ชีวปริมาณออกฤทธิ์และการเปลี่ยนแปลงทางเคมีของสารพฤกษเคมี

ชีวปริมาณออกฤทธิ์ (bioavailability) คือสัดส่วนของสารพฤกษเคมีที่รับประทานเข้าไปซึ่งเข้าสู่ระบบไหลเวียนโลหิตในรูปที่ออกฤทธิ์ได้ ส่วนการเปลี่ยนแปลงทางเคมี (metabolism) คือชุดของการเปลี่ยนแปลง — ในลำไส้ ตับ และเนื้อเยื่อ — ที่เกิดขึ้นกับสารประกอบเหล่านี้ตลอดเส้นทาง ทั้งสองกระบวนการนี้ร่วมกันกำหนดว่าโมเลกุลใดจะเข้าถึงเนื้อเยื่อเป้าหมายจริง ๆ ซึ่งมักจะแตกต่างอย่างมากจากสารประกอบตั้งต้นที่พบในอาหาร

Definition

ชีวปริมาณออกฤทธิ์และการเปลี่ยนแปลงทางเคมีของสารพฤกษเคมีคือการศึกษาว่าสารพฤกษเคมีในอาหารถูกปลดปล่อยจากอาหาร ดูดซึม จับคู่ เปลี่ยนแปลงโดยจุลินทรีย์ในลำไส้และเอนไซม์ของโฮสต์ กระจายตัว และขับถ่ายออกไปอย่างไร และกระบวนการเหล่านี้ส่งผลต่อความเข้มข้นและเอกลักษณ์ทางเคมีของสารประกอบที่เข้าถึงเนื้อเยื่ออย่างไร

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมปัจจัยกำหนดการดูดซึมสารพฤกษเคมี (เมทริกซ์อาหาร รูปแบบทางเคมี และความสามารถในการละลาย) การจับคู่เฟส II (phase II conjugation) และการเปลี่ยนแปลงทางเคมีโดยจุลินทรีย์ในลำไส้ที่สร้างสารเมแทบอไลต์ที่หมุนเวียนในร่างกาย ชีวปริมาณออกฤทธิ์ที่มักจะต่ำและผันแปรของโพลีฟีนอลและแคโรทีนอยด์ และนัยยะสำหรับการตีความผลทางชีวภาพของสารเหล่านี้ นี่คือข้อมูลอ้างอิงทางชีวเคมีและโภชนาการ ไม่ใช่คำแนะนำด้านอาหาร

Core questions

• อะไรเป็นตัวกำหนดปริมาณของสารพฤกษเคมีในอาหารที่ถูกดูดซึม?
• การจับคู่เฟส II และจุลินทรีย์ในลำไส้เปลี่ยนแปลงสารพฤกษเคมีอย่างไรหลังจากการรับประทาน?
• เหตุใดสารเมแทบอไลต์ที่หมุนเวียนในร่างกายจึงมักแตกต่างจากสารประกอบตั้งต้นในอาหาร?
• ชีวปริมาณออกฤทธิ์ทำให้การตีความผลกระทบต่อสุขภาพของสารพฤกษเคมีซับซ้อนขึ้นอย่างไร?

Key concepts

• ชีวปริมาณออกฤทธิ์และประสิทธิภาพทางชีวภาพ
• เมทริกซ์อาหารและการปลดปล่อยจากอาหาร
• การจับคู่เฟส II (กลูคูโรนิเดชัน, ซัลเฟชัน, เมทิลเลชัน)
• การเปลี่ยนแปลงทางเคมีโดยจุลินทรีย์ในลำไส้และสารเมแทบอไลต์ของจุลินทรีย์
• การหมุนเวียนของสารในตับและลำไส้และการขับถ่าย
• ความแปรปรวนระหว่างบุคคล

Key theories

ฤทธิ์ทางชีวภาพที่ขับเคลื่อนโดยสารเมแทบอไลต์

เนื่องจากสารพฤกษเคมีตั้งต้นถูกจับคู่และเปลี่ยนแปลงทางเคมีอย่างกว้างขวาง สารประกอบที่หมุนเวียนและเข้าถึงเนื้อเยื่อส่วนใหญ่เป็นสารเมแทบอไลต์ ดังนั้นฤทธิ์ทางชีวภาพจึงควรมาจากรูปแบบเหล่านี้มากกว่าสารประกอบตั้งต้นที่มาจากอาหาร

เมทริกซ์อาหารและไมโครไบโอมเป็นปัจจัยกำหนด

ชีวปริมาณออกฤทธิ์ขึ้นอยู่กับเมทริกซ์อาหาร รูปแบบทางเคมี และชุมชนจุลินทรีย์ในลำไส้อย่างมาก ซึ่งอธิบายถึงความแปรปรวนระหว่างบุคคลและระหว่างอาหารที่สูงในการได้รับสารพฤกษเคมี

