Introduction
Flavonoïden behoren tot een groep natuurlijke stoffen met fenolstructuren die zijn opgebouwd rond een kernflavonestructuur en worden aangetroffen in planten en voedingsproducten zoals wijn. (Figuur 1) Deze natuurlijke producten waren al vele jaren voordat de flavonoïden werden geïdentificeerd bekend om hun heilzame werking. Het onderzoek naar flavonoïden kreeg een extra impuls na de ontdekking van de “Franse paradox” die werd waargenomen bij mediterrane bevolkingsgroepen waar een lage cardiovasculaire mortaliteit optreedt in combinatie met de consumptie van rode wijn en een hoog gehalte aan verzadigde vetten. Men vermoedt dat de flavonoïden in rode wijn althans gedeeltelijk verantwoordelijk zijn voor dit effect. Epidemiologische studies wijzen namelijk op een beschermende rol van flavonoïden tegen coronaire hartziekten. Flavonoïden kunnen op basis van hun structuur worden onderverdeeld in flavonen, flavanolen, flavonolen en anthocyaninen. De mechanismen waardoor flavonoïden verondersteld worden hun gezonde effecten te bewerkstelligen zijn onder meer: antioxidant, ontstekingsremmend, anti-adhesief, anti-thrombotisch, vaatverwijdend en anti-tumor effect.
Figuur 1.
Polyfenol (flavone) structuur waarvan flavonoïden zijn afgeleid.
Cardiovasculaire bescherming door Flavonoïden
Flavonoïden beschermen weefsels tegen de nadelige effecten van reactieve zuurstofsoorten (ROS). Geoxideerde lipiden beschadigen bijvoorbeeld celmembranen en veroorzaken celdood. Flavonoïden kunnen samenwerken met endogene anti-oxidant mechanismen als een additief opruimsysteem. Flavonoïden onderdrukken de induceerbare vorm van NO synthase (iNOS) die schadelijke hoeveelheden NO produceert. Flavonoïden neutraliseren ROS via hun oxidatie. Van de flavanol epicatechine is bekend dat hij een ROS-vanger is. Aangezien ROS ontstekingsmediatoren kunnen induceren, werken hun antioxiderende eigenschappen in op de onderdrukking van deze reactie. Zoals hieronder wordt uiteengezet, kunnen flavonoïden ook fungeren als ontstekingsremmende stoffen door hun vermogen om de adhesie en activering van leukocyten te verminderen. Anti-adhesie-effecten van flavonoïden kunnen ook het gevolg zijn van de remming van cyclooxygenase- en lipoxygenaseprocessen en de synthese van eicosanoïden. Flavonoïden oefenen anti-stollingseffecten uit door hun vermogen om trombocytenaggregatie en de procoagulerende effecten van ROS te remmen. Flavonoïden zijn krachtige stimulatoren van endotheliale NOS; de resulterende productie van NO produceert vasodilatatie, anti-coagulant, en anti-adhesie effecten. In de context van cardiovasculaire pathologie, kan de som van alle flavonoïde acties worden gezien als een algemene vermindering van de kans op het ontwikkelen van ziekte of het verzachten van lopende pathologische processen.
