Kwasy omega-3

1.1. Historia i pochodzenie

Kwasy omega-3 to organiczne związki chemiczne z grupy niezbędnych nienasyconych kwasów tłuszczowych (NNKT). Nazwa tych związków (kwasy omega-3) pochodzi od położenia ostatniego wiązania podwójnego w cząsteczce, które znajduje się przy trzecim od końca atomie węgla. Najważniejszymi przedstawicielami tej grupy są: kwas dokozaheksaenowy (DHA) oraz kwas eikozapentaenowy (EPA). Pełnią one wiele ważnych funkcji w organizmie (między innymi są składnikami błon biologicznych), a przez to kontrolują jego prawidłowe funkcjonowanie, głównie w zakresie krążenia krwi i pracy mózgu.

Odkrycia niezbędnych nienasyconych kwasów tłuszczowych dokonali w roku 1923 amerykańscy naukowcy (Burr i Evans), którzy prowadząc badania na szczurach zauważyli, że gdy w organizmach gryzoni nie ma odpowiednich substancji, znacznie częściej zapadają one na różne choroby. Właśnie wtedy owe substancje nazwano niezbędnymi i nazwano je wspólną nazwą – witamina F. Określenie kwasów witaminą było według naukowców słuszne, gdyż nie istnieją szlaki metaboliczne, w których są one produkowane, a więc muszą być dostarczane z zewnątrz wraz z pokarmem.

W swoich doświadczeniach, przeprowadzonych kilka lat później Burr zauważył, że niezbędne nienasycone kwasy tłuszczowe można podzielić na dwie grupy: kwasy omega-3, których prekursorem jest kwas alfa-linolenowy oraz kwasy omega-6, pochodne kwasu linolowego. Odkrycie to wywołało znaczne poruszenie wśród naukowców na całym świecie, w efekcie czego od roku 1930 ukazało się ponad 500 publikacji na temat właściwości tych związków.

Już w latach 70. ubiegłego wieku pojawiły się doniesienia na temat zależności, że rozwój chorób układu krwionośnego może być następstwem niedoboru kwasów omega-3. Wyniki te jako pierwszy opublikował duński epidemiolog, który wśród mieszkańców Grenlandii zauważył dodatnią korelację pomiędzy dietą bogatą w NNKT a zmniejszoną zachorowalnością na chorobę wieńcową Głównym pożywieniem Inuitów są bowiem ryby – najbogatsze źródło kwasów omega-3. Ludność zamieszkująca tereny bieguna północnego chorowała znacznie rzadziej niż Inuitów, którzy wyemigrowali do Kopenhagi. Naukowiec potwierdził więc tym samym, że przyczyną rozwoju chorób układu sercowo-naczyniowego nie są uwarunkowania genetyczne, a zła dieta.

W kolejnych latach przeprowadzono wiele innych, niezależnych badań, a otrzymane w nich wyniki potwierdziły, że kwasy omega-3 odgrywają kluczową rolę w prawidłowo funkcjonującym organizmie. Naukowcy od tamtego momentu przekonują również o potrzebie suplementowania tych związków, gdy dieta jest uboga w ryby. Obecny stan wiedzy pozwala również określić pozytywny wpływ NNKT w profilaktyce chorób psychicznych i neurodegeneracyjnych.

1.2. Klasyfikacja

DHA jest głównym kwasem tłuszczowym omega-3 obecnym w błonach komórkowych. W porównaniu do innych kwasów omega 3 występuje obficie w tkance nerwowej (szczególnie w istocie szarej). Z kolei dystrybucja EPA i ALA w mózgu jest niska. EPA jest zaangażowany głównie w szlaki sygnalizacji międzykomórkowej. Z kolei DHA jest czynnikiem regulującym strukturę (płynność) i funkcje błon komórkowych (sygnalizację, stan zapalny, wzrost komórek oraz różnicowanie).