Mechanisms

หลังจากการรับประทาน สารพฤกษเคมีจะต้องถูกปลดปล่อยออกจากเมทริกซ์อาหารก่อนที่จะถูกดูดซึม โพลีฟีนอลหลายชนิดถูกดูดซึมในลำไส้เล็ก ซึ่งพวกมันจะผ่านการจับคู่เฟส II อย่างกว้างขวาง — กลูคูโรนิเดชัน (glucuronidation), ซัลเฟชัน (sulfation) และเมทิลเลชัน (methylation) — เพื่อให้พวกมันหมุนเวียนส่วนใหญ่ในรูปของสารจับคู่ (conjugates) มากกว่าอะไกลโคนอิสระ (free aglycones) สัดส่วนจำนวนมากเข้าสู่ลำไส้ใหญ่ ซึ่งจุลินทรีย์ในลำไส้จะแยกและเปลี่ยนพวกมันให้เป็นสารเมแทบอไลต์ฟีนอลิกขนาดเล็กที่อาจถูกดูดซึมได้เอง แคโรทีนอยด์ที่ชอบไขมัน (lipophilic carotenoids) ขึ้นอยู่กับการก่อตัวของไมเซลล์ (micelle formation) และไขมันในอาหารสำหรับการดูดซึม สารจับคู่สามารถผ่านการหมุนเวียนของสารในตับและลำไส้ (enterohepatic recirculation) และความเข้มข้นในพลาสมาที่เกิดขึ้นมักจะต่ำ ชั่วคราว และผันแปรอย่างมากระหว่างบุคคลและแหล่งอาหาร

Clinical relevance

ชีวปริมาณออกฤทธิ์และการเปลี่ยนแปลงทางเคมีอธิบายว่าเหตุใดความสามารถในการต้านอนุมูลอิสระของสารพฤกษเคมีที่วัดได้ในหลอดทดลอง (in vitro) มักจะทำนายผลกระทบในร่างกายได้ไม่ดี และเหตุใดการตอบสนองต่ออาหารที่อุดมด้วยสารพฤกษเคมีจึงแตกต่างกันไปในแต่ละบุคคล บทความนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อช่วยในการตีความหลักฐานเชิงกลไกและโภชนาการ และไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการตัดสินใจด้านอาหารหรืออาหารเสริมส่วนบุคคล

Evidence & guidelines

การรวบรวมงานวิจัยการศึกษาชีวปริมาณออกฤทธิ์ในมนุษย์อย่างเป็นระบบและบทวิจารณ์เชิงกลไกยืนยันว่าสารพฤกษเคมีในอาหารส่วนใหญ่เข้าสู่พลาสมาในความเข้มข้นต่ำและผันแปรในรูปของสารเมแทบอไลต์ นี่คือเหตุผลหลักที่บทวิจารณ์เตือนไม่ให้เทียบเท่าการทดสอบสารต้านอนุมูลอิสระในหลอดทดลองกับประโยชน์ในร่างกาย ไม่มีคำแนะนำทางคลินิกใด ๆ ที่ออกให้ในที่นี้

History

การวิจัยสารพฤกษเคมีในยุคแรกมักจะสันนิษฐานว่าสารประกอบตั้งต้นออกฤทธิ์โดยตรง แต่บทวิจารณ์อย่างเป็นระบบของชีวปริมาณออกฤทธิ์ในมนุษย์ตั้งแต่ต้นทศวรรษ 2000 โดยเฉพาะอย่างยิ่งโดย Manach และคณะ ได้บันทึกการดูดซึมที่ต่ำและผันแปร และการเปลี่ยนแปลงทางเคมีอย่างกว้างขวาง ความสนใจที่เพิ่มขึ้นต่อไมโครไบโอมในลำไส้ได้ยืนยันว่าสารเมแทบอไลต์ของจุลินทรีย์เป็นปัจจัยสำคัญ ซึ่งเป็นการปรับกรอบความเข้าใจเกี่ยวกับฤทธิ์ทางชีวภาพของสารพฤกษเคมี

Debates

สารพฤกษเคมีในรูปแบบใดที่มีส่วนรับผิดชอบทางชีวภาพต่อผลกระทบที่สังเกตได้?

เนื่องจากสารประกอบตั้งต้นหมุนเวียนในระดับต่ำและถูกเปลี่ยนแปลงทางเคมีอย่างมาก การถกเถียงยังคงดำเนินต่อไปว่าสารจับคู่ สารเมแทบอไลต์ของจุลินทรีย์ หรือสารประกอบตั้งต้นชั่วคราวมีส่วนรับผิดชอบต่อผลทางชีวภาพที่เกิดจากอาหารที่อุดมด้วยสารพฤกษเคมี

Key figures

• Claudine Manach
• Gary Williamson
• Augustine Scalbert
• Alan Crozier
• Robert M. Russell

Seminal works

• manach-2005
• manach-2004
• del-rio-2013

Frequently asked questions

เหตุใดสารพฤกษเคมีที่หมุนเวียนในร่างกายจึงแตกต่างจากที่พบในอาหาร?

หลังจากการดูดซึม สารพฤกษเคมีจะถูกจับคู่โดยเอนไซม์ของโฮสต์และถูกเปลี่ยนแปลงโดยแบคทีเรียในลำไส้ ดังนั้นโมเลกุลที่พบในเลือดมักจะเป็นสารเมแทบอไลต์มากกว่าสารประกอบดั้งเดิมที่พบในอาหาร

เหตุใดชีวปริมาณออกฤทธิ์จึงมีความสำคัญต่อความเข้าใจเกี่ยวกับอาหารต้านอนุมูลอิสระ?

สารประกอบจะออกฤทธิ์ในเนื้อเยื่อได้ก็ต่อเมื่อถูกดูดซึมและเข้าถึงเนื้อเยื่อเหล่านั้น เนื่องจากสารพฤกษเคมีหลายชนิดถูกดูดซึมได้ไม่ดีและผันแปร ความแข็งแรงในการต้านอนุมูลอิสระในหลอดทดลองจึงไม่สามารถทำนายผลกระทบในร่างกายได้อย่างน่าเชื่อถือ