Η βιοδιαθεσιμότητα των θρεπτικών συστατικών

Όταν καταναλώνουμε φαγητά ή ροφήματα, τα θρεπτικά τους συστατικά απελευθερώνονται, απορροφώνται στην κυκλοφορία του αίματος και μεταφέρονται στους ιστούς. Ωστόσο, δεν μπορούν όλα τα θρεπτικά συστατικά να χρησιμοποιηθούν στον ίδιο βαθμό, με άλλα λόγια, διαφέρουν ως προς τη βιοδιαθεσιμότητα τους.

Η κατανόηση της βιοδιαθεσιμότητας συμβάλλει στη βελτίωση της διατροφής και στην ανάπτυξη συστάσεων πρόσληψης θρεπτικών συστατικών.

Υπάρχουν αρκετοί ορισμοί της βιοδιαθεσιμότητας θρεπτικών συστατικών, αλλά γενικά ο όρος αναφέρεται στην αναλογία ενός θρεπτικού συστατικού που απορροφάται από τη δίαιτα και χρησιμοποιείται για τις φυσιολογικές λειτουργίες του σώματος. Οι παρακάτω συνιστώσες περιγράφουν τα διαφορετικά βήματα του μεταβολικού «μονοπατιού» κατά το οποίο μπορεί να συμβούν αλλαγές στη βιοδιαθεσιμότητα θρεπτικών συστατικών:

* απελευθέρωση του θρεπτικού συστατικού από το φυσικοχημικό διαιτητικό πλέγμα του τροφίμου
* επιδράσεις των πεπτικών ενζύμων στο έντερο
* πρόσδεση και πρόσληψη του θρεπτικού συστατικού στον εντερικό βλεννογόνο
* μεταφορά κατά μήκος του εντερικού τοιχώματος (μεταφορά κατά μήκος των κυττάρων, ανάμεσά τους ή/και με τους δύο μηχανισμούς) στην κυκλοφορία του αίματος ή στη λεμφική κυκλοφορία
* συστηματική κατανομή
* συστηματική αποθήκευση (αποθήκες)
* μεταβολική και λειτουργική χρήση
* απέκκριση (μέσω των ούρων ή των κοπράνων)

Όπως φαίνεται από την παραπάνω λίστα, εξωτερικοί και εσωτερικοί παράγοντες διαδραματίζουν καθοριστικό ρόλο στη βιοδιαθεσιμότητα του θρεπτικού συστατικού. Οι εξωτερικοί παράγοντες περιλαμβάνουν το δομικό πλέγμα του τροφίμου και τη χημική μορφή του υπό μελέτη θρεπτικού συστατικού, ενώ το φύλο, η ηλικία, η διατροφική κατάσταση και το στάδιο ζωής (π.χ. εγκυμοσύνη) ανήκουν στους εσωτερικούς παράγοντες. Επειδή κάποιοι παράγοντες, όπως η διατροφική κατάσταση, καθορίζουν τόσο το αν όσο και σε ποιον βαθμό χρησιμοποιείται, αποθηκεύεται ή απεκκρίνεται το θρεπτικό συστατικό, κάποιοι ορισμοί της βιοδιαθεσιμότητας περιορίζονται στον βαθμό απορρόφησης του θρεπτικού συστατικού.

Η βιοδιαθεσιμότητα των μακροσυστατικών – υδατάνθρακες, πρωτεΐνες, λίπη – είναι συνήθως πολύ υψηλή, σε βαθμό μεγαλύτερο του 90% της ποσότητας που προσλαμβάνεται. Από την άλλη πλευρά, τα μικροθρεπτικά συστατικά, δηλαδή βιταμίνες, ανόργανα άλατα και βιοενεργά φυτοχημικά (π.χ. φλαβονοειδή, καροτενοειδή) μπορεί να ποικίλλουν σε μεγάλο βαθμό ως προς την απορρόφηση και τη χρησιμοποίησή τους. Επομένως στις επόμενες ενότητες τα μικροθρεπτικά συστατικά και τα φυτοχημικά θα χρησιμοποιηθούν ως παραδείγματα για την παρουσίαση των διαφορετικών σταδίων κατά τα οποία μπορεί να επηρεαστεί η βιοδιαθεσιμότητα των μικροθρεπτικών συστατικών.

