Unità didattica n. 2

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1 Corso in Nutrizione Molecolare Unità didattica n. 2 - MODULATORI METABOLICI (glicemia insulinemia lipemia) le basi fisiopatologie del sovrappeso e obesità, intestino e peso corporeo, insulino resistenza, diabete mellito tipo 2 - MODULATORI GENICI GENOMICA NUTRIZIONALE Pier Luigi Rossi Medico Specialista Scienza della Alimentazione Igiene e Medicina Preventiva

2 isocaloric but not isometabolic MODULAZIONE METABOLICA profilo metabolico - ormonale post prandiale OGNI ATTO ALIMENTARE MODIFICA LA COMPOSIZIONE DEL SANGUE IN RAPPORTO AGLI ALIMENTI INGERITI dalla GIORNATA ALIMENTARE al SINGOLO PASTO

3 FASE POSTPRANDIALE I valori metabolici più importanti che il sangue porta dopo i pasti sono: 1 GLICEMIA 2 - INSULINEMIA 3 - LIPEMIA OGNI ATTO ALIMENTARE MODIFICA L OMEOSTASI DEL CORPO Occorre scegliere il cibo ad ogni atto alimentare piuttosto che rifarsi genericamente all apporto alimentare giornaliero

4 MODULATORI METABOLICI Il governo dei valori della glicemia, lipemia e insulinemia sta alla base del controllo del peso corporeo e della prevenzione della obesità. La qualità molecolare degli alimenti, la loro combinazione gastronomica in ogni atto alimentare, la loro digestione enzimatica e biologica modulano il metabolismo post prandiale.

5 L INTESTINO AL CENTRO DEL CONTROLLO DEL PESO

6 VILLI INTESTINO TENUE

7 DIGESTIONE E ACQUA IDROLISI ENZIMATICA La reazione biochimica che trasforma gli alimenti in molecole nutrienti è l IDROLISI. Avviene in prevalenza nell INTESTINO TENUE e consiste nell inserimento di molecole d acqua nelle strutture chimiche complesse alimentari: proteine, lipidi e carboidrati per opera degli enzimi pancreatici, enterici e della bile : R R + H2O enzima digestivo R OH + R H Ogni atto alimentare complesso e misto richiede 7-10 litri di acqua all interno del lume intestinale. Non assumendo acqua con bevande o con alimenti che ne contengono elevate quantità, l osmolarità intestinale post prandiale richiama acqua dal sangue all interno del lume intestinale per consentire il processo digestivo > FURTO di ACQUA DAL SANGUE

8 DIGESTIONE E ASSORBIMENTO PROTEINE CARBOIDRATI LIPIDI

9 STRATO NON MESCOLATO ASSORBIMENTO E DIGESTIONE È lo strato fluido situato sopra la superficie dell orletto a spazzola degli enterociti e che deve essere attraversato dalle sostanze nutritive presenti nel lume intestinale. STRATO NON MESCOLATO STRATO NON MESCOLATO

10 INDICATORI POST PRANDIALI metodo molecolare PICCO GLICEMICO inferiore a 130 mg / 100 ml PICCO INSULINEMICO inferiore a 60 µui/l PICCO LIPEMICO inferiore a 700 mg/100 ml la chiave metabolica per ottenere questi indicatori post prandiali e realizzare il rapporto inverso tra carboidrati glicemici e proteine in ogni atto alimentare (colazione pranzo - cena) Carboidrati 1 g Proteine 1g - Proteine 0.5 g - Carboidrati 0.5 g METODO MOLECOLARE

11 CONTROLLO PICCO GLICEMICO POST PRANDIALE

12 DEFINIZIONE PICCO GLICEMICO GLUCOSIO PLASMATICO POST PRANDIALE Nelle persone con normale tolleranza al glucosio, generalmente la glicemia non aumenta oltre i 140 mg/dl (7,8 mmol/l) in risposta ai pasti e, tipicamente, torna ai livelli preprandiali entro due o tre ore. IL PICCO GLICEMICO INDICA IL LIVELLO DI GLICEMIA RAGGIUNTA DOPO OGNI ATTO ALIMENTARE. Obbiettivo di salute e di prevenzione sovrappeso obesità e decadenza estetica non superare il picco glicemico di 130 mg / 100 ml dopo ogni pasto

13 QUALITÀ MOLECOLARE CARBOIDRATI CARBOIDRATI GLICEMICI influiscono in modo decisivo sul valore della glicemia, contenenti amido sopratutto (dolci, pane, pasta, riso, prodotti da forno, alimenti composti con farina, pizza, patate, frutta.) CARBOIDRATI NON GLICEMICI non fanno aumentare la glicemia dopo il pasto, ma anzi controllano e tendono a tenere basso il valore della glicemia (fibra alimentare idrosolubile verdure e ortaggi di ogni tipo ).

