ترجمة: ديمة مزهر العاني
الأستاذ المشرف : دلال الماني

 

الملخص

يهدف هذا البحث إلى توضيح تأثير اختزال الهيدروكسي هيدروكينون (HHQ) من القهوة المحمصة على حرق الطاقة لدى البشر. وأظهرت قياس السعرات الحرارية غير المباشرة أن تناول القهوة مختزلة الهيدروكسي هيدروكينون لمدة أسبوع واحد تؤدي إلى زيادة كبيرة في حرق الدهون بعد الأكل من القهوة المحتوية على الهيدروكسي هيدروكينون. هذه النتيجة تشير إلى أن اختزال الهيدروكسي هيدروكينون من القهوة يزيد من حرق الدهون بعد الأكل.

 

تعد القهوة واحدة من المشروبات الأكثر شعبية في جميع أنحاء العالم، و تم استخدامها منذ آلاف السنين وذلك لنكهتها الجذابة وتأثيرها الفسيولوجي [1].كما تعد القهوة من أكثر الأطعمة المستخدمة في البحوث وخاصة في الدراسات الوبائية [2]. ومنها  مخاطر مرض السكري من النوع الثاني و تليف الكبد [3] و سرطان الكبد والقولون والمستقيم [4 ، 5] والوفاة المنسوبة إلى الأمراض الالتهابية والقلبية الوعائية [6] يقل ذلك نتيجة استهلاك القهوة لدى بعض السكان. وقد أظهرت العديد من الدراسات أن استهلاك القهوة يرتبط مع الفوائد الصحية المختلفة، و قد يكون ذلك بسبب احتوائها على  البوليفينول [7،8].

و البوليفينول عبارة عن نواتج مستقلبة ثانوية (secondary metabolite) موجودة في النباتات، وخاصة البذور والأوراق، لحمايتها من ضرر الأكسدة عن طريق نشاطها المضادة للأكسدة [9]. وتتكون هذه المادة من جزيئات متنوعة تحتوي على ما يقرب من  5000 نوع، وتصنف على أنها الفلافونويدات مثل المادة القابضة (catechins) في الشاي و “الايسوفلافون “(isoflavones) في الفاصوليا و”أبيجينين” (apigenin) و “كيرسيتين” (quercetin) و”اللوتين” (lutein) في الخضروات؛ والمادة الصابغة “الأنثوسيانين” (anthocyanins) في الفاكهة و نونفلافونويد (nonflavonoids وأحماض الكلوروجينية (chlorogenic  – CGAs) في القهوة. حامض الكافيك (Caffeic) ومشتقاته من حمض الكلوروجينيك (chlorogenic) (استر حمض الكافيك من حمض الكينيك) هي البوليفينول (polyphenols) الأكثر وفرة في القهوة. وقد تبين أن تناول أحماض كلوروجينية (chlorogenic) يوميا يساهم في هدم الدهون لدى البشر [10،11] والقوارض [12] والحد من الدهون في الجسم وخاصة الدهون الحشوية (visceral) [13] بالرغم من أن  الدراسات الوبائية والتجارب التداخلية (interventional) أظهرت أن تناول كمية مناسبة من أحماض كلوروجينية و من خلال تناول القهوة المحمصة لها تأثير قليل على فقدان الوزن أو خفض الدهون من الجسم [14] وان تناول مستخلص القهوة المحمص يزيد من إفراز بيروكسيد الهيدروجين(hydrogen peroxide) في الادرار لدى الانسان، ويعتبر مصدر مرشح (ROS) في القهوة وهو هيدروكسي هيدروكينون وهي مركبات (1,2,4-trihydroxybenzene) [15]. وقد أظهرت العديد من الدراسات أن الهيدروكسي هيدروكينون ، الذي يتكون من تحميص حبوب البن [16] يقوم بمنع تأثير الخافظ للضغط الخاص ب CGS لدى القوارض [17] والإنسان [18] ؛ لأن الأنيونات الفوقية(SUPEROXIDE ANION) المشتقة من هيدروكسي هايدروكوينون تقلل من التوافر البيولوجي لأوكسيد النيتريك (NO)، وهو موسع بطانة الأوعية الدموية  (endothelium vasodilator).

