Consumo de un cárnico funcional enriquecido en silicio como estrategia nutricional en el tratamiento de la dislipemia diabética
- Autores: Marina Hernández Martín
- Directores de la Tesis: A. Garcimartín Álvarez (dir. tes.), Aranzazu Bocanegra de Juana (dir. tes.), María Elvira López-Oliva Muñoz (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad Complutense de Madrid ( España ) en 2024
- Idioma: español
- Títulos paralelos:
- Consumption of a functional meat enriched in silicon as a nutritional strategy in the treatment of diabetic dyslipidemia
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Farmacia por la Universidad Complutense de Madrid y la Universidad de Alcalá
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: Docta Complutense
- Resumen
- español
La diabetes mellitus tipo 2 (DMT2) es una enfermedad metabólica crónica que se caracteriza por resistencia a la insulina e hiperglucemia persistente. La DMT2 avanzada cursa con alteraciones lipídicas que dan lugar a la dislipemia diabética con mayor riesgo aterogénico. La ingesta inapropiada de productos cárnicos con un alto contenido de grasas saturadas contribuye al desarrollo de la dislipemia diabética, por lo que no se recomienda su consumo en estos pacientes. Entre las estrategias nutricionales para mitigar la progresión de la DMT2 y la dislipemia, se ha investigado el uso de compuestos bioactivos y alimentos funcionales. En particular, el silicio ha mostrado efectos beneficiosos sobre la salud ósea y cardiovascular, y capacidad antidiabética, antilipolipemiante, antioxidante y antiinflamatoria, por lo que su consumo podría ser una herramienta terapéutica en el tratamiento de la dislipemia diabética. Sin embargo, aún no se han investigado en profundidad los mecanismos de acción que median estos efectos y, en concreto su uso como ingrediente funcional incluido en una matriz cárnica (RM) para mejorar las alteraciones metabólicas y de la integridad de la pared intestinal en un modelo de DMT2 en estadio avanzado.
El objetivo principal de esta tesis doctoral es estudiar es estudiar el efecto antidiabético del consumo de silicio incorporado en un cárnico funcional (Si-RM) en un modelo animal de DMT2 avanzada, profundizando en los mecanismos moleculares que subyacen a sus efectos hipocolesterolemiantes. Además, se analiza el impacto de la suplementación de silicio en emulsiones gelificadas de grasa para controlar la digestibilidad de lípidos, con el objetivo de diseñar futuros alimentos cárnicos funcionales.
Se utilizaron ratas Wistar con avanzada DMT2 inducida por el consumo de una dieta alta en grasa saturada y colesterol y ácido cólico en una matriz cárnica en combinación con la administración i.p. de estreptozotocina y nicotinamida, con y sin silicio. Los efectos se evaluaron en plasma, intestino, hígado, y en los compartimentos fecales y cecales, midiendo marcadores del metabolismo glucolipídico, del colesterol y los ácidos biliares y parámetros de la mucosa intestinal.
Los resultados mostraron que el consumo de Si-RM mejoró los perfiles plasmáticos glucídico, lipídico y lipoproteico en ratas con DMT2 avanzada, confirmando su efecto hipoglucemiante e hipocolesterolemiante. El silicio moduló los niveles de enzimas y transportadores involucrados en la absorción y el eflujo de colesterol intestinal. Inhibió las enzimas ACAT2 y MTP, disminuyendo la capacidad absortiva intestinal del colesterol y la excreción hepática de VLDL, y activó la vía LXR/ß/ABCG5/G8 facilitando el transporte transepitelial intestinal, incrementando la excreción fecal de colesterol. Además, bloqueó la captación de ácidos biliares en el íleon y su síntesis hepática por retroalimentación a la baja de CYPT7A1 y la activación de FXR/FGF15. El incremento en la excreción biliar de colesterol y los ácidos biliares se produjo por activación de FXR/BSEP y LXR/ß/ABCG5/G8 hepáticos, mejorando el perfil de los ácidos biliares excretados. Además, el consumo de Si-RM restauró la integridad de la barrera intestinal y mejoró los marcadores de estrés oxidativo e inflamación de la mucosa intestinal, que conducen a la mejora de la inflamación de bajo grado asociada a la dislipemia diabética.
En conclusión, estos hallazgos sugieren que el silicio puede ser un ingrediente funcional eficaz en el tratamiento y manejo de la dislipemia diabética, mejorando la homeostasis del colesterol, restaurando la integridad de la barrera intestinal y reduciendo la inflamación y el estrés oxidativo. Además, los resultados de la suplementación del silicio en la elaboración de sistemas gelificados con biopolímeros inhibiendo la digestibilidad de lipídica abren la puerta al desarrollo de nuevos productos cárnicos funcionales más saludables con efectos antidiabéticos e hipolipemiantes potenciados.
