American Journal of Clinical Nutrition, Vol. 70, No. 3, 475S-490S, September 1999

Влияние употребления овощей и фруктов на здоровье: оценка механизмов действия

Johanna W Lampe
From the Cancer Prevention Research Program, the Fred Hutchinson Cancer Research Center, Seattle.

Реферат

Эпидемиологические данные поддерживают связь между высоким потреблением овощей и фруктов и более низким риском хронических болезней. Имеются несколько вероятных причин, почему употребление овощей и фруктов может замедлить или предотвращать начало хронических болезней. Овощи и фрукты - богатые источники различных нутриентов, включая витамины, минеральные элементы, пищевые волокна и многие другие классы биологически активных компонентов. Эти вещества могут иметь дополнительное действие, включая модуляцию детоксификационных ферментов, стимуляцию иммунной системы, уменьшение агрегации тромбоцитов, модуляцию синтеза холестерина и метаболизма гормонов, уменьшение кровяного давления, антиоксидантное, антибактериальное и антивирусное действие. Хотя эти эффекты были исследованы прежде всего на животных моделях, экспериментальные исследования человека также показали способность овощей, фруктов и их компонентов модулировать некоторые профилактические механизмы. Исследования человека в основном были направлены на связь с риском болезни.

Введение

Тысячи биологически активных веществ были идентифицированы в растительных продуктах питания, таких как зерно, орехи, бобы, овощи и фрукты. Из этих групп, овощи и фрукты имеют наибольшее ботаническое разнообразие. Только в Западной диете используются корни, листья, стебли, плоды и семена представителей более 40 ботанических семейств.

Диета, богатая овощами и фруктами может защищать от болезней сердечно-сосудистой системы (1), некоторых видов рака (2) и хронических болезней. Доказательства этой связи происходят из исследований дизайна случай-контроль и экологических исследований. Аналитические и эпидемиологические исследования также указывают на возможную причинную связь. В некоторых случаях эти исследования указывают, что диета или образ жизни, скорее чем индивидуальная конституция, играют роль в предотвращении болезни. Например, Serdula (3) показал, что частота употребления в пищу свежих фруктов и овощей увеличивается при увеличении уровня физической активности, и что употребление фруктов и овощей было более низким у имевших сидячую работу, много курящих или пьющих людей. Интервенционные исследования человека с болезнью были бы идеальным тестом наличия причинной связи, но мы не имеем возможности проведения плацебо-контролируемых, рандомизированных исследований, чтобы изучить влияние большого числа сочетаний и дозировок различных продуктов и других факторов питания на исход болезни.

Большое число исследований культур клеток и животных моделей дало много информации относительно механизмов, посредством которых диета богатая фруктами и овощами может снижать риск хронических болезней у человека. Однако, не всегда ясно, можно ли эффекты, наблюдаемые у животных при использовании высоких доз исследуемого продукта, экстраполировать для человека. Не ясно, является ли биология животных, которая влияет на риск болезни при использовании высоких доз исследуемого продукта, функциональной в той же самой степени для человека, употребляющего реально меньшее количество продукта, как часть обычной диеты. Поэтому, сначала проводятся исследования на культурах клеток, затем изучается, как эти вещества действуют in vivo, как они абсорбируются и метаболизируются организмом и попадают ли они в исследуемые ткани. Например, некоторые вещества ферментируются бактериями ободочной кишки так, что вещества, попадающие через кишечник в кровь могут значительно различатьтся от исходного продукта (4), который в крови не обнаруживается.

Экспериментальные исследования человека поэтому, являются важным связующим звеном между пищевыми эпидемиологическими исследованиями, изучениями культур клеток и животных моделей. Они используют биологические маркеры, которые помогают понять способ действия растительных компонентов на человека. Однако, эти исследования ограничены недостаточной чувствительностью и специфичностью биологических маркеров, доступностью биологических материалов и логистикой проведения исследования человека.

Цель этой статьи - представить экспериментальные исследования человека, которые оценивают способность питательных веществ овощей и фруктов модулировать биологические процессы, связанные с защитными эффектами этих растительных продуктов. Использовались: 1) поиск в MEDLINE (овощи, фрукты, чеснок, бета-каротин, аскорбиновая кислота и биофлафаноиды), включаяя только исследования человека; 2) поиск в журналах, издающих экспериментальные исследования пищевых продуктов (The American Journal of Clinical Nutrition; Cancer Epidemiology, Biomarkers and Prevention; Carcinogenesis; Journal of Nutrition; Nutrition and Cancer); 3) проверка ссылок на другие публикации для поиска исследований, не индексированных в MEDLINE. В статью были включены исследования с отрицательными результатами, хотя неясно, являются ли эти результаты следствием истинного отсутствия эффекта или к недостаточной статистической мощности исследования. В обсуждение не включены исследования бобовых, которые рассмотрены в другом обзоре.

МЕХАНИЗМЫ ДЕЙСТВИЯ

Антиоксидантная активность

Окислительное повреждение может просходить, когда баланс между генерацией свободных радикалов и антиоксидантами нарушен. Это, вероятно, играет ключевую роль для сердечно-сосудистых болезней, начала рака, формирования катаракты, процессов старения, воспалительных и различных неврологических болезней (5). Свободные радикалы - молекулы, которые несут один или более непарных электронов и могут формироваться эндогенно в результате окислительных метаболических реакций; экзогенно, как продукты табачного дыма, пищи, лекарств и других веществ окружающей среды; и косвенно, через метаболизм некоторых веществ и воздействие радиации. При недостатке антиоксидантов, высоко реактивные свободные радикалы могут изменять структуру и функцию некоторых клеточных компонентов, липидов клеточных мембран, липопротеинов, протеинов, углеводов, РНК и ДНК. Система антиоксидантной защиты имеет ферментативные и неферментативные компоненты, которые предотвращают формирование радикалов, удаляют радикалы до приченения ими ущерба, восстанавливают окислительное повреждение, уничтожают поврежденные молекулы и предотвращают мутации (6).