وقد أظهرت العديد من الدراسات أن أوكسيد النتريك (NO) يشارك في أيض الأحماض الدهنية (metabolism) [19،20،21]. وأظهرت كذلك أنه ينظم عمليات الأيض للأحماض الدهنية في الميتوكوندريا (mitochondria) من خلال التحويل القبلى (post-translational S-nitrosylation) للأنزيمات المؤكسدة للأحماض الدهنية [22]. هذه النتائج أدت إلى فرضية وهي أن “هيدروكسي هيدروكينون” المستمد من (ROS) يمنع أيضا عمليات أيض الأحماض الدهنية عن طريق تقليل توافر أوكسيد النتريك، وأن هذا الاختزال في “هيدروكسي هيدروكينون” قد يسمح بإعداد قهوة تحسن تكسير الدهون. ولفحص هذه الفرضية، قمنا بالتحقق من تأثير اختزال “هيدروكسي هيدروكينون” في القهوة المختزلة على عمليات أيض الطاقة في الإنسان.

تم تحضير مشروبات الاختبار (HHQ and (−)-HHQ- (+)) لتكون غير ممكن التمييز بينها في المظهر أو النكهة ومعلبة بحجم (185 مل). تمت إزالة هيدروكسي هيدروكينون (HHQ) باستخدام طريقة الامتصاص الانتقائي(selective absorption method). تم استخلاص البن الكولومبي المحمص (Coffea robusta) مع الماء الساخن عند 95 درجة مئوية أو أعلى، ثم تبرد إلى 25 درجة مئوية.

تم معالجة مستخلص البن مع الفحم النشط لإزالة “هيدروكسي هيدروكينون” مع تحريك الخليط بدرجة حرارة الغرفة. ثم تم ترشيح مستخلص القهوة المعالج من الفحم من خلال الغشاء المرشح.

وقد تم تحليل مستويات هيدروكسي هيدروكينون في  مشروبات الاختبار بواسطة جهاز (HPLC)، وكان محتوى (HHQ) هو 1.249 ملغ / 185 مل و 0.050 ملغ / 185 مل في المشروبات ((+)HHQ(−), HHQ))، على التوالي. وان محتويات الأحماض الكلوروجينية (5-كافوييل؛ 3-كافوييل؛ 4-كافوييل؛ 3،4-ديكافوييل؛ 3،5-ديكافوييل؛ 4،5- ديكافوييل؛ 3-فيروليل؛ 4-فيروليل؛ و 5-فيروليل حمض الكينيك) (5-caffeoyl; 3-caffeoyl; 4-caffeoyl; 3,4-dicaffeoyl; 3,5-dicaffeoyl; 4,5- dicaffeoyl; 3-ferulyl; 4-ferulyl; and 5-ferulyl quinic acid) كانت 334.1 و 312.3 ملغ / 185 مل، وكان محتوى الكافيين 71.4 و 66 ملغ / 185 مل في (+)HHQ (−), HHQ للمشروبات على التوالي.

وقد تم الحصول على موافقة خطية من عشرة متطوعين من الذكور الأصحاء بعد موافقة لجنة الأخلاقيات التابعة لشركة كاو (Kao Corporation) اعتمادا على مبادئ إعلان هلسنكي (Declaration of Helsinki). وعلى ذلك لم يظهر المتطوعون (العمر: 37.1 ± 1.7 (، مؤشر كتلة الجسم: 22.2 ± 0.4 كجم / م 2) أي تشوهات على الفحص البدني. كانت الدراسة مزدوجة مدمجة(double blind ) وعشوائية السيطرة الوهمية وبصميم (cross-over) والتي تشمل فترتين متداخلتين ولمدة أسبوعين ويفصل بينهما فترة استراحه لمدة أسبوع واحد.

