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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

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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.

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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

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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

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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.

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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

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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).

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Figura 1. Estructura básica de flavonoides y principales familias presentes en alimentos.

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