Cacaobonen zijn een bron van flavonoïden en talrijke andere verbindingen
Het belangrijkste type flavonoïden aanwezig in cacaobonen zijn flavanolen. Cacaobonen, waarvan chocolade wordt gemaakt, zijn afkomstig van de vrucht van de boom Theobroma cacao (figuur 2), die vooral in subtropische streken groeit. Zoals de naam theobroma (“voedsel van de goden”) suggereert, bevatten de bonen het xanthine theobromine in aanzienlijke hoeveelheid, ~1,2% van het gewicht, alsmede flavonoïden en bijna 400 andere geïdentificeerde verbindingen. Rauwe cacaobonen zijn bitter en praktisch oneetbaar (figuur 2). Om chocolade te kunnen maken, moeten cacaobonen worden gefermenteerd, geroosterd, gemalen en vervolgens gescheiden in cacaopoeder en cacaoboter. Traditionele verwerkingsmethodes die “moderne chocolade” opleveren, met name alkaliniseren (dutching, om de smaak te verzachten), ontdoen de cacao van zijn flavanolen. De bitterheid van cacao is grotendeels afkomstig van flavanolen. Met de opkomende erkenning van de heilzame effecten van flavanolen heeft er een verschuiving plaatsgevonden in de commerciële productie naar chocoladevormen met een hoog flavanolgehalte. Cacaopoeder kan tot 10% vet bevatten en tot 6% gewichtspercenten flavanolen. Het bevat ook mineralen (Mg, Cu, K en Ca), eiwitten en vezels in bescheiden hoeveelheden. De belangrijkste flavanolen in cacaopoeder zijn catechinen en epicatechinen in monomere of multimere (procyanidine) vorm. (Figuur 3) Speciale door de industrie ontwikkelde cacaoformuleringen bevatten tegenwoordig tot 10% cacaoflavanolen. Cacaoboter maakt tot 57% uit van het droge gewicht van een boon. De overheersende vetzuren zijn stearinezuur, palmitinezuur, oliezuur en linolzuur. De inname van cacaoboter blijkt een neutraal effect te hebben op het bloedlipidenprofiel van de mens en op de aggregatie van bloedplaatjes. Plantensterolen zoals sitosterol en stigmasterol zijn in zeer kleine hoeveelheden aanwezig in cacaoboter, en lijken weinig of geen invloed te hebben op de cholesterolabsorptie. Ondanks de aanwezigheid van verzadigd vet als bestanddeel, heeft cacaoboter dus weinig of geen invloed op de bloedlipidenprofielen bij de mens.
Figuur 3.
Chemische structuur van epicatechine en zijn stereoisomeer catechine.
Culturele geschiedenis van chocolade
Het medicinaal gebruik van cacao ontstond in de Nieuwe Wereld honderden jaren geleden bij de Olmec, Maya en Mexica (Azteekse) stammen. Dillinger et al. hebben een uitstekend overzicht over dit onderwerp geschreven, waaruit hieronder fragmenten zijn opgenomen.
Cacao bonen namen een belangrijke plaats in in het dagelijks leven van de Meso-Amerikaanse Indianen. Volgens de Maya en Mexica godsdiensten had cacao een goddelijke oorsprong omdat de god Quetzalcoatl cacao ontdekte. Cacao werd alleen als drank bereid en was een voedingsmiddel dat voorbehouden was aan volwassen mannen met een prominente rol in de samenleving. De bemanning van Columbus nam een kano gevangen die mysterieus uitziende “amandelen” bevatte, die later als betaalmiddel in Meso-Amerika werden geïdentificeerd. Diaz del Castillo, een officier van Hernan Cortez schreef: “Van tijd tot tijd brachten de mannen van Montezuma’s wacht hem, in bekers van puur goud, een drank gemaakt van de cacaoplant, waarvan zij zeiden dat hij die nam voordat hij zijn vrouwen bezocht.” De Spanjaarden merkten op dat de Azteken lange afstanden konden lopen zonder vermoeid te raken en vermoedden een rol voor de cacaodrank. Historische Meso-Amerikaanse documenten bevatten instructies voor het medicinale gebruik van cacao. Keramiekstukken van de Maya’s tonen een krijger in een harnas van cacao, omdat de Maya’s geloofden dat cacao je sterker en onoverwinnelijk zou maken. Moderne beweringen over de doeltreffendheid van cacao, gebaseerd op huidig biomedisch onderzoek, zijn iets bescheidener maar nog steeds vrij indrukwekkend, zoals hieronder beschreven.
Cacao en cardiovasculaire bescherming
De belangstelling voor de cardiovasculaire effecten van cacaoflavanolen is onlangs opnieuw opgewekt door de vaststelling dat Kuna-indianen die voor de kust van Panama leven een zeer lage incidentie van hypertensie hebben en geen verhoging van de bloeddruk naarmate zij ouder worden. De betrokken factoren zijn duidelijk omgevingsfactoren, aangezien de bescherming verloren gaat bij de migratie naar het vasteland. De Kuna op het eiland drinken grote hoeveelheden zelfbereide cacao, rijk aan flavonoïden, terwijl de Kuna op het vasteland commerciële cacao consumeren die grotendeels verstoken is van flavonoïden. Nadat lichaamsgewicht, lichaamsbeweging, alcoholgebruik en andere relevante factoren als mediatoren van cardiovasculaire bescherming buiten beschouwing waren gelaten, stelden de onderzoekers vast dat de Kuna een renale hemodynamische status hadden die wees op een hoog NO-gehalte. Hollenberg e.a. ontwikkelden de hypothese dat de consumptie van flavonoïdenrijke cacao vaatverwijding zou bevorderen secundair aan verhoogde NO synthese. Deze gegevens werden bevestigd bij personen die flavonoïdenrijke cacao consumeerden en het effect werd omgekeerd door de NO-syntheseremmer L-NAME.