Kwasy tłuszczowe omega-3 pełnią istotną rolę na każdym etapie rozwoju człowieka, począwszy od rozwoju płodowego po dorosłość. DHA wydaje się być ważny podczas rozwoju układu nerwowego oraz wzroku u płodu. U niemowląt DHA jest niezbędny do dalszego rozwoju neurologicznego i poznawczego oraz narządu wzroku. Wyniki badań epidemiologiczne sugerują również, że DHA może chronić przed demencją i zwyrodnieniem plamki żółtej związanym z wiekiem u dorosłych i osób starszych. Ponadto DHA i EPA są ważne w zapobieganiu chorobom układu krążenia. Ich regularne stosowanie wiąże się ze zmniejszeniem śmiertelności z powodu chorób serca. Potencjalne korzyści zdrowotne kwasów omega-3 zostały zbadane w wielu badaniach klinicznych. Jednak wynikały one ze stosowania preparatów złożonych, zawierających zarówno DHA i EPA. Utrudnia to rozpoznanie konkretnych ról i korzyści zdrowotnych poszczególnych kwasów tłuszczowych.

1.3. Występowanie

Wyjściowym związkiem dla kwasów tłuszczowych omega-3 jest kwas alfa-linolenowy. Znaczenie biologiczne w tej grupie mają kwasy eikozapentaenowy i dokozaheksaenowy oraz ich pochodne – eikozanoidy powstałe z EPA i dokozanoidy z DHA. ALA występuje przede wszystkim w olejach roślin takich jak słonecznik, soja, wiesiołek. DHA i EPA mogą być syntetyzowane w wątrobie na drodze konwersji z ALA. Jednak proces ten nie jest na tyle wydajny, by pokryć zapotrzebowanie organizmu. Wobec tego bardziej skuteczne jest ich dostarczanie wraz z żywnością lub suplementacja. Głównym źródłem DHA i EPA w diecie są przede wszystkim tłuste ryby morskie (łosoś, szprot, makrela) oraz owoce morza (kryl, krewetki). W oleju pozyskiwanym z ryb kwasy tłuszczowe występują w triacyloglicerolach, z kolei w oleju z kryla znajdują się w fosfolipidach. Cennym źródłem są również algi morskie, np. spirulina, które wykorzystuje się do produkcji suplementów diety. Kwasy tłuszczowe znajdziemy najczęściej w preparatach złożonych, zawierających zarówno EPA jak i DHA oraz witaminy E, D, K. Znaczenie w uzupełnianiu diety o kwasy omega-3 ma również żywność funkcjonalna. Są to produkty spożywcze wzbogacone w składniki o działaniu prozdrowotnym. Przykładem mogą być dostępne na polskim rynku jaja kur karmionych paszą z dodatkiem alg morskich.

2.1. Wpływ na układ nerwowy

2.1.1. Wpływ na budowę i funkcje mózgu

Ostatnie badania sugerują, że DHA odgrywa rolę we wczesnych procesach rozwoju mózgu i siatkówki, szczególnie w ostatnim trymestrze ciąży. Chroni rozwijający się układ nerwowy przed uszkodzeniami oksydacyjnymi lipidów i białek. Dlatego tak duże znaczenie ma suplementacja DHA w ciąży i podczas karmienia piersią. DHA jest kluczowym składnikiem błon neurocytów obecnych w korze mózgu, szczególnie w obszarze hipokampa. Jest on ważny dla procesów neurogenezy, migracji neuronów, wzrostu i plastyczności mózgu. Szlaki sygnałowe DHA i jego metabolitów są ponadto zaangażowane w działanie antynocyceptywne, antyapoptotyczne. Mechanizmy działania metabolitów DHA na różne procesy w mózgu nie są jeszcze dobrze poznane. Wiadomo, że DHA wiąże się preferencyjnie z białkiem wiążącym kwasy tłuszczowe w mózgu (ang. brain fatty acid-binding protein, B-FABP). Przez co odgrywa kluczową rolę w cytoplazmatycznym transferze kwasów tłuszczowych. Tym samym ułatwia kwasom tłuszczowym modulowanie ekspresji genów i syntezę innych metabolitów. DHA jest znacząco związany ze zdolnościami poznawczymi podczas starzenia, a jego stężenie w osoczu jest odwrotnie proporcjonalne do spadku funkcji poznawczych. Wyniki badań wykazały, że DHA może poprawić uczenie się i pamięć, a także zmniejszyć utratę neuronów. Co ciekawe, doniesiono, że EPA w połączeniu z DHA poprawia wyniki leczenia funkcji poznawczych lepiej niż sam DHA. Ponadto EPA zmniejsza aktywność fosfolipazy A2, enzymu odpowiedzialnego za uwalnianie DHA z błon komórek nerwowych. Zwiększa to tym samym stężenie DHA w błonach biologicznych. Dowodzi to, że pomimo tego, iż poziomy EPA w mózgu są niskie (w porównaniu z innymi kwasami omega-3), odgrywa on ważną rolę w funkcjonowaniu neuronów. Co więcej, jest źródłem eikozanoidów, których działanie może osłabiać działanie mediatorów zapalnych.

