El β-caroteno ( beta -caroteno) es un pigmento orgánico rojo-anaranjado de color intenso abundante en hongos, [7] plantas y frutas. Es un miembro de los carotenos , que son terpenoides (isoprenoides), sintetizados bioquímicamente a partir de ocho unidades de isopreno y, por lo tanto, tienen 40 carbonos .
El β-caroteno dietético es un compuesto de provitamina A , que se convierte en el cuerpo en retinol (vitamina A). [8] En los alimentos, tiene un contenido rico en zanahorias , calabaza , espinacas y batata . [8] Se utiliza como suplemento dietético y puede recetarse para tratar la protoporfiria eritropoyética , una afección hereditaria de sensibilidad a la luz solar. [9]
El β-caroteno es el carotenoide más común en las plantas. [8] Cuando se utiliza como colorante alimentario , tiene el número E E160a. [10] : 119 La estructura se dedujo en 1930. [11]
El aislamiento de β-caroteno de frutas abundantes en carotenoides se realiza comúnmente mediante cromatografía en columna . Se extrae industrialmente de fuentes más ricas como el alga Dunaliella salina . [12] La separación de β-caroteno de la mezcla de otros carotenoides se basa en la polaridad de un compuesto. El β-caroteno es un compuesto no polar, por lo que se separa con un disolvente no polar como el hexano . [13] Al ser altamente conjugado , es profundamente coloreado y, como hidrocarburo que carece de grupos funcionales, es lipofílico .
Los carotenoides vegetales son la principal fuente dietética de provitamina A en todo el mundo, siendo el β-caroteno el carotenoide provitamina A más conocido. [8] Otros carotenoides incluyen el α-caroteno y la β-criptoxantina . [8] La absorción de carotenoides está restringida al duodeno del intestino delgado . Una molécula de β-caroteno puede ser escindida por la enzima intestinal β,β-caroteno 15,15'-monooxigenasa en dos moléculas de vitamina A. [8] [14] [15]
Como parte del proceso digestivo, los carotenoides de origen alimentario deben separarse de las células vegetales e incorporarse en micelas que contengan lípidos para que sean bioaccesibles a los enterocitos intestinales . [8] Si ya se han extraído (o sintetizado) y luego se presentan en una cápsula de suplemento dietético rellena de aceite, existe una mayor biodisponibilidad en comparación con la de los alimentos. [16]
En la pared celular del enterocito, el β-caroteno es absorbido por el receptor de la proteína transportadora de membrana de clase B, tipo 1 (SCARB1). El β-caroteno absorbido se incorpora luego como tal a los quilomicrones o primero se convierte en retinal y luego en retinol, unido a la proteína de unión al retinol 2 , antes de incorporarse a los quilomicrones. [8] El proceso de conversión consiste en una molécula de β-caroteno escindida por la enzima beta-caroteno 15,15'-dioxigenasa , que está codificada por el gen BCO1, en dos moléculas de retinal. [8] Cuando el retinol plasmático está en el rango normal, la expresión génica de SCARB1 y BCO1 se suprime, lo que crea un ciclo de retroalimentación que suprime la absorción y conversión de β-caroteno. [16]
La mayoría de los quilomicrones son absorbidos por el hígado y luego secretados a la sangre, donde se reenvasan en lipoproteínas de baja densidad (LDL). [8] A partir de estas lipoproteínas circulantes y de los quilomicrones que no pasan por el hígado, el β-caroteno es absorbido por las células a través del receptor SCARB1. Los tejidos humanos difieren en la expresión de SCARB1 y, por lo tanto, en el contenido de β-caroteno. Ejemplos expresados como ng/g, peso húmedo: hígado = 479, pulmón = 226, próstata = 163 y piel = 26. [16]
Una vez absorbido por las células de los tejidos periféricos, el β-caroteno absorbido se utiliza principalmente como precursor del retinal mediante una escisión simétrica por la enzima beta-caroteno 15,15'-dioxigenasa, que está codificada por el gen BCO1. [8] Una cantidad menor es metabolizada por la enzima mitocondrial beta-caroteno 9',10'-dioxigenasa, que está codificada por el gen BCO2. Los productos de esta escisión asimétrica son dos moléculas de beta-ionona y rosaflueno. El BCO2 parece estar involucrado en la prevención de la acumulación excesiva de carotenoides; un defecto de BCO2 en los pollos da como resultado un color amarillo en la piel debido a la acumulación en la grasa subcutánea. [17] [18]
Para contabilizar la ingesta de vitamina A en la dieta, el β-caroteno se puede convertir utilizando los nuevos equivalentes de actividad de retinol (RAE) o la antigua unidad internacional (UI). [8]
Desde 2001, el Instituto de Medicina de los Estados Unidos utiliza equivalentes de actividad del retinol (RAE) para sus ingestas dietéticas de referencia, definidas de la siguiente manera: [8] [19]
El RAE tiene en cuenta la absorción variable de carotenoides y la conversión a vitamina A por parte de los humanos mejor que el antiguo equivalente de retinol (RE) y lo reemplaza (1 μg de RE = 1 μg de retinol, 6 μg de β-caroteno o 12 μg de α-caroteno o β-criptoxantina). [19] El RE fue desarrollado en 1967 por la Organización de las Naciones Unidas/ Organización Mundial de la Salud / Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación (FAO/OMS). [20]
