Warzywo korzeniowe Beta vulgaris rubra wzbudziło ostatnio duże zainteresowanie jako żywność wspierająca zdrowie. Jest dobrze znane ze swoich silnych właściwości antyoksydacyjnych, przeciwzapalnych i chroniących naczynia krwionośne, co zostało wyraźnie potwierdzone w licznych badaniach in vitro oraz in vivo z udziałem ludzi i zwierząt.

Szczególną popularność zyskuje jako element żywieniowego podejścia wspomagającego leczenie chorób układu sercowo-naczyniowego i nowotworów. W badaniach z udziałem ludzi suplementacja burakiem obniżała ciśnienie krwi, łagodziła stan zapalny, zapobiegała stresowi oksydacyjnemu, pomagała zachować prawidłową funkcję śródbłonka oraz przywracała prawidłową hemodynamikę naczyń mózgowych. Ponadto w kilku badaniach wykazano, że suplementacja burakiem skutecznie poprawia wydolność sportową. (1)

Szczególnie istotne może być ograniczenie stanu zapalnego, które stwarza ogromną szansę na rozszerzenie zastosowania buraka ćwikłowego w profilaktyce i modulowaniu procesów zapalnych.

W niniejszym artykule wyjaśniono korzystny wpływ buraka na organizm człowieka oraz jego niezwykły potencjał w przypadku kilku chorób wywoływanych przewlekłym stanem zapalnym.

2.1 Potencjalnie bioaktywne związki

Korzystne dla zdrowia działanie Beta vulg. przypisuje się w dużej mierze jej związkom bioaktywnym.

Dotyczy to przede wszystkim wysokiej zawartości azotanów nieorganicznych. Same azotany nie są uznawane za związki pośredniczące w konkretnej funkcji fizjologicznej; ich korzystne działanie wiąże się raczej z ich redukcją do tlenku azotu (NO). Redukcja do azotynów zachodzi po wchłonięciu i wejściu do krążenia jelitowo-ślinowego; zakładamy, że 25% azotanów trafia do tego obiegu. Bakterie obecne w ślinie redukują ślinowe azotany do NO. Azotyny ślinowe są jednak ponownie wchłaniane do krążenia przez żołądek, gdzie następnie są metabolizowane do NO. (1)

Burak ćwikłowy jest jednym z niewielu warzyw zawierających grupę wysoce bioaktywnych barwników znanych jako betalainy. W wielu badaniach wykazano ich silne działanie przeciwutleniające i przeciwzapalne in vitro oraz w zwierzęcych modelach in vivo, co wzbudziło zainteresowanie potencjalnym zastosowaniem buraków ćwikłowych w chorobach charakteryzujących się stresem oksydacyjnym i przewlekłym stanem zapalnym (w IBD/IBS, astmie, zespole przewlekłego zmęczenia, chorobach wątroby, zapaleniu stawów, chorobie Alzheimera, chorobie Parkinsona, chorobach układu sercowo-naczyniowego, cukrzycy i przewlekłej chorobie nerek).

Betalainy można podzielić na betacyjaniny, takie jak betanina i izobetanina, oraz betaksantyny, takie jak wulgaksantyna I i II oraz indicaksantyna. (1)

Ponadto w Beta vulg. występują pewne ilości karotenoidów, kwasu askorbinowego i związków fenolowych, takich jak flawonoidy, kwasy fenolowe i amidy fenolowe. (1)

2.2. Korzyści betalain

W modelach in vitro betalainy wykazywały znaczne obniżenie poziomu cząsteczek prozapalnych, takich jak cyklooksygenaza-2 (COX-2), indukowalna syntaza tlenku azotu (iNOS) oraz cytokiny prozapalne IL-6 i IL-8. (7)

W modelach in vivo zaobserwowano zmniejszenie apoptozy w mózgu u osób stosujących dietę wysokotłuszczową po czterech tygodniach doustnego przyjmowania indicaksantyny. Efekt ten można wyjaśnić obniżeniem ekspresji genów proapoptotycznych i zwiększeniem ekspresji genów antyapoptotycznych, zmniejszeniem neurozapalenia poprzez ograniczenie ekspresji genów i białek prozapalnych oraz złagodzeniem stresu oksydacyjnego poprzez redukcję reaktywnych form tlenu (ROS) i azotu.

