SPECIILE DE BACTERII LACTICE ŞI NIVELUL COLESTEROLULUI LACTIC ACID BACTERIA SPECIES AND CHOLESTEROL LEVEL RUSU ELENA Postdoctorand în cadrul Institutului de Economie Mondială Academia Română Facultatea de Medicină, Universitatea Titu Maiorescu din Bucureşti elenarusu98@yahoo.com Facultatea de Medicinǎ, Universitatea Titu Maiorescu din Bucureşti CRISTESCU CRISTINA Facultatea de Medicinǎ, Universitatea Titu Maiorescu din Bucureşti COJOCARU MANOLE Rezumat Bolile cardiovasculare reprezintă principala cauză a mortalităţii în Europa de Vest şi ele sunt asociate cu o creştere a valorii colesterolului sanguin. Organismul uman nu are echipamentul enzimatic necesar pentru degradarea totală a compuşilor steroizi. Speciile de bacterii lactice Lactobacillus şi Bifidobacterium au capacitatea de a metaboliza colesterolul. Efectul hipocolesterolemiant al probioticelor poate fi atribuit abilităţii tulpinilor de bacterii lactice de a lega colesterolul la nivel intestinal. Marea majoritate a produselor probiotice conţin bacterii lactice, microorganisme considerate benefice pentru organismele gazdă. Utilizarea probioticelor poate reprezenta o alternativă suplimentară pentru creşterea şi menţinerea stării de sănătate a organismului uman. Cuvinte cheie: colesterol, boli cardiovasculare, bacterii lactice, Lactobacillus, hipercolesterolemie Clasificare JEL: I12 Abstract Cardiovascular diseases represent the main cause of mortality in West- European countries and they are associated with increased values of blood cholesterol. The human body does not contain the enzymatic equipment necessary for the total degradation of this steroid compound. Lactic bacteria species Lactobacillus and Bifidobacterium have the capacity of metabolising cholesterol. The hypocholesteremiant effect of the probiotics can be attributed to the ability of the strains of lactic bacteria of connecting cholesterol at the intestinal level. Most of probiotic products are containing lactic acid bacteria, microorganisms considered as commensal and harmless for the host organisms. The use of probiotics can represent a supplementary alternative for increasing and maintaining the healh of the human body. Key-Words: Cholesterol, cardiovascular diseases, lactic bacteria, lactobacillus, hypercholesterolaemia 25
1. Introducere Consumul de alimente bogate în lipide, în special în acizi graşi şi colesterol, reprezintă un factor important în creşterea incidenţei bolilor cardiaovasculare. De aceea, în ultimii ani a crescut cererea pentru alimente cu conţinut redus de grăsimi şi conţinut crescut în alţi nutrienţi cu beneficii pentru sănătatea organismului uman. Produsele lactate au un rol important într-o dietă sănătoasă deoarece au valoare nutritivă crescută, dar în unele cazuri reprezintă o sursă importantă de grăsimi. Bolile cardiovasculare reprezintă cea mai importană cauză a mortalităţii în ţările vesteuropene şi sunt asociate cu valori crescute ale colesterolului sanguin. Ateroscleroza reprezintă cea mai frecventă cauză de deces în lume, în special în ţările dezvoltate. Ea este în principal o boală vasculară localizată în arterele musculare medii şi în arterele elastice mari. Progresia leziunilor şi complicaţiile acestora conduc la modificări ischemice sau necroză, în raport cu sediul şi severitatea afectării fluxului sanguin. Cele mai frecvente manifestări ale ateroslerozei sunt cardiopatia ischemică, ischemia şi infarctul cerebral, sindroamele de ischemie periferică sau viscerală, dilataţiile anevrismale, etc. Cercetările multidisciplinare au identificat trei factori de risc majori pentru cardiopatia ischemică: hipercolesterolemia, hipertensiunea arterial şi fumatul (Ferrieres J., 2009). Studiile epidemiologice efectuate în ultimele decenii au evidenţiat că nivelul anumitor lipoproteine plasmatice este strâns corelat cu ateroscleroza şi hiperlipoproteinemiile constituie un factor de risc major, independent, pentru ateroscleroză (Gherasim L, 1996). 