Επιδράσεις του δομικού πλέγματος του τροφίμου

Το πρώτο βήμα για να γίνει ένα θρεπτικό συστατικό βιοδιαθέσιμο είναι η απελευθέρωσή του από το δομικό πλέγμα του τροφίμου και η μετατροπή του σε χημική μορφή, που μπορεί να προσδεθεί και να εισέλθει στα εντερικά κύτταρα ή να περάσει ανάμεσά τους. Συνολικά, όλο αυτό το βήμα ονομάζεται βιοπρόσβαση.Τα θρεπτικά συστατικά καθίστανται βιοπροσβάσιμα μέσα από τις διαδικασίες της μάσησης και της αρχικής ενζυματικής πέψης στο στόμα, με την ανάμειξη με οξύ και περισσότερα ένζυμα στο γαστρικό χυμό κατά την κατάποση, και τελικά με την απελευθέρωση στο λεπτό έντερο, το οποίο και αποτελεί το σημαντικότερο σημείο της απορρόφησης θρεπτικών συστατικών. Στο σημείο αυτό, ακόμα περισσότερα ένζυμα που παρέχει ο παγκρεατικός χυμός συνεχίζουν την αποικοδόμηση του περιβλήματος του τροφίμου.

Επιπρόσθετα της μάσησης και της ενζυμικής δράσης, η ικανότητα πέψης των δομικών συστατικών του τροφίμου, ιδιαίτερα των φυτικών τροφίμων, μπορεί να βοηθηθεί με το μαγείρεμα ή με την πολτοποίηση του τροφίμου. Για παράδειγμα, ενώ τα καρότα και το σπανάκι είναι καλές πηγές φυτικών ινών, το μαγείρεμα είναι αυτό που επιτρέπει στο ανθρώπινο σώμα να απορροφήσει ένα πολύ μεγαλύτερο μέρος των καροτενοειδών που περιέχονται στα τρόφιμα αυτά.

Τα ανόργανα άλατα και άλλα θρεπτικά συστατικά υπάρχουν σε διαφορετικές χημικές μορφές στα τρόφιμα, γέγονος που επίσης επηρεάζει τη βιοδιαθεσιμότητά τους. Ένα κλασικό παράδειγμα είναι ο σίδηρος. Γενικά αναφερόμαστε σε δύο τύπους διαιτητικού σιδήρου: στον αιμικό και τον μη αιμικό σίδηρο. Ο πρώτος βρίσκεται μόνο στο κρέας, το ψάρι και τα πουλερικά, ενώ ο μη αιμικός εμφανίζεται τόσο σε τρόφιμα φυτικής όσο και ζωικής προέλευσης. Ο αιμικός σίδηρος προέρχεται κυρίως από τα μόρια αιμογλοβίνης και μυογλοβίνης, που είναι υπεύθυνα για τη μεταφορά και αποθήκευση του οξυγόνου στο αίμα και τους μυς, αντίστοιχα. Μόλις απελευθερωθεί από το δομικό πλέγμα του τροφίμου, το μόριο της αίμης συμπεριφέρεται ως ένα προστατευτικό δακτυλίδι γύρω από το κεντρικό άτομο σιδήρου. Επομένως, προστατεύει το σίδηρο από την αλληλεπίδραση με άλλα συστατικά του τροφίμου, τον διατηρεί διαλυτό στο έντερο και έτσι απορροφάται ακέραιος με τη βοήθεια ενός ειδικού μεταφορικού συστήματος στην επιφάνεια των εντεροκυττάρων.⁶ Αντίθετα, ο μη αιμικός σίδηρος δεν είναι διαλυτός στις εντερικές συνθήκες και μπορεί εύκολα να επηρεαστεί από άλλα συστατικά της δίαιτας.² Γι’ αυτόν τον λόγο, μόνο ένα μικρό ποσοστό του μη αιμικού σιδήρου απορροφάται από τα κύτταρα.