14 IL CONTROLLO DEL PICCO GLICEMICO POST-PRANDIALE UNA SCELTA PRIMARIA PREVENZIONE OBESITA SOVRAPPESO L organismo riesce ad utilizzare correttamente il glucosio presente nel sangue, con minore secrezione di insulina. Smaltimento delle riserve di grasso contenute negli adipociti Una più lenta ricomparsa del senso di fame

15 PERCHÉ IL PICCO GLICEMICO È COSÌ IMPORTANTE? Il picco glicemico influenza la quantità di insulina che viene secreta dal pancreas. Il glucosio rappresenta il più importante fattore di stimolo della secrezione di insulina. La secrezione di insulina è stimolata anche dalle proteine assunte con un pasto, il cui effetto è mediato dagli aminoacidi prodotti durante la digestione delle proteine (aminoacidi insulinogenici). I trigliceridi e gli acidi grassi esercitano un azione ridotta sulla secrezione di insulina. L'effetto di un dato alimento sui livelli ematici di insulina, è espresso dall INDICE INSULINICO.

16 AMINOACIDI INSULINOGENICI ARGININA FENILALANINA ISOLEUCINA LEUCINA LISINA VALINA Aminoacidi ramificati (Leucina- Isoleucina - Valina) uno stato di insulino resistenza causa una riduzione della sintesi proteica in tutte le cellule INSULINO DIPENDENTI

17 PICCO INSULINEMICO post prandiale

18 INDICE INSULINEMICO L'indice insulinico esprime l'effetto di un dato alimento sui livelli ematici di insulina. L'indice insulinico è un parametro che misura la produzione di insulina nell'organismo in risposta all'ingestione di un qualsiasi alimento. Esso quindi rappresenta l'effetto di un alimento sull'insulinemia e non solo sulla glicemia, come è stato per l indice glicemico! Si tratta di un valore emerso in tempi più recenti rispetto all INDICE GLICEMICO e CARICO GLICEMICO permette di valutare più precisamente qual è la risposta insulinica di tutti i cibi, dato che l'indice glicemico tiene conto solo dell'innalzamento della glicemia in relazione all'impatto dei carboidrati, ma non della produzione di Insulina per cibi estranei agli stessi carboidrati

19 Am J Clin Nutr Nov; 66(5): An insulin index of foods: the insulin demand generated by 1000-kJ portions of common food. Holt SH

20 Diabetes Technol Ther Feb 3. [Epub ahead of print] Clinical Application of the Food Insulin Index for Mealtime Insulin Dosing in Adults with Type 1 Diabetes: A Randomized Controlled Trial. Bell Kj 1,2, Gray R3, Munns D3, Peticz, et Al. Eur J Clin Nutr Sep; 68(9): doi: /ejcn Epub 2014 Jul 9. Estimating insulin demand for protein-containing foods using the food insulin index. Bell Kj 1, Howard G2, Colagiuri S et Al.

21 ORDINE ALIMENTI PASTO La sequenza degli alimenti in un pasto condiziona il profilo metabolico ed ormonale dopo il pasto. Food Order Has a Significant Impact on Postprandial Glucose and Insulin Levels Jouis J. Aronne, Center Weill Cornell Medical College New York Giugno 2015 Diabetes Care INCRETINE Gastric inhibitory polypeptide (GIP) - Glucagon-like peptide-1 (GLP-1). sono ormoni intestinali, secreti dopo un pasto e capaci di incrementare la secrezione di insulina.

22 DAI VILLI > VENA PORTA> FEGATO GLUCOSIO AMINOACIDI - INSULINA

23 PICCHI GLICEMICI INSULINEMICI

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25 INSULINA GOVERNO ENERGETICO ORGANISMO L INSULINA GESTISCE IL FLUSSO DEI SUBSTRATI ENERGETICI, IN PARTICOLARE DI CARBOIDRATI E LIPIDI, CON UN MECCANISMO DI SPIN-OFF L insulina determina quale tra i due substrati, > GLUCOSIO o ACIDI GRASSI, momento per momento, deve essere utilizzato come fonte primaria di energia chimica nelle cellule umane.

