ФРУКТОЗА* (FRUCTOSUM*)
фруктоза (C6H12O6) является кетогексозой, отличающейся от глюкозы наличием кетогруппы в положении 2 углеродной цепи. Фруктоза — более сильный подсластитель, чем сахароза или глюкоза. Содержится во фруктах и овощах.
В отличие от глюкозы, фруктоза не может быть непосредственно использована в качестве источника энергии клетками организма человека и должна сначала превратиться в глюкозу, лактат или жирные кислоты в печени, кишечнике и почках. Из-за этого специфического двухступенчатого метаболизма часть энергии потребляется во внутренних органах для превращения фруктозы в другие субстраты, что приводит к более низкой чистой энергетической эффективности фруктозы по сравнению с глюкозой.
После приема внутрь фруктоза метаболизируется либо в пищеварительном тракте (до 30%), либо в печени. Концентрация фруктозы в плазме крови обычно составляет около 0,04–0,2 ммоль/л, может резко увеличиваться (до 10 раз) после употребления фруктозы и возвращаться к уровню натощак в течение 2 ч. Этот быстрый клиренс в значительной степени опосредован эффективной экстракцией фруктозы печенью. Способность кишечника поглощать фруктозу имеет насыщаемый характер, при этом способность организма здорового взрослого человека усваивать свободную фруктозу колеблется от менее чем 5 г до 50 г.
Фруктоза, в отличие от глюкозы, проникает в энтероциты с помощью инсулинонезависимого механизма благодаря высокоспецифическому переносчику фруктозы GLUT5, расположенному на апикальном полюсе энтероцита, откуда поступает в портальную венозную циркуляцию. Большинство фруктозы, абсорбированной в кишечнике, поглощается гепатоцитами благодаря инсулинонезависимому транспортеру GLUT2 и метаболизируется.
В отличие от глюкозы, метаболизм которой тонко регулируется, фруктолиз потенциально неограничен. В результате образуется большое количество субстрата, используемого в различных метаболических путях (гликолиз, гликогенез, глюконеогенез, липогенез, окислительное фосфорилирование) в соответствии с клеточными потребностями. В организме человека фруктоза превращается в глюкозу при умеренном потреблении (1 г/кг массы тела). Высокое потребление фруктозы приводит к сильной индукции GLUT5, но не GLUT2, тем самым увеличивая концентрацию фруктозы и катаболизм в цитозоле эпителиоцитов кишечника.
Фруктоза, не метаболизированная в кишечнике и печени, циркулирует в крови и может, хоть и в небольших количествах, достигать головного мозга. Транспортеры фруктозы и метаболизирующие фруктозу ферменты присутствуют в нейронах и глиальных клетках.
В организме млекопитающих также происходит синтез фруктозы. Семенные пузырьки, гепатоциты и клетки яичников экспрессируют альдозоредуктазу и сорбитолдегидрогеназу, с помощью которых синтезируют фруктозу из глюкозы.
первичными метаболитами и побочными продуктами фруктолиза в печени являются глюкоза, лактат, свободные жирные кислоты, липопротеины очень низкой плотности, мочевая кислота и метилглиоксаль, которые могут нарушать функцию внепеченочных тканей и других органов. Метаболизм фруктозы ведет к истощению содержания АТФ, что вызывает воспалительную реакцию и окислительный стресс.
Фруктоза, вводимая per os, стимулирует вегетативные и эндокринные реакции, снижая продукцию инсулина поджелудочной железой. К тому же употребление фруктозы, в отличие от глюкозы, приводит к усилению ощущения голода и желания принять пищу, поскольку снижает уровень лептина и глюкагоноподобного пептида 1 и повышает уровень грелина в сыворотке крови.
Кроме неблагоприятного воздействия фруктозы на массу тела, считается, что она также отрицательно влияет на метаболизм за счет накопления субстрата в печени, что приводит к липо- и глюконеогенезу.
