Warzywo korzeniowe Beta vulgaris rubra cieszy się ostatnio dużym zainteresowaniem jako produkt spożywczy korzystnie wpływający na zdrowie. Jest dobrze znane ze swoich silnych właściwości przeciwutleniających, przeciwzapalnych i chroniących naczynia krwionośne, co wyraźnie potwierdzono w kilku badaniach in vitro i in vivo z udziałem ludzi i zwierząt.

Jako element diety wspomagający leczenie chorób układu sercowo-naczyniowego i nowotworów cieszy się coraz większą popularnością. W badaniach z udziałem ludzi suplementacja burakiem obniżała ciśnienie krwi, łagodziła stan zapalny, zapobiegała stresowi oksydacyjnemu, chroniła funkcję śródbłonka i przywracała prawidłową hemodynamikę naczyń mózgowych. Ponadto w kilku badaniach wykazano, że suplementacja burakiem skutecznie poprawia wydolność sportową. (1)

Szczególnie ograniczenie stanu zapalnego może stanowić ogromną szansę na szersze wykorzystanie buraka ćwikłowego w profilaktyce i terapii wspomagającej.

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

2.1 Potencjalnie bioaktywne związki

Korzystny wpływ Beta vulg. na zdrowie przypisuje się w dużej mierze jej związkom bioaktywnym.

Dotyczy to zwłaszcza wysokiej zawartości azotanów nieorganicznych. Sam azotan nie jest uznawany za związek pośredniczący w żadnej specyficznej funkcji fizjologicznej; korzystne działanie wiąże się raczej z jego 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 ślinowe redukują azotany w ślinie do NO. Jednak azotyny obecne w ślinie są ponownie wchłaniane do krążenia przez żołądek, gdzie ulegają metabolizowaniu do NO. (1)

Burak ćwikłowy jest jednym z niewielu warzyw zawierających grupę wysoce bioaktywnych barwników, znanych jako betalainy. Liczne badania wykazały ich silne właściwości antyoksydacyjne i przeciwzapalne in vitro oraz w modelach zwierzęcych in vivo, co wzbudziło zainteresowanie potencjalnym zastosowaniem buraka ćwikłowego w schorzeniach klinicznych charakteryzujących się stresem oksydacyjnym i przewlekłym stanem zapalnym (w IBD/IBS, astmie, zespole przewlekłego zmęczenia, chorobach wątroby, zapaleniu stawów, chorobie Alzheimera, chorobie Parkinsona, chorobach sercowo-naczyniowych, cukrzycy, 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 Beta vulg. zawiera pewne ilości karotenoidów, kwasów askorbinowych i związków fenolowych, takich jak flawonoidy, kwasy fenolowe i amidy fenolowe. (1)

2.2. Korzyści wynikające z betalain

W modelach in vitro betalainy wykazały 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)

Modele in vivo wykazały 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 obniżenie ekspresji genów i białek prozapalnych oraz złagodzeniem stresu oksydacyjnego dzięki redukcji reaktywnych form tlenu (ROS) i reaktywnych form azotu.

Podsumowując, betalainy, w szczególności betanina i indicaksantyna, wykazują silne działanie antyoksydacyjne i przeciwzapalne, wpływając 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 uszkodzeniom oksydacyjnym białek, hamując nitrowanie aminokwasu tyrozyny. (7)

3.1 Przeciwutleniacz

Udowodniono, że burak jest żywnością funkcjonalną o biologicznym działaniu antyoksydacyjnym dzięki zawartości betalain (betainy) i innych związków fenolowych. Zdolność betaniny do neutralizowania wolnych rodników wyjaśnia jej struktura chemiczna (7).