26 CHECK-UP METABOLISMO GLUCIDICO Per controllare lo stato del nostro organismo non sono sufficienti i parametri che potremmo definire statici presi a digiuno la mattina. Dobbiamo passare a una visione dinamica dei principali indicatori di ciò avviene durante la giornata. GLICEMIA INSULINA BASALE INDICE H.O.M.A. HOMEOSTATIS MODEL ASSESMENT

27 CHECK-UP METABOLISMO GLUCIDICO Glicemia basale * Insulina a digiuno* Emoglobina glicata Proteina C reattiva C-Peptide GLICEMIA INSULINA BASALE INDICE H.O.M.A. HOMEOSTATIS MODEL ASSESMENT Indice H.O.M.A. (indicatore di insulino resistenza)

28 INDICE H.O.M.A. HOMEOSTATIS MODEL ASSESMENT L indice H.O.M.A. permette, sulla base dei valori di glicemia e insulinemia a digiuno, di fare diagnosi precoce di insulino-resistenza Valori range di normalità Adulti Bambini

29 EMOGLOBINA GLICATA La Glicazione dell emoglobina è un processo non enzimatico e irreversibile che si realizza quando la concentrazione di glucosio nel sangue supera i 140 mg/ml. La sua eliminazione avviene con la degradazione degli eritrociti, che hanno una vita media di circa giorni. La quantità di Hb glicata è quindi un ottimo indicatore per verificare le oscillazioni medie della glicemia negli ultimi giorni. Valori Riferimento % mmol / mol 20-38

30 PICCO LIPEMICO POST PRANDIALE Il picco lipemico post prandiale è dato dalla sommatoria: LIPIDI ESOGENI provenienti dall intestino(chilomicroni e loro remnants) LIPIDI ENDOGENI provenienti dal fegato (LIPOPROTEINE VLDL, LDL, HDL) con il loro relativo carico di trigliceridi, colesterolo e altri lipidi; si verifica dopo 3-4 ore rispetto al picco glicemico. Il susseguirsi dei pasti può generare alte concentrazioni di glicemia e lipemia per tutto il giorno. Si possono avere livelli di trigliceridi normali a digiuno con un buon controllo glicemico sempre a digiuno e avere alterazioni significative delle lipoproteine in fase post prandiale! Gran parte della nostra vita attiva avviene in fase post prandiale

31 TAKE HOME MESSAGE PICCO GLICEMICO E ACCUMULO DI GRASSO organo adiposo fase di carico post prandiale

32 genomica nutrizionale

33 MODULAZIONE GENICA dal CIBO al DNA PARADIGM SHIFT cambiamento di paradigma

34 GENOMICA MOLECOLA ALIMENTARE

35 NUTRIZIONE MOLECOLARE - GENOMICA NUTRIZIONALE

36 MODULAZIONE GENICA MODULATORI GENICI SOFTWARE MOLECOLE FENOTIPO HARDWARE DNA

37 GENOMA e OBESITA dalle CALORIE alle MOLECOLE Nessuna Caloria agisce sui geni SOLO LE MOLECOLE HANNO QUESTA AZIONE sul DNA IL CIBO E IL PRINCIPALE MEDIATORE TRA AMBIENTE E DNA

38 MODULATORI GENICI I modulatori genici sono molecole contenute negli alimenti dotate di azione sul DNA (up-down). Possono garantire e sviluppare i sistemi biologici di resistenza al sovrappeso e obesità, attivando una espressione genica con produzione di enzimi in grado di gestire e condizionare il metabolismo glucidico, lipidico, protidico delle cellule. Non si mangia solo per dimagrire! I geni determinano la nostra identità biologica > GENOTIPO L'alimentazione ed il nostro stile di vita > FENOTIPO

39 MODULATORI GENICI hanno la capacità di agire sul DNA modulando la sua espressione genica VEGETALI ANIMALI OSSIGENO BIOFISICA

40 MODULAZIONE GENICA MOLECOLA ALIMENTARE GENOTIPO NUTRIZIONE MOLECOLARE GENETICA produzione agro-alimentare FENOTIPO

41 MODULATORI GENICI enterociti e microbiota

42 MODULATORI GENICI VEGETALI

43 ESTRATTI - CENTRIFUGATI (80% verdura + 20% frutta)

44 BIODIVERSITA AGRO ALIMENTARE GENOTIPICA e FENOTIPICA variazione composizione principi nutritivi proprietà organolettiche alimenti BIODIVERSITA GENOTIPICA FENOTIPICA GUT MICROBIOTA