2.1.2. Zaburzenia psychiczne (zaburzenia nastroju, zaburzenia psychotyczne).

Zalecenia Amerykańskiego Towarzystwa Psychiatrycznego (ang. American Psychiatric Association, APA) wskazują na potrzebę zwiększenia spożycia ryb lub suplementów diety zawierających kwasy omega-3 w ilości 1 g na dobę. Wyniki badań epidemiologicznych zwracają uwagę na korelację pomiędzy ilością spożywanych wraz z rybami i owocami morza kwasów omega-3 (DHA, EPA) a rozpowszechnieniem depresji i chorób afektywnych. Zaburzenia te częściej występują w rejonach, w których spożywa się tych produktów mniej niż w przybliżeniu 300 g na dobę.

W kontekście rozwoju depresji i zaburzeń afektywnych mówi się coraz częściej o ich możliwym podłożu immunologicznym. Szerzej jest to opisane jako tak zwana makrofagowa teoria depresji. Jest ona związana ze współistnieniem stanu zapalnego. Naukowcy, opierając się na przeciwzapalnym działaniu kwasów omega-3, wskazują na ich rolę wspomagającą w leczeniu stanu zapalnego w przebiegu depresji. Dokładniej działanie to polega na hamowaniu produkcji prozapalnych eikozanoidów (prostaglandyn, leukotreinów i tromboksanu) oraz uwalniania cytokin prozapalnych, tj. interleukin (IL-1β, IL-2, IL-6), interferonu gamma (INFγ) i czynnika martwicy nowotworu alfa (ang. tumor necrosis factor alfa, TNFα).

2.1.3. Choroby neurodegeneracyjne, choroba Alzheimera

Okazuje się, że DHA sprzyja powstawaniu nowych połączeń neuronalnych poprzez udział w procesy antyoksydacyjne. Ponadto chroni przed utrat istniejących połączeń synaptycznych. Podczas badań zaobserwowano, że suplementacja 2-3 g dziennie przez 6 miesięcy doprowadziła do niewielkiego wzrostu poziomu kwasów omega-3 w płynie mózgowo-rdzeniowym. Sugeruje to, że potrzebne są wyższe dawki, aby zapewnić odpowiednie stężenie DHA i EPA w mózgu. Dieta wzbogacona w DHA zwiększała względną objętość krwi w mózgu bez zmiany przepływu. Ma to prawdopodobnie związek z rozszerzeniem naczyń i zmniejszeniem ilości złogów beta-amyloidu w naczyniach. Dotychczas prowadzone badania nie wykazały skuteczności suplementacji wysokich dawek DHA w kontekście spowolnienia rozwoju choroby Alzheimera u osób z grupy ryzyka. Jednak większe spożycie i wyższy poziom kwasów tłuszczowych omega-3 w osoczu krwi było związane z mniejszą częstością występowania choroby Alzheimera. Niższe poziomy DHA we krwi były również związane z gorszymi funkcjami poznawczymi, mniejszą objętością hipokampa i gromadzeniem się blaszek amyloidowych w mózgu.

2.2. Wpływ na układ odpornościowy

Kwasy omega-3 wspierają funkcjonowanie układu odpornościowego oraz ograniczają ryzyko infekcji. Wykazano, że związki te uczestniczą w syntezie eikozanoidów, czyli biologicznie czynnych substancji, które modulują działanie komórek obronnych – limfocytów. Dzięki temu organizm jest w stanie generować odpowiedź immunologiczną adekwatną do danego typu czynnika patogennego.

EPA hamuje aktywność enzymatyczną fosfolipazy A2, która pośredniczy w syntezie prozapalnych eikozanoidów (prostaglandyn, tromboksanów, leukotrienów), uwalniając z błon komórkowych niezbędny do ich syntezy AA. Z kolei DHA ogranicza migrację komórek, wzrost i apoptozę komórek nowotworowych przez aktywację receptorów PPAR-γ w jądrze.