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

3.2 Działanie przeciwzapalne

Dane z kilku badań przeprowadzonych na modelach in vivo wykazują, że barwnik bogaty w betalainy, pozyskiwany z buraka zwyczajnego (Beta vulgaris), zmniejsza produkcję mediatorów stanu zapalnego TNF-α i IL-1β. Betalainy ograniczają również działanie lipopolisacharydu w makrofagach pochodzących ze szpiku kostnego. LPS aktywuje NF-κB i zwiększa poziom IL-1β oraz TNF-α. (7)

Podsumowując, betalainy zawarte w buraku ćwikłowym, zwłaszcza betanina, mogą łagodzić stan zapalny poprzez hamowanie szlaku sygnałowego NF-κB oraz zmniejszanie poziomu reaktywnych form tlenu (ROS) za pośrednictwem aktywacji szlaku czynnika jądrowego 2 związanego z czynnikiem erytroidalnym 2 (Nrf2)/elementu odpowiedzi antyoksydacyjnej (ARE). (8)

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

Działanie przeciwzapalne 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 czerwonych buraków 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 poziomy nikotynianu i trimetyloaminy w kale. (6)

4.1 Zespół jelita drażliwego (IBS)

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

Możliwe mechanizmy zaburzeń komunikacji jelitowo-mózgowej sugerują, że u podłoża niektórych podgrup może leżeć pierwotne zaburzenie jelit. 

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

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

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

Wiadomo również, że oba czynniki psychospołeczne sprzyjają powstawaniu fenotypu prozapalnego 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)

Zaburzenia lękowe i zaburzenia nastroju są również dobrze poznanymi czynnikami ryzyka rozwoju poinfekcyjnego IBS, wiążącymi się z ryzykiem podobnym jak w przypadku ciężkiego epizodu infekcyjnego 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 rozdęcie 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, czyli objawami często obserwowanymi u pacjentów z IBS. (5)

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

Obserwujemy również nakładanie się IBS z wrzodziejącym zapaleniem jelita grubego i chorobą Leśniowskiego-Crohna; wykazano, że leczenie anty-TNFα poprawia czynność czuciową trzewi i pozytywne tendencyjne zniekształcenia atrybucyjne. Stanowi to dalszy dowód na to, że procesy zapalne w jelitach wpływają na ośrodkowe przetwarzanie informacji. (5)

4.2 Zaburzenia zdrowia psychicznego

Osimo i wsp. stwierdzili znacząco podwyższone stężenia CRP, IL-3, IL-6, IL-12, IL-18, sIL-2R i TNF-α we krwi pacjentów z depresją, przy średnich do dużych rozmiarach efektu. Wyniki te przetrwały analizy wrażliwości uwzględniające czynniki psychiatryczne i styl życia, wpływ skośności rozkładu, wpływ badań o niskiej jakości oraz błąd publikacyjny. (13)

Li i wsp. również zidentyfikowali w swoim najnowszym przeglądzie systematycznym i metaanalizie szereg różnych biomarkerów zapalnych i immunologicznych. Ich wartości różnią się istotnie u nastolatków z depresją w porównaniu ze zdrowymi osobami z grupy kontrolnej. (16)

CRP jest jednym z najlepiej zbadanych markerów zapalnych w medycynie. W wielu badaniach dotyczących depresji, w tym badaniach podłużnych, konsekwentnie stwierdzano podwyższone stężenia CRP.

Podwyższenie jego stężenia często poprzedza wystąpienie choroby, co sugeruje, że stan zapalny może być przyczyną, a nie jedynie konsekwencją choroby.

Hipotezę tę potwierdzają wyniki analizy randomizacji mendlowskiej przeprowadzonej na próbie z UK Biobank, które wskazują, że IL-6 i CRP są prawdopodobnie przyczynowo związane z depresją. 

Ponadto wykazano korelację między podwyższonym obwodowym stężeniem CRP a jego stężeniem w ośrodkowym układzie nerwowym, przy silnej korelacji między stężeniem 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 aktualnych epizodów depresyjnych wyjaśnia ogólnoustrojowy charakter stanu zapalnego, ponieważ wykazuje on podobieństwo do odpowiedzi immunologicznej na aktywne zakażenie. (13)

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

Również różne podtypy dużego zaburzenia depresyjnego wykazują różnice w profilach zapalnych, na przykład w zakresie 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 wskazują, że cytokiny prozapalne w mózgu mogą zmieniać jego strukturę i funkcjonowanie poprzez wpływ na neuroprzekaźnictwo, funkcjonowanie hipokampa, osi podwzgórze–przysadka–nadnercza oraz układu współczulnego. 