Некоторые из антиоксидантов являются металлоэнзимами и содержат минеральные элементы, богатыми источниками которых являются овощи и фрукты. Митохондриальная супероксиддисмутаза - фермент, содержащий марганец. Глутатионпероксидаза - фермент, содержащий селен. Овощи и фрукты - богатые источники марганца, но редко содержат значительные количества селена. Однако, селен содержится в тканях растения в количествах, пропорциональных концентрации селена в почве, на которой растение растет (2). Таким образом, в зависимости места произрастания, овощи и фрукты могут быть источником селена для некоторых популяций. Некоторые пациенты (пациенты с пересаженными органами и пациенты на гемодиализе) имеют тенденцию иметь дефицит селена и иметь скомпрометированую антиоксидантую систему в результате самой болезни и ее лечения (7, 8). Результаты исследований, проводимых у этих пациентов показывают, что дополнительный прием селена улучшает нейтрализацию свободных радикалов, уменьшает восприимчивость липидов к перикисному окислению, снижает содержание окисленного глутатиона и увеличивает селен-зависимую активность глутатионпероксидазы у эритроцитов (7, 8).

Неферментативные компоненты системы антиоксидантной защиты прерывают инициированную свободными радикалами реакцию окисления и блокируют свободные радикалы прежде, чем они вступают в реакцию с клеточными компонентами. Способность антиоксидантов овощей и фруктах была зарегистрирована в нескольких интервенционных исследованиях человека, хотя большинство работ было направлено на исследования крови. Наибольшее внимание привлекали витамины С, E и бета-каротин (9-11). После десяти недель приема 280 милиграмм rac-альфа-токоферола ацетата ежедневно, по сравнению с плацебо, наблюдалось уменьшение восприимчивости эритроцитов к индуцированному перекисью водорода перекисному окислению липидов и снижение плазменных концентраций перекисей липидов, реактивных продуктов тиобарбитуровой кислоты (TBARS) и сопряженных диенов у курящих и некурящих (10). Рандомизированное, двойное-слепое плацебо-управляемое исследование приема 20 милиграммом бета-каротина или плацебо ежедневно в течение 4 недель, показало значительное уменьшение содержания пентана и тенденцию к более низкому содержания этана в дыхании курильщиков; этот эффект не наблюдался у некурящих (9). Пентан и этан - продукты перекисного окисления липидов n-6 и n-3 жирных кислот, соответственно и являются полезным и атравматичным методом оценки перекисного окисления липидов.

Антиоксидантный эфект нескольких других растительных компонентов, таких как флаваноиды, которые являются даже более мощными антиоксидантами чем витамины C и E (12), у человека изучены плохо. Изучалось влияние 4-недельного употребления экстрактов овощей и фруктов, включая источники флаваноидов, на концентрацию перекиси липидов (13). Исследовались экстракты сока моркови, петрушки, свеклы, брокколи, капусты, шпината, помидоров и экстракты сока яблок, цитрусовых, ананасов, пaпaйи, клюквы и персиков. Плазменная концентрация перекиси липидов у 15 пациентов уменьшились с 16.85 до 3.13 µmol/L через 1 неделю и оставалась в этом диапазоне через 3 недели.

Различные серосодержащие компоненты чеснока также имеют антиоксидантную активность. В рандомизированном, плацебо-управляемом, двойном-слепом исследовании 10 здоровых добровольцев, употребление 600 милиграмм сушеного чеснока в день в течение 4 недель привело к сокращению на 34 % восприимчивости липопротеинов к окислению (14).

Некоторые из факторов, приводящих к окислительному повреждению и производству реактивного кислорода, могут приводить к производству реактивного азота. Различные азот-содержащие вещества и нитрифицирующие агенты, могут in vivo формировать потенциально канцерогенные N-nitroso, C-nitroso и реактивные диазосоединения (15). Нитрифицирующие агенты также могут синтезироваться эндогенно бактериями и активизированными макрофагами.

Аскорбиновая кислота, альфа-токоферол, полифенолы и растительные экстракты ингибируют формирование N-nitroso, уничтожая нитрифицирующие агенты (15). Нитрификация у человека может быть оценена количественно, при контроле мочевой экскреции N-нитросопролина (NPRO) (16). Аскорбиновая кислота и пищевые продукты, богатые аскорбиновой кислотой в экспериментальной диете ингибировали эндогенное формирование N-nitroso у людей (17-19). В исследовании, проводимом в Китае, < =60 mL фруктовых соков (Actinidia chinensis, Rosa roxburghii Tratt (cili), Rosa laevigata и Phylantus emblica) в течение 2 дней уменьшили экскрецию NPRO на ~70 %; 75 милиграмм аскорбиновой кислоты уменьшало среднюю экскрецию NPRO на 44 % (20). 300 mL обработанного растительного сока, подготовленного с помощью высокотемпературной стерилизации увеличила экскрецию NPRO на 56 %. Авторы полагают, что деструкция аскорбиновой кислоты и других антиоксидантов и производство нитритов, которые происходят при обработке и хранении, могут объяснять этот результат, и предположили, чтобы употребление свежих, а не консервированных овощей и фруктов, минимизирует нитрирование.

