Rola karotenoidów w zapobieganiu progresji retinopatii cukrzycowej

Prof. dr hab. med. Andrzej Grzybowski
Kierownik Katedry Okulistyki, Uniwersytet Warmińsko-Mazurski, Olsztyn
Kierownik Instytutu Okulistycznych Badań Naukowych, Fundacja Okulistyka 21, Poznań

Karotenoidy

Właściwości antyoksydacyjne i przeciwzapalne

Luteina, wraz z zeaksantyną i meso-zeaksantyną, jest silnym przeciwutleniaczem, który neutralizuje reaktywne formy tlenu (ROS) powstające w wyniku przewlekłej hiperglikemii. W retinopatii cukrzycowej hiperglikemia prowadzi do zwiększonego stresu oksydacyjnego, który uszkadza komórki siatkówki, zwłaszcza te o wysokim zapotrzebowaniu metabolicznym, takie jak fotoreceptory i komórki śródbłonka naczyń krwionośnych. Luteina pomaga w regeneracji endogennych mechanizmów obronnych, takich jak glutation i dysmutaza ponadtlenkowa, co zmniejsza uszkodzenia oksydacyjne i zapobiega apoptozie komórek siatkówki.

Ochrona przed neurodegeneracją siatkówki

Badania na modelach zwierzęcych wykazały, że suplementacja luteiny i zeaksantyny znacząco poprawia przeżywalność komórek siatkówki, zwłaszcza komórek zwojowych i fotoreceptorów. Luteina chroni przed degeneracją naczyń włosowatych siatkówki, która jest charakterystyczna dla wczesnych stadiów retinopatii cukrzycowej. Poprawia również funkcję wewnętrznej siatkówki, co jest widoczne w poprawie odpowiedzi elektroretinograficznej (ERG), zwłaszcza fal oscylacyjnych i amplitud fal a i b.

Poprawa gęstości optycznej barwnika plamkowego (MPOD)

Luteina i zeaksantyna są głównymi składnikami barwnika plamkowego, który znajduje się w centralnej części siatkówki (plamce żółtej). Barwnik ten działa jako naturalny filtr światła niebieskiego, chroniąc siatkówkę przed fotooksydacyjnym uszkodzeniem. U pacjentów z cukrzycą, zwłaszcza typu 2, obserwuje się obniżoną gęstość optyczną barwnika plamkowego (MPOD), co może zwiększać podatność na uszkodzenia siatkówki. Suplementacja luteiny i zeaksantyny zwiększa poziom MPOD, co może poprawić widzenie i zmniejszyć ryzyko progresji retinopatii.

Mechanizmy metaboliczne

Luteina może również wpływać na poprawę homeostazy metabolicznej w siatkówce poprzez zmniejszenie stanu zapalnego i poprawę funkcji mitochondriów. Badania sugerują, że luteina hamuje aktywację czynnika transkrypcyjnego NF-kB oraz zmniejsza poziom prozapalnych cytokin, takich jak interleukina-1β, co może ograniczać postęp retinopatii cukrzycowej.

Występowanie i biodostępność

Tylko zeaksantyna i meso-zeaksantyna (metabolit luteiny powstający w plamce żółtej poprzez przemianę metaboliczną) występują w znaczących ilościach w plamce żółtej i osoczu ludzkim. Razem te dwa karotenoidy tworzą barwnik plamki żółtej, który jest niezbędnym składnikiem utrzymania optymalnego poziomu widzenia. Dieta i suplementy mogą wpływać na stężenie luteiny i zeaksantyny, a tym samym na ich potencjalne funkcje biologiczne. W 1997 roku badanie Hammona wykazało, że modyfikacja diety może zmieniać gęstość receptorów siatkówki: dodanie 60 mg szpinaku (10,8 mg luteiny, 0,3 mg zeaksantyny i 5 mg beta-karotenu) i/lub 150 g kukurydzy (0,4 mg luteiny i 0,3 mg zeaksantyny) do codziennej diety przez 15 tygodni wpłynęło na zwiększenie gęstości receptorów siatkówki (+19%) u 8 z 12 badanych osób (1). W 2007 roku Schalch podawał luteinę (10 mg), zeaksantynę (10 mg) lub kombinację obu (10+10 mg) 126 mężczyznom przez 1 rok, aby ocenić ich zdolność do wpływania na gęstość optyczną barwnika plamkowego (MPOD), mierząc miesięczne parametry siatkówki. Stwierdzono, że podanie jednego z tych składników lub ich kombinacji może poprawić MPOD nawet o 15% w stosunku do wartości początkowej. Ponadto wykazano, że luteina działa głównie na obszar dołka środkowego (fovea), podczas gdy zeaksantyna wpływa na całą powierzchnię siatkówki (2). Kolejną cechą luteiny jest to, że może być zatrzymywana w siatkówce człowieka przez długi czas. W badaniu przeprowadzonym przez Landruma, dwóch zdrowych ochotników suplementowano estrami luteiny odpowiadającymi 30 mg wolnej luteiny przez 140 dni. W okresie suplementacji zaobserwowano znaczący wzrost MPOD (+20–40% w zależności od oka i badanego uczestnika), a parametr ten nadal rósł do 50 dni po zaprzestaniu suplementacji, po czym stopniowo się zmniejszał (3). Produkty bogate w luteinę (luteina >900 mg/100 g) w kolejności malejącej to: gotowany szpinak, gotowana jarmuż, kolendra, surowy szpinak, pietruszka, zielone warzywa liściaste (sałata i sałata rzymska), pistacje, cukinia gotowana ze skórką, gotowane szparagi. Produkty bogate w zeaksantynę (zeaksantyna >500 mg/100 g) w kolejności malejącej to: gotowane w oleju cebulki, pomarańcze, surowe żółtko jaja i gotowane żółtko jaja.