Cacaoflavanolen en cardiovasculaire effecten
(-)-Epicatechine en (+)-catechine hebben de kenmerkende neiging om in de natuur voor te komen als subeenheden van grotere flavanolololigomeren (procyanidinen) van verschillende grootte. De gegevens wijzen erop dat de flavanolololigomeren in cacao in het maagdarmkanaal worden afgebroken tot monomeren, die dan hetzij zuiver, hetzij in gemetaboliseerde vorm worden geabsorbeerd. De oligomeren kunnen worden afgebroken in de zure omgeving van de maag of, als zij de dunne darm intact bereiken, worden afgebroken tot monomeren. Eenmaal in de dunne darm worden catechine en epicatechine grotendeels gemetaboliseerd; de resulterende flavanolen worden glucuronideerd of gemethyleerd. Sommige monomere epicatechine overleeft en komt het lichaam binnen, waar het farmacologische effecten veroorzaakt.
Van cacaopoeder en cacao-extracten is aangetoond dat ze een grotere antioxiderende capaciteit hebben dan veel andere voedingsmiddelen en extracten van voedingsmiddelen die rijk zijn aan flavanolen, zoals groene thee en bosbessen. Antioxiderende effecten zijn onmiddellijk duidelijk wanneer verbindingen in vitro of in vivo worden gebruikt bij concentraties >0,02 mM. Bij gezonde mensen werd remming van LDL-oxidatie gerapporteerd binnen 2 uur na de consumptie van een flavanolrijke cacao. Bij knaagdieren die cacao oraal toegediend kregen, werd de snelheid van koper-geïnduceerde LDL-oxidatie significant verminderd. Chronische consumptie van diëten met 2% cacaopoeder, dat 1,57 mg/g flavanolen en procyanidinen in de voeding bevat, werd geassocieerd met verminderde DNA-oxidatie. Diabetes-geïnduceerde cataract en ex vivo lipide peroxide vorming werden verminderd bij ratten die cacao liquor kregen. Bij mensen toonde de consumptie van een chocolade rijk aan flavonoïden een verhoogde plasma antioxidant capaciteit aan die 2 uur na consumptie een piek bereikte en na 6 uur terugkeerde naar de basislijn. Cacaoflavanolen bezitten ook andere gunstige effecten die zichtbaar zijn bij relatief lage dosissen. Grassi et al. toonden aan dat de inname van pure chocolade gedurende 15 dagen (100 g/dag met 88 mg flavanolen of ~1.2 mg/kg/dag) de bloeddruk en het serum LDL-cholesterol verlaagde, de flow-mediated dilation verbeterde, en de insulinegevoeligheid bij patiënten met hoge bloeddruk verbeterde. Deze effecten traden niet op bij patiënten die een isocalorische hoeveelheid witte chocolade innamen. Deze resultaten zijn zeer opvallend aangezien de gunstige effecten niet alleen werden vastgesteld op de bloeddruk maar ook op andere cardiovasculaire risicofactoren zoals LDL niveaus en insulinegevoeligheid.
Schroeter et al. toonden aan dat bij gezonde mensen de inname van flavanolrijke cacao geassocieerd werd met acute bloedstijgingen in NO, een verbeterde doorstroomgemedieerde vasodilatatie, en een verhoogde microcirculatie. De aanwezigheid in het bloed van monomeren van (-)-epicatechine en zijn metaboliet, epicatechine-7-O-glucuronide, was gecorreleerd met deze vasculaire effecten. Dezelfde onderzoekers toonden aan dat een mengsel van metabolieten van flavanolen de relaxatie induceerde in voorgespannen aorta-ringen bij konijnen. Op basis van deze resultaten kan men stellen dat deze twee cacaoflavonoederivaten de belangrijkste bioactieve circulerende flavanolpool vertegenwoordigen, hoewel andere flavanol- of procyanidine (d.w.z. multimerische) bestanddelen bijkomende bio-activiteiten kunnen uitoefenen.