إن الشخص الذي لم يشارك في إجراء العشوائية التي تم إنشاؤها بواسطة الحاسوب  اضافة الى المتطوعين وموظفي الاختبار كلهم بقوا لا يدركون النتائج. وفي الفترات المتداخلة ، تم توجيه المتطوعين لشرب علبة واحد 185 مل من مشروبات الاختبار ( (+)-HHQ  أو (−)-HHQ) يوميا خلال ساعة واحدة من ساعات النهار. تم تقييم حرق الطاقة بواسطة مقياس السعرات الحرارية غير المباشر قبل (اليوم الصفر ) وبعد (اليوم السابع) خلال فترات المتداخلة , عندما يكون المتطوع صائم وبعد الاكل لمدة تصل إلى 210 دقيقة او اكثر. وطوال فترة الدراسة كان من المقرر أن يواصل المتطوعون عاداتهم الغذائية وممارسة الرياضة المعتادة والامتناع عن الإفراط في تناول الطعام والامتناع عن الإفراط في شرب القهوة والشاي (الشاي الأخضر والشاي الأسود) والمكملات الغذائية المحتوية على البوليفينول (polyphenol). ولرصد أنشطتهم اليومية، ارتدى الأشخاص عداد الخطى الإلكتروني وسجلت عدد الخطوات.

قبل يومين من إجراء تحليل السعرات الحرارية غير المباشر ، فان المتطوعين تناولوا وجبات خاصة في الإفطار والغداء والعشاء (السعراتها الحرارية الإجمالية: 2509 سعرة حرارية/يوم؛  ونسبة (PFC) = 12:22:66). وخلال هذين اليومين لم يسمح للمتطوعين باستهلاك أي كحول وطلب منهم الامتناع عن تناول الطعام بين الوجبات. ففي اليوم السابق لتحليل السعرات الحرارية غير المباشر وبعد العشاء؛ فإن تناول الطعام أو الشراب (عدا المياه) يكون محظورا لمدة لا تقل عن 12 ساعة. ففي الساعة 8:30 صباحا في أول يوم (يوم الصفر) واليوم الأخير (يوم السابع) من الأسبوع الأول من الفترات التداخلية ، تم وضع المتطوعين في غرفة ثبتت درجة حرارتها عند  25 درجة مئوية لمدة 30 دقيقة. ثم تم قياس أداء عمليات أيض الجهاز التنفسي في ظل الظروف القياسية باستخدام نظام قياس تبادل الغازات التنفسية المفتوحة (ARCO2000, Arco System, Chiba, Japan) 8 مرات (قبل الوجبة وفي 15-30، 45-60، 75-90، 105 -120، 135-150، 165-180، و 195-210 دقيقة بعد الوجبة).

المتطوعون تناولوا وجبة تحتوي على 76 غرام من الكربوهيدرات و 16 غرام من الدهون و 23 غرام من البروتين (مجموع السعرات الحرارية تساوي 540 سعرة حرارية) مع مشروبات الاختبار. ظل المتطوعون تحت الظروف القياسية طوال الفترة الدراسة. واستنادا إلى دراسة أولية سمحت فترة موازنة من 5 دقائق، وكانت البيانات من آخر 10 دقيقة حيث كان متوسط حساب عملية التمثيل الغذائي للطاقة. تم حساب نسبة التبادل التنفسي (PER) واستخدامات الركيزة من القيم المقاسة لاستهلاك الأوكسجين (VO2 ) وإنتاج ثاني أكسيد الكربون (VCO2) باستخدام المعادلة التالية [23]:

PER=VCO2VO2

وان استهلاك الكربوهيدرات (ملغم / دقيقة) يساوي:

4.113*VCO2-2.907*VO2

واستهلاك الدهون (ملغم/ دقيقة) يساوي :

FAT UTILIZATION(mg/min  )=1.689*( VO2-VCO2)