Μερικές φορές οι βιταμίνες και τα ανόργανα άλατα προστίθενται στα τρόφιμα, με σκοπό να αυξήσουν τη θρεπτική τους αξία – μία διαδικασία που ονομάζεται εμπλουτισμός. Στην περίπτωση του φυλλικού οξέος, βιταμίνης του συμπλέγματος B, το οποίο προστίθεται συχνά στα δημητριακά πρωινού, στο αλεύρι και σε ορισμένα μαλακά τυριά και βούτυρο, το προστιθέμενο φυλλικό είναι συνήθως περισσότερο βιοδιαθέσιμο από αυτό που βρίσκεται φυσικά στα τρόφιμα, το οποίο ονομάζεται συχνά  διαιτητικό φυλλικό. Οι μελέτες δείχνουν 20-70% μικρότερη βιοδιαθεσιμότητα του διαιτητικού φυλλικού (από φρούτα, λαχανικά ή συκώτι) σε σύγκριση με το συνθετικό φυλλικό οξύ.⁷ Αυτό δεν σημαίνει φυσικά ότι θα πρέπει να καταναλώνουμε μόνο τρόφιμα που είναι εμπλουτισμένα με φολικό, αλλά φυσικές διαιτητικές πηγές, όπως πράσινα φυλλώδη λαχανικά σε συνδυασμό με εμπλουτισμένα τρόφιμα, ώστε να εξασφαλίζεται ότι καλύπτονται οι ατομικές διαιτητικές απαιτήσεις γι’ αυτήν τη βιταμίνη.

Προαγωγοί της βιοδιαθεσιμότητας

Τα θρεπτικά συστατικά μπορούν να αλληλεπιδράσουν μεταξύ τους ή με άλλα διαιτητικά συστατικά στο σημείο απορρόφησης, με αποτέλεσμα είτε την αλλαγή στη βιοδιαθεσιμότητα είτε – αν αναστολείς και ενισχυτές αλληλοαναιρούνται –καμία απολύτως επίδραση. Οι ενισχυτές μπορεί να δράσουν με διαφορετικούς τρόπους, όπως το να διατηρούν ένα θρεπτικό συστατικό διαλυτό ή να το προστατεύουν από αλληλεπίδραση με αναστολείς. Για παράδειγμα, καθώς τα καροτενοειδή είναι λιποδιαλυτά, η προσθήκη μικρών ποσοτήτων λίπους ή ελαίου στο γεύμα (3-5 γρ. ανά γεύμα) βελτιώνει τη βιοδιαθεσιμότητά τους.⁹ Με παρόμοιο τρόπο, το κρέας, τα ψάρια και τα πουλερικά, εκτός του ότι περιέχουν σίδηρο υψηλής βιοδιαθεσιμότητας, βελτιώνουν την απορρόφηση του σιδήρου που λαμβάνουμε από όλα τα τρόφιμα. Παρόλο που αυτός ο «παράγοντας κρέατος» δεν έχει αναγνωριστεί ακόμα, έχει προταθεί ότι υπάρχει κάποια επίδραση της μυϊκής πρωτεΐνης.¹⁰

Η βιταμίνη C αποτελεί, επίσης, έναν ισχυρό «βοηθό» και είναι ικανή να αυξήσει την απορρόφηση του σιδήρου δύο με τρεις φορές.¹¹ Αυτό σημαίνει ότι, για παράδειγμα, η κατανάλωση ενός ποτηριού χυμού πορτοκάλι μαζί με ένα μπολ δημητριακά βοηθά το σώμα να χρησιμοποιήσει σε μεγαλύτερο βαθμό το σίδηρο που περιέχεται στα δημητριακά.