Взаимодействие реактивного кислорода или азота с ДНК может приводить к формированию аддуктов, которые при репарации или репликации ДНК могут приводить к мутациям. Накопление мутаций вносит вклад в развитие опухолевых клеток. Чтобы проверить, редуцирует ли удаление антиоксидантами свободных радикалов формирование аддуктов ДНК, в нескольких исследованиях было измерено окислительное повреждение ДНК у человека при различных режимах лечебного питания. В двойном - слепом, плацебо управляемом исследовании курящих и некурящих, Duthie (21) обнаружил значительное уменьшение эндогенного окислительного повреждения ДНК лимфоцитов у курящих и некурящих при ежедневном приеме витамина С (100 милиграмм), альфа-токоферола (280 милиграмм) и бета-каротина (25 милиграмма) в течение 20 недель. Кроме того, лимфоциты индивидуумов, принимавших антиоксиданты, показали увеличенную резистентность к окислительному повреждению при воздействии перекисью водорода in vitro.

Влияние бета-каротина и аскорбиновой кислоты на частоту микроядер лимфоцитов как индикатора повреждения хромосом также было исследовано у здоровых добровольцев. Лимфоциты, культивированные после облучения рентгеновским излучением in vitro содержали меньшее количество микроядер в группе, принимавшей бета-каротин, но не в группе, принимавшей аскорбиновую кислоту, по сравнению с группой плацебо (22). В другом исследовании, морковь, сок помидора (330 mL/d) и сушеный шпинат (10 g/d) в течении 2 недель, уменьшили повреждение ДНК лимфоцитов у 23 здоровых добровольцев (23). Сок моркови также уменьшил окисление ДНК; поэтому, альфа и бета-каротин могут быть более эффективны чем ликопен и лютеин при нейтрализации свободных радикалов in vivo (23).

Прямой эффект диеты на формировании аддуктов ДНК был протестирован с использованием чеснока. Hageman (24) исследовал влияние употребления чеснока на ex vivo на бензопирен-индуцированное производство аддуктов у лимфоцитов. В нерандомизированном экспериментальном исследовании 9 мужчин, лимфоциты крови участников эксперимента, принимавших чеснок (3 г сырого чеснока в день в течение 8 дней), имели меньшее количество аддуктов при культивировании с бензопиреном. Салат (огурцы и сметана) использовались как транспорт для компонентов чеснока. Интересно, что только салат в группе контроля также привел к уменьшению числа аддуктов (хотя не так сильно как с чесноком). Таже при использовании только салата имелось уменьшение оксислительного повреждения ДНК, измереное по уровням 8-гидрокси-2-деоксигуанозина, которые не уменьшилось при добавления чеснока, предполагая, что один из компонентов транспорта (салата) также может иметь защитные свойства.

Уровни 8-гидрокси-2-деоксигуанозина могут быть измерены в моче. Как правило, мочевая концентрация 8-гидрокси-2-деоксигуанозина связана с уровнем окисления ДНК и, таким образом, более низкая концентрация предполагает уменьшение риска повреждения ДНК. Однако, по характеру, 8-гидрокси-2-деоксигуанозин является биомаркером окисления и способности к репарации. Большая мочевая экскреция 8-гидрокси-2-деоксигуанозина у курящих по сравнению с некурящими подобного возраста говорит о том, что это полезный маркер окислительного стресса в пределах определенной группы (25). В исследовании 5 мужчин и 5 женщин, 3-недельное использование 300 г брюссельской капусты уменьшило мочевую экскрецию 8-гидрокси-2-деоксигуанозина у 4 мужчин, но только у 2 женщин (26). Исследование было слишком мало, чтобы сделать любые заключения относительно влияния половых различий на ответ на овощи. Получают ли женщины такие же выгоды от употребления овощей как мужчины, интригующий вопрос, который должен быть разрешен в большем исследовании.

Модуляция детоксификационных ферментов

Детоксификационные или метаболизирующие ферменты, очень важны для биотрансформации многих важных эндогенных веществ и детоксификации многочисленных ксенобиотиков (27). Ферменты первой фазы, цитохром P450 (CYP)-зависимые монооксигеназы, которые катализируют окисление и гидроксилирование, конвертируют гидрофобные компоненты в реактивные электрофилы для улучшения экскреции. Ферменты второй фазы, UDP-глюкуронозилтрансфераза, сульфотрансфераза и глутатионтрансфераза, катализируют эти реакции.

Большинство канцерогенов требует метаболической активации ферментов первой фазы. Таким образом, теоретически, химический онкогенез может быть предотвращен при блокировке метаболического процесса активации. К сожалению, в действительности это не так просто. Большая часть метаболизма канцерогенов происходит в печени. Ингибирование первой фазы метаболизма может приводить к уменьшению клиренса многих ксенобиотиков через печень и, следовательно, приводит к большему проникновению канцерогенов в другие, потенциально более уязвимые ткани, которые не имеют такую способность к детоксификации как печень. На основании этого сценария, вопрос о том, выгодно ли снижать уровни некоторых из этих ферментов с помощью диеты, должен быть исследован (27).

Многие из исследований были выполнены с использованием микросом печени крыс и мышей. Эти результаты дали понимание механизмов, посредством которых факторы питания могут влиять на метаболизм канцерогенов; однако, экстраполяция этих результатов от ткани печени до других тканей и от животных до человека, является трудной (28).

Было обнаружено, что многочисленные компоненты растений, включая флаваноиды (29), эфиры изородановой кислоты (30) и аллилсульфиды (31), являются мощными модуляторами CYP монооксигеназ in vitro. Однако, влияние некоторых из этих веществ на CYP сложны. Они могут полностью ингибировать некоторые ферменты при высокой концентрации и умеренно активизировать тот же самый фермент при более низкой концентрации (32). Кроме того, некоторые вещества могут быть конкурентами ингибиторов CYP, даже когда присутствуют в низкой концентрации (28).