تم حساب استهلاك الكربوهيدرات و الدهون بعد الأكل كمنطقة تحت المنحنى (AUC) باستخدام قاعدة شبه المنحرف. تم حساب القيم المتوسطة من سبعة قياسات بعد الطعام. يتم توضيح البيانات العددية باستخدام طريقة المتوسطات (±SEM). تم تحليل استهلاك الأوكسجين ونسبة التبادل التنفسي بعد الاكل باستخدام نموذج خطي مختلط مع مشروب الاختبار HHQ- (−)  ) و (+)-HHQs) كعامل بين عينة الاختبار وكذلك الوقت كعامل في عينة الاختبار. تم تقييم (AUC) الخاص باستهلاك الدهون والكاربوهيدرات بعد الأكل باستخدام اختبار (t-test) المقترن بين المجموعات. وقد كانت الاختلافات كبيرة للقيم الاحتمالية P <0.05. حيث تم استخدام التحليل الإحصائي (SPSS) تحت نظام التشغيل ويندوز والاصدار 23.0 (SPSS, Chicago, IL).

وخلال التجربة لم يلاحظ أي تغير ملموس في وزن جسم الأشخاص أثناء الفترة المتداخلة. كان متوسط ​​عدد الخطوات للمتطوعين خلال تلك الفترة لمن شرب   ±ال ( -) – HHQ و (+)- HHQ هو 2153±77 و 2242±77 خطوة لكل يوم على التوالي. ولم يلاحظ وجود فرق ذو قيمة بين المجموعتين في الأنشطة اليومية. وكان خط الأساس (VO2 ) و (PER) متشابه بين المجموعتين قبل فترة التداخل. وبعد فترة التداخل بأسبوع واحد تم تحديد فروقات ذات دلالة إحصائية في VO2 وRER عن طريق تحليل النموذج المختلط الخطي على الرغم من أن قيمة متوسط (PER) ​​بعد الأكل كان اقل في (−)-HHQ لمجموعة المتطوعين (0.879 ± 0.009) مما كانت عليه في (+)-HHQ لمجموعة مشروبات (0.892 ± 0.009). كان (AUC) لحرق الدهون بعد الأكل أعلى بكثير بعد استهلاك مشروبات (−)-HHQ مما كانت عليه بعد مشروبات (+)-HHQ (كما في الجدول 1). زيادة كبيرة في حرق الدهون بعد الأكل بعد استهلاك مشروبات (−)-HHQ تم ملاحظتها بعد 120 دقيقة ونقاط زمنية لاحقة. وكانت نسبة حرق الكربوهيدرات بعد الأكل مشابهة بين المجموعتين كما في الجدول 1.

وقد ذكرنا سابقا أن الاستهلاك اليومي من (CGA) يؤدي إلى ارتفاع إنفاق الطاقة بعد الأكل وخاصة حرق الدهون لدى الناس الأصحاء [11,10] . في هذه الدراسة تم تسجيل أن حرق الدهون بعد الأكل أعلى لدى متناول مشروبات (−)-HHQ مما عليه الحال لدى متناول مشروبات (+)-HHQ. وتظهر النتائج بوضوح أن اختزال (HHQ) من القهوة يزيد من حرق الدهون بعد الأكل وذلك بعد الاستهلاك اليومي من (CGAs)، مما يشير إلى أن الاستهلاك المتكرر من (HHQ) قد تتداخل مع عملية التمثيل الغذائي للدهون.

وقد أظهرت دراستنا السابقة أن تناول (CGA) يمنع تراكم الدهون في الجسم عن طريق تحوير أيض الأحماض الدهنية بسبب الحد من مالونيل – كوأ (malonyl-CoA). [12] وأن مالونيل-كوأ يخفض من نشاط انزيم (hepatic carnitine palmitoyltransferase (CPT-1)) والذي يتوسط نقل الأحماض الدهنية إلى الميتوكوندريا،[24] وعليه فإن تخفيض في مالونيل-كوأ (malonyl-CoA) يزيد من عمليات الأيض للأحماض الدهنية في داخل خلايا مايتوكندريا الكبد. على الرغم من عدم الانتقاص من أهمية هذه النتائج، لكن لا يمكننا تفسير الآلية الكامنة لزيادة حرق الدهون بعد اختزال(HHQ) من القهوة ؛ وذلك بسبب القيود المفروضة على هذه الدراسة.