Podsumowując, betalainy, w szczególności betanina i indicaksantyna, wykazują silne działanie antyoksydacyjne i przeciwzapalne, oddziałując na kluczowe mechanizmy, takie jak redukcja ROS, hamowanie cytokin prozapalnych oraz modulowanie szlaków związanych z apoptozą. (7)

2.3 Struktura chemiczna związków buraka

Zdolność betaniny do neutralizowania wolnych rodników wynika z jej struktury chemicznej, zawierającej grupy hydroksylowe i wiązania nienasycone w pierścieniu benzenowym. Betanina zapobiega oksydacyjnym uszkodzeniom białek, hamując nitrowanie aminokwasu tyrozyny. (7)

3.1 Przeciwutleniacz

Udowodniono, że burak jest żywnością funkcjonalną o działaniu biologicznym przeciwutleniającym dzięki zawartości betalain (betainy) i innych składników fenolowych. Zdolność betaniny do neutralizowania wolnych rodników wynika z jej struktury chemicznej (7).

Badania dostarczają dowodów, że burak ćwikłowy jest wyjątkowo bogatym źródłem przeciwutleniaczy, które wykazują znaczną zdolność do ochrony składników komórkowych przed utlenianiem in vitro, a co ważniejsze, również in vivo (1).

3.2 Przeciwzapalne

Dane z kilku badań z wykorzystaniem modeli in vivo wykazały, że barwnik bogaty w betalainy, otrzymywany z Beta vulgaris, zmniejsza produkcję mediatorów stanu zapalnego TNF-a i IL-1ß. Betalainy ograniczają również działanie lipopolisacharydu w makrofagach pochodzących ze szpiku kostnego. LPS aktywuje NF-kB i zwiększa poziom IL-1ß oraz TNF-a. (7)

Podsumowując, betalainy zawarte w buraku czerwonym, zwłaszcza betanina, mogą łagodzić stan zapalny poprzez hamowanie szlaku sygnałowego NF-kB oraz redukcję ROS dzięki aktywacji szlaku czynnika jądrowego 2 związanego z czynnikiem erytroidalnym 2 (Nrf2)/elementem odpowiedzi antyoksydacyjnej (ARE). (8)

Pietrzkowski i wsp. wykazali w swoim badaniu, że bogate w betalainy kapsułki doustne, stosowane w warunkach terapeutycznych, zmniejszają ból i stan zapalny u pacjentów z chorobą zwyrodnieniową stawów. Po okresie ponad 10 dni i codziennej suplementacji wynoszącej co najmniej 35 mg dwa razy dziennie u pacjentów stwierdzono niższe stężenie interleukiny-6 (IL-6) i czynnika martwicy nowotworów alfa (TNF-a), a także wyraźne zahamowanie aktywności dwóch chemokin: regulowanego onkogenu alfa (GRO-alpha) oraz chemokiny RANTES (regulated upon activation normal T-cell growth). (9)

Przeciwzapalne działanie buraka ćwikłowego wydaje się również poprawiać zależne i niezależne od śródbłonka rozszerzenie naczyń w przedramieniu pacjentów z zespołem Raynauda. (11)

3.3 Mikrobiom jelitowy

Calvani i wsp. wykazali, że spożywanie soku z buraka ćwikłowego wiązało się z większą liczebnością bakterii o dobrze znanym korzystnym działaniu, w tym Akkermansia, Oscillospira, Prevotella, Roseburia, Ruminococcaceae i Turicibacter, w porównaniu z placebo. Wykazali również istotnie wyższe stężenia kałowego nikotynianu i trimetyloaminy. (6)

4.1 ZESPÓŁ JELITA DRAŻLIWEGO (IBS)

IBS jest zaburzeniem czynnościowym układu pokarmowego, spowodowanym zmianami w szlakach jelitowo-mózgowych. 

