Незамінні жирні кислоти в харчуванні немовлят: уроки та обмеження досліджень на тваринах щодо досліджень потреб дітей у жирних кислотах

Шейла М Інніс, Незамінні жирні кислоти в харчуванні немовлят: уроки та обмеження досліджень на тваринах щодо досліджень потреб немовлят у жирних кислотах, Американський журнал клінічного харчування, том 71, випуск 1, січень 2000 р., Сторінки 238S – 244S, https: //doi.org/10.1093/ajcn/71.1.238S

АНОТАЦІЯ

ВСТУП

Переваги та обмеження використання досліджень на тваринах для визначення потреб незамінних жирних кислот у немовлят

Переваги

Можливий суворий контроль над вживанням жирних кислот та інших поживних речовин.

Можуть проводитися довгострокові та прижиттєві дослідження.

Можна уникнути незрозумілих змінних середовища, генетики та захворювань.

Аналіз обмежується лише технічною або науковою експертизою.

Дієтичне споживання може варіюватися від крайнього дефіциту до токсичності

Обмеження

Метаболічні шляхи метаболізму жирних кислот та ліпідів відрізняються у різних видів.

Оптимальний або звичайний мембранний склад може бути не порівнянним для різних видів.

Вимоги до поживних речовин різняться у різних видів.

Етапи розвитку або дозрівання при народженні можуть бути не порівнянними серед видів.

Переваги

Можливий суворий контроль над вживанням жирних кислот та інших поживних речовин.

Можуть проводитися довгострокові та прижиттєві дослідження.

Можна уникнути незрозумілих змін середовища, генетики та захворювань.

Аналіз обмежується лише технічною або науковою експертизою.

Дієтичне споживання може варіюватися від крайнього дефіциту до токсичності

Обмеження

Метаболічні шляхи метаболізму жирних кислот та ліпідів відрізняються у різних видів.

Оптимальний або звичайний мембранний склад може бути не порівнянним для різних видів.

Вимоги до поживних речовин різняться у різних видів.

Етапи розвитку або дозрівання при народженні можуть бути не порівнянними серед видів.

Переваги

Можливий суворий контроль над вживанням жирних кислот та інших поживних речовин.

Можуть проводитися довгострокові та прижиттєві дослідження.

Можна уникнути незрозумілих змін середовища, генетики та захворювань.

Аналіз обмежується лише технічною або науковою експертизою.

Дієтичне споживання може варіюватися від крайнього дефіциту до токсичності

Обмеження

Метаболічні шляхи метаболізму жирних кислот та ліпідів відрізняються у різних видів.

Оптимальний або звичайний мембранний склад може бути не порівнянним для різних видів.

Вимоги до поживних речовин різняться у різних видів.

Етапи розвитку або дозрівання при народженні можуть бути не порівнянними серед видів.

Переваги

Можливий суворий контроль над вживанням жирних кислот та інших поживних речовин.

Можуть проводитися довгострокові та прижиттєві дослідження.

Можна уникнути незрозумілих змін середовища, генетики та захворювань.

Аналіз обмежується лише технічною або науковою експертизою.

Дієтичне споживання може варіюватися від крайнього дефіциту до токсичності

Обмеження

Метаболічні шляхи метаболізму жирних кислот та ліпідів відрізняються у різних видів.

Оптимальний або звичайний мембранний склад може бути не порівнянним для різних видів.

Вимоги до поживних речовин різняться у різних видів.

Етапи розвитку або дозрівання при народженні можуть бути не порівнянними серед видів.

Хоча загальні закономірності росту подібні для багатьох видів ссавців, існують важливі відмінності у стадії дозрівання при доношених, шляхах метаболізму ліпідів та жирних кислот та звичайному вживанні ліпідів з їжею. Розглядаючи переваги та недоліки досліджень на тваринах, слід зважити переваги експериментального проектування та контролю та дослідження тканин, які можливі у тварин, проти обмеженої можливості екстраполяції на людей. У цій статті розглядаються деякі основні внески досліджень на тваринах до розуміння необхідних жирних кислот під час росту та розвитку, а також деякі обмеження екстраполяції для людини; він також включає пропозиції щодо майбутніх досліджень, які можуть надати вкрай необхідну інформацію.