- English
Introduction: Type 2 diabetes mellitus (T2DM) is a metabolic disease characterized by insulin resistance and hyperglycemia. In its advanced stage, it becomes a chronic condition marked by the depletion of pancreatic β-cells, leading to hypoinsulinemia and hyperglycemia, often accompanied by dyslipidemia and low-grade systemic inflammation, which increases the risk of cardiovascular disease and other complications. Among the nutritional strategies aimed at mitigating the progression of the disease and the onset of comorbidities, the search for bioactive compounds and food matrices that enable the development of functional foods has gained attention. The consumption of silicon, an essential trace element, added to a restructured meat matrix (RM) as a functional ingredient has shown hypocholesterolemic, hypotriglyceridemic, antiapoptotic, and antioxidant effects in vitro and in vivo that could be beneficial in the treatment of diabetic dyslipidemia. Furthermore, the intestinal mechanisms related to these effects, as well as the efficacy of Si-RM consumption in the treatment of advanced T2DM, have not been demonstrated.
Hypothesis: This doctoral thesis studies whether the inclusion of silicon in a meat matrix (Si-RM) as a functional ingredient can positively influence the improvement of T2DM and reverse its progression, particularly by improving dyslipidemia through the modulation of cholesterol homeostasis, reducing oxidative stress and inflammation, and improving the integrity of the intestinal barrier.
Objectives: The study examines the effect of Si-RM consumption in an animal model of advanced T2DM, delving into the molecular mechanisms underlying its hypoglycemic and hypocholesterolemic effects. Additionally, the impact of silicon addition to gelled pork fat emulsions, designed to control lipid digestibility, as a technological basis for the design of a future functional meat product, is analysed.
Materials and Methods: Wistar rat models with early-stage T2DM induced by a highsaturated-fat diet and late-stage T2DM induced by a high-saturated-fat and cholesterol diet and intraperitoneal administration of streptozotocin (STZ) plus nicotinamide (NAD) were used. The latter group was divided into two subgroups, one of which was given the silicon-enriched functional meat product. The effects of Si-RM consumption were evaluated in plasma, small and large intestines, liver, cecal content and feces. Si-RM modulation was assessed by measuring markers of glycolipid, cholesterol, and bile acid (BA) metabolism, as well as parameters involved in intestinal mucosa integrity.
Results: Si-RM consumption significantly improved and reversed alterations in the plasma glycemic, lipid, and lipoprotein profiles of rats with advanced T2DM, confirming its hypoglycemic and hypocholesterolemic effects and improving overall metabolic health. Si-RM consumption improved markers involved in cholesterol homeostasis, modulating the levels of enzymes and transporters involved in intestinal cholesterol absorption and efflux, and the LDLr receptor, activating transepithelial cholesterol transport, while inhibiting BA uptake in the ileum, modulating enterohepatic circulation. In the liver, it reduced VLDL secretion and decreased BA synthesis and excretion, which improved the quantity and composition of the cecal BA profile. These effects were induced through the activation of the LXRα/β and FXR transcription factors. Additionally, Si-RM consumption restored mucosae intestinal barrier integrity across all sections, reducing absorptive area and improving markers of oxidative stress and inflammation, which correlated with its systemic antioxidant capacity. Given the potential effects of SiRM consumption, studies have carried out on the development of gelled systems formulated with biopolymers and diatomaceous earth as a source of silicon, with the aim of adding them to meat matrices and enhancing the hypolipidemic properties of silicon at the intestinal level. In vitro assays show that this new system significantly delays fat digestion, making it a promising functional ingredient.
Conclusions: The results of this doctoral thesis demonstrate that Si-RM consumption has a positive impact on the treatment of diabetic dyslipidemia, improving cholesterol homeostasis, reducing inflammation and oxidative stress, and inhibiting lipid digestibility. These findings suggest that silicon could be an effective functional ingredient in the treatment of T2DM, with potential benefits in mitigating metabolic complications that, by improving dyslipidemia and reducing cardiovascular risk. These preclinical results pave the way for future studies in patients with diabetic dyslipidemia to confirm and explore its benefits in clinical practice, either as a treatment or as an adjuvant nutritional supplement to pharmacological therapy. Moreover, the technological feasibility of formulating biopolymer-based lipid systems with added silicon as a functional ingredient opens the door to a new generation of meat products with enhanced antidiabetic and hypolipidemic effects.
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