Роль харчування у нейрокогнітивному розвитку дітей від вагітності до дитинства

Анетт Няраді

1 Центр досліджень здоров'я дітей, Інститут досліджень здоров'я дітей Телемонта, Університет Західної Австралії, Перт, Вашингтон, Австралія

2 Школа здоров'я населення, Університет Західної Австралії, Перт, Вашингтон, Австралія

Цзянхун Лі

3 Центр досліджень здоров'я населення, Інститут досліджень інновацій у галузі охорони здоров'я Кертіна, Університет Кертін, Перт, Вашингтон, Австралія

4 Центр соціальних наук, Берлін, Німеччина

Сіобхан Хіклінг

2 Школа здоров'я населення, Університет Західної Австралії, Перт, Вашингтон, Австралія

Джонатан Фостер

5 Школа психології та патології мови, Університет Кертіна, Перт, Вашингтон, Австралія

6 Неврологічний відділ, Департамент охорони здоров’я Західної Австралії, Перт, Вашингтон, Австралія

7 Школа педіатрії та здоров'я дітей, Університет Західної Австралії, Перт, Вашингтон, Австралія

Венді Х. Одді

Анотація

Вступ

Пізнання представляє складний набір вищих психічних функцій, що підпорядковуються мозку, і включає увагу, пам’ять, мислення, навчання та сприйняття (Bhatnagar and Taneja, 2001). Когнітивний розвиток у дошкільників передбачає пізніші шкільні досягнення (Tramontana et al., 1988; Clark et al., 2010; Engle, 2010). Як заявляють Росс та Міровський (1999): "Шкільне навчання формує людський капітал - навички, вміння та ресурси, - що в кінцевому рахунку формує здоров'я та добробут". Дійсно, більша освіта пов’язана з кращими робочими місцями, вищими доходами, вищим соціально-економічним статусом, кращим доступом до медичної допомоги та житлом, кращим способом життя, харчуванням та фізичною активністю (Florence et al., 2008), які всі добре відомі детермінанти здоров’я. Освіта підвищує почуття особистого контролю та самооцінки у людини; також було показано, що ці фактори впливають на кращу поведінку здоров’я (Ross and Mirowsky, 1999; Logi Kristjánsson et al., 2010). Навчальні досягнення важливі для майбутнього особистого здоров'я, а отже, є важливою проблемою для охорони здоров'я.

На когнітивний розвиток впливає безліч факторів, зокрема харчування. Збільшується кількість літератури, яка вказує на зв’язок між покращеним харчуванням та оптимальною роботою мозку. Поживні речовини забезпечують будівельні блоки, які відіграють важливу роль у проліферації клітин, синтезі ДНК, нейромедіаторі та метаболізмі гормонів і є важливими складовими ферментних систем мозку (Bhatnagar and Taneja, 2001; Lozoff and Georgieff, 2006; Zeisel, 2009; De Souza та ін., 2011; Zimmermann, 2011). Розвиток мозку відбувається швидше в перші роки життя порівняно з рештою тіла (Benton, 2010a), що може зробити його більш вразливим до дієтичних дефіцитів.

У цьому огляді літератури ми оцінюємо дані сучасних досліджень щодо зв’язку між споживанням їжі під час вагітності та дитинства та когнітивним розвитком дітей. Спочатку ми обговоримо окремі мікроелементи та окремі аспекти дієти, що представляє попередні дослідження в цій галузі. Далі ми розглянемо більш охоплюючі аспекти дієти, які з’явилися, коли дослідники стали більше цікавитись дієтою як комплексним виміром. Остання тенденція досліджень у цій галузі передбачає більш широкий аналіз ролі харчування у нейрокогнітивному розвитку, який ми пропонуємо тут у порівнянні з попередніми оглядами (Black, 2003b; Bellisle, 2004; Stevenson, 2006; Georgieff, 2007; Benton, 2010a ).

Розвиток мозку у людини

Факти свідчать, що терміни дефіциту поживних речовин можуть суттєво вплинути на розвиток мозку. Наприклад, загальновідомо, що дефіцит фолієвої кислоти між 21 і 28 днями після зачаття (коли нервова трубка закривається) схиляє плід до вродженої вади розвитку, яка називається дефектом нервової трубки. Отже, це критичний період, оскільки протягом цього часу відбувається незворотна зміна структури та функції мозку, якщо присутня недостатня кількість фолієвої кислоти (Blencowe et al., 2010). Критичний період - це певний період протягом чутливих часових рамок (Кнудсен, 2004). Чутливий період, як правило, відображає більш широкі часові рамки; протягом такого періоду розвитку мозок більш чутливий до конкретних втручань. Однак навички та вміння все ще можна придбати поза цим періодом часу, хоча і з меншими знаннями (Knudsen, 2004). Прикладом є те, що глухі діти, які отримують кохлеарні імплантати протягом чутливого періоду для розвитку мозку (тобто до віку 3-5 років), демонструють кращий мовний розвиток, ніж ті, хто отримує кохлеарний імплантат після цього періоду (Penhune, 2011).