Może to prowadzić do zmian w procesach poznawczych i wystąpienia objawów depresyjnych. (15)

Wyniki te potwierdzają, że ostra depresja jest stanem prozapalnym, i wspierają hipotezę, zgodnie z którą podwyższenie stężeń markerów zapalnych w depresji wynika z przesunięcia w prawo rozkładu markerów immunologicznych. (13)

Wskazują one również na dwukierunkowy związek między depresją a stanami prozapalnymi, który jest wykrywalny już we wczesnych etapach życia. (15)

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

Stwierdzamy wysoką biodostępność nieorganicznych azotanów pochodzących z diety w buraku ćwikłowym; istnieją doniesienia o niemal 100% wchłanianiu po trawieniu. (1)

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

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

Badania sugerują, że część aktywnych związków zawartych w buraku może zostać utracona lub ulec degradacji podczas gotowania i przetwarzania. Zasadniczo obróbka termiczna, narażenie na działanie czynników bakteryjnych, zakwaszanie, warunki przechowywania oraz modyfikacja atmosfery mogą wpływać na skład fitochemiczny. (3)

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

Szczególnie degradacja termiczna stanowi duże wyzwanie w pracy z produktami na bazie betalain. Betacyjaniny tracą stabilność powyżej 60°C, natomiast betaksantyny już powyżej 40°C. Podczas przechowywania produkty na bazie betalain wydają się wykazywać większą stabilność 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 pod wpływem tych czynników środowiskowych.

Techniki enkapsulacji i adsorpcji są obiecującymi rozwiązaniami 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, które pochłaniają wolną wodę i usuwają rozpuszczony tlen. (12)

Powstające pochodne betaniny mogą również silnie wpływać 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. Niedawne badanie sugeruje, że niższy stopień wchłaniania jest spowodowany różnicami 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, ogólnie wydaje się, że mają one bardzo niską biodostępność, co może wpływać na ich potencjał terapeutyczny. Dlatego należy pamiętać, 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 podąża szlakiem niezależnym od transporterów błonowych, betanina jest od nich zależna, co ogranicza jej wchłanianie. Wchłanianie indykaksantyny jest bardziej wydajne, a jej biodostępność wyższa. W porównaniu z betaniną na wchłanianie indykaksantyny nie wpływała matryca żywności. (7)

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

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

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

Na podstawie zebranych danych burak ćwikłowy wydaje się żywnością prozdrowotną, wykazującą różnorodne korzystne działanie. Chociaż wyniki są obiecujące, nadal potrzebne są duże badania kliniczne oceniające wpływ buraka ćwikłowego na przewlekłe choroby zapalne, takie jak IBS, zapalenie stawów itp. Niemniej jednak zebrane dane wyraźnie wskazują, że suplementacja burakiem ćwikłowym może być ekonomiczną, skuteczną i naturalną interwencją dietetyczną w warunkach klinicznych.

Jeśli chodzi o biodostępność, wydaje się niezwykle istotne stworzenie produktu w kapsułkach przeznaczonego do suplementacji, wytwarzanego w ściśle kontrolowanym procesie, szczególnie z uwzględnieniem temperatury stosowanej podczas produkcji. Bardzo ważna wydaje się również ocena czynników, które mogą pozytywnie lub negatywnie wpływać na wchłanianie, oraz próba wyeliminowania ich z procesu suplementacji lub dodania ich do niego.

Jeśli produkt zostanie przygotowany we właściwy sposób, w rygorystycznych warunkach, i podany pacjentowi prawidłowo, 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 ćwikłowy zawiera również FODMAP, które mogą nasilać objawy w niektórych podgrupach osób z IBS, jednak nie jest pewne, czy ilość tych substancji zawarta w ekstrakcie z buraka ćwikłowego wpływa na objawy IBS. Korzystna mogłaby być natomiast ocena potencjału jednoczesnego stosowania suplementów wspomagających trawienie i poprawiających wchłanianie związków bioaktywnych.

Ponadto potencjalnym obszarem zastosowania może być zapobieganie zaburzeniom zdrowia psychicznego lub zmniejszanie ich objawów.

Główną przyczyną dużego potencjału suplementacji korzeniem buraka jest brak leków pozwalających skutecznie leczyć przewlekłe choroby zapalne i zapobiegać ich występowaniu. Jak dotąd istnieje niewiele możliwości leczenia przyczyn lub mechanizmów leżących u podłoża tych chorób, a niekiedy nie ma ich wcale. Zazwyczaj terapia polega na zmniejszaniu objawów w sposób mniej lub bardziej skuteczny.

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