Możliwe mechanizmy zaburzeń osi jelitowo-mózgowej wskazują, że u niektórych podgrup przyczyną mogą być pierwotne zaburzenia jelitowe. 

Do mechanizmów leżących u podłoża zespołu jelita drażliwego mogą należeć czynniki genetyczne, zmiany poinfekcyjne, przewlekłe zakażenia oraz zaburzenia mikrobioty jelitowej. Zaburzenia mikrobiomu jelitowego często prowadzą do łagodnego stanu zapalnego błony śluzowej, aktywacji układu odpornościowego i zmienionej przepuszczalności jelit. Nieprawidłowości w metabolizmie serotoniny i zmiany funkcjonowania mózgu mogą być czynnikami pierwotnymi lub wtórnymi. (4)

Inne dowody również wskazują na udział zapalenia jelit, odpowiedzi cytokinowej i mikrobiomu jelitowego, które najpierw wpływają na jelita, a następnie prowadzą do zmian w mózgu u osób z IBS.(4)

Jednak niektóre badania wykazały również, że czynniki psychospołeczne, takie jak przemoc w dzieciństwie i zespół stresu pourazowego, wiążą się z rozwojem IBS w dorosłości. Wiadomo, że stres zwiększa aktywację układu odpornościowego za pośrednictwem cytokin prozapalnych i NF-kB. 

Wiadomo również, że oba te czynniki psychospołeczne sprzyjają prozapalnemu fenotypowi poprzez uwrażliwianie układów czynnika uwalniającego kortykotropinę i rozregulowanie osi HPA. Nadreaktywna oś HPA może także przyczyniać się do nadwrażliwości trzewnej, często obserwowanej u pacjentów z IBS. (5)

Lęk i zaburzenia nastroju są również dobrze potwierdzonymi czynnikami ryzyka rozwoju poinfekcyjnego IBS, wykazującymi podobne ryzyko jak ciężki epizod zakaźnego zapalenia żołądka i jelit. Dalsze badania nad zaburzeniami nastroju wskazały na utrzymywanie się ogólnoustrojowego stanu zapalnego i neurozapalenia. 

Badania z wykorzystaniem funkcjonalnego rezonansu magnetycznego u pacjentów z IBS wykazały nasilone reakcje na bodźce trzewne, ze zwiększoną aktywacją przedniej części zakrętu obręczy, kory przedczołowej i wzgórza w odpowiedzi na rozciąganie odbytnicy. Reakcje te wydają się również modulowane przez lęk i depresję. (5)

Podwyższone stężenia interleukiny-6 (IL-6) i interleukiny-8 (IL-8), stwierdzane u pacjentów z IBS, wpływają na metabolizm tryptofanu i prowadzą do nieprawidłowego funkcjonowania układu serotoninergicznego (5-HT). Nieprawidłowe funkcjonowanie 5-HT wiąże się ze zmienioną motoryką jelit i większą wrażliwością na ból nocyceptywny - objawami często obserwowanymi u pacjentów z IBS. (5)

Próbki kału pacjentów z IBS i biegunką wykazały również zwiększone ilości cytokin: interleukiny 1β, interleukiny 10, TNFα i interleukiny 6. Stężenie tych cytokin wydawało się również powiązane z częstotliwością i nasileniem bólu. (5)

Obserwuje się również współwystępowanie IBS z wrzodziejącym zapaleniem jelita grubego i chorobą Leśniowskiego-Crohna, w których wykazano, że leczenie anty-TNFα poprawia funkcjonowanie czuciowe trzewi i pozytywne tendencyjne zniekształcenia atrybucji. Stanowi to dalszy dowód na to, że procesy zapalne w jelitach wpływają na centralne przetwarzanie informacji. (5)