В попытке разъяснять пути метаболической активации, акцент был сделан на изучение системы CYP монооксигеназ. Однако, сопутствующее ингибирование и индукция 2 главных систем монооксигеназы, CYP монооксигеназы и рибофлавинмонооксигеназы, единственным компонентом (33), предполагает комплексный ответ на смесь компонентов типичной диеты. Недавно было показано, что рибофлавинмонооксигеназа у крыс может модулироваться ксенобиотиками, например, может ингибироваться индол-3-карбинолом (I3C), предшественник которого был обнаружен в овощах семейства крестоцветных (33). Происходит ли подобное явление у людей и как оно может влиять на метаболизм различных ксенобиотиков, также должно быть исследовано.

Способность к сопряженной метаболической активации и выводу потенциальных мутагенов из организма, является критически важной. Таким образом, основные усилия были сосредоточены на исследованиях, как компоненты овощей и фруктов могут влиять на фермены второй фазы. Несколько небольших исследований, в которых в диету пациентов было включено 300 г брюссельской капусты, показали способность этого овоща семейства крестоцветных воздействовать на специфические изоферменты глутатионгрансферазы, увеличивать плазменные концентрации глутатионтрансферазы-альфа, но не глутатионтрансферазы-пи (34) и увеличивать уровни глутатионтрансферазы-пи в ректальном эпителии (35). Как правило, индукция этих ферментных систем происходит быстро, активность ферментов повышается и становится постоянной примерно через 5 дней непрерывного ежедневного употребления соответствующего продукта (36). Точно так же, активность ферментных систем быстро снижается, когда соответствующий продукт удален из диеты.

Ксенобиотики используют те же самые ферментые системы для биотрансформации, что и лекарства; поэтому, метаболиты лекарственных средств могут использоваться в экспериментах, чтобы исследовать влияние компонентов продуктов питания на детоксификационные ферменты. Это особенно полезно в исследованиях человека, в которых часто трудно получить доступ к тканям и органам, чтобы непосредственно измерить действие ферментов. Например, компоненты овощей семейства крестоцветных могут изменять метаболизм лекарственных средств, путем ингибирования и стимулирования CYP, и, возможно, стимулируя сопряженные ферменты. Pantuck (37) в 1979 г. показал, что крестоцветные увеличивают метаболизм фенацетина и антипиридина. Впоследствии они показали, что диета, содержащая брюссельскую капусту в течение 1 недели может влиять на сопряженные ферменты, стимулируя соединение ацетаминофена с глюкуронидом, но не с сульфатами (38). Вместе с увеличением урорвней глюкуронид-ацетаминофена наблюдалось небольшое уменьшение сопряженного ацетаминофен-цистеина, продукта окислительного метаболизма ацетаминофена. Этот эффект также наблюдался при однократном употреблении 50 г водяного кресса, богатого источника эфира изородановой кислоты (39). Chen (39) постулировал, что ингибирование эфиром изородановой кислоты CYP2E1, было наиболее вероятным механизмом этого эффекта. Vistisen (40) показал, что употребление брокколи (500 g в день в течени 10 дней) также увеличило CYP1A2-связанные метаболиты кофеина в среднем на 12 %. В другом исследовании, однократное употребление водяного кресса не ингибировало CYP2D6 у человека, как показало исследование метаболизма лекарственного средства дебризохин (41).

Идентификация веществ, которые селективно трансформируются в канцерогены при метаболизме, важна для развития хемопревентивных стратегий. Hecht (42) показал, что эфир изородановой кислоты может ингибировать метаболизм 4-(methylnitrosamino)-1-(3-pyridyl)-1-butanone (NNK), специфического канцерогенного вещества в легких в курильщиков. Употребление водяного кресса (57 г, 3 раза в день в течение 3 дней), увеличивает мочевую экскрецию детоксифицированых метаболитов на ~30 %. Возможно, эфир изородановой кислоты ингибирует печеночный CYP1A2, что приводит уменьшению количества соединений с 4-(methylnitrosamino)-1-(3-pyridyl)-1-butanol (NNL) и его глюкуронидом (NNL-Gluc), и следовательно большей экскреции этих метаболитов с мочой (42). I3C, метаболит глюкобрассицина (обнаружен в крестоцветных овощах), также может ингибировать онкогенез, изменяя метаболизм канцерогенных веществ. Пятидневное употребление I3C (400 mg в день) изменяло метаболизм NNK у курящих женщин (43). В отличие от эфира изородановой кислоты, I3C уменьшает трансформацию NNK в NNL и NNL-GLUC. И эфир изородановой кислоты и I3C защищают от NNK-индуцированного онкогенеза легкого у грызунов (44, 45); однако, их влияние на NNK и способ защиты, являются, вероятно, различными.

Сок грейпфрута также ингибирует биотрансформацию и изменяет время жизни некоторых лекарств у людей, включая кофеин (46), фелодипин и нифедипин (47), возможно из-за ингибирующего эффекта флаваноидов, особенно нарингенина, на CYP1A2 (48) и ферменты семейства CYP3A (49).

Влияние многочисленных маслорастворимых и растворимых в воде молекул органических сернистых соединений лука и чеснока на детоксификационные ферменты интенсивно изучались (27), но лишь немногие исследования были проведены у человека. В исследовании 9 пациентов, употребление 3 г сырого чеснока в день в течение 8 дней привело к увеличению на 25 % активности N-ацетилтрансферазы без значительных изменений CYP1A2, CYP2A6 или ксантиноксидазы (24). В другом исследовании, 12-недельное употребление старого чеснока, не имело большого влияния на окислительный метаболизм (50). Эти результаты говорят, что чеснок не имеет значительного влияния на CYP.