НЕОБХІДНИЙ МЕТАБОЛІЗМ ТАСЛОЇ КИСЛОТИ

Дослідження, проведені понад півстоліття тому, встановили, що жирнокислотний склад харчових ліпідів впливає на жирнокислотний склад тканинних ліпідів і що певні жирні кислоти, які не можуть утворюватися в клітинах тварин, необхідні для нормального росту, розмноження та функціонування клітин (1 ). Потім дослідники виявили важливість 18: 2n − 6 та 18: 3n − 3, що знаходяться, головним чином, у поліненасичених рослинних оліях, як попередники синтезу 20: 4n − 6 та 22: 6n − 3 у клітинах ссавців, а дослідження спрямовані на з’ясування шляхи навернення.

Дослідження на тваринах показали, що всі ферменти, необхідні для синтезу 20: 4n − 6 та 22: 6n − 3, присутні в печінці, мозку та оці - особливо в сітківці (13–16). Останні етапи на шляху формування 22: 6n − 3 та 22: 5n − 6 були з’ясовані лише нещодавно і були виявлені під час досліджень in vitro з клітинами тварин. Зараз відомо, що синтез 22: 6n − 3 з 20: 5n − 3 протікає шляхом подовження до 22: 5n − 3, а потім до 24: 5n − 3 з десатурацією Δ 6 до 24: 6n − 3 з подальшим шляхом часткового β-окислення до 22: 6n − 3 (17). Етапи синтезу 22: 5n − 6 з 20: 4n − 6 здаються аналогічними етапам серії n − 3: 20: 4n − 6 до 22: 4n − 6 до 24: 4n − 6 до 24: 5n− 6, з укороченням ланцюга до 22: 5n − 6 (17). Поки незрозуміло, чи включають ці шляхи більше однієї Δ 6 десатурази для ланцюгів з 18 і 20 вуглецевими вуглеводами та для n − 6 та n − 3 жирних кислот, чи задіяні різні ферменти подовження. Подальше з’ясування цих важливих моментів буде фундаментальним для розуміння як харчових потреб у жирних кислотах, так і регулювання метаболізму жирних кислот.

Незвичайною особливістю мозку та сітківки є те, що концентрації 18: 2n − 6 та 18: 3n − 3 є низькими (як правило, 8, 9). В інших тканинах 18: 2n − 6 може перевищувати 20% загальної кількості жирних кислот, і ці концентрації зростають із збільшенням споживання їжі. Великі кількості 20: 4n − 6 та 22: 6n − 3 входять у центральну нервову систему під час розвитку (18–20) за мембранним та ліпідним класом (9). Відповідне питання полягає в тому, чи потрібно людям споживати 20: 4n − 6 і 22: 6n − 3 з раціону, чи можна дієтичні 18: 2n − 6 і 18: 3n − 3 перетворити на 20: 4n − 6 і 22: 6n − 3, тим самим виконуючи вимоги тканин до n − 6 та n − 3 жирних кислот під час росту та розвитку?

На жаль, поки що немає остаточної інформації про кращі шляхи, за допомогою яких мозок та око зазвичай отримують 20: 4n − 6 та 22: 6n − 3 (тобто шляхом поглинання та подальшого метаболізму 18: 2n − 6 та 18: 3n −3 або шляхом поглинання 20: 4n − 6 та 22: 6n − 3 з циркуляції) (1). На відміну від мозку та ока, такі тканини, як серце та нирки, можуть не мати певної активності ферментів десатурази (22, 23). Подібним чином, дані in vitro свідчать про те, що клітини кишечника можуть не бути здатними утворювати 22: 6n − 3, хоча синтез 20: 4n − 6 все ж відбувається (24, 25). Отже, тканини без активності десатурази можуть залежати від поглинання 20: 4n − 6 і 22: 6n − 3 з циркуляції, щоб підтримувати мембранні концентрації фосфоліпідів 20: 4n − 6 і 22: 6n − 3.

Дослідження на тваринах показали, що мозок синтезує більшість, якщо не всі, з 16: 0 і холестерину, що входить у ліпіди мозку (26, 27). Це свідчить про те, що мозок має високий ступінь селективності та специфічності щодо поглинання жирних кислот і може не використовувати шляхи опосередкованого рецепторами поглинання ліпопротеїнів або опосередкованого ліпопротеїн-ліпазою гідролізу триацилгліцеринів ліпопротеїнів аналогічно печінці, жировій тканині м'язи. Подальше вивчення шляхів метаболізму жирових кислот n − 6 та n − 3 у мозку, безсумнівно, матиме важливе значення для досягнення кращого розуміння взаємозв’язку між дієтою, ліпідами в крові та акрецією мозку n − 6 та n −3 жирних кислот.