4.2 Zaburzenia zdrowia psychicznego

Osimo i in. stwierdzili istotnie podwyższone stężenia CRP, IL-3, IL-6, IL-12, IL-18, sIL-2R i TNF-a we krwi pacjentów z depresją, przy średnich i dużych rozmiarach efektu. Wyniki te utrzymały się w analizach wrażliwości uwzględniających czynniki psychiatryczne i związane ze stylem życia, wpływ skośności, wpływ badań o niskiej jakości oraz błąd publikacyjny. (13)

Li i in. również zidentyfikowali w swoim najnowszym przeglądzie systematycznym i metaanalizie szereg różnych biomarkerów stanu zapalnego i odpowiedzi immunologicznej. Ich poziomy różnią się istotnie u nastolatków z depresją w porównaniu ze zdrowymi osobami z grupy kontrolnej. (16)

CRP jest jednym z najlepiej zbadanych markerów stanu zapalnego w medycynie. W kilku, w tym podłużnych, badaniach depresji konsekwentnie stwierdzano wyższe poziomy CRP.

Często poprzedza ono wystąpienie choroby, co sugeruje, że stan zapalny może być jej przyczyną, a nie tylko konsekwencją.

Na poparcie tej hipotezy analiza randomizacji mendelowskiej przeprowadzona na próbie z UK Biobank wykazała, że IL-6 i CRP są prawdopodobnie przyczynowo powiązane z depresją.

Ponadto stwierdzono, że podwyższone obwodowe poziomy CRP korelują z jego poziomem w ośrodkowym układzie nerwowym, przy silnej korelacji między CRP w osoczu i płynie mózgowo-rdzeniowym. (13)

TNF-α jest jedną z głównych cytokin prozapalnych.

Jest produkowany przez komórki dendrytyczne i makrofagi, które podczas ostrego zakażenia wytwarzają IL-6 i IL-12. Wzrost stężeń TNF-α, IL-6 i IL-12 podczas trwających epizodów depresyjnych wyjaśnia ogólnoustrojowy charakter stanu zapalnego, ponieważ wykazuje on podobieństwo do reakcji immunologicznej na aktywne zakażenie. (13)

W kilku badaniach dotyczących IL-6 i CRP/hsCRP stwierdzono związki predykcyjne między poziomami markerów a odpowiedzią na leczenie. Badania wykazały, że poziomy wyjściowe wiązały się z lepszą odpowiedzią na związki o znanych właściwościach przeciwzapalnych, takie jak infliksymab i ketamina.

Różne podtypy dużego zaburzenia depresyjnego również wykazują różnice w profilach stanu zapalnego, takie jak IL-6 i IL-1β w przypadku depresji melancholijnej oraz CRP w przypadku depresji niemelancholijnej. (14)

Badania wykazały również, że nasilony stan zapalny u dzieci i nastolatków wiąże się z większym ryzykiem wystąpienia depresji w przyszłości. Dowody sugerują, że cytokiny prozapalne w mózgu mogą zmieniać jego strukturę i funkcjonowanie poprzez wpływ na neuroprzekaźnictwo, hipokamp, oś podwzgórze-przysadka-nadnercza oraz funkcjonowanie układu współczulnego.

Zmiany te mogą prowadzić do zaburzeń funkcji poznawczych i objawów depresyjnych. (15)

Wyniki te potwierdzają, że ostra depresja jest stanem prozapalnym, i wspierają hipotezę, że podwyższenie poziomów markerów stanu zapalnego w depresji wynika z przesunięcia rozkładu markerów immunologicznych w prawo. (13)

Pokazują również dwukierunkowy związek między depresją a stanami prozapalnymi, który można wykryć już na wczesnym etapie życia. (15)

Aby składnik żywności można było uznać za korzystny dla zdrowia, musi być biodostępny in vivo.