Otra unidad más antigua de actividad de la vitamina A es la unidad internacional (UI). [8] Al igual que el equivalente de retinol, la unidad internacional no tiene en cuenta la absorción variable de carotenoides y la conversión a vitamina A por parte de los seres humanos, así como el equivalente de actividad del retinol más moderno. Desafortunadamente, las etiquetas de alimentos y suplementos todavía utilizan generalmente la UI, pero la UI se puede convertir al equivalente de actividad del retinol más útil de la siguiente manera: [19]
La ingesta diaria promedio de β-caroteno está en el rango de 2 a 7 mg, según lo estimado a partir de un análisis agrupado de 500.000 mujeres que viven en los EE. UU., Canadá y algunos países europeos. [21] El betacaroteno se encuentra en muchos alimentos y se vende como un suplemento dietético . [8] El β-caroteno contribuye al color naranja de muchas frutas y verduras diferentes. El gac vietnamita ( Momordica cochinchinensis Spreng.) y el aceite de palma crudo son fuentes particularmente ricas, al igual que las frutas amarillas y naranjas, como el melón , los mangos , la calabaza y las papayas , y las verduras de raíz anaranjadas como las zanahorias y las batatas . [8]
El color del β-caroteno está enmascarado por la clorofila en vegetales de hojas verdes como la espinaca , la col rizada , las hojas de batata y las hojas de calabaza dulce . [8] [22]
El Departamento de Agricultura de los EE. UU. enumera los alimentos con alto contenido de β-caroteno: [23]
Las organizaciones gubernamentales y no gubernamentales no han establecido un requerimiento dietético de β-caroteno. [16]
El exceso de β-caroteno se almacena predominantemente en los tejidos grasos del cuerpo. [8] El efecto secundario más común del consumo excesivo de β-caroteno es la carotenodermia , una afección físicamente inofensiva que se presenta como un llamativo tinte anaranjado en la piel que surge de la deposición del carotenoide en la capa más externa de la epidermis . [8] [9] [16] [24]
La carotenemia , también conocida como carotenemia, es una afección médica benigna y reversible en la que un exceso de carotenoides en la dieta produce una coloración naranja de la capa más externa de la piel. [8] Se asocia con un alto valor de β-caroteno en sangre. Esto puede ocurrir después de un mes o dos de consumo de alimentos ricos en betacaroteno, como zanahorias, jugo de zanahoria, jugo de mandarina, mangos o, en África, aceite de palma rojo. Los suplementos dietéticos de β-caroteno pueden tener el mismo efecto. La decoloración se extiende a las palmas y las plantas de los pies, pero no a la parte blanca del ojo , lo que ayuda a distinguir la afección de la ictericia . La carotenemia es reversible al cesar la ingesta excesiva. [25] Se ha confirmado que el consumo de más de 30 mg/día durante un período prolongado conduce a la carotenemia. [16] [26]
En la pared celular del enterocito , el β-caroteno es absorbido por el receptor depurador de la proteína transportadora de membrana de clase B, tipo 1 (SCARB1). El β-caroteno absorbido se incorpora luego como tal a los quilomicrones o primero se convierte en retinal y luego en retinol, unido a la proteína de unión al retinol 2 , antes de incorporarse a los quilomicrones. El proceso de conversión consiste en que una molécula de β-caroteno se escinde por la enzima beta-caroteno 15,15'-dioxigenasa , que está codificada por el gen BCO1, en dos moléculas de retinal. Cuando el retinol plasmático está en el rango normal, la expresión génica de SCARB1 y BCO1 se suprime, lo que crea un ciclo de retroalimentación que suprime la absorción y la conversión. Debido a estos dos mecanismos , la ingesta alta no conducirá a la hipervitaminosis A. [16]
El β-caroteno puede interactuar con medicamentos utilizados para reducir el colesterol . [8] Tomarlos juntos puede reducir la eficacia de estos medicamentos y se considera solo una interacción moderada. [8] Los secuestradores de ácidos biliares y los inhibidores de la bomba de protones pueden disminuir la absorción de β-caroteno. [27] El consumo de alcohol con β-caroteno puede disminuir su capacidad de convertirse en retinol y posiblemente podría resultar en hepatotoxicidad . [28]
La suplementación crónica con dosis altas de β-caroteno aumenta la probabilidad de cáncer de pulmón en fumadores [8] [29], mientras que su vitámero natural, el retinol, aumenta el cáncer de pulmón en fumadores y no fumadores. El efecto es específico de la dosis de suplementación, ya que no se ha detectado daño pulmonar en aquellos que están expuestos al humo del cigarrillo y que ingieren una dosis fisiológica de β-caroteno (6 mg), en contraste con una dosis farmacológica alta (30 mg). [8] [30] .