Επίδραση των αναστολέων στη βιοδιαθεσιμότητα

Οι αναστολείς μπορεί να μειώσουν τη βιοδιαθεσιμότητα των θρεπτικών συστατικών με τους παρακάτω μηχανισμούς: α) με πρόσδεση στο θρεπτικό συστατικό σε μια μορφή που δεν είναι αναγνωρίσιμη από τα συστήματα απορρόφησης στην επιφάνεια των εντεροκυττάρων, β) καθιστώντας το θρεπτικό συστατικό μη διαλυτό και, επομένως, μη διαθέσιμο προς απορρόφηση ή γ) λόγω ανταγωνισμού για το ίδιο σύστημα απορρόφησης. Το φυτικό οξύ είναι άφθονο σε ορισμένα φυτικά τρόφιμα (π.χ. στα όσπρια, τα δημητριακά ολικής αλέσεως, τους σπόρους και τους ξηρούς καρπούς) και προσδένεται ισχυρά σε ανόργανα στοιχεία, όπως το ασβέστιο, ο σίδηρος και ο ψευδάργυρος, σχηματίζοντας διαλυτά ή μη συμπλέγματα που δεν είναι διαθέσιμα προς απορρόφηση.¹² Κάποιοι τρόποι μείωσης της περιεκτικότητας σε φυτικό οξύ των τροφίμων περιλαμβάνουν τη ζύμωση (π.χ. εκτεταμένη ζύμωση σταρένιου ψωμιού) ή το μούλιασμα των οσπρίων.¹³

Ένα παράδειγμα ανταγωνισμού για το ίδιο σύστημα απορρόφησης είναι ο ανταγωνισμός μεταξύ του ασβεστίου και του μη αιμικού σιδήρου. Και τα δύο ανόργανα στοιχεία προσδένονται σε έναν μεταφορέα στην επιφάνεια των απορροφητικών κυττάρων του εντέρου, αλλά, ενώ ο μη αιμικός σίδηρος εισέρχεται στα κύτταρα με αυτόν τον τρόπο, το ασβέστιο ουσιαστικά εμποδίζει την είσοδό του. Αυτή η επίδραση είναι σημαντική, κυρίως όταν χρησιμοποιούνται συμπληρώματα ασβεστίου ή/και σιδήρου εκτός των γευμάτων.¹⁴ Επομένως, η καλύτερη συμβουλή θα ήταν τα συμπληρώματα αυτά να λαμβάνονται σε διαφορετικές ώρες της ημέρας, ώστε να αποφεύγεται αυτή η αλληλεπίδραση.

Η ανασταλτική επίδραση των συστατικών του φαγητού μπορεί, επίσης, να χρησιμοποιηθεί πλεονεκτικά, όπως γίνεται για παράδειγμα στην περίπτωση των φυτοστερολών. Αυτά τα φυσικά συστατικά απομονώνονται από ορισμένα φυτικά τρόφιμα και προστίθενται σε υψηλές δόσεις (περίπου 2 γρ. ανά μερίδα) σε διάφορα άλλα τρόφιμα (για παράδειγμα σε κρεμώδη τυριά ή μαργαρίνες, σε ροφήματα γάλακτος), με σκοπό να μειώσουν την απορρόφηση της χοληστερόλης, είτε αυτή προέρχεται από διαιτητικές πηγές είτε από ενδογενή παραγωγή μέσα στο σώμα.¹⁵