2. Colesterolul Colesterolul este un compus steroid extrem de important pentru organismul uman; este precursorul hormonilor steroidieni, al sărurilor biliare, al vitaminei D 3 şi intră în structura membranelor celulare, asigurând integritatea acestora. Organismul uman nu conţine echipamentul enzimatic necesar degradării totale a acestui compus steroid. Creşterea peste limitele normale ale valorilor concentraţiei colesterolului seric şi ale altor fracţii lipidice constituie unul dintre cei mai importanţi factori de risc în dezvoltarea patologiei cardiovasculare, inclusiv a bolilor de inimă şi a aterosclerozei. În acest sens, una dintre principalele ţinte în tratamentul medicamentos specific acestor patologii este diminuarea colesterolemiei (Lim HJ, 2004). Studiile în domeniu au evidenţiat că reducerea cu 1% a nivelului concentraţiei colesterolului seric duce la diminuarea riscului de dezvoltare a bolilor cardiovasculare cu 2%. Cercetările anterioare au demonstrat că administrarea probioticelor (a diferite tulpini de bacterii lactice) are ca efect îmbunătăţirea profilului lipidic, inclusiv reducerea valorilor colesterolului seric, a LDL-colesterol, a trigliceridelor sau creşterea valorilor concentraţiei HDL-colesterol. În unele studii s-a analizat influenţa probioticelor asupra metabolismului lipidic cu evidenţierea efectului hipocolesterolemiant. De aceea este necesară investigarea nivelului concentraţiei tulpinilor de bacterii lactice utilizate, precum şi selecţia riguroasă a acestor tulpini care influenţează valorile profilului lipidic în organismul uman. Principala cauză a bolilor cardiovasculare o reprezintă ateroscleroza, un proces ce se desfăşoară asimptomatic de-a lungul mai multor ani şi care, în momentul apariţiei 26
simptomelor, presupune existenţa bolii cardiovasculare cu un risc de mortalitate ridicată. În cele mai multe cazuri, complicaţiile induse de hipertensiunea arterială pe fondul aterosclerozei, cum ar fi infarctul miocardic, accidentul vascular cerebral sau moartea subită cardiacă, se produc brusc în plină stare de sănătate în mai mult de 60% din cazuri, ca primă manifestare a bolii cardio-vasculare înainte de aplicarea unor măsuri profilactice, ceea ce produce invalidarea persoanei şi posibilitatea aplicării unui tratament tardiv cu rol paliativ sau de profilaxie secundară (Murabito JM, 1993). Reglarea sintezei colesterolului se realizează prin mai multe mecanisme. Organismul menţine constant nivelul concentraţiei colesterolului plasmatic în jurul valorii de 150-220 mg/dl prin sinteza de novo a colesterolului. Cantitatea de colesterol ingerată reglează în parte nivelul biosintezei acestuia. Reglarea nivelului colesterolului seric se face prin mai multe mecanisme: Reglarea activităţii HMG-CoA reductazei: enzima este inhibată de niveluri crescute de colesterol, ceea ce determină scăderea sintezei de novo a colesterolului Reglarea intrării colesterolului LDL în celule: sinteza unor noi proteine receptor pentru LDL este redusă prin scăderea expresiei genei pentru receptorul LDL Când colesterolul nu este necesar imediat pentru procese structurale sau de biosinteză, el este esterificat de acil-coa colesterol-aciltransferază, rezultând un ester al colesterolului care poate fi stocat în celulă. Activitatea enzimei este intensificată în prezenţa unui nivel crescut de colesterol intracelular (Champe PC, 2010). Homeostazia colesterolului celular este foarte importantă pentru prevenirea bolilor cardiovasculare şi numeroase studii au evidenţiat că inhibitorii enzimatici ai HMG-CoA reductaza şi