Исследования систем детоксификации у человека до настоящего времени были кратковременны; влияние постоянного употребления овощей и фруктов на регулирование этих ферментов исследованы не были. Нормальный диапазон экспрессии или активности этих ферментов у человека также должны быть идентифицированы. Несколько других факторов, включая вариацию при воздействии окружающей среды и влияние генетических полиморфизмов на фенотип, только начинают систематически изучаться.

Стимуляция иммунной системы

Иммунная система человека играет центральную роль в защите против различных внешних воздействий и возможно от злокачественных новообразований. Это комплекс высоко реактивных клеток и их продуктов. Субпопуляции иммунных клеток отвечают на внешние стимулы (специфически) и способны к производству более энергичного и эффективного ответа при следующем воздействии специфического агента (память). Иммунная система регулирует себя посредством клеток хелперов и супрессоров и растворимых факторов. Компоненты плодов и овощей могут действовать почти на все аспекты иммунной системы (51).

Были исследованы связи отдельных нутриентов с иммунной функцией (52) и взаимодействие нутриент-нутриент (51) на животных моделях и у человека. Некоторые из витаминов, содержащихся в овощах и фруктах, улучшали иммунный статус, особенно у пожилых индивидуумов. В плацебо-управляемом, двойном-слепом исследовании, употребление мультивитаминов и минеральных добавок в течение 12 месяцев, улучшало кожную гиперчувствительность задержанного типа у пациентов в возрасте 59-85 лет, причем этот эффект не был обнаружен через 6 месяцев после начала исследования (53). Этот результат был связан со значительным увеличением серологических уровней аскорбата, бета-каротина, фолатов, витамина B6 и альфа-токоферола. Витамин E также улучшает кожную гиперчувствительность задержанного типа у здоровых индивидуумов возраста более 65 лет (54). Пациенты получали плацебо или 60, 200, 800 милиграмм rac-альфа-токоферола в день в течение 235 дней. Группа получавшая 200 mg/d имела самое большое улучшение кожной гиперчувствительности задержанного типа и титра антитела к гепатиту B по сравнению с плацебо и другими дозировками альфа-токоферола. Оптимальный ответ, обнаруженный при дозировке 200 mg/d предполагает, что имеется порог иммуностимуляционного эффекта альфа-токоферола (54).

Естественные киллеры (NK), один из типов иммунных клеток, играет важную функцию и активность NK клеток важна для предотвращения роста опухоли (55) и метастазирования (56). Компоненты растений могут влять на активность NK клеток без увеличения числа клеток. Употребление в течение 10-12 лет бета-каротина (50 милиграмм через день, привело к увеличению активности NK клеток в 1.6 раза у пожилых людей (возраст 65-85 лет) относительно плацебо без увеличения процента NK клеток или увеличения экспрессии рецепторов интерлейкина-2 или производства IL-2. Интересно, что никакого эффекта не наблюдались у людей средних лет (возраст 51-64 лет) (57). Точно так же, у здоровых добровольцев, студентов колледжа в возрасте 20-25 лет, 9-месячное употребление бета-каротина (60 mg в день) не изменяло число NK клеток или субпопуляций T-клеток (58). Два исследования влияния чеснока на иммунную функцию дали обнадеживающие результаты. 12-недельное употребление чеснока значительно увеличивало активность NK клеток от 5 ± 4 % до 36 ± 15 % у пациентов со СПИД (59). В 3-недельном исследовании Kandil (60) использование сырого чеснока (0.5 г / кг) и экстракта старого чеснока (1800 mg в день, без аллицина), активность NK клеток удваивалась при обоих режимах использования чеснока. Положительный эффект сырого чеснока, также как экстракта старого чеснока, который не содержит аллицин, говорит, что и аллицин и другие неидентифицированные компоненты могут быть ответствены за этот эффект.

Мононуклеарные клетки периферической крови производят цитокины (интерлейкины и фактор некроза опухоли альфа), которые участвуют в активации T-клеток и увеличивают активность NK клеток (51). Витамины С и E приводит к переходному увеличению производства цитокинов (61). Витамин С (1 г), витамин E (400 милиграмм) или плацебо использовались в 28-дневном рандомизированном исследовании. Через 14 дней, комбинация витаминов С и E увеличила увеличила производство IL-1-beta и TNF-alpha в 1.8 и 1.5 раз, соответственно. Небольшое увеличение также было обнаружено при использовании только витамина E, но только витамин С не имел никакого эффекта. Однако, через 28 дней, не имелось никакого различия в иммунном ответе в исследуемой группе и группе плацебо. Другие цитокины, уровни которых не измерялись в этом исследовании, также могут зависеть от употребления витаминов и модулировать иммунный баланс, приводя к переходным изменениям производства IL-1-beta и TNF-alpha (61).

Уменьшение агрегации тромбоцитов

Агрегация тромбоцитов крови является фундаментальной для различных физиологических процессов - нормальной коагуляции крови, тромбоза, атеросклероза и формирования опухолей и метастазов. Активизированные тромбоциты прилегают к измененным стенкам кровеносных сосудов и производят митогенные факторы, которые стимулируют пролиферацию эндотелиальных клеток и последующий каскад событий, ведущих в конечном счете к окклюзии сосуда (62). Агрегация тромбоцитов циркулирующими опухолевыми клетками была признана важным шагом в метастазировании некоторых типов опухолей (63). Таким образом, предотвращение агрегации тромбоцитов вероятно является важной проблемой при некоторых хронических болезнях.

