浅谈心血管疾病(CVD)危险与饮食

2023-01-01

尽管自上世纪70年代起, CVD导致的死亡率在许多国家呈下降趋势, 但在世界范围内, 与此相关的疾病而死亡的比率仍占51%以上。在英国, 每年有1 7万人死于心肌梗死。尽管人们已经采取了许多干预项目和健康促进活动, 这些统计数字还是让人难以接受。即使是“经典”的C V D危险因素——吸烟、高血压和高血脂等, 也仅能对此类疾病的50%进行解释。然而, 最新的生物化学、传染病学和细胞培养研究的成果显示, 在一些原本不能合理解释的C V D发病案例中, 其可能的原因是某些具有抗氧化能力的微量营养成分吸收不足, 包括VE, VC和β-胡萝卜素等。此类营养成分和其他潜在的活性成分是否有功能作用从而降低了C V D的危险, 是本文探讨的重点。

1 心血管疾病的发病原因

1.1“饱和脂肪致病假说”所面临的问题

血液中胆固醇浓度的增高被认为是CVD危险的一个重要标志, 这种观点来自对7个国家的居民进行的流行病学调查。调查发现饱和脂肪酸的消费量和由CVD导致的死亡率之间有显著的相关关系, 这一发现引出了C V D病因的“饱和脂肪假说”即认为饱和脂肪酸消费高的人群, 血液中胆固醇浓度偏高, 而高血液胆固醇浓度与由CVD导致的死亡率具有显著相关性。遗憾的是, 在通过饮食和药理学的方法来降低胆固醇含量的试验中, 几乎没有一例降低了CVD的发生或总死亡率。这说明该理论对C V D致病原因的解释不能令人满意。

在“饱和脂肪致病假说”中, 也存在一些反常的现象。在法国的一些地区, 饱和脂肪摄入量高的人群, 其CVD的发生率反而比较低;在英国, 上流社会人员摄入的脂肪和胆固醇是最高的, 但是CVD的发生率却是最低的;亚洲人一般吸烟较少, 血压和血浆胆固醇也较低, 但是亚裔移民C V D的发病率要高于白人;在美国, 一家医院曾对194名死于动脉粥样硬化的病例进行了尸体解剖, 结果表明其中仅有10%案例的血清胆固醇含量增高, 而大部分案例并没有发现血清胆固醇增高、糖尿病或高血压的迹象;在以色列, 有人对1万名男性进行了长达五年的跟踪调查, 发现C V D的发生与饮食中的饱和脂肪酸无关。

这些矛盾对C V D病因的“饱和脂肪假说”提出了强烈的质疑。然而, 如果在对CVD的发病案例进行的考察中, 不是以胆固醇本身, 而是以氧化了的胆固醇作为主要危险因素来进行的话, 一些反常现象将得到合理的解释, 这就是下面将要提出的假说。

1.2 CVD的“抗氧化剂作用假说”

心血管疾病的“抗氧化剂假说”认为:胆固醇在自由基调节下的氧化过程是动脉粥样硬化生成中最关键的步骤。这种假说最令人信服的地方在于它把传染病学家常用的鉴定危险因素的方法与生物化学家的机理学说结合起来, 使得人们对影响C V D形成的细胞事件有一个更好的理解。

1.2.1 自由基和胆固醇的氧化

自由基是具有不成对电子的活泼分子, 它们具有破坏多种生物大分子的潜能。一般认为自由基产生于正常的有氧代谢过程, 它们能对生物大分子产生破坏。活性氧碎片在氧气逐步还原成水的过程中, 通过质子、铜、铁等过渡金属的二级反应而产生。例如, 超氧阴离子可在许多氧化-还原系统 (如涉及黄嘌呤氧化酶、乙醛氧化酶、N A D P H氧化酶和细胞色素P450等的系统) 中生成, 一般占线粒体吸收氧总量的1%~4%被用于超氧阴离子的生成;被激活的巨噬细胞和单核细胞也可以释放出大量的超氧阴离子 (·O2-) , 这种自由基的反应活性不是很强, 但在经金属催化反应而转变成活性更强的羟自由基 (H O·) 之前, 它可以在细胞内扩散很长的距离。有潜在危害的自由基也普遍存在于污染物和卤化麻醉剂中。而吸烟者每呼出一口烟气, 在焦油中会形成大约1014个自由基, 在气体中则含有大约1015个自由基。与特定阶段相关联的醌-半醌自由基通过多环碳氢化合物的氧化而生成。在含水介质中, 醌可还原氧气而生成超氧阴离子和双氧水并进一步催化双氧水转变成羟自由基。在吸烟过程中, 二氧化氮和乙醛、烯烃连续反应生成以活性碳和氧为中心的羧基自由基 (ROO·) , 而且二氧化氮可与双氧水反应生成羟自由基;被尼古丁激活的肺部巨噬细胞可能成为双氧水的供给者, 而双氧水被游离的铜或铁离子催化转变成羟自由基。所以, 吸烟者作为北半球CVD高发人群, 承受着高浓度而长时间的自由基威胁。