Оскільки швидкий ріст мозку відбувається протягом перших 2 років життя (а до 2 років мозок досягає 80% ваги дорослої людини), цей період життя може бути особливо чутливим до недоліків у харчуванні (Bryan et al., 2004; Ленрут і Гідд, 2006). Підлітковий вік також є значним і чутливим періодом розвитку, при цьому дослідження вказують на те, що структурна перебудова, мозок та когнітивне дозрівання і, зокрема, основні зрушення в префронтальній корі відбуваються в період статевого дозрівання (Luna and Sweeney, 2001; Sisk, 2004; Peper et al. ., 2009; Asato et al., 2010; Blakemore et al., 2010).

Дієтичні впливи на когнітивний розвиток

Мікроелементи та когнітивний розвиток

Омега-3 жирні кислоти

В останні роки зростає інтерес до впливу незамінних жирних кислот, особливо поліненасичених жирних кислот з довгими ланцюгами (LCPUFA), на когнітивний розвиток мозку. Суха маса мозку людини на 60% складається з ліпідів, з яких 20% - це докозагексаєнова кислота (DHA; яка є омега-3 жирною кислотою) та арахідонова кислота (AA; омега-6 жирна кислота). Вони представляють дві основні жирні кислоти, що містяться в сірій речовині (Benton, 2010b; De Souza et al., 2011). Крім того, надходження LCPUFA з їжею, особливо омега-3 жирних кислот, включаючи DHA та ейкозапентаенову кислоту (EPA), часто є недостатнім як для дітей, так і для дорослих (Schuchardt et al., 2010).

Незамінні жирні кислоти відіграють центральну функціональну роль у тканинах мозку. Вони є не тільки основними компонентами нейрональних мембран, але вони модулюють текучість і об’єм мембрани і тим самим впливають на активність рецепторів та ферментів, крім того, що впливають на іонні канали. Незамінні жирні кислоти також є попередниками активних медіаторів, які відіграють ключову роль у запаленні та імунній реакції. Вони сприяють зростанню нейронів та дендритів хребта та синтезу синаптичних мембран, а отже, впливають на обробку сигналів та нейронну передачу. Крім того, незамінні жирні кислоти регулюють експресію генів у мозку (McCann and Ames, 2005; Eilander et al., 2007; Innis, 2007; Cetina, 2008; Wurtman, 2008; Ramakrishnan et al., 2009; Ryan et al., 2010; Schuchardt et al., 2010; De Souza et al., 2011). Отже, існуюча література настійно припускає, що незамінні жирні кислоти мають вирішальне значення для розвитку та функціонування мозку.

Існує припущення, що швидкий ріст кори головного мозку людини протягом останніх двох мільйонів років був сильно пов'язаний зі збалансованим споживанням ЛКПУФА (Broadhurst et al., 1998), зокрема з рівним співвідношенням омега-6 та омега- 3 жирні кислоти в раціоні (Simopoulos, 1999). Докази свідчать про те, що сучасний Homo sapiens, мозок якого значно розвинувся порівняно зі своїми предками, жив біля річок та океанів, де було багато морепродуктів та риби (Crawford et al., 1999). Зростання інтелектуального розвитку та розвитку мозку у Homo Sapiens також збігся з виготовленням інструментів та розвитком мови (Crawford et al., 1999; Broadhurst et al., 2002). Протягом останніх 150 років вважається, що баланс омега-6 до омега-3 жирних кислот змінився на користь омега-6 жирних кислот у раціоні, що призвело до співвідношення 20–25: 1 та харчової недостатності в омега-3 жирних кислотах (Simopoulos, 1999). Дієта, в якій не вистачає омега-3 жирних кислот, може мати наслідки для здоров’я та розвитку (Simopoulos, 2008).

Деякі опубліковані дослідження також розглядали прикорм у годуючих матерів, щоб вивчити вплив підвищеного вмісту омега-жирів у грудному молоці на когнітивний розвиток дітей. Огляди цих досліджень прийшли до висновку, що існують вказівки на те, що доповнення годуючих мам риб’ячим жиром може позитивно впливати на когнітивний розвиток у дітей (Eilander et al., 2007; Hoffman et al., 2009).