acil-coa-colesterol-aciltransferaza au efecte benefice asupra hipercolesterolemiei şi a aterosclerozei. Sinteza colesterolului are loc la nivel hepatic, dar şi la nivelul altor ţesuturi cum ar fi rinichii, pielea, muşchii şi tubul digestiv. Ficatul are un rol central în asigurarea homeostaziei colesterolului, iar perturbări la nivelul metabolismului colesterolului la nivel hepatic duc la apariţia hipercolesterolemiei (Zhang H., 2014, Meaney S., 2014). Studiile clinice au demonstrat faptul că atât restricţiile alimentare cât şi tratamentul medicamentos al hipercolesterolemiei sunt eficiente în scăderea nivelurilor LDL-colesterol, creşterea HDL şi reducerea riscului de apariţie a evenimentelor cardiovasculare (Mannu GS et al., 2013). Restricţiile alimentare induc modificări relative ale concentraţiei lipoproteinelor plasmatice de numai 10-20%, în timp ce tratamentul medicamentos cu statine scade nivelul colesterolului plasmatic cu 30-40%. 3. Bacteriile lactice şi nivelul colesterolului seric Produsele probiotice fermentează carbohidraţii nedigerabili derivaţi din alimente, determinând formarea acizilor graşi cu lanţ scurt de atomi de carbon. S-a sugerat că aceştia pot reduce nivelul lipidelor plasmatice, fie prin inhibarea sintezei hepatice de colesterol, fie prin redistribuirea acestuia de la nivel plasmatic către ficat. Producţia acizilor graşi cu lanţ scurt în intestin este estimată ca fiind în jur de 100-450 mmol/zi, raportul între principalii constituenţi, acetat, propionat, butirat fiind aproximativ 60:20:15, în funcţie de substrat. 27
Acetatul este principalul acid gras cu lanţ scurt din intestin, absorbţia sa stimulând sinteza colesterolului, în timp ce propionatul creşte nivelul plasmatic al glucozei şi scade sinteza colesterolului. Astfel, reducerea raportului acetat /propionat poate determina scăderea lipidelor plasmatice. Tulpinile probiotice, în special bacteriile lactice, au un rol important în reglarea nivelului colesterolului. Reducerea nivelului colesterolului absorbit la nivel intestinal se poate realiza în 5 moduri: a. Produşii de fermentaţie ai bacteriilor lactice inhibă enzimele implicate în biosinteza colesterolului şi astfel este diminuată biosinteza colesterolului; b. Anumite specii bacteriene favorizează eliminarea colesterolului prin fecale; c. Speciile de bacterii lactice inhibă absorbţia colesterolului prin conjugarea lor cu acesta; d. Metabolismul bacteriilor lactice interferează cu circuitul enterohepatic şi facilitează eliminarea lor, ceea ce are ca efect o creştere a necesarului de săruri biliare şi implicit o rată crescută de utilizare a colesterolului în organismul uman; e. Speciile de bacterii lactice pot fixa şi utiliza colesterolul pentru propriul metabolism (Hoda M.et al, 2011). Speciile de bacterii lactice Lactobacillus şi Bifidobacterium au capacitatea de a metaboliza colesterolul. Biosinteza colesterolului sanguin este scăzută prin inhibiţia HMG- CoA reductaza, care transformă HMG-CoA în mevalonat şi prin acizii organici din laptele fermentat. Studiile referitoare la acest aspect au arătat că specia L. acidophillus reduce colesterolul sanguin prin scindarea colesterolului şi prin deconjugarea sărurilor biliare. Belviso S. şi colaboratorii săi au arătat că unele tulpini de L. plantarum şi L. paracasei izolate din brânzeturi prezintă o activitate semnificativă de reducere a colesterolului: tulpinile analizate de L. plantarum au redus nivelul colesterolului cu până la 19,4%, în timp ce tulpinile speciei L. paracasei au avut o medie de reducere de 6,8% (Belviso S. et al., 2009). Efectul hipocolesterolemiant al probioticelor poate fi atribuit şi capacităţii tulpinilor de bacterii lactice de a lega colesterolul la nivel intestinal. Capacitatea tulpinilor probiotice de