因为多不饱和脂肪酸 (PUFA﹕H) 分子结构中的亚甲基打断了双键结构, 特别容易受自由基氧化反应的影响。脂过氧化的进程可以通过类似羟自由基的一个自由基开始, 伴随着一个P U F A的形成, 从P U F A﹕H得到一个氢。接着就是通过双键的重排而形成一个共轭二烯烃, 它可以通过与氧结合而形成多不饱和脂肪酸超氧阴离子 (P U F A:O O) , P U F A:O O与更多的P U F A:H反应生成一个过氧化多不饱和脂肪酸 (P U F A:O O H) 和另一个P U F A。自此, 该反应开始自我催化。

而在有铁或铜存在的情况下, P U F A:OOH能通过双键的分裂和一个电子的减少而形成更多的自由基, 包括高反应活性的羟自由基。

低密度脂蛋白 (LDL) 是胆固醇中的一部分, 在它的磷脂层中包含着高比例的P U F A, 因此它易受自由基调节过氧化反应的影响。LDL的氧化损失了PUFA, 而提高了其他有害物质如P U F A:O O H和溶血卵磷脂等的含量。细胞培养实验表明这样的氧化过程改变了LDL的理化性质, 使得它更容易导致动脉粥样硬化。这些氧化的结果包括以下几个方面: (1) 通过巨噬细胞的接受器受体确认和优先吸收变性的LDL; (2) 就其他单核细胞/巨噬细胞而言, 趣药性反应的提高, 导致巨噬细胞积聚在特定的位置; (3) 增强了血小板聚集的趋势; (4) 增加了内皮细胞黏附分子的释放。因此, 在动脉粥样硬化形成的进程中, P U F A:O O H可能造成动脉壁上最初的损伤, 此损伤部位将最终形成动脉粥样硬化。单核细胞所吸收的氧化了的LDL被吸收到这个损伤的部位, 这促进了更多的单核细胞的趣药性吸引;在从单核细胞到巨噬细胞的转变过程中, 氧化了的LDL限制了巨噬细胞的流动性, 降低了从动脉壁迁徙出的能力;氧化了的LDL吸收率的提高还可能会涉及到巨噬细胞向泡沫细胞的转变, 这是噬菌斑的前体, 而噬菌斑最终将堵塞动脉。因为巨噬细胞能够通过呼吸来氧化原有的LDL, 自动催化反应可能导致粉瘤连续的增长, P U F A:O O H浓度的提高也会促进血小板的聚集, 并最终有助于血栓的形成。如果饱和脂肪酸的吸收率增高, 则会增加L D L的量, 为上述的反应提供源源不断的底物。

LDL在体内被氧化的机理有待进一步澄清, 氧化不太可能在血浆内发生, 因为血浆内铁离子、铜离子是以铁蛋白、转铁蛋白和血浆铜蓝蛋白的形式被束缚的, LDL的氧化被限制在血管内膜部分。虽然LDL能够通过脂氧化酶和磷酸酯A2而改变, 但是氧自由基与铜的反应可能发挥着更加突出的作用。铜离子可以有效地促进LDL的体外氧化, 这表明在动脉粥样硬化损伤处, 从血浆铜蓝蛋白释放的铜可能会导致先生成的氢过氧化物的过氧化。这些氢过氧化物本身可能是在损伤处通过羟自由基的活动而形成的, 而此羟自由基可能来自于巨噬细胞产生的超氧阴离子和过氧化氢。

1.2.2 抗氧化剂和胆固醇

通常情况下, 人体复杂的抗氧化防御系统能够保护其细胞和胆固醇免受自由基的损害。抗氧化剂是一类能帮助捕获并中和自由基, 从而祛除自由基对人体损害的一类物质。人体必需的一些抗氧化剂是通过饮食获得的, 主要包括。