На закінчення, сучасні висновки показують невідповідність ефективності добавок матері з жирними кислотами омега-3. Прагнучи врахувати контрастні висновки, здається, що наступні міркування можуть бути доречними: втручання застосовувались у різних групах жінок, використовуючи широкий діапазон дозувань DHA, з різною тривалістю прийому добавок, а результати вимірювали на різних когнітивні інструменти і в різному віці. Більш послідовні результати, отримані в результаті епідеміологічних досліджень (у порівнянні з випробуваннями на добавки з використанням лише омега-3 жирних кислот), можна пояснити можливістю, що риба - це цілісна їжа, і вона містить інші поживні речовини, важливі для когнітивного розвитку. Крім того, вживаючи рибу, а не приймаючи рибні добавки, інші, можливо, нездорові або потенційно запальні продукти можуть також бути витіснені, тобто червоне м’ясо та м’ясо, що переробляється. Епідеміологічні дослідження також можуть бути ефективнішими, але вони також можуть мати менший контроль за незрозумілість.

Постнатальні дослідження розглядали вплив добавок жирних кислот омега-3 на доношених та недоношених дітей. Епідеміологічні дослідження та додаткові випробування також проводились у дітей старшого віку щодо когнітивного розвитку. Вважається, що компонент DHA є однією з основних причин, чому грудне молоко може покращити когнітивні показники дітей. Люди здатні ендогенно синтезувати DHA з попередника α-ліноленової кислоти. Однак швидкість конверсії змінюється залежно від генетично обумовлених поліморфізмів у двох генах, а саме FADS1 та FADS2. Більше того, у немовлят перехід на DHA здається дуже обмеженим (Hoffman et al., 2009; Guesnet and Alessandri, 2011). Дослідження послідовно показують, що рівень DHA у крові у немовлят на штучному вигодовуванні нижчий, ніж у немовлят на грудному вигодовуванні, незалежно від рівня попередників у сумішах (Hoffman et al., 2009). Тому ця тема викликала великий науковий інтерес, особливо стосовно результатів клінічних випробувань, які доповнювали суміші для немовлят LCPUFA та досліджували взаємозв'язок з когнітивним розвитком у недоношених та недоношених дітей.

Оскільки розвиток мозку триває протягом дитинства, існує великий інтерес до зв'язку між когнітивним розвитком та рівнем жиру омега-3 через дієту та/або добавки у дітей. Раян та співавт. (2010) розглянув наявні на сьогодні епідеміологічні дослідження та випробування добавок і дійшов висновку, що, хоча результати були суперечливими, представляється, що ті дослідження, які доповнювались більшими дозами та більшою тривалістю DHA, досягли сприятливого позитивного результату в когнітивному розвитку в дитячому віці.

Вітамін В12, фолієва кислота та холін

Дефіцит цинку, як видається, є головною проблемою у всьому світі, що зачіпає 40% світового населення (Maret and Sandstead, 2006). Недавні дослідження показують, що у дітей ясельного віку, підлітків, людей похилого віку та хворих на цукровий діабет ризик дефіциту цинку в Австралії, ймовірно, більший (Gibson and Heath, 2011). Дослідження на тваринах встановили взаємозв'язок між цинком та нейророзвитком (Shah and Sachdev, 2006; Summers et al., 2008; Coyle et al., 2009). Вважається, що цинк є життєво необхідною поживною речовиною для мозку, має важливу структурну та функціональну роль (Bhatnagar and Taneja, 2001; Black, 2003a; Bryan et al., 2004; Shah and Sachdev, 2006; Georgieff, 2007). Більш конкретно, цинк є кофактором для більш ніж 200 ферментів, які регулюють різноманітну метаболічну активність в організмі, включаючи синтез білка, ДНК та РНК. Крім того, цинк відіграє певну роль у нейрогенезі, дозріванні та міграції нейронів та у формуванні синапсів (Bhatnagar and Taneja, 2001; Black, 2003a; Bryan et al., 2004; Shah and Sachdev, 2006; Georgieff, 2007). Цинк також міститься у високій концентрації в синаптичних пухирцях нейронів гіпокампа (які беруть центральну участь у навчанні та пам’яті) і, здається, модулює деякі нейромедіатори, включаючи глутамат та рецептори гамма-аміномасляної кислоти (GABA) (Bhatnagar and Taneja, 2001; Levenson, 2006).

Дві статті, які розглядали попередні спостережні та рандомізовані контрольні випробування на дітях щодо розвитку цинку та когнітивного розвитку, дійшли висновку, що дефіцит цинку може негативно впливати на когнітивний розвиток. І навпаки, новітні рандомізовані контрольні дослідження з Індії (Taneja et al., 2005) та Бангладеш (Black et al., 2004), де гіпотрофія є поширеним явищем серед дітей, не виявили, що лише добавки цинку впливають на когнітивний розвиток немовлят на Бейлі Тест тесту на розвиток немовлят. Тим не менш, у дослідженні Бангладеш, коли цинк поєднували з добавками заліза, це показало поліпшення пізнання (Black et al., 2004). Тому необхідні додаткові дослідження для вивчення довгострокової користі цинку для розвитку мозку.

