Untersuchungen zum Einfluss von roten Fruchtsäften, deren Extrakten und Inhaltsstoffen auf den Lipidstoffwechsel in vitro und in vivo

Die Prävalenz von Übergewicht und Adipositas nahm in den Mitgliedsländern der Organisation für wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung (OECD) in den letzten Dekaden deutlich zu und wurde zu einem Gesundheitsproblem mit alarmierendem Ausmaß. Häufig diskutierte Ursachen sind das Ungleichgewicht zwischen Energiezufuhr und -verbrauch sowie ungesunde Ernährung und Bewegungsmangel (Organisation for Economic Cooperation and Development, 2017; World Health Organization, 2021). Sowohl epidemiologische, in vitro- und in vivo-Daten zeigten, dass eine polyphenolreiche Ernährung mit gesundheitsfördernden Eigenschaften (antioxidativ, antiinflammatorisch) assoziiert wird (Bakuradze et al., 2019a; Maleki et al., 2019; Schantz et al., 2010). Inwieweit Polyphenole und Fruchtsäfte bzw. -konzentrate den Lipidmetabolismus regulieren können, sollte in dieser Arbeit untersucht werden. Zunächst wurden Extrakte aus roten Fruchtsäften und -konzentraten sowie ausgewählte Anthocyane auf ihr Phosphodiesterase (PDE) 3B-hemmendes Potential in vitro untersucht. Die drei potentesten Extrakte (Aronia, Cranberry und Granatapfel) wurden anschließend aktivitätsgeleitet fraktioniert und die erhaltenen Anthocyan-, Copigment- und Polymerfraktionen sowie Subfraktionen in drei in vitro-Assays (PDE 3B-Aktivität, Lipidakkumulation, Lipolyse) getestet. Es wurde in vitro gezeigt, dass neben den Anthocyanen wie Cyanidin-3-glukosid, insbesondere auch Inhaltsstoffe der Copigmentfraktionen wie Zimtsäurederivate oder hydrolysierbare Tannine den Lipidstoff-wechsel beeinflussen können. Als beteiligte Regulationswege werden die Inhibierung der PDE 3B und Lipidakkumulation sowie Induktion der Lipolyse diskutiert. Um die bisherigen in vitro-Ergebnisse auf die in vivo-Situation zu übertragen, wurde dann eine neunwöchige, placebokontrollierte Interventionsstudie mit 36 männlichen Probanden durchgeführt. Das Testgetränk wurde aus den Säften von Aronia, Granatapfel und Cranberry hergestellt, die in vitro die poteneste Wirkung gezeigt hatten. Neben Analyse der Körperzusammensetzung und Ernährung wurden verschiedene Biomarker im Blut untersucht, z. B. Blutlipide, Hunger- und Sättigungshormone sowie die PDE-Aktivität in Thrombozyten. Die erzielten Ergebnisse deuten darauf hin, dass Fruchtsaftinhaltsstoffe regulierend in den Lipidstoffwechsel des Menschen eingreifen und diesen positiv beeinflussen können. So wurde bei der Testgruppe nach vierwöchiger Interventionszeit mit dem Testgetränk eine Reduzierung der Energie- und Fettaufnahme, eine signifikante Erhöhung der fettfreien Masse und eine Abnahme der PDE-Aktivität beobachtet. Darüber hinaus konnte ein Zusammenhang zwischen der Nährstoffaufnahme und der Fett- und Magermasse sowie eine positive Korrelation zwischen Körpergewicht und BMI mit dem Leptinspiegel nachgewiesen werden.

The prevalence of overweight and obesity has increased significantly in recent decades in Organisation for Economic Cooperation and Development countries (OECD), and has become a health problem of alarming extent. A frequently discussed cause is the imbalance between energy intake and energy expenditure, as well as unhealthy diets and physical inactivity (Organisation for Economic Cooperation and Development, 2017; World Health Organization, 2021). Epidemiological, in vitro and in vivo data showed that a polyphenol-rich diet is associated with several healthpromoting properties (antioxidant, anti-inflammatory) (Bakuradze et al., 2019a; Maleki et al., 2019; Schantz et al., 2010). The aim of this thesis was to investigate to which extent polyphenols and fruit juices or concentrates can regulate the lipid metabolism. First, extracts from red fruit juices and concentrates as well as selected anthocyanins were evaluated for their phosphodiesterase (PDE) 3B inhibitory potential in vitro. The three most potent extracts (chokeberry, cranberry, and pomegranate) were then subjected to activity-guided fractionation, and the obtained anthocyanin, copigment, and polymer fractions as well as their subfractions were tested in three in vitro assays (PDE 3B activity, lipid accumulation, lipolysis). It was shown that, in addition to anthocyanins such as cyanidin-3-glucoside, in particular various constituents in the copigment fractions such as cinnamic acid derivatives or hydrolyzable tannins can affect lipid metabolism in vitro. Inhibition of PDE 3B activity and lipid accumulation and induction of lipolysis were discussed as regulatory pathways involved. A nine-week, placebo-controlled intervention study was conducted in 36 male subjects to translate and verify the previous in vitro results to the in vivo situation. The polyphenol-rich beverage was prepared from the juices of the red fruits chokeberry, pomegranate, and cranberry, which were found to be the most potent ones in the in vitro tests. In addition to the analysis of body composition and dietary analysis several blood biomarkers were examined, including blood lipids, hunger and satiety hormones, and platelet PDE activity. The obtained results indicate that fruit juice constituents may have a regulating effect on lipid metabolism in humans and can positively influence it. For example, a reduction in energy and fat intake, a significant increase in fat-free mass, and a decrease in PDE activity were observed in the test group after a four-week intervention period of the polyphenol-rich beverage. Furthermore, a correlation of nutrient intake with fat mass and fat-free mass, and a positive correlation of body weight and BMI with leptin levels were observed in the participants.