Ранні дослідження потреб n-6 та n-3 в жирних кислотах новонароджених немовлят показали, що активність ферментів, що беруть участь у знежиренні, особливо активності передбачуваної Δ 4-десатурази (22: 5n-3 до 22: 6n-3), була низький протягом періоду новонароджених (28). Однак нещодавніші дослідження з використанням стабільних ізотопів показали, що недоношені та недоношені діти можуть перетворити 18: 2n − 6 на 20: 4n − 6 та 18: 3n − 3 на 22: 6n − 3 шляхом, подібним до тих, що існують у тварин (29–31). Однак дані, отримані в результаті досліджень зі стабільними ізотопами, включали аналіз плазми, який може відображати або не відображати процеси десатурації та елонгації в таких органах, як мозок. Більше того, дослідження стабільних ізотопів ще не є кількісними. Таким чином, залишається незрозумілим, чи достатньо швидкості синтезу 20: 4n − 6 та 22: 6n − 3 у немовлят для задоволення потреб тканин, що розвиваються.

ДОСЛІДЖЕННЯ З ДІЄТАМИ, ЩО КОРМУЮТЬСЯ НА ТВАРИНАХ, ДЕФІЦЕНТНИХ У n – 3 ЖИРНИХ КИСЛОТАХ

Дослідження на тваринах показали, що мозок та сітківка міцно зберігають 20: 4n-6 та 22: 6n-3, навіть під час тривалого дефіциту їжі n-6 та n-3 жирних кислот (1). Таким чином, важкі експериментальні умови складання та тривалості дієти використовувались для утворення дефіциту 22: 6n − 3 у центральній нервовій системі, що розвивається, для вивчення функціональних ефектів. Дослідження в 1970-х рр. Виявили зменшені амплітуди а- та b-хвиль та знизили концентрацію мозку та сітківки 22: 6n − 3 у щурів, яких годували дієтами, по суті позбавленими 18: 3n − 3 (32, 33). Згодом дослідження з резус-мавпами, що годували дієтами, що містять ≈0,1% енергії, як 18: 3n − 3 підтвердили відхилення електроретинограми та виявили зниження гостроти зору (вигляд), полідипсію та зміну стереотипної поведінки (34–37).

Важливо зазначити, що фундаментальним внеском досліджень на тваринах, які годували раціоном надзвичайно низький рівень 18: 3n − 3, було визначення деяких функціональних ролей 22: 6n − 3. Дослідження на тваринах були надзвичайно цінними для виявлення нервових систем (наприклад, зорової функції), які можуть бути чутливими до дієтичних n-3 жирних кислот, щоб клінічні дослідження могли зосередитись на цих системах. Подальша робота з тваринами дає можливість отримати більш конкретну інформацію про біохімічну роль 20: 4n − 6 та 22: 6n − 3 в цих та інших, поки невідомих аспектах функцій нервової та інших тканин.

ДОСЛІДЖЕННЯ ВИМОГІВ n – 6 І n – 3 В ТАСЛОЇ КИСЛОТИ У ТВАРИН

У кількох дослідженнях використовувався класичний підхід збільшення споживання дієти 18: 2n-6 та 18: 3n-3 для оцінки харчових потреб у n-6 та n-3 жирних кислотах (38, 50-53). Оскільки споживання 18: 2n − 6 та 18.3n − 3 зростає з нуля, концентрації тканин 20: 4n − 6 та 22: 6n − 3 швидко зростають, а потім і плато. Це плато досягається в мозку, синаптичному кінці та ліпідах сітківки 20: 4n − 6 та 22: 6n − 3 при споживанні ≈2,4% енергії від 18: 2n − 6 та ≈0,7% енергії від 18: 3n − 3 . Плато з концентрацією 22: 6n − 3 в інших органах, таких як нирки та м’язи, досягається при дещо меншому споживанні з їжею 18: 3n − 3 (38).

Подальші дослідження на поросятах, таким чином, розглядали вплив суміші для годування з концентрацією 18: 3n − 3, збільшеною до 4% жирних кислот. Важливість співвідношення 18: 2n − 6 до 18: 3n − 3 вирішували одночасно, подаючи 4% 18: 3n − 3 з 16% або 35% 18: 2n − 6, або 1% 18: 3n− 3 із 16% або 30% 18: 2n − 6 (співвідношення 18: 2n − 6 до 18: 3n − 3 відповідно 4: 1, 9: 1, 16: 1 та 30: 1) (50, 60, 61). Результати цих досліджень показали, що поросята, які годували 4% 18: 3n − 3, але не ті, що годували 1% 18: 3n − 3, мали синаптичну плазматичну мембрану та концентрацію фосфоліпідів 22: 6n − 3 в сітківці, аналогічні концентраціям свиноматок. Високі дієтичні співвідношення 18: 2n − 6 до 18: 3n − 3 (30: 1 порівняно з 16: 1) посилювали дефіцит 22: 6n − 3, встановлений дієтами 1% 18: 3n − 3 (50). Однак вага головного мозку, синаптична плазматична мембрана та концентрація 20: 4n − 6 в сітківці, а також концентрація насичених жирних кислот у печінці та мозку зменшувались на вищу концентрацію 18: 3n − 3 у формулі (50, 60, 61).