(1) VE脂溶性抗氧化剂, 可以阻断多不饱和脂肪酸被自由基调节而发生脂过氧化反应。

(2) β-胡萝卜素和其他类胡萝卜素类胡萝卜素是指由8个C5异戊二烯头尾相连, 在中心部位是尾尾相连所组成的共轭多烯, 这些类胡萝卜素有着相似的功能。

(3) VC可以在细胞的水溶性的腔室内清除自由基, 也促进VE的再生。

此外, 谷胱甘肽氧化酶、催化酶、超氧化物歧化酶 (S O D) 等几种抗氧化酶可以使材料氧化过程中形成的有毒中间产物代谢掉, 从而减少对人体的毒害作用。

在体外试验中, 当LDL暴露在受铜离子调节的氧化体系中时, LDL外部磷脂层中存在的V E首先被耗尽, 接着就是番茄红素和β-胡萝卜素等;如果外部介质中存在有V C, 则L D L的氧化反应将被延迟, 这是因为VC的存在使氧化了的VE获得了再生。自愿受试者通过饮食强化提高V E的含量, 也同样阻止L D L的氧化及动脉粥样硬化的形成。

由此可以推测, 如果饮食中具有抗氧化作用的营养成分摄入不足, 或因为某种原因而增加了具有氧化性的成分的摄入—比如由吸烟而引起的机体中具氧化活性的自由基含量增加, 而使抗氧化剂/氧化剂的存在状态发生改变的话, 那么LDL因自由基作用而被氧化的可能性就会增加, 进而增加机体发生动脉粥样硬化的危险。

2 几种主要抗氧化成分

2.1 维生素E

VE通常指具有生物活性的生育酚的混合物。生育酚是脂过氧化反应潜在的抑制剂, 从其分子结构可以看出, 生育酚容易从环羟基上输送氢原子到自由基上, 自由基因此而失去了活力, 这意味着生育酚本身是一种高效抗氧化剂。在输送氢原子过程中, VE本身成为一个自由基, 而这种自由基是相对稳定的, 这是因为其中氧原子上的不成对电子被分散到芳香族的环上, 于是增强了它的稳定性。

饮食中最主要的VE来源是植物油, 谷物全粉和经过强化的谷物制品也是VE的重要来源。而黄油和硬质人造奶油和海生动物的油脂中几乎没有VE存在。但在某些情况下, 鸡蛋、坚果、水果和蔬菜等也可以提供相当数量的VE。在补充VE上, 橄榄油、花生油和菜籽油更适合些, 其中VE含量丰富, 多不饱和脂肪酸含量低, 而单不饱和脂肪酸含量高。流行病学和生物化学表明, 要防止CVD高危人群发病, 每天需要吸收36mg~100mg的V E。

2.2 类胡萝卜素

类胡萝卜素是指由8个C5异戊二烯头尾相连 (在中心部位是尾尾相连) 所组成的一类脂溶性色素, 其中包括环化的 (如β-胡萝卜素) 和无环的 (如番茄红素) 胡萝卜素以及含有氧原子的胡萝卜醇 (如叶黄素) 等。研究表明, β-胡萝卜素、番茄红素、α-胡萝卜素、叶黄素、玉米黄素及β-隐黄质是人体血液中最主要的几种类胡萝卜素。

在大约600种已经确知结构的类胡萝卜素中, 有50种可用作VA的前体, 它们在体内可以转化成V A。由于分子中存在着共轭多烯结构, 许多类胡萝卜素都有着很强的抗氧化功能, 但对β-胡萝卜素的研究在各种类胡萝卜素中是最深入的。因为在生理条件下, β-胡萝卜素清除过氧自由基尤其有效, 它同时也是单线态氧的强力的清除剂, 还可以作为V A原来供给V A。最近有研究表明, 在抗氧化方面, VE和β-胡萝卜素有协同增效效应。

β-胡萝卜素和番茄红素等可以抑制L D L的氧化进而防止动脉粥样硬化的形成。与不吸烟人群相比, 吸烟者作为C V D的高危人群, 他们血浆中类胡萝卜素的浓度明显偏低。

食品中β-胡萝卜素含量占总类胡萝卜素的比例一般为15%~30%。类胡萝卜素主要来源于胡萝卜、菠菜、桃子和西瓜等。几种常见食物中胡萝卜含量见表1:

在美国, 平均每人每天消费β-胡萝卜素1.5 m g, 而由美国N C I和U S D A推荐量为每天6mg, 对于高危人群, β-胡萝卜素的摄入量应为15mg/d~25mg/d。