Παράγοντες ξενιστή

Οι εσωτερικοί ή σχετιζόμενοι με τον ξενιστή παράγοντες μπορούν να διαχωριστούν περαιτέρω σε γαστρεντερικούς και συστηματικούς παράγοντες. Ο ρόλος των γαστρεντερικών παραγόντων παρουσιάζεται ξεκάθαρα στο «μονοπάτι» απορρόφησης της βιταμίνης B₁₂. Αυτή η βιταμίνη απαιτεί γαστρικό οξύ, έτσι ώστε να απελευθερωθεί από το δομικό πλέγμα του τροφίμου∙ στη συνέχεια ακολουθεί μια αλληλουχία πρόσδεσης στην πρωτεΐνη R, απελευθέρωσης από την πρωτεΐνη R, πρόσδεσης στην πρωτεΐνη που ονομάζεται «ενδογενής παράγοντας» και, τελικά, απορρόφησης ως σύμπλοκο ενδογενούς παράγοντα – βιταμίνης B₁₂ στον τελικό ειλεό.¹⁶ Η πρωτεΐνη R, ο ενδογενής παράγοντας και το γαστρικό οξύ παράγονται στον γαστρικό βλεννογόνο, και η λειτουργική φθορά του βλεννογόνου – όπως συμβαίνει στους ηλικιωμένους και σε ορισμένες άλλες καταστάσεις – μπορεί να εμποδίσει την παραγωγή τους και, επομένως, να μειώσει τη βιοδιαθεσιμότητα της βιταμίνης Β₁₂.

Οι συστηματικοί παράγοντες περιλαμβάνουν την έλλειψη ορισμένων θρεπτικών συστατικών από τον οργανισμό ή αλλαγές στη φυσιολογική κατάσταση, όπως π.χ. εγκυμοσύνη. Και στις δύο περιπτώσεις, το σώμα μπορεί να ανταποκριθεί ενισχύοντας το απορροφητικό μονοπάτι του θρεπτικού συστατικού ή την αξιοποίησή του, ώστε να καλύψει τις αυξημένες ανάγκες.¹⁴ Το ασβέστιο και ο ψευδάργυρος, όπως και άλλα θρεπτικά συστατικά, ρυθμίζονται με αυτόν τον μηχανισμό. Από την άλλη, κάποιες φλεγμονώδεις καταστάσεις ή λοιμώξεις μπορεί να μειώσουν την απορροφητική ικανότητα του εντέρου. Για παράδειγμα, η απορρόφηση του σιδήρου μειώνεται σε άτομα με οξείες λοιμώξεις, όπως το κοινό κρυολόγημα.¹⁷

Η επίδραση των διατροφικών συστάσεων

Για αρκετά θρεπτικά συστατικά – κυρίως για το ασβέστιο, το μαγνήσιο, το σίδηρο, τον ψευδάργυρο, το φυλλικό και τη βιταμίνη Α – η γνώση της βιοδιαθεσιμότητάς τους είναι απαραίτητη, ώστε να μεταφραστούν οι φυσιολογικές απαιτήσεις του οργανισμού σε αυτά τα θρεπτικά συστατικά σε πραγματικές διατροφικές συστάσεις.¹⁴ Το μέγεθος των διορθώσεων που πιθανόν απαιτούνται ποικίλλει ανά θρεπτικό συστατικό, ανάλογα με τη συνήθη δίαιτα και ανάλογα με αρκετούς παράγοντες που σχετίζονται με το άτομο, οι περισσότεροι εκ των οποίων είναι δύσκολο να αξιολογηθούν. Έχοντας υπόψη όλες αυτές τις επιδράσεις, δεν είναι περίεργο ότι οι διατροφικές συστάσεις διαφέρουν μεταξύ των χωρών αλλά και μεταξύ των ιδρυμάτων. Ωστόσο, γίνονται προσπάθειες από το Δίκτυο Αριστείας EURRECA, ώστε να τυποποιηθούν οι μεθοδολογίες αξιολόγησης σε όλη την Ευρώπη.¹⁸