Schroeter en collega’s toonden ook aan dat orale epicatechine de acute vasculaire effecten van cacao emuleerde. De vasculaire effecten werden opgeheven door remming van NO synthase. Ook de chronische inname van cacao verhoogde de plasmawaarden van NO en de urinaire uitscheiding van NO-metabolieten. Deze resultaten suggereren dat de effecten van (-)-epicatechine, althans gedeeltelijk, causaal verbonden zijn met de productie van NO in de vasculatuur. De gunstige effecten van cacao werden ook vastgesteld in het kader van onderliggende ziekten, zoals veroudering-geïnduceerde vasculaire dysfunctie, endotheliale dysfunctie bij rokers en bij postmenopauzale vrouwen. Interessant is dat voor de duurzame verlaging van de bloeddruk bij patiënten met hoge bloeddruk, zoals vastgesteld door Grassi e.a., langdurige inname van pure chocolade nodig was. In vitro en in vivo gegevens verkregen uit het gebruik van rode wijnpolyfenolen wijzen erop dat zij de expressie van eNOS en de afgifte van NO stimuleren. Deze reactie is consistent met een vaatverwijding die toeneemt met de tijd. Metabolische effecten kunnen de accumulatie vereisen van een flavanolderivaat dat actief is in de tijd.
Gezien de pleiotrope eigenschappen van cacaoflavanolen, is het redelijk voor te stellen dat zij zouden kunnen fungeren als cardioprotectant in de setting van ischemisch letsel. Deze mogelijkheid werd onderzocht in een studie gepubliceerd door Yamazaki e.a., die het vermogen onderzochten van epicatechine om op korte en lange termijn ischemie-reperfusie myocardiale schade te verminderen. Epicatechine (1 mg/kg) werd via orale toediening dagelijks toegediend aan knaagdieren gedurende 2 of 10 dagen. Ischemie werd geïnduceerd via een 45 minuten durende coronaire occlusie. Reperfusie werd toegestaan gedurende 48 uur, 10 dagen, of 3 weken terwijl de behandeling werd voortgezet. Gemeten parameters waren infarctgrootte, hemodynamica, myeloperoxidase activiteit (d.w.z. ontsteking), weefseloxidatieve stress, en matrix metalloproteinase-9 (MMP-9) activiteit in 48 h groepen. De hartmorfometrie werd ook geëvalueerd in de 3 weekse groepen. Na 2 dagen behandeling traden er geen reducties op in infarctgrootte. Echter, na 10 dagen behandeling, werd een 50% reductie in infarctgrootte waargenomen (figuur 4). Epicatechine behandeling leverde geen veranderingen op in de hemodynamica. Weefseloxidatieve stress en MMP-9 activiteit werden aanzienlijk verminderd met epicatechine. Na 3 weken werd een vermindering van 30% van de infarctgrootte waargenomen met epicatechine, gepaard gaande met aanhoudende hemodynamica en behouden hartmorfometrie. Deze gegevens leveren bewijs voor epicatechine-geïnduceerde cardioprotectie in de setting van ischemie-reperfusieschade. De waargenomen effecten waren onafhankelijk van veranderingen in de hemodynamica, werden in de tijd volgehouden, en gingen gepaard met verlaagde niveaus van verschillende indicatoren van weefselschade. Blijkbaar is de regelmatige, langdurige consumptie van de flavanol vereist, aangezien geen bescherming werd waargenomen na 2 dagen voorbehandeling.
Op basis van het hierboven gepresenteerde bewijs, dat epidemiologische (Kuna-indianen), klinische (studies bij mensen) en preklinische (met behulp van diermodellen) omvat, kan men redelijkerwijs voorstellen dat cacaoflavanolen veelbelovend zijn als nutraceuticals met krachtige cardiovasculaire beschermende eigenschappen. Hun regelmatige consumptie in caloriearme vormen moet worden overwogen, gezien de overtuigende bewijzen die naar voren zijn gekomen.