Многочисленные фармакологические исследования изучали ингибирование адгезии или агрегации тромбоцитов с помощью препаратов чеснока и продуктов ферментативного метаболизма этих препаратов (65). Активность этих препаратов также может быть физиологическим основанием для некоторых сообщений об антираковых и антиатерогенных эффектов чеснока. Исследования человека помогли доказать in vitro способность чеснока ингибировать агрегацию тромбоцитов. Два исследования сообщили о сокращении агрегации тромбоцитов на 16.4 % (66) и 58 % (67), при использовании 18 мг эфирного масла чеснока (полученные из 9 г свежего чеснока) и 10 г свежих луковиц чеснока, соответственно. Эти эффекты были приписаны диаллилдисульфиду и другим серосодержащим компонентам эфирного масла чеснока (66). Особенности механизма, посредством которого эти компоненты могут влиять на агрегацию тромбоцитов, не ясны. Данные, полученные в исследованиях in vitro предполагают, что чеснок ингибирует агрегацию тромбоцитов, изменяя активность липоксигеназы и циклооксигеназы и подавляя синтез тромбоксиназы B2 (68). Точно так же, некоторые из флаваноидов могут ингибировать действие 5-липоксигеназы и циклооксигеназы, с помощью механизма, не связанного с их мощным антиоксидантным действием (69).

Попытки идентифицировать продукты питания, которые могут объяснять выгоды Средиземноморской диеты для сердечно-сосудистой системы и объяснять так называемый ''Французский парадокс'' сосредоточились на компонентах красного вина и его предшественнике, соке винограда. Согласно этой гипотезе, вино может содержать биоактивные полифенолы в концентрациях, достаточных чтобы модулировать агрегацию тромбоцитов и производство эйкосаноидов. Антиагрегационное действие полифенолов резвератола и кверцетина на тромбоциты человека было показано in vitro (70-72). Seigneur (73) сообщил, что красное вино было более эффективным чем белое для уменьшения агрегации тромбоцитов и плазменных уровней тромбоксиназы B2. Однако, дополнительное исследование Pace-Asciak (74), не смогло показать значительный антиагрегационный эффект полифенолов.

Митогенные факторы, производимые тромбоцитами, типа тромбоцитарного фактора роста (PDGF), являются важными в инициировании и прогрессе атеросклеротических повреждений и отвечают на изменения диеты (75). Ross (75) обнаружил увеличение PDGF-AB в сыворотке когда участники исследования использовали диету с высоким содержанием каротиноидов (морковь и шпинат) и сои. Крестоцветные (брокколи и цветная капуста) не увеличивали уровни PDGF-AB, и ни одна из диет не изменила митогенную активность тромбоцитов. Пока сложные механизмы обратной связи, которые регулируют факторы роста у человека не идентифицированы, биологическое значение этих эффектов не ясно; однако, это может быть дополнительный механизмом, которым овощи могут влиять на риск болезни (75).

Изменение метаболизма холестерина

Повышение серологических уровней полного холестерина, LDL-холестерола и триацилглицерола, а также уменьшение уровней HDL-холестерола, были идентифицированы как факторы риска коронарной болезни (76, 77). Лечение гиперхолестеринемии при увеличении фекальной экскреции холестерина и желчных кислот и сокращении синтеза холестерина печенью через производится посредством изменения диеты и использование фармакологических агентов. Некоторые гипохолестеринемические эффекты овощей, фруктов и их компонентов были исследованы.

Некоторые пищевые волокна овощей и фруктов, особенно пектины, имеют гипохолестеринемическое действие у человека (78, 79). Добавление пектин-содержащих волокон в экспериментальные диеты снижает плазменный холестерин следующим образом: различные овощи (570 g в день) и свежие яблоки (600 g в день) на 4 % (80), свежая морковь (200 g в день) на 11 % (81), яблоки (350-400 g в день) на 8-11 % (82), плоды гуавы (0.5-1 kg в день) на 8 % (83), сливы (100 g в день) на 5 % (84). Однако, другое исследование моркови, не сообщило об изменении уровней холестерина (85). Механизм гипохолестеринемического действия у людей остается неясным. На основе физиологических эффектов, наблюдаемых у человека, возможные механизмы включают 1) увеличенную фекальную экскрецию желчных кислот и нейтральных стероидов, 2) изменение отношения уровней первичных и вторичных желчных кислот, 3) увеличение фекальной экскреции холестерина и жирных кислот (87). Однако, вклад овощей и фруктов в эти эффекты не строго не изучался.

Чеснок и экстракты чеснока редуцируют уровни холестерина и триацилглицерола при различных состояниях, включая индуцированную гипергиперлипидемию, нормохолестеринемию и гиперхолестеринемию. Мета-анализ показал среднее различие сокращение полного холестерина 0.77 mmol/L (12 %) между группой, употреблявшей чеснок и группой контроля, получавшей плацебо, без значительного изменения HDL холестерола (88). Недавнее плацебо-управляемое исследование пациентов с гиперхолестеринемией, показало уменьшение полного и LDL-холестерина на 11.5 % и 14.2 %, соответственно, при употребления 900 милиграмм чеснок в день в течение 12 недель (89). Эффект чеснока по снижению LDL-холестерина может быть связан с ингибированием биосинтеза холестерина в печени через ингибирование гидроксиметилглютарил-коэнзим A редуктазы (NADPH) (90).