Obserwujemy wysoką biodostępność nieorganicznych azotanów pokarmowych zawartych w buraku ćwikłowym, a doniesienia wskazują na niemal 100% wchłanianie po trawieniu. (1)

Ponieważ redukcja azotanów do azotynów jest zależna od określonych bakterii ślinowych, wypluwanie śliny lub stosowanie doustnych środków przeciwbakteryjnych, takich jak płyn do płukania jamy ustnej, może ograniczać przemianę azotanów w azotyny. (1)

Stopień wchłaniania betalain jest mniej jasny. Zakres, w jakim betalainy są metabolizowane i strukturalnie przekształcane w metabolity wtórne, nie został jeszcze określony, ale należy go uwzględnić przy ocenie ich biodostępności. (1)

Badania sugerują, że część aktywnych związków zawartych w buraku jest tracona lub ulega degradacji podczas gotowania i przetwarzania. Teoretycznie obróbka termiczna, ekspozycja na czynniki bakteryjne, zakwaszanie, warunki przechowywania i obróbka w modyfikowanej atmosferze mogą wpływać na skład fitochemiczny. (3)

Istnieje kilka czynników, które negatywnie wpływają na stabilność betalain, w tym podwyższona temperatura, światło, tlen, skrajne wartości pH, jony metali i wysoka aktywność wody. 

Szczególnie degradacja termiczna stanowi duże wyzwanie w pracy z produktami na bazie betalain. Betacyjaniny tracą stabilność powyżej 60°C, podczas gdy betaksantyny już powyżej 40°C. Podczas przechowywania produkty na bazie betalain wydają się bardziej stabilne w temperaturze pokojowej.

Jeśli chodzi o pH, betalainy są na ogół stabilne w zakresie od 3 do 7. Warunki zasadowe wpływają na nie negatywnie.

Głównym wyzwaniem związanym z zastosowaniem betalain w przemyśle jest ich niestabilność w obliczu tych czynników środowiskowych.

Techniki enkapsulacji i adsorpcji są obiecującymi alternatywami pozwalającymi przezwyciężyć te ograniczenia i poprawić stabilność związków bioaktywnych. (7)

Czynniki poprawiające stabilność betalain obejmują kwas askorbinowy, kwas izoaskorbinowy oraz substancje chelatujące, takie jak kwas cytrynowy i EDTA. Skuteczne mogą być również ß-cyklodekstryna i oksydaza glukozowa, ponieważ pochłaniają wolną wodę i usuwają rozpuszczony tlen. (12)

Powstające pochodne betaniny mogą również wywierać silny wpływ na aktywność biologiczną produktów z B. vulgaris i mogą być wykorzystywane w różnych zastosowaniach spożywczych, oferując nowe właściwości prozdrowotne i barwiące. (12)

Badania wykazały niższy stopień wchłaniania betalain z buraka ćwikłowego, wynikający z mniejszego transportu przez nabłonek, w porównaniu z betalainami z innych źródeł, takich jak owoce opuncji figowej. Najnowsze badania sugerują, że niższy stopień wchłaniania wynika z różnic w matrycy żywności. Oznacza to, że biodostępność betaniny może być niższa po spożyciu buraka w porównaniu z innymi źródłami betaniny. (3)

Chociaż istnieją dowody na skuteczność biologiczną betalain in vivo, wydaje się, że ich biodostępność jest ogólnie bardzo niska, co może wpływać na ich potencjał terapeutyczny. Dlatego należy koniecznie uwzględnić fakt, że interakcje między substancjami tworzącymi naturalną matrycę mogą wpływać na biodostępność betalain z buraka ćwikłowego. (7)

Badanie in vitro z wykorzystaniem komórek Caco-2 wykazało, że indykaksantyna i betanina są wchłaniane przez nabłonek jelitowy, ale w odmienny sposób. Podczas gdy indykaksantyna jest transportowana szlakiem niezależnym od transporterów błonowych, betanina jest od nich zależna, co ogranicza jej wchłanianie. Wchłanianie indykaksantyny jest bardziej efektywne, a jej biodostępność wyższa. W przeciwieństwie do betaniny, na wchłanianie indykaksantyny nie wpływała matryca żywności. (7)