Βιβλιογραφικές αναφορές

1. Aggett PJ. (2010). Population reference intakes and micronutrient bioavailability: a European perspective. American Journal of Clinical Nutrition 91(suppl):1433S-1437S. doi:10.3945/ajcn.2010.28674C
2. Hurrell R and Egli I. (2010). Iron bioavailability and dietary reference values. American Journal of Clinical Nutrition 91(5):1461S-1467S. doi: 10.3945/ajcn.2010.28674F
3. Heaney RP. (2001). Factors influencing the measurement of bioavailability, taking calcium as a model. Journal of Nutrition 131(suppl):1344S-1348S.
4. Holst B, Williamson G. (2008) Nutrients and phytochemicals: from bioavailability to bioefficacy beyond antioxidants. Current Opinion in Biotechnology 19:73-82. doi: 10.1016/j.copbio.2008.03.003
5. Rock CL, Lovalvo JL, Emenhiser C, Ruffin MT, Flatt SW, Schwartz SJ. (1998). Bioavailability of ß-Carotene Is Lower in Raw than in Processed Carrots and Spinach in Women. The Journal of Nutrition 128(5):913-916.
6. Shayeghi M, Latunde-Dada GO, Oakhill JS, Laftah AH, Takeuchi K, Halliday N, Khan Y, Warley A, McCann FE, Hider RC, Frazer DM, Anderson GJ, Vulpe CD, Simpson RJ, McKie AT. (2005). Identification of an intestinal heme transporter. Cell 122(5):789-801.
7. Hannon-Fletcher MP, Armstrong NC, Scott JM, Pentieva K, Bradbury I, Ward M, Strain JJ, Dunn AA, Molloy AM, Kerr MA, McNulty H. (2004). Determining bioavailability of food folates in a controlled intervention study. American Journal of Clinical Nutrition 80(4):911-918.
8. Winkels RM, Brouwer IA, Siebelink E, Katan MB, Verhoef P. (2007). Bioavailability of food folates is 80% of that of folic acid. American Journal of Clinical Nutrition 85(2):465-473.
9. van Het Hof KH, West CE, Weststrate JA, Hautvast JG. (2000). Dietary factors that affect the bioavailability of carotenoids. Journal of Nutrition 130(3):503-506.
10. Hurrell R, Egli I. (2010). Iron bioavailability and dietary reference values. American Journal of Clinical Nutrition. doi: 10.3945/ajcn.2010.28674F [Epub ahead of print]
11. Teucher B, Olivares M, Cori H. (2004). Enhancers of iron absorption: ascorbic acid and other organic acids. International Journal of Vitamin and Nutrition Research 74(6):403-419.
12. Zhou JR, Erdman JW Jr. (1995). Phytic acid in health and disease. Critical Reviews in Food Science and Nutrition 35(6):495-508.
13. Hotz C, Gibson RS. (2007). Traditional food-processing and preparation practices to enhance the bioavailability of micronutrients in plant-based diets. Journal of Nutrition 137(4):1097-1100.
14. Gibson RS. (2007). The role of diet- and host-related factors in nutrient bioavailability and thus in nutrient-based dietary requirement estimates. Food and Nutrition Bulletin 28(1 Suppl):S77-100.
15. Demonty I, Ras RT, van der Knaap HC, Duchateau GS, Meijer L, Zock PL, Geleijnse JM, Trautwein EA. (2009). Continuous dose-response relationship of the LDL-cholesterol-lowering effect of phytosterol intake. Journal of Nutrition 139(2):271-284.
16. Truswell AS. (2007). Vitamin B12. Nutrition & Dietetics 64(suppl 4):S120-S125.
17. Lynch S. (2007). Influence of infection/inflammation, thalassemia and nutritional status on iron absorption. International Journal of Vitamin and Nutrition Research 77(3):217-223.
18. Ashwell M, Lambert JP, Alles MS, Branca F, Bucchini L, Brzozowska A, de Groot LC, Dhonukshe-Rutten RA, Dwyer JT, Fairweather-Tait S, Koletzko B, Pavlovic M, Raats MM, Serra-Majem L, Smith R, van Ommen B, Veer P, von Rosen J, Pijls LT; EURRECA Network. (2008). How we will produce the evidence-based EURRECA toolkit to support nutrition and food policy. European Journal of Nutrition 47 Suppl 1:2-16.