2.3. Wpływ na układ krwionośny

Ze względu na fakt, iż kwasy omega-3 wchodzą w skład błon biologicznych, ich suplementacja ma bardzo korzystne znaczenie dla prawidłowej pracy naczyń krwionośnych.

Wyniki badań sugerują ponadto, że kwasy te obniżają poziom triacylogliceroli we krwi. Te ostatnie to związki chemiczne zbudowane z glicerolu i trzech cząsteczek długołańcuchowych kwasów tłuszczowych. Gdy ich stężenie przekracza normę, zwiększone zostaje ryzyko zawału serca oraz udaru mózgu. Wykazano ponadto, że omega-3 reguluje profil lipidowy w organizmie – zmniejsza poziom “złej” frakcji cholesterolu (LDL) i zwiększa frakcji “dobrej” (HDL). W ten sposób suplementacja ogranicza ryzyko miażdżycy oraz choroby wieńcowej.

2.3.1. Choroba wieńcowa

Kwasy omega-3 oddziałują na powierzchnię błony komórkowej i przekaźnictwo wewnątrzkomórkowe związane z białkiem G. Zwiększają wrażliwość na insulinę, zmniejszają poziom trójglicerydów w osoczu i stany zapalne. Dlatego mogą zredukować stan zapalny w ścianie tętnicy. Ponadto mogą stabilizować strukturę blaszek miażdżycowych, zmniejszając tym samym ryzyko ich pęknięcia. Wykazano, że u pacjentów z łagodnym nadciśnieniem tętniczym spożycie kwasów tłuszczowych omega-3 obniża skurczowe i rozkurczowe ciśnienie krwi. Może mieć to związek z tym, że produkt oksydacji DHA (17S-HDHA) za pośrednictwem lipooksygenazy aktywuje swoiste kanały w komórkach mięśni gładkich tętnic wieńcowych. Efektem tego działania jest rozszerzenie naczyń wieńcowych. Charakterystyczna budowa przestrzenna DHA zmniejsza liczbę cząsteczek LDL (powodujących zmiany miażdżycowe) w komórkach mięśniowych tętnic.

2.4. Wpływ na układ hormonalny

2.4.1. Otyłość i cukrzyca typu II

Kwasy omega-3, poprzez wpływ na receptory pośredniczące, takie jak PPAR-γ (receptory aktywowane przez proliferatory peroksysomów), mogą stymulować ekspresję i produkcję adiponektyny w tkance tłuszczowej. Efektem tego jest poprawa funkcjonowania gospodarki węglowodanowej poprzez uwrażliwienie tkanek na działanie insuliny.

2.4.2. Zespół policystycznych jajników (ang. polycystic ovary syndrome, PCOS)

Wyniki badań wykazały że suplementacja kwasami omega-3 u kobiet z zespołem policystycznych jajników wiązała się ze z normalizacją stężenia hormonu luteinizującego (ang. luteinizing hormone, LH), adiponektyny, wskaźnika talia/biodra (ang. waist to hip ratio, WHR). Wysoki poziom kwasu arachidonowego (and. arachidonic acid, AA), poprzez aktywację białka ostrej regulacji steroidogenezy (StAR) może wzmagać steroidogenezę stymulowaną przez LH. Wzrost liczby cząsteczek omega-3 w błonie może zmniejszyć dostępność AA i ograniczyć produkcję androstendionu i testosteronu.

2.5. Wpływ na kondycję fizyczną

Kwasy omega-3 są bardzo ważnym składnikiem diety sportowców. W jednym z badań, które trwało 8 tygodni wzięli udział mężczyźni w wieku 25-45 lat. Uczestnikom podawano dziennie 1,86 g EPA i 1,50 g DHA. W trakcie próby nie wykonywali oni żadnego treningu, a po jej zakończeniu zaobserwowano, że aktywowane u nich zostały wewnątrzkomórkowe szlaki mTOR odpowiadające za syntezę białek mięśniowych. Pomimo, iż przyrost mięśni nie był spektakularny (zaledwie 1-2%), to naukowcy są przekonani, że suplementacja połączona z ćwiczeniami może skutkować zadowalającymi rezultatami. Ponadto, dzięki tej właściwości kwasy omega-3 mogą być wykorzystywane w terapii sarkopenii, czyli postępującej wraz z wiekiem utracie mięśni.