Zachowanie karotenoidów podczas gotowania zostało zbadane w literaturze, ale głównie w przypadku luteiny, podczas gdy badania dotyczące zeaksantyny są nieliczne. Luteina ma tendencję do zwiększania się podczas gotowania na parze, prawdopodobnie z powodu degradacji celulozy, co umożliwia większe uwolnienie, natomiast zmniejsza się podczas smażenia proporcjonalnie do temperatury i powierzchni wystawionej na działanie ciepła (krojenie na mniejsze kawałki zwiększa powierzchnię kontaktu z olejem, a tym samym utratę luteiny). Dane dotyczące gotowania w mikrofalówce są sprzeczne. Nową granicą w sektorze spożywczym jest wykorzystanie „mikroliści” lub młodych sadzonek (zbieranych 7–21 dni po wysiewie) różnych gatunków warzyw, roślin dzikich i ziół aromatycznych. Te produkty są bogatsze w witaminy, mikroelementy i związki przeciwutleniające niż dojrzałe warzywa i rośliny. Xiao przeanalizował zawartość luteiny, zeaksantyny, tokoferolu, beta-karotenu i wiolaksantyny w tych „młodych” warzywach (4): mikroliście najbogatsze w beta-karoten (beta-karoten: >10 mg/100 g świeżej masy) to: kolendra, pieprzyca, czerwona kapusta i czerwona szczawik, natomiast mikroliście najbogatsze w luteinę/zeaksantynę (luteina/zeaksantyna >8 mg/100 g świeżej masy) to kolendra, amarantus i czerwona kapusta. Biorąc pod uwagę te wysokie zawartości związków korzystnych dla zdrowia oczu, mikroliście mogą być doskonałym dodatkiem do diety mającej na celu zapobieganie chorobom oczu. Żółtko jaja jest najlepszym niewegetariańskim źródłem luteiny i zeaksantyny, ponieważ wysoka zawartość tłuszczu w jajach zwiększa absorpcję karotenoidów, chociaż ich poziom zależy głównie od diety kury, która zawiera luteinę i zeaksantynę w formie estrowej wraz ze śladowymi ilościami likopenu i beta-karotenu. Dogłębna wiedza na temat uwalniania do krążenia, a wcześniej absorpcji, transportu i akumulacji karotenoidów w oku jest niezbędna do oceny ich korzystnych właściwości. Karotenoidy są ogólnie lipofilowe, jednak luteina i zeaksantyna są bardziej polarne niż karotenoidy węglowodorowe, takie jak beta-karoten i likopen, ze względu na obecność grupy hydroksylowej. Absorpcja luteiny i zeaksantyny z posiłków determinuje ich biodostępność w tkance ocznej, a absorpcja jelitowa z kolei jest uzależniona od kilku czynników: rodzaj matrycy żywnościowej (naturalna żywność lub suplement), liczba i rodzaj spożywanych tłuszczów, które umożliwiają krążenie karotenoidów, obecność fosfolipidów oraz dostępność błonnika pokarmowego. Charakterystyka matryc żywnościowych ma znaczący wpływ na biodostępność karotenoidów. Stwierdzono, że luteina, zeaksantyna i beta-kryptoksantyna są prawie całkowicie uwalniane z owoców (pomarańcze, kiwi, grejpfruty i słodkie ziemniaki), ale tylko 19–38% z zielonych warzyw (szpinak i brokuły) (5). Ludzkie tkanki nie zawierają takich samych ilości luteiny, przy czym najwyższe stężenie występuje w plamce żółtej.