Модуляция уровней стероидных гормонов и метаболизма гормонов

Вегетарианская диета связана с более низкими уровнями половых гормонов, увеличением фекальной экскреции эстрогенов и производит гормональный профиль, отличающийся от наблюдаемого при всеядной диете (91). В прошлом, такой ответ на диету приписывался физиологическим эффектам только диетических волокон (92) или в тандеме с эффектами безжировой диеты (93, 94). Однако, другие компоненты овощей и фруктов также могут влиять на метаболизм эндогенных стероидных гормонов.

Не вызывает сомнения, что CYP ферменты, которые метаболизируют растительные компоненты, вносят вклад в инактивацию эндогенных стероидных гормонов. Они изменяют эффективность тестостерона, эстрогена и их производных через окисление и реакции гидроксилирования (95). Таким образом, индукция или ингибирование этих ферментных систем in vivo также могут модифицировать биологическое действие гормонов у человека.

Метаболизм эстрогенов включает гидроксилирование, производящее многочисленные гидроксилированные метаболиты с различной степенью биологической активности. Избыточное производство некоторых метаболитов, особенно 16-альфа-гидроксиэстрогенов, увеличивает риск рака груди (96). Имеется много интереса к вопросу, как диета может влиять на эстрогены через модуляцию CYP ферментов, участвующих в метаболизме эстрогенов. Влияние I3C, компонента крестоцветных овощей на метаболизм эстрогенов исследовалось у мужчин и женщин. У мужчин, 500 милиграмм I3C в день (эквивалент 300-500 г капусты) в течение 7 дней увеличило гидроксилирование фолликулина с 29 % до 46 % (98). Рандомизированное клиническое исследование сравнило влияние приема 400 милиграмм I3C, 20 г целлюлозы и плацебо ежедневно на гидроксилирование эстрогена у женщин (97). Среднее отношение 2-гидроксиэстрон / эстриол, увеличилось в 1.6 раз за первый месяц и оставалось на том же уровне в течение 3 месяцев исследования; никаких изменений не наблюдалось в группе плацебо или при приеме целлюлозы. Исследование в Израиле сообщило о подобном ответе на диету с крестоцветными овощами, содержащую 400 милиграмм I3C в день (97). Ранее, Michnovicz (99) показал, что I3C значительно увеличивает мочевую экскрецию гидроксилированных эстрогенов.

Также выдвигалась гипотеза, что кортикостероиды также находятся под влиянием диеты. Lee (49) показал, что употребления 946 mL сока грейпфрута в день в течение 7 дней, уменьшило мочевую экскрекцию кортизона только у 2 из 6 мужчин. Исследование проводилось вне клиники, таким образом, не ясно, связаны ли полученные результаты с биологическими различиями индивидуумов или с недосточно строгим соблюдением диеты. У 2 мужчин, которые имели ответ на 946 mL, увеличение употребление сока грейпфрута до 1 и 2 литров в день привело к уменьшению мочевой экскрекции кортизона. 3-недельное исследование, проведенное у 2 других мужчин в клиническом исследовательском центре, показало изменение отношения кортизол / кортизон. Авторы полагают, что уменьшение отношения кортизон / кортизол происходит из-за ингибирования дегидрогеназы.

Снижение кровяного давления

Контроль кровяного давления важен для предотвращения болезни сердца, почек и инсульта, и может зависеть от многочисленных факторов. Гипертония может быть вызвана атеросклерозом, нарушениями в системе ренин-ангиотензин и гиперинсулинемией, которая увеличивает задержку натрия в организме и ускоряет атеросклероз. Следовательно, общее направление в минимизации риска гипертонии включает достижение и поддержание нормального веса тела, диету, богатую кальцием, фосфором, и магнием и снижение употребления алкогольных напитков и продуктов, богатых натрием (100).

Замена животных продуктов на растительные в исследованиях вегетарианской диеты уменьшает кровяное давление у нормотензивных и гипертензивных индивидуумов (101, 102). Считалось, что уменьшение употребления жиров и увеличение употребления пищевых волокон, калия и магния (что характерно для диеты с высоким содержанием овощей и фруктов), уменьшает кровяное давление. Однако, результаты исследований, проверявших это предположение, были противоречивы (103). Kelsay (104) сравнил диету с высоким содержанием пищевых волокон и соки овощей и фруктов с диетой с низким содержанием пищевых волокон в рандомизированном исследовании в течение 26 дней у мужчин. Мужчины, имевшие диастолическое давление > =80 мм на диете с высоким содержанием пищевых волокон, имели более низкое кровяное давление чем мужчины на диете с низким содержанием пищевых волокон.

В большом рандомизированном 8-недельном исследовании связи диеты и кровяного давления, пациенты, использовавшие диету с более высоким содержанием овощей и фруктов имели большее сокращение систолического и диастолического давления чем групппа контроля (103). Кроме того, пациенты с гипертонией имели большее уменьшение кровяного давления, чем нормотензивные пациенты. Разработанные диеты были изоэнергетическими и имели подобное содержание углеводов, белков, жиров, кальция и натрия. Количество пищевых волокон, магния и калия было 2-3 раза выше в диете с преобладанием фруктов и овощей. В этих условиях, изменения кровяного давления может быть приписано увеличенному употреблению овощей и фруктов. Добавление обезжиренных молочных продуктов производило дальнейшее уменьшение кровяного давления.

Некоторые исследования изучали влияние отдельных овощей или фруктов на кровяное давление у человека. Наиболее интесивно изучался чеснок. Сообщалось об уменьшении систолического и диастолического давления при употреблении чеснока в среднем на 6.7 % и 7.9 %, соответственно (65). Механизм этого эффекта компонентов чеснока не ясен. Результаты исследования животных и исслеедования in vitro предполагают несколько возможных механизмов, включая прямое влияние миорелаксантов на гладкие мышцы, увеличение концентрации аденозина в крови через ингибирование аденозин дезаминазы и ангиотензинпревращающего фермента (65). Употребление гуавы, богатого калием фрукта в диете пациентов с существенной гипертонией, было связано с уменьшением среднего систолического и диастолического давления на 7.5 и 8.5 мм соответственно (83).