Badanie z udziałem ochotników wykazało, że stężenie betalain w osoczu osiągnęło szczyt po pierwszym tygodniu spożywania fermentowanego soku z buraka, a w moczu po drugim tygodniu spożywania soku. Może to sugerować, że betalainy prawdopodobnie przechodzą sekwencyjną biotransformację. (7)

W innym badaniu zaobserwowano, że duża część betacyjanin z buraka ulegała fragmentacji w przewodzie pokarmowym, w tym deglukozylacji i dekarboksylacji. Ponadto wydaje się, że w jelitowym przekształcaniu uczestniczą różnorodne bakterie jelitowe, dlatego mogą występować znaczne różnice osobnicze. (7)

Dowody in vivo i in vitro wykazują, że betalainy mogą zmniejszać stan zapalny. Ponieważ skutecznie oddziałują na różne szlaki procesu zapalnego, wykazują potencjał w leczeniu różnych chorób związanych z patofizjologią zapalną, takich jak IBS.

Na podstawie zebranych danych burak ćwikłowy wydaje się żywnością korzystnie wpływającą na zdrowie, o różnorodnych dobroczynnych właściwościach. Chociaż dane są obiecujące, nadal potrzebne są duże badania kliniczne, aby ocenić wpływ buraka czerwonego na przewlekłe choroby zapalne, takie jak IBS, zapalenie stawów itp. Niemniej zebrane dane wyraźnie wskazują, że suplementacja burakiem ćwikłowym może być ekonomiczną, skuteczną i naturalną interwencją żywieniową w warunkach klinicznych.

W kontekście biodostępności wydaje się niezwykle istotne opracowanie produktu w kapsułkach do suplementacji, wytwarzanego w ściśle kontrolowanym procesie, szczególnie z uwzględnieniem temperatury stosowanej podczas produkcji. Równie ważna wydaje się ocena czynników, które mogą pozytywnie lub negatywnie wpływać na wchłanianie, oraz próba ich wykluczenia lub dodania do procesu suplementacji.

Jeśli produkt zostanie przygotowany we właściwy sposób, w rygorystycznych warunkach, i prawidłowo podany pacjentowi, dostrzegam duże możliwości zastosowania suplementacji betalainami w warunkach klinicznych. Mogłoby to w zrównoważony sposób wpłynąć na współczesną medycynę, ponieważ pozwoliłoby leczyć przyczynę choroby, a nie tylko jej objawy, a także zapobiegać jej w ekonomiczny i obarczony bardzo niskim ryzykiem sposób.

Burak czerwony zawiera również FODMAP, które mogą nasilać objawy u niektórych podgrup osób z IBS, jednak nie wiadomo, czy ilość tych składników zawarta w ekstrakcie z buraka czerwonego wpływa na objawy IBS. Korzystna może być natomiast ocena potencjału współsuplementów wspomagających trawienie i poprawiających wchłanianie związków bioaktywnych.

Ponadto może istnieć potencjalny obszar zastosowania w zapobieganiu zaburzeniom zdrowia psychicznego lub zmniejszaniu ich objawów.

Głównym powodem dużego potencjału suplementacji korzeniem buraka jest brak skutecznych leków stosowanych w leczeniu przewlekłych zaburzeń zapalnych i zapobieganiu im. Jak dotąd nie ma żadnych lub jest zaledwie kilka możliwości leczenia przyczyn lub mechanizmów leżących u podłoża tych chorób. Zazwyczaj terapia koncentruje się na zmniejszaniu objawów, z różnym stopniem skuteczności.

Ponieważ częstość występowania zaburzeń zdrowia psychicznego i innych chorób zapalnych, takich jak IBS, stale rośnie, a także zwiększa się zainteresowanie zrównoważonym i naturalnym żywieniem oraz medycyną, wydaje się, że jest to idealny moment na opracowanie obiecujących rozwiązań odpowiadających na potrzeby medyczne określonej części populacji.