Диета, обогащенная фруктозой, изменяет состав короткоцепочечных жирных кислот в кишечнике, вызывая чрезмерную выработку бутирата, ацетата или пропионата кишечной микробиотой, тем самым повышая синтез ацетил-КоА из ацетата, способствуя липогенезу.
Метаболизм фруктозы приводит к образованию дигидроксиацетонфосфата и глицеральдегид-3-фосфата, которые в процессе гликолиза расщепляются до пирувата. Поскольку механизм обратной связи, регулирующий метаболизм фруктозы, отсутствует, происходит накопление субстрата ацетил-КоА, превышающего возможности цитратного цикла. Избыток цитрата служит субстратом для липогенеза de novo.
Эндогенный синтез фруктозы и метаболиты полиолов считаются ключевыми в развитии диабетических микрососудистых осложнений.
Токсические конечные продукты гликирования, образующиеся в результате метаболизма фруктозы, вероятно играют роль в процессе старения; в патогенезе сосудистых, почечных и глазных осложнений при сахарном диабете; в развитии атеросклероза. Употребление фруктозы может привести к повышению АД, уровня мочевой и молочной кислот. Фруктоза в печени преобразуется во фруктозо-1-фосфат с потреблением АТФ. Образовавшийся АДФ расщепляется до мочевой кислоты, которая ингибирует эндотелиальную NO-синтазу, способствуя тем самым развитию эндотелиальной дисфункции. Длительное употребление фруктозы может стимулировать синтез пуринов, способствуя выработке мочевой кислоты из ксантина, что приводит к накоплению ее в гепатоцитах и повышает риск подагры. Лица с АГ, гиперинсулинемией, гипертриглицеридемией, инсулинонезависимым сахарным диабетом или в период постменопаузы более восприимчивы к этим побочным эффектам фруктозы, чем здоровые молодые люди.
Потребление фруктозы, даже краткосрочное, может влиять на функцию и здоровье головного мозга, способствуя процессам нейровоспаления, митохондриальной дисфункции и окислительному стрессу.
Фруктоза также считается основной причиной симптоматики у некоторых пациентов с хронической диареей или другими функциональными нарушениями кишечника.
фруктоза легко образует комплексы с ионами металлов и, следовательно, может модулировать кишечную абсорбцию и биодоступность минералов.
при приеме в избыточном количестве (более 50 г) неабсорбированная фруктоза может создавать осмотическую нагрузку на дистальный отдел тонкой кишки и толстую кишку. Кроме того, фруктоза может служить субстратом для бактериального брожения, что приводит к образованию газа (водород, метан и углекислый газ) и других бактериальных метаболитов, которые могут влиять на перистальтику кишечника и вызывать абдоминальную боль и вздутие живота.
Чрезмерное потребление фруктозы способствует окислительному стрессу, воспалению, повышению уровня мочевой кислоты в сыворотке крови, гипертриглицеридемии, повышению систолического АД и резистентности к инсулину, связанным с развитием или усилением ожирения, сахарного диабета и неалкогольной жировой болезни печени.
Чрезмерное потребление фруктозы может ухудшить синаптическую пластичность и когнитивные функции, способствовать запуску механизмов, связанных с нейродегенерацией.
Дополнительное количество фруктозы метаболизируется микробиотой толстой кишки. Образовавшиеся метаболиты становятся источником энергии для бактерий и влияют на кишечную среду. Таким образом, фруктоза может способствовать развитию дисбиоза за счет увеличения количества Bacteroides, Proteobacteria, Enterobacteria, Escherichia, Blautia и Bacteroides fragilis при уменьшении Actinobacteria, Akkermansia, Verrucomicrobia, Coprococcus eutactus и Lactobacillus.
Потребление большого количества фруктозы вызывает дисфункцию эпителиального барьера кишечника — снижает экспрессию белка плотных контактов 1, молекул межклеточной адгезии, окклюдина, клаудина, β-катенина и E-кадгерина. Из-за увеличения проницаемости кишечника токсичные бактериальные метаболиты, в частности липополисахариды, могут проникать в кровоток с развитием метаболической эндотоксемии.