Антибактериальная и антивирусная активность

Растения имеют сложные активные системы защиты против патогенов, и некоторые их компоненты используются в производстве антибиотиков. Народная медицина использует некоторые растения как антибактериальные или антивирусные средства, однако, рандомизированных, плацебо-управляемых клинических исследований этих эффектов очень мало. Принимая во внимание, что 1) вирусы признаны второй наиболее важной известной причиной рака (105), 2) некоторые бактериальные инфекции связаны с риском некоторых раковых образований (106), и 3) возникновение проблемы устойчивости инфекций к лекарственным средствам (107), необходимы усилия, чтобы идентифицировать компоненты растений, которые могли бы стать частью глобальной схемы первичного предотвращения инфекции.

Чеснок достаточно давно использовался как антибиотик, антивирусное и противогрибковое средство. В странах, где современные лекарства недоступны, чеснок остается основой лечения инфекций (65). До наступления эры современных антибиотиков, чеснок использовался при эпидемиях сыпного тифа, паратифа, холеры, дизентерии, амебной дизентерии, дифтерии, туберкулеза, гриппа и полиомиелита (65). В течение первой Мировой войны, солдаты, употреблявшие чеснок, менее часто страдали от дизентерии (65). In vitro, сок чеснока и экстракты чеснока эффективны против широкого спектра грамм-отрицательных и грам-положительных бактерий (108). Даже в низких концентрациях они подавляют Helicobacter pylori, бактерии, вовлеченные в развитие желудочных и дуоденальных язв (109).

Сок клюквы давно использовался при лечении инфекций мочеполового тракта у женщин, хотя его эффект лишь недавно проверен в двойном слепом, рандомизированном, плацебо-управляемом исследовании. Avorn (110) показал, что 300 mL сока клюквы в день в течение 6 месяцев может влиять на бактериальную флору мочеполового тракта. Бактериурия и гноесодержащая моча были обнаружены в 28 % образцов мочи в группе плацебо по сравнению только с 15 % образцов пациентов, принимавших сок клюквы. Эффект появился только через 4-8 недель. Авторы отметили, что эфект может быть совместим с модификацией флоры кишечника пациентов.

Исследования нутриентов

Овощи и фрукты - богатые источники витаминов С и E, фолиевой кислоты и предшественника витамина А бета-каротина. Эпидемиологические исследования часто сообщают об обратной связи между употреблением этих витаминов, овощей и фруктов и риском болезни (2, 3). Обсервационые исследования не могут устанавить, являются ли витамины протекторами или они являются маркерами употребления фруктов и овощей. Чтобы проверить это необходимы рандомизированные исследования. Клинические исследования употребления витаминов и оценка заболеваемости и смертности при раке и коронарной болезни Patterson (111), Duell (112), Boeing и Rausch (113), предполагают, что витамины С, E и бета-каротин имеют различную эффективность. Иследования инцидентности рака не показывали значительного защитного эффекта бета-каротина (114-116). Защитные эффекты были обнаружены у альфа-токоферола против рака простаты, у комбинации ретинола, цинка и бета-каротина, альфа-токоферола и селена против рака желудка; и у селена при раке легкого и простаты (111). Несколько других больших рандомизированных исследований проводится внастоящее время, чтобы проверить эффективность витаминов и минеральных добавок при коронарной болезни и раке (113).

Диетические интервенции

До настоящего времени, интервенционные исследования по предотвращению болезней с использованием овощей и фруктов редки. В 1-летнем рандомизированном исследовании обезжиренной диеты, обогащенной фруктами и овощами по сравнению с стандартной обезжиренной диетой было обнаружено сокращение на 45 % смертности от инфаркта миокарда в группе из 406 мужчин (118).

Заключение

Экспериментальные диетические исследования овощей и фруктов показывают способность компонентов растений модифицировать антиоксидантную защиту, профили детоксификационных ферментов, иммунную систему, метаболизм холестерина и уровни стероидных гормонов. Многие компоненты растений имеют перекрывающееся действие, и даже в контексте только растительной диеты, могут иметь синергистическое, аддитивное или ингибируюшее действие друг на друга.

Защитные эффекты овощей и фруктов, наблюдаемые в эпидемиологических исследованиях не наблюдаются при использовании фармакологических доз растительных продуктов или их компонентов, как части обычной диеты. Хотя мы часто оперируем предпосылкой, чтобы ''если некоторый продукт приносит пользу, большее количество этого продукта даст больше пользы'', эпидемиологические данные показывают, что употребление овощей и плодов в пределах диапазона, который является поведенчески возможным и приемлимым, само по себе выгодно, но экспериментальные исследования должны объяснить возможные протективные механизмы, используюя приемлемый объем употребления растительных продуктов. Исследование эффективности фармакологических доз растительных продуктов может помочь идентифицировать специфические компоненты, но маловероятно, что любой компонент будет ''волшебной пулей'', предотвращающим несметное число хронических болезней.

Интервенционные исследования человека могут дать самые сильные доказательства эффективности овощей и фруктов на риск болезни. Однако, эти интервенционные исследования должны быть большим, чтобы иметь адекватную статистическую мощность, и следовательно, они очень дороги. Кроме того, факторы времени, дозы и выбор популяции для исследования идругие факторы влияют на интерпретацию результатов.