a hidroliza sărurile biliare este unul dintre criteriile de selecţie a tulpinilor probiotice. În acest sens au fost izolate şi caracterizate mai multe hidrolaze ale sărurilor biliare de natură microbiană (Begley M. et al, 2006). Activitatea enzimatică a acestor hidrolaze a fost identificată şi monitorizată la speciile Lactobacillus, Bifidobacterium, Clostridium, Enterococcus şi Bacterioides. Lactobacilii şi bifidobacteriile sunt utilizate în general ca bacterii probiotice în timp ce speciile Clostridium, Enterococcus şi Bacterioides sunt specii comensale la nivelul tractului gastrointestinal. Hidrolazele sărurilor biliare sunt localizate intracelular, nu sunt sensibile la oxigen iar ph-ul optim este uşor acid 5-6 (Corzo G. et al., 1999). 4. Concluzii Unul dintre cei mai importanţi factori de risc în dezvoltarea patologiei cardiovasculare, inclusiv a bolilor de inimă şi a aterosclerozei, este reprezentat de creşterea peste limitele normale ale valorilor concentraţiei colesterolului seric şi ale altor fracţii lipidice. 28
Unele specii de bacterii lactice influenţează concentraţia unor lipide din organismul uman, cum ar fi colesterolul, LDL-colesterolul. HDL-colesterolul şi trigliceridele. Prin produşii rezultaţi în urma metabolismului microbian acestea pot determina o scădere a concentraţiei lipidelor plasmatice. Utilizarea probioticelor poate reprezenta o alternativă la creşterea şi menţinerea stării de sănătate a organismului uman. Bibliografie 1. Begley H., Hill C., Gahan CGM. (2006)- Bile salt hydrolase activity in Probiotics. Appl. Environm. Microbiol. 72(3):1729-38 2. Belviso S., Giordano M., Dolci P., Zepp G. (2009)- In vitro cholesterol-lowering activity of lactobacillus plantarum and Lactobacillus Paracasei strains isolated from Italian Castelmagno PDO cheese. Dairy. Sci. Technol. 89:169-76 3. Champe PC, Harvey RA, Ferrier DR. (2010)- Biochimie ilustrată. Editori Cuculici GP, Gheorghiu AW. Ediţia a 4-a, Bucureşti. Editura Medicală Callisto. 4. Corzo G., Gilliland S.E. (1999)- Bile salt hydrolase activity of three strains of Lactobacillus acidophillus. J. Dairy Sci. 82:472-80 5. Ferrieres J. (2009)- Effects on coronary atherosclerosis by targeting low-density lipoprotein cholesterol with statins. Am. J. Cardiovasc. Drugs. 9(2):109-15 6. Gherasim L.(1996)- Medicină internă Vol II. Bolile cardiovasculare metabolice. Editura Medicală, Bucureşti. 7. Hoda M.(2011)- Probiotics bacteria from Egyptian infants cause cholesterol removal in media and survive in yoghurt. Food and Nutrition Sciences, 2: 150-155 8. Lim HJ, Kim SZ, Lee WK.(2004)- Isolation of cholesterol lowering lactic acid bacteria from human intestine for probiotic use. J. Vet. Sci. 5(4):391-5 9. Mannu GS, Zaman MJ, Gupta A, Rehman HU, Myint PK. (2013)- Evidence of lifestyle modification in the management of hypercholesterolemia. Curr Cardiol Rev. (1):2-14 10. Meaney S.(2014)- Epigenetic regulation of cholesterol homeostasis. Front. Genetic. 5:311 11. Murabito JM, Evans JC, Larson MG, Levy D.(1993)- Prognosis after the onset of coronary heart disease. An investigation of differences in outcome between the sexes according to initial coronary disease production. Circulation. 88(6):2548-55 12. Zhang H., Temel RE, Martel C. (2014)- Cholesterol and lipoprotein metabolism. Early Carrer Committee Contribution. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 34:1791-1794 Acknowledgements Această lucrare a fost realizată cu sprijinul finanţării obţinute în cadrul proiectului de studii doctorale şi postdoctorale: Studii doctorale şi postdoctorale Orizont 2020: promovarea interesului naţional prin excelenţă, competitivitate şi responsabilitate în cercetarea ştiinţifică fundamentală şi aplicată românească Contract POSDRU/159/1.5/S/140106. 29