Одним з найпоширеніших харчових дефіцитів як у країнах, що розвиваються, так і в розвинених є дефіцит заліза. У деяких частинах світу, таких як Африка на південь від Сахари та Південно-Східна Азія, поширеність становить понад 40%. У розвинених країнах, включаючи Австралію, він може становити до 20%, особливо у вагітних жінок та дітей (Всесвітня організація охорони здоров’я, 2008). За останні десятиліття було опубліковано значну літературу про зв'язок між статусом заліза/анемією та когнітивним розвитком у дітей, а також за моделями на тваринах (Grantham-McGregor and Ani, 2001). Вважається, що залізо бере участь у різних ферментних системах головного мозку, включаючи: ферментну систему цитохрому с оксидази у виробництві енергії, тирозин гідроксилазу для синтезу рецепторів дофаміну, дельта-9-десатуразу для мієлінізації та синтез жирних кислот та рибонуклеотидредуктазу для регулювання росту мозку (Deungria, 2000; Lozoff та Georgieff, 2006; Georgieff, 2007; Rioux et al., 2011). Крім того, заліза, здається, модифікує процеси розвитку в нейронах гіпокампа, змінюючи ріст дендритів (Jorgenson et al., 2003; Lozoff and Georgieff, 2006).

У дітей взаємозв’язок між залізом та когнітивним розвитком був добре досліджений. Крім того, ці розслідування неодноразово переглядались протягом останнього десятиліття. Grantham-McGregor and Ani (2001) розглянули низку лонгітюдних досліджень і повідомили, що анемічні немовлята мали гірші когнітивні та шкільні показники в довгостроковій перспективі, і що короткочасні випробування лікування заліза у анемічних дітей не показали переваг у когнітивному розвитку. Кокрановський огляд, заснований на семи рандомізованих контрольованих дослідженнях, прийшов до подібного висновку, тобто, що короткочасне лікування заліза при анемії у дітей до 3 років не покращувало когнітивний розвиток (Logan et al., 2001). Сачдев та ін. (2005) включили до свого мета-аналізу 17 рандомізованих контрольованих досліджень, і не знайшли переконливих доказів зв'язку між добавками заліза та лікуванням анемічного та когнітивного розвитку. Однак лікування дітей старшого віку з дефіцитом заліза значно підвищило рівень IQ. Більш недавній огляд та мета-аналіз на дітей (віком від 6 років), підлітків та дорослих виявив, що лікування залізом підвищувало коефіцієнт інтелекту у анемічних осіб, але добавки заліза не покращували рівень інтелекту у дітей, що не хворіли на анемію (Falkingham et al., 2010 ).

Підводячи підсумок, бракує епідеміологічних доказів або даних з добре розроблених інтервенційних досліджень, що демонструють вплив добавок заліза матері на когнітивний розвиток здорових дітей. Є дані, що дітям, які страждають на анемію, корисно лікування залізом. Однак когнітивні тести ефективності, включаючи шкали Бейлі для розвитку немовлят та Денверський скринінговий тест, можуть виявитися недостатньо чутливими для виявлення незначних змін у короткочасних добавках або лікуванні у маленьких дітей (Armstrong, 2002). Крім того, якщо дефіцит заліза трапляється в дуже ранньому віці, шкода може бути незворотною, і, можливо, буде неможливо повернути цю шкоду за допомогою обробки залізом (Beard, 2008).

Йод

Цянь та співавт. (Qian, 2005) провів мета-аналіз досліджень з різних місцевостей Китаю, де в ґрунті сильний дефіцит йоду, і виявив зниження коефіцієнта інтелекту в дітей на 12,3 балів у тих дітей, матері яких мешкали в районах з дефіцитом йоду, порівняно з тими, що жили в йоді достатні місця. Зв'язок між дефіцитом йоду у матері та когнітивним розвитком легкої та середньої тяжкості не є настільки чіткою, як настільки, коли йодна недостатність є важкою (Forrest, 2004; Zimmermann, 2007, 2009, 2011; Melse-Boonstra and Jaiswal, 2010). При дефіциті йоду легкого та середнього ступеня тиреотропний гормон (ТТГ) матері та рівень гормону Т3 щитовидної залози не впливають, так що гіпотиреоз клінічно або навіть субклінічно не діагностується. У таких ситуаціях рівень материнського Т4 може бути недостатнім для відповідного неврологічного розвитку плода (Melse-Boonstra and Jaiswal, 2010).