2.3 维生素C

维生素C即L-抗坏血酸, 为最重要的水溶性抗氧化剂之一。VC在体内的生理功能包括:可以有效地清除超氧阴离子、羟自由基、过氧化自由基和单线态氧, 还可以参与VE的再生;通过有效地捕捉血浆或胞液水相中的过氧化自由基, 保护生物膜及LDL免受过氧化反应的破坏。其结构式如下:

研究表明, C V D的发生率与血浆中V C的浓度呈显著负相关, 吸烟者血浆V C的浓度只有不吸烟者的5 0%。动脉粥样硬化损伤区域的V C浓度远远低于没有损伤的区域。机体内V C不足, 还会增加血浆中脂蛋白A的浓度, 这是粥样硬化形成的重要标志;相反, 血浆和组织中充足的V C, 可通过降低血浆中脂蛋白A的浓度, 抑制动脉粥样硬化的发展。

V C主要来源于新鲜的水果和蔬菜, 鲜枣、青椒、番石榴、菜花等果蔬中含量尤其丰富, 常见果蔬中VC含量见表2。

在英国, VC的推荐量为60mg/d, 有人建议100mg/d~150mg/d是最适宜的吸收量。

2.4 微量元素

某些具有与抗氧化功能相关的酶需要特定的微量元素作为辅助因子, 比如, 谷胱甘肽氧化酶需要硒, 超氧化物歧化酶需要铜、锌和锰, 催化酶需要铁等。这些微量元素在饮食中吸收不足可能会使机体抗氧化防御机制的有效性丧失。这些必须微量元素的主要食物来源包括肉、奶、蛋、谷物和坚果等。

2.5 食品中天然存在的其他抗氧化剂

食品中还包含有其他一些同样具有抗氧化能力的化合物, 它们在C V D的预防中也具有重要意义。

2.5.1 泛醌 (辅酶Q10)

一种亲油醌, 在细胞线粒体电子传递中起电子载体的作用。它能保护膜磷脂及LDL中的磷脂免于过氧化破坏。在体内, 泛醌是由胆固醇合成的前体物质合成的, 但人体合成的能力随年龄的增长而降低, 需要通过摄食补充机体合成的不足。泛醌丰富的食物来源是新鲜的未加工的食品, 尤其是肉、豆、坚果等。

2.5.2 类黄酮

类黄酮是广泛存在于饮食中的多酚类物质, 各种植物性组织存在着相当数量的苯-γ-吡喃酮衍生物, 在果蔬、谷物、茶、坚果等及酒、啤酒等加工产品中含量都很丰富, 一杯冲泡好的红茶中即含总量超过40mg的各种类黄酮。在发达国家, 居民每日饮食中所含有的此类衍生物约为50mg~1g。

现在人们对类黄酮明显的抗癌作用产生了浓厚的兴趣。类黄酮抗癌作用的机理包括以下几个方面:某些类黄酮具有与VE类似的酚羟基结构, 在脂质系统中用作抗氧化剂, 与超氧阴离子和脂过氧化自由基反应, 从而防止了活性氧的生成;类黄酮可以保护VC, 在有某些可迅速氧化VC的金属离子存在的情况下尤其如此。实践证实, 五羟黄铜、杨梅黄酮、山柰素、单宁酸和鞣花酸等都有很强的抗氧化能力。类黄酮的结构如下:

细胞培养表明, 类黄酮可以阻止由巨噬细胞所导致的LDL的氧化改变, 它可能是饮食中天然的抗粥样硬化的成分;药理学剂量的五羟黄酮可通过降低血清甘油三酯的浓度和阻止血小板的凝集来降低LDL的危险。临床和传染病学研究表明适量葡萄酒和啤酒的摄入可以降低C V D发生的危险性, 因为其中含有鞣花酸和单宁酸。

生物化学和流行病学研究表明:含有抗氧化成分的食品摄取不足造成的体内抗氧化剂浓度过低是导致C V D的主要因素。最简单有效保护机体免受C V D威胁的措施就是增加水果和蔬菜的摄入量, 因为这些食品含有很多能防止LDL被氧化形成粥样硬化的营养成分。

摘要：随着我国社会经济的快速发展, 城乡居民的膳食状况明显改善, 膳食结构及生活方式也发生了重要变化, 与之相关的慢性非传染性疾病, 如肥胖、高血压、高脂血症等患病率增加, 成为威胁国民健康的突出问题。在改善我国居民营养健康的关键时期, 适时干预会起到事半功倍的效果。本文从发病机理和膳食干预两个方面进行探讨。

关键词：心血管疾病,自由基,抗氧化剂