45 FIBRE IDROSOLUBILI FUNZIONE PREBIOTICA MODULAZIONE MICROBIOTA GENOMICA NUTRIZIONALE SUL MICROBIOTA

46 COSA È CAMBIATO con l era genomica? sintesi proteica enzimi- fase post genomica

47 La pappa reale è nutrimento per le LARVE (fino a tre giorni di età) per l APE REGINA (per tutta la vita). Kucharski R. et al. Science, 2008

48 MODULAZIONE GENICA GENOTIPO DNA COSTANTE FENOTIPO VARIABILE

49 MODULAZIONE GENICA EPIGENETICA NUTRIGENOMICA NUTRIGENETICA NUTRACEUTICA

50 EPIGENETICA L epigenetica è definita come lo studio delle modificazioni ereditabili nell espressione dei geni che si verificano senza cambiamenti della sequenza del DNA. Le molecole alimentari intervengono nella regolazione epigenetica dell espressione dei geni che contribuiscono allo sviluppo dell obesità. principali meccanismi epigenetici

51 METILAZIONE gruppo metile CH3 OMOCISTEINA VITAMINA B12 - ACIDO FOLICO

52 MODULATORI GENICI epigenetica S. Shankar et al. / Pharmacology & Therapeutics 138 (2013) 1 17

53 NUTRIGENOMICA ESPRESSIONE GENICA RECETTORI NUCLEARI LE I O L C A LE ET ALI O M EG IM V N A A RE CI TI DO CO NO I ESPRESSIONE GENICA La modulazione genica tramite molecole nutrienti, definite modulatori genici, sul DNA viene convertita in una macromelocola funzionale una proteina, un enzima attivo nel metabolismo cellulare) I geni determinano la nostra identità biologica GENOTIPO L'alimentazione ed il nostro stile di vita FENOTIPO

54 GENOMICA NUTRIZIONALE ADIPOCITA ADIPOCITI (rossi) FIBROBLASTI (celesti) ADIPOCITA

55 LIPOTOSSICITA GENOMICA epoca post genomica ACIDI GRASSI modulatori genici

56 VITALITA CELLULARE Controllo Acido Palmitico 500 µm Acido Stearico 500 µm Ac. Palmitico 250 µm + Ac. Stearico 250 µm ADIPOCITI FIBROBLASTI ± ± ± ± ± ± ± ± h EPATOCITI ± ± ± ± 1.1

57 FIBROBLASTI e PREADIPOCITI

58 ADIPOCITI

59 FAT LINE e NUTRIGENOMICA I nutrienti alimentari che possono agire sul DNA, su singoli geni, modulando la loro espressione genica, sono detti modulatori epigenetici oppure epicomposti. Garantire un espressione genica in grado di fornire enzimi attivi sul metabolismo glucidico, lipidico, protidico è possibile attraverso l assunzione alimentare di epicomposti, in grado di sostenere e potenziare i sistemi biologici contro l accumulo di massa grassa, controllando la proliferazione e la differenziazione degli adipociti bianchi.

60 OBESITÀ patologia fenotipica Considerare il sovrappeso e l obesità come il risultato fisiopatologico derivato solo dall eccesso di entrata giornaliera di Calorie è riduttivo e non completo nella sua eziopatogenesi L obesità è soprattutto una lesione biochimica e fisiopatologica, è una patologia fenotipica generata da una espressione genica condizionata da nutrienti : - introdotti in eccesso (acidi grassi saturi e carboidrati) - o in carenza (modulatori genetici vegetali e marini)

61 CONCLUSIONI TAKE HOME MESSAGE EPIGENETICA NUTRIGENOMICA anti obesiogena MOLECOLE - NUTRIENTI DNA (epigenetica) RECETTORI NUCLEARI (NUTRIGENOMICA : fattori trascrizione) ESPRESSIONE GENICA MEMBRANA CELLULARE PATRIMONIO ENZIMATICO CELLULARE IPOSSIA HIF - 1 STRESS OSSIDATIVO BARRIERA ANTIOSSIDANTE ADIPOGENESI OBESITÀ PATOLOGIA FENOTIPICA