Дослідження на поросятах також оцінили ефективність надання попередньо сформованого 22: 6n − 3 у формулі як джерела 22: 6n − 3 для центральної нервової системи, що розвивається, а також впливу на 22: 6n − 3 та 20: 4n − 6 в печінці та інших органах (60, 62, 63). Додавання 22: 6n − 3 (з риб’ячого жиру; ≈0,3% жирних кислот) до суміші без 20: 4n − 6 призвело до концентрацій 22: 6n − 3 в тканинах центральної нервової системи, подібних до концентрацій поросят, яких годували свиноматка молоко, без явного несприятливого впливу на концентрації 20: 4n − 6 (50, 62). Однак концентрації 20: 4n − 6 у плазмі, печінці та нирках були значно знижені (61, 62). Коли формулу без 20: 4n − 6 доповнювали 6 г формули риб’ячого жиру/л, забезпечуючи 0,9% 22: 6n − 3, вага мозку поросят також зменшувався (62).

ДОСЛІДЖЕННЯ ТРАНСФЕРУ МАТЕРІАЛЬНИХ ДІЄТИЧНИХ ЖИВИХ КИСЛОТ ЧЕРЕЗ МАЛЯЧЕ МОЛОКО ДІТЯМ

ДОСЛІДЖЕННЯ ДІЄТРИЧНИХ ДЖЕРЕЛ АРАХІДОНОВОЇ І ДОКОЗАГЕКСЕНОЇ КИСЛОТИ НА ТВАРИНАХ

Добре встановлено, що додавання до сумішей 20: 4n − 6 і 22: 6n − 3 призводить до збільшення концентрацій 20: 4n − 6 і 22: 6n − 3 відповідно в ліпідах крові дітей, що годуються штучним вигодом (68 - 70). У дорослих включення 20: 4n − 6 та 22: 6n − 3 у раціон також впливає на концентрацію цих жирних кислот у ліпідах плазми та еритроцитів (71, 72). В даний час доступні кілька джерел 20: 4n − 6 та 22: 6n − 3 для харчування дітей та інших дієт. Сюди входять риб’ячий жир, загальний ліпід або фосфоліпід яєць, а також олії, отримані з мікроводоростей та грибкових джерел (одноклітинні триацилгліцерини). Дослідження на тваринах однозначно дають можливість дослідити, чи потенційні джерела 20: 4n − 6 та 22: 6n − 3 мають сприятливий чи шкідливий вплив на тканинному рівні, включаючи вплив інших жирних кислот або компонентів в оліях. Дослідження на тваринах також можуть дослідити, чи шляхи травлення, всмоктування та асиміляції тканин з цими джерелами їжі порівнянні з шляхами з 20: 4n − 6 та 22: 6n − 3 з грудного молока.

РЕЗЮМЕ І ВИСНОВКИ

Підводячи підсумок, дослідження на тваринах, які харчуються добре контрольованим раціоном, зіграли важливу роль у встановленні дієтичної важливості 18: 2n-6 та 18: 3n-3 та у з'ясуванні біохімічної та фізіологічної ролі 20: 4n-6 і 22: 6n − 3. Дослідження на тваринах можуть надати багато важливої інформації для подальшого нашого розуміння важливості типів і кількості різних жирних кислот n − 6 та n − 3 у раціоні на різних етапах розвитку плода та немовляти. Однак, якщо ми екстраполюємо цю інформацію на людей, ми повинні врахувати можливі різниці видів у зростанні, розвитку, метаболізмі поживних речовин та потребах, а також тяжкості та строків будь-яких експериментальних умов. Особливо важливим є те, що дослідження на тваринах дають можливість дослідити причини будь-яких несприятливих ефектів деяких масел з високим вмістом n − 3 жирних кислот та потенціал для уникнення цих ефектів шляхом доповнення з 20: 4n − 6. Дослідження на тваринах також можуть глибше зрозуміти біохімічні шляхи, в яких беруть участь ці жирні кислоти.