Efekty kliniczne

W badaniach klinicznych zaobserwowano, że suplementacja luteiny i zeaksantyny poprawia parametry wzrokowe, takie jak wrażliwość na kontrast, rozróżnianie kolorów i pole widzenia u pacjentów z cukrzycą. W jednym z badań (Diabetes Visual Function Supplement Study) suplementacja 4 mg luteiny i 8 mg zeaksantyny przez 6 miesięcy spowodowała średni wzrost MPOD o 27% i znaczącą poprawę funkcji wzrokowych u pacjentów z łagodną do umiarkowanej nieproliferacyjną retinopatią cukrzycową. (6) Według Brazionisa, wyższe poziomy luteiny i zeaksantyny w osoczu były związane ze zmniejszonym ryzykiem retinopatii cukrzycowej (DR), podobnie jak w przypadku zwyrodnienia plamki związanego z wiekiem (AMD) (7). W randomizowanym badaniu dotyczącym niektórych przeciwutleniaczy stwierdzono, że przyjmowanie suplementów luteiny w dawce 6 mg dziennie przez 20 dni w miesiącu (uznawane za „żywieniowe” spożycie, czyli typowo przyjmowane wraz ze zdrową i zróżnicowaną dietą) może zatrzymać postęp DR w ciągu 5 lat (8). Pacjenci z nieproliferacyjną retinopatią cukrzycową (NPDR), którzy przyjmują 10 mg luteiny dziennie, zgłaszają poprawę wrażliwości na kontrast, zmniejszenie olśnienia oraz poprawę ostrości wzroku (9). W 2-letnim badaniu osoby chore na cukrzycę bez DR, które otrzymywały 10 mg luteiny i 12 mg zeaksantyny dziennie, wykazały poprawę gęstości siatkówki w wieloogniskowej elektroretinografii oraz niewielki wzrost grubości dołka środkowego bez obrzęku (10).

W kontekście prewencji, osoby, które mogą skorzystać najbardziej z zaleceń przedstawionych w piramidzie żywieniowej, to:

1. Osoby chore na cukrzycę i nadciśnienie – są one bardziej narażone na retinopatię cukrzycową, ponieważ obie te choroby mają tendencję do uszkadzania siatkówki.
2. Osoby z nadciśnieniem i palące papierosy – mają zwiększone ryzyko zwyrodnienia plamki związanego z wiekiem (AMD).
3. Osoby cierpiące na inne choroby oczu, takie jak jaskra czy zapalenie błony naczyniowej oka (uveitis), a także chorzy na cukrzycę, którzy przeszli długotrwałe terapie kortyzonem – są bardziej narażeni na retinopatię cukrzycową. [11]

Piramida żywieniowa zaleca następujące dzienne spożycie [11]:

• 3 porcje produktów zbożowych o niskim indeksie glikemicznym (IG) – ze względu na wysoką zawartość błonnika i cynku.
• 5 porcji (około 200 g/dzień) owoców i warzyw, zwłaszcza szpinaku, brokułów, gotowanej cukinii, zielonych warzyw liściastych, pomarańczy, kiwi i grejpfrutów – ze względu na zawartość luteiny i zeaksantyny (co najmniej ≥942 μg/dzień).
• Jogurt naturalny (125 ml) i mleko odtłuszczone (200 ml).
• Oliwa z oliwek extra virgin (EVO) – około 20 mg/dzień, ze względu na wysoką zawartość witaminy E i polifenoli.
• Orzechy lub nasiona oleiste – 20–30 g/dzień, ze względu na zawartość cynku (co najmniej 15,8 mg/dzień).

Tygodniowe zalecenia obejmują [11]

• Ryby – 4 porcje, ze względu na zawartość kwasów omega-3 (EPA+DHA, co najmniej 0,35–1,4 g/dzień).
• Białe mięso – 3 porcje, ze względu na zawartość witaminy B12 i kwasu foliowego.
• Rośliny strączkowe – 2 porcje, jako źródło białka roślinnego.
• Jaja – 2 porcje, ze względu na zawartość luteiny i zeaksantyny.
• Świeże i niskotłuszczowe sery – ze względu na zawartość witamin z grupy B.
• Czerwone lub przetworzone mięso – raz w tygodniu.
• Mikroliście – co najmniej raz w tygodniu.