 

الجدول 1. المساحة تحت المنحنى  ( AUC ) بعد الأكل و استهلاك الدهون  قبل و بعد استهلاك ( مجموعة (+) – HHQ ) أو (    مجموعة (-) – HHQ ) كمشروب لمدة اسبوع واحد.

اليوم صفر اليوم السابع
استهلاك الكربوهيدرات مساحة تحت المنحنى(ملغ \ كج )
مجموعة (+) – HHQ             495.7±42.3 503.2 ±28.7
مجموعة (-) – HHQ 506.2±36.9 485.4±33.4
استهلاك الدهون مساحة تحت المنحنى(ملغ \ كج )
مجموعة (+) – HHQ 144.8±13.8 129.6±13.2
مجموعة (-) – HHQ 140.5±13.4 144.0±13.1

ملاحظة: المساحة تحت المنحنى  ( AUC ) حسبت بطريقة قاعدة جمع مساحات شبه المنحرفات .قيم المتوسط الحسابي ±  SEM لعينة عددها 10.في اليوم الصفر لم يكن هناك اختلاف ذو قيمة بين المجموعات باستخدام التحليل الاحصائي (t – test) .

( القيمة الاحتمالية ( р< 0.05   ) مقابل المجموعات من الهيدروكسي هيدروكينون )

 

وإن أحد التفسيرات المحتملة لانخفاض حرق الدهون بعد استهلاك (HHQ) هو أن (ROS) المستمدة من (HHQ) قد يضعف أكسدة الأحماض الدهنية في الميتوكوندريا. إن الباحث سيتوياما وآخرون (Setoyama et al.) أظهروا أن النشاط الأنزيمي لل (CPT-1) ينخفض إلى كبير بواسطة ال(ROS) في العديد من الخلايا البشرية [25]. وان اختزال(HHQ) من القهوة من المرجح ان يلغي تأثير المثبط (ROS) على نشاط (CPT-1) والذي زاد بال (CGAs). وهناك تفسير آخر ممكن هو أن ال (ROS) يقلل من هدم الدهون عن طريق الحد من وجود ال (NO). أظهرت العديد من الدراسات أن (NO) تشارك في عملية ايض الأحماض الدهنية [19,20,21] . وعليه فإن اختزال (HHQ) من القهوة من المرجح أن يحفز حرق الدهون عن طريق زيادة وجود (NO). نحن أيضا لا يمكننا توضيح تأثير امتصاص المكونات الأخرى باستثناء (HHQ) على هدم الدهون في هذه الدراسة. لذلك هناك حاجة إلى مزيد من الدراسات في هذا المجال لتوضيح آلية مفصلة لزيادة استهلاك الدهون بعد اختزال (HHQ).

 

الإفصاح عن المعلومات

لم يتم الإبلاغ عن أي تضارب محتمل في المصالح من قبل المؤلفين.

 

التمويل

لقد كانت هذه الدراسة مدعومة ماليا من قبل شركة كاو(Kao Corporation)، ولم يكن هناك تمويل آخر / دعم مالي خارجي.

 

المصادر

[1] Arts IC, Hollman PC. Polyphenols and disease risk in epidemiologic studies. Am J Clin Nutr. 2005;81:S317–325.

[2] van Dam RH, Hu FB. Coffee consumption and risk of type 2 diabetes: a systematic review. JAMA. 2005;294:97–104.

[3] Tverdal A, Skurtveit S. Coffee intake and mortality from liver cirrhosis. Ann Epidemiol. 2003;13:419–423.

[4] Shimazu T, Tsubono Y, Kuriyama S, et al. Coffee consumption and the risk of primary liver cancer: pooled analysis of two prospective studies in Japan. Int J Cancers. 2005;116:150–154.

[5] Giovannucci E. Meta-analysis of coffee consumption and risk of colorectal cancer. Am J Epidemiol. 1998;147:1043–1052.

[6] Andersen LF, Jacobs DR, Carlsen MH, et al. Consumption of coffee is associated with reduced risk of death attributed to inflammatory and cardiovascular diseases in the Iowa Women’s Health Study. Am J Clin Nutr. 2006;83:1039–1046.

