení mastných kyselin v cerebrálním cortexu krys krmených kontrolní dietou (C), rybím (FO nebo kokosovým (CF) olejem Složení mastných kyselin v mléce krys krmených kontrolní dietou (C), rybím (FO nebo kokosovým (CF) olejem Složení mastných kyselin v hippocampu krys krmených kontrolní dietou (C), rybím (FO nebo kokosovým (CF) olejem Inkorporace DHA do PE krysího mozku a retiny Hulbert AJ et al. Biol Rev 2005 Vztah mezi složením dietetických MK a složením MK ve 4 typech membrán krysích orgánů (játra, srdce, mozek) Hulbert AJ et al. Biol Rev 2005 0- žádný vztah, 1kompletní závislost Unsaturation index- počet dvojných vazeb ve všech MK Hulbert AJ et al. Biol Rev 2005 !! !! Reakce různých tkání potkana (složení fosfolipidů) na složení dietetických MK Omega-3 VNMK v léčbě psychických onemocnění omega-3 VNMK spojeny s - mentálními funkcemi (deprese, schizofrenie, maniodepresivní psychóza, násilí, agrese, hyperaktivita. - neurodegenerativními nemocemi (Alzheimerova a Parkinsonova choroba). Společným rysem jsou snížené hladiny EPA a DHA ( a někdy rovněž AA), které mohou podpořit rozvoj onemocnění. Studie souvislosti změn s kouřením u žen. 1-2g EPA/den je považována za optimální dávku, jsou však nutné další studie. Maniodepresivní psychóza – podávání 1-2 mg EPA k terapii – pozitivní účinky Některé studie prokazují snížený obsah omega-3 v membránách buněk u jedinců s agresivním chováním??? Potřeba dalších studií asi 1% US populace, řada neurologických a biochemických změn zahrnujících snížený obsah AA a DHA v membránách buněk. Některé studie prokazují pozitivní účinky nízkých dávek EPA podávaných spolu s dalšími léky. Schizofrenie Hulbert AJ et al. Biol Rev 2005 Složení hlavních MK ve fosfolipidech mozkového kortexu člověka (schizofrenie a kontrola) a krys (po dietetické manipulaci) Deprese jsou méně časté v zemích s vysokou spotřebou ryb (Japonsko, Korea, Island) a vyskytují se s vysokou frekvencí např. v USA, Kanadě, Německu. DEPRESE http://www.fatsoflife.com http://www.fatsoflife.com/fatsoflife/omega-3-fats.asp Kontrolní otázky k tématu 51 ●