Se ha atribuido el aumento del cáncer de pulmón a la tendencia del β-caroteno a oxidarse, [31] pero, basándose en la farmacocinética de la absorción y el transporte del β-caroteno a través del intestino y la falta de transportadores específicos del β-caroteno, es poco probable que el β-caroteno llegue a los pulmones de los fumadores en cantidades suficientes. [32] Se requiere investigación adicional para comprender el vínculo entre el aumento del riesgo de cáncer y la mortalidad por todas las causas después de la suplementación con β-caroteno.
Además, el suplemento de β-caroteno en dosis altas puede aumentar el riesgo de cáncer de próstata , hemorragia intracerebral y mortalidad cardiovascular y total independientemente del estado de tabaquismo. [8] [9]
El β-caroteno se produce industrialmente mediante síntesis total (véase Retinol § Síntesis industrial ) o mediante extracción a partir de fuentes biológicas como vegetales, microalgas (especialmente Dunaliella salina ) y microbios modificados genéticamente. La vía sintética es de bajo costo y alto rendimiento. [33]
Las autoridades médicas generalmente recomiendan obtener betacaroteno de los alimentos en lugar de suplementos dietéticos. [8] Un metaanálisis de 2013 de ensayos controlados aleatorios concluyó que la suplementación con betacaroteno en dosis altas (≥9,6 mg/día) se asocia con un aumento del 6% en el riesgo de mortalidad por todas las causas , mientras que la suplementación en dosis bajas (<9,6 mg/día) no tiene un efecto significativo en la mortalidad. [34] La investigación es insuficiente para determinar si un nivel mínimo de consumo de betacaroteno es necesario para la salud humana y para identificar qué problemas podrían surgir de una ingesta insuficiente de betacaroteno. [35] Sin embargo, un metaanálisis de 2018 principalmente de estudios de cohorte prospectivos encontró que tanto el betacaroteno dietético como el circulante están asociados con un menor riesgo de mortalidad por todas las causas. La categoría más alta de betacaroteno circulante, en comparación con la más baja, se correlacionó con una reducción del 37% en el riesgo de mortalidad por todas las causas, mientras que la categoría más alta de ingesta de betacaroteno en la dieta, en comparación con la más baja, se relacionó con una disminución del 18% en el riesgo de mortalidad por todas las causas. [36]
La degeneración macular relacionada con la edad (DMRE) representa la principal causa de ceguera irreversible en personas mayores. La DMRE es una enfermedad de la retina causada por estrés oxidativo que afecta la mácula y causa una pérdida progresiva de la visión central. [37] El contenido de β-caroteno está confirmado en el epitelio pigmentario de la retina humana. [16] Las revisiones informaron resultados mixtos para los estudios observacionales, y algunos informaron que las dietas más ricas en β-caroteno se correlacionaban con un menor riesgo de DMRE, mientras que otros estudios no informaron beneficios. [38] Las revisiones informaron que para los ensayos de intervención que utilizaron solo β-caroteno, no hubo cambios en el riesgo de desarrollar DMRE. [8] [38] [39]
Un metaanálisis concluyó que la suplementación con β-caroteno no parece disminuir el riesgo de cáncer en general, ni de cánceres específicos, incluidos: cáncer de páncreas, colorrectal, de próstata, de mama, melanoma o cáncer de piel en general. [8] [40] Los niveles altos de β-caroteno pueden aumentar el riesgo de cáncer de pulmón en fumadores actuales y ex fumadores. [8] [41] Los resultados no son claros para el cáncer de tiroides. [42]
Una revisión Cochrane examinó la suplementación de β-caroteno, vitamina C y vitamina E, de forma independiente y combinada, en personas para examinar las diferencias en el riesgo de cataratas , la extracción de cataratas, la progresión de las cataratas y la desaceleración de la pérdida de agudeza visual. Estos estudios no encontraron evidencia de ningún efecto protector proporcionado por la suplementación de β-caroteno en la prevención y desaceleración de las cataratas relacionadas con la edad. [43] Un segundo metanálisis recopiló datos de estudios que midieron el betacaroteno sérico derivado de la dieta e informaron una disminución no estadísticamente significativa del 10% en el riesgo de cataratas. [44]
Se pueden utilizar dosis altas de β-caroteno (hasta 180 mg por día) como tratamiento para la protoporfiria eritropoyética , un trastorno hereditario poco común de sensibilidad a la luz solar, sin efectos tóxicos. [8] [9]
Los alimentos ricos en colorantes carotenoides presentan decoloración al secarse. Esto se debe a la degradación térmica de los carotenoides, posiblemente a través de reacciones de isomerización y oxidación. [45]