[7] Nichenametla SN, Taruscio TG, Barney DL, et al. A review of the effects and mechanisms of polyphenolics in cancer. Crit Rev Food Sci Nutr. 2006;46:161–183.

[8] Klatsky AL, Morton C, Udaltsova N, et al. Coffee, cirrhosis, and transaminase enzymes. Arch Intern Med. 2006;166:1190–1195.

[9] Rice-Evans CA, Miller NJ, Paganga G. Structure-antioxidant activity relationships of flavonoids and phenolic acids. Free Radic Biol Med. 1996;20:933–956.

[10] Soga S, Ota N, Shimotoyodome A. Stimulation of postprandial fat utilization in healthy humans by daily consumption of chlorogenic acids. Biosci Biotechnol Biochem. 2013;77:1633–1636.

[11] Ota N, Soga S, Murase T, et al. Consumption of coffee polyphenols increases fat utilization in humans. J Health Sci. 2010;56: 745–751.

[12] Murase T, Misawa K, Minegishi Y, et al. Coffee polyphenols suppress diet-induced body fat accumulation by downregulating SREBP-1c and related molecules in C57BL/6J mice. Am J Physiol Endocrinol Metab. 2011;300:E122–E133.

[13] Nagao T, Ochiai R, Watanabe T, et al. Visceral fat-reducing effect of continuous coffee beverage consumption in obese subjects. Jpn Pharmacol Ther. 2009;37:333–344.

[14] Lopez-Garcia E, van Dam RM, Rajpathak S, et al. Changes in caffeine intake and long-term weight change in men and women. Am J Clin Nutr. 2006;83:674–680.

[15] Halliwell B, Long LH, Yee TP, et al. Establishing biomarkers of oxidative stress: the measurement of hydrogen peroxide in human urine. Curr Med Chem. 2004;11:1085–1092.

[16] Müller C, Lang R, Hofmann T. Quantitative precursor studies on di- and trihydroxybenzene formation during coffee roasting using “in bean” model experiments and stable isotope dilution analysis. J Agric Food Chem. 2006;54:10086–10091.

[17] Suzuki A, Kagawa D, Fujii A, et al. Short- and long-term effects of ferulic acid on blood pressure in spontaneously hypertensive rats. Am J Hypertens. 2002;15:351–357.

[18] Ochiai R, Chikama A, Kataoka K, et al. Effects of  hydroxyhydroquinone-reduced coffee on vasoreactivity and blood pressure.

Hypertens Res. 2009;32:969–974.

[19] Garcia-Villafranca J, Guillen A, Castro J. Involvement of nitric oxide/cyclic GMP signaling pathway in the regulation of fatty acid metabolism in rat hepatocytes. Biochem Pharmacol. 2003; 65:807–812.

[20] Le Gouill E, Jimenez M, Binnert C, et al. Endothelial nitric oxide synthase (eNOS) knockout mice have defective mitochondrial beta-oxidation. Diabetes. 2007;56:2690–2696.

[21] Jobgen WS, Fried SK, Fu WJ, et al. Regulatory role for the arginine-nitric oxide pathway in metabolism of energy substrates. J Nutr Biochem. 2006;17:571–588.

[22] Doulias PT, Tenopoulou M, Greene JL, et al. Nitric oxide regulates mitochondrial fatty acid metabolism through reversible protein S-nitrosylation. Sci Signal. 2013;6:rs1.

[23] Jequier E, Acheson K, Schutz Y. Assessment of energy expenditure and fuel utilization in man. Annu Rev Nutr. 1987;7: 187–208.

[24] McGarry JD, Brown NF. The mitochondrial carnitine palmitoyltransferase system – from concept to molecular analysis. Eur J Biochem. 1997;244:1–14.

[25] Setoyama D, Fujimura Y, Miura D. Metabolomics reveals that carnitine palmitoyltransferase-1 is a novel target for oxidative inactivation in human cells. Genes Cells. 2013;18:1107–1119.