Bezpieczeństwo i zalecenia

Luteina jest uważana za bezpieczną do stosowania, a jej suplementacja ma niskie ryzyko działań niepożądanych. Chociaż nie ma ustalonych zaleceń dotyczących dziennego spożycia luteiny i zeaksantyny, badania sugerują, że dawki powyżej 5 mg dziennie mogą być skuteczne w zwiększaniu MPOD i poprawie funkcji wzrokowych. [12]

Podsumowanie

Luteina odgrywa kluczową rolę w ochronie siatkówki przed uszkodzeniami związanymi z retinopatią cukrzycową poprzez swoje właściwości antyoksydacyjne, przeciwzapalne i neuroprotekcyjne. Suplementacja luteiny może być skuteczną strategią wspomagającą leczenie retinopatii cukrzycowej, zwłaszcza u pacjentów z obniżonym poziomem barwnika plamkowego.

Literatura

1. Hammond BR, Johnson EJ, Russell RM, Krinsky NI, Yeum KJ, Edwards RB, et al. Dietary modification of human macular pigment density. Invest Ophthalmol Vis Sci. (1997) 38:1795–801.
2. Schalch W, Cohn W, Barker FM, Köpcke W, Mellerio J, Bird AC, et al. Xanthophyll accumulation in the human retina during supplementation with lutein or zeaxanthin – the LUXEA (LUtein Xanthophyll Eye Accumulation) study. Arch Biochem Biophys. (2007) 458:128–35. doi: 10.1016/j.abb.2006.09.032
3. Landrum JT, Bone RA, Joa H, Kilburn MD, Moore LL, Sprague KE. A one year study of the macular pigment: the effect of 140 days of a lutein supplement. Exp Eye Res. (1997) 65:57–62. doi: 10.1006/exer.1997.0309
4. Xiao Z, Lester GE, Luo Y, Wang Q. Assessment of vitamin and carotenoid concentrations of emerging food products: edible microgreens. J Agric Food Chem. (2012) 60:7644–51. doi: 10.1021/jf300459b
5. O’Connell OF, Ryan L, O’Brien NM. Xanthophyll carotenoids are more bioaccessible from fruits than dark green vegetables. Nutr Res. (2007) 27:258–64. doi: 10.1016/j.nutres.2007.04.002
6. Chous, A.P.; Richer, S.P.; Gerson, J.D.; Kowluru, R.A. The Diabetes Visual Function Supplement Study (DiVFuSS). Br. J. Ophthalmol. 2016, 100, 227–234
7. Brazionis L, Rowley K, Itsiopoulos C, O’dea K. Plasma carotenoids and diabetic retinopathy. Br J Nutr. (2008) 101:270–7. doi: 10.1017/S0007114508006545
8. Garcia-Medina JJ, Pinazo-Duran MD, Garcia-Medina M, Zanon-Moreno V, Pons-Vazquez S. A 5-year follow-up of antioxidant supplementation in type 2 diabetic retinopathy. Eur J Ophthalmol. (2011) 21:637–43. doi: 10.5301/EJO.2010.6212
9. Zhang PC, Wu CR, Wang ZL, Wang LY, Han Y, Sun SL, et al. Effect of lutein supplementation on visual function in nonproliferative diabetic retinopathy. Asia Pac J Clin Nutr. (2017) 26:406–11. doi:
10. 6133/APJCN.032016.13
    10. Moschos MM, Dettoraki M, Tsatsos M, Kitsos G, Kalogeropoulos C. Effect of carotenoids dietary supplementation on macular function in diabetic patients. Eye Vis. (2017) 4:23. doi: 10.1186/s40662-017-0088-4
11. Rondanelli M, Gasparri C, Riva A, Petrangolini G, Barrile GC, Cavioni A, Razza C, Tartara A, Perna S. Diet and ideal food pyramid to prevent or support the treatment of diabetic retinopathy, age-related macular degeneration, and cataracts. Front Med (Lausanne). 2023 May 30;10:1168560.
12. Lem DW, Gierhart DL, Davey PG. A Systematic Review of Carotenoids in the Management of Diabetic Retinopathy. Nutrients. 2021 Jul 16;13(7):2441.