Regularne przyjmowanie EPA i DHA ma też korzystne znaczenie w przypadku redukcji tkanki tłuszczowej. Potwierdzono to badaniem, w którym uczestników poddano dwóm 3-tygodniowym dietom, pomiędzy którymi zastosowano 10 tygodni przerwy. W obu cyklach uczestnicy spożywali jednorodne pod względem wartości odżywczej posiłki, przy czym druga dieta wzbogacona była o 1,8 g oleju rybiego dziennie, a pierwsza o taką samą ilość innego tłuszczu. Na koniec próby zbadano poziom tkanki tłuszczowej u tych osób i zauważono, że przyjmowanie kwasów omega-3 przyczynia się do redukcji zawartości tłuszczu w organizmie oraz przyspiesza metabolizm lipidów.

Wśród sportowców kwasy omega-3 są również popularne dlatego, że redukują opóźnioną bolesność mięśni (tzw. zakwasy). W jednym z badań uczestników podzielono na dwie grupy. Każdy z nich wykonywał ćwiczenia ekscentryczne, w których dochodzi do rozciągania mięśni. Osoby z pierwszej grupy przyjmowały dziennie 1,8 g kwasów omega-3, z drugiej grupy natomiast placebo. Po zakończeniu próby odnotowano, iż ochotnicy przyjmujący kwasy w znacznie mniejszym stopniu odczuwali dolegliwości ze strony mięśni w porównaniu do osób z grupy kontrolnej.

2.6. Wpływ na wzrok

Badania obserwacyjne u ludzi sugerują, że istnieje zależność między spożyciem kwasów omega-3 a zmniejszonym ryzykiem rozwoju zwyrodnienia plamki żółtej związanego z wiekiem. Ponadto wysokie stężenie DHA w komórkach siatkówki wpływa korzystnie na funkcjonowanie rodopsyny oraz wiąże się z dobrą ostrością widzenia.

2.7. Wpływ na skórę

Olej rybi jest szeroko opisywany jako potencjalny czynnik pomocny w utrzymaniu homeostazy skóry i łagodzący niektóre jej stany chorobowe. Kwasy tłuszczowe zawarte w oleju z ryb mogą poprawiać funkcję bariery naskórkowej (warstwy rogowej, bariery hydrolipidowej, mikrobiomu). Zwiększa to nawilżenie skóry oraz łagodzi suchość i świąd. Ponadto mogą zmniejszać stany zapalne i przebarwienia wywołane promieniowaniem UV, a także przyspieszać gojenie się ran. Głównymi mechanizmami działania w ograniczeniu zapalenia skóry są: współzawodnictwo z zapalnym kwasem arachidonowym i hamowanie prozapalnej produkcji eikozanoidów. W badaniach EPA był skuteczniejszy niż DHA w zmniejszaniu produkcji lipidów pochodzących z kwasu arachidonowego. W skórze narażonej na promieniowanie UV (o mocy 3-krotności dawki minimalnej wywołującej rumień), EPA osłabiało wytwarzanie lipidów prozapalnych, podczas gdy DHA hamowało migrację komórek Langerhansa. Ponieważ EPA i DHA w różny sposób wpływają na stany zapalne skóry poprzez zmiany w sieci lipidów naskórka oraz w dendrytycznych i naciekających komórkach odpornościowych, należy je rozpatrywać oddzielnie podczas projektowania interwencji w przypadku chorób skórnych.

2.8. Wpływ na zdrowie prokreacyjne, ciążę i rozwój płodu

DHA wydaje się być istotnym składnikiem na wczesnym etapie rozwoju neurologicznego. W niektórych badaniach zaobserwowano, że dieta matki karmiącej wzbogacona o olej rybi wspierała rozwój funkcji poznawczych u dziecka. Może mieć to związek z działaniem DHA w istocie szarej mózgu. Kwas ten moduluje przekaźnictwo międzykomórkowe i uwalnianie neuromediatorów (serotoniny, dopaminy). Dostępne są również doniesienia dotyczące wpływu suplementacji oleju z alg przez ciężarne na przebieg ciąży. Okazuje się, że podaż 600 mg DHA dziennie w drugiej połowie ciąży, w porównaniu do placebo, może wydłużyć jej czas trwania, a także zmniejszyć ryzyko porodu przedwczesnego. Co więcej, zapobiega wystąpieniu bardzo niskiej masy urodzeniowej (<1500 g) u noworodka. Obecnie nie zostały poznane mechanizmy takiego działania DHA.