Valnødder, langkædede flerumættede fedtsyrer og teenagers hjerneudvikling (WALNUTs)

Ungdomsalderen, et vigtigt vindue af muligheder og sårbarhed for hjernens udvikling Selvom det er mindre velundersøgt, er ungdomsårene også en kritisk periode for hjernens udvikling. Hjernen gennemgår vigtige organisatoriske ændringer, hvor genfremkomsten af ​​gonadotropin-frigivende hormon udløser en kaskade af hormonafhængige processer. Andre biologiske processer involverer epigenetiske faktorer, som er meget følsomme over for miljøet og kan derfor gøre denne vækstperiode mere sårbar over for ydre fornærmelser (Morrison, 2013). Desuden er den præfrontale cortex, som udfører vigtige funktioner såsom internt styret adfærd (kontrol af følelser), logisk tænkning, arbejdshukommelse og organiseringsevner (eksekutiv funktion), den sidste region i hjernen, der modnes (begyndelsen af ​​tyverne). Den synaptiske plasticitet af den præfrontale cortex accentueres i ungdomsårene, en proces, der involverer tab af grå stoftæthed og en stigning i hvidt stofvolumen, cerebral blodgennemstrømning og synaptisk beskæring. Ungdomstiden er også en tid med forfining af hjerneforbindelser og kompleks adfærd (Selemon, 2013). Det er almindeligt anerkendt, at hjernens synaptiske plasticitet falder med alderen (Morrison, 2013; Selemon, 2013), men dette mønster ser ikke ud til at følge en lineær tendens, og ungdomsårene er en vigtig periode, hvor hjernens udvikling kan forbedres og beskyttet mod miljøfarer med langsigtede konsekvenser (alt fra luftforurening til social stress). Der er behov for større forståelse af de biologiske veje, hvorigennem miljøet påvirker menneskets hjerneudvikling, især i ungdomsårene, hvor den mest komplekse adfærd forfines til voksenlivets sofistikerede.

Langkædede flerumættede fedtsyrer, valnødder og hjernens udvikling Ernæring under graviditet, amning, barndom og ungdom har en fundamental indflydelse på den generelle udvikling. Essentielle fedtsyrer er langkædede flerumættede syrer (LCPUFA'er), som kroppen ikke kan syntetisere af sig selv, og skal opnås gennem kosten (hovedsageligt fra fede fisk, frø og nødder). Tre af disse fedtsyrer spiller en væsentlig rolle i hjernens udvikling: omega-3 (docosahexaensyre (DHA) og eicosapentaensyre (EPA)) og omega-6 (arachidonsyre (AA)) (McCann, 2005). LCPUFA'er udgør cirka 15 til 30 % af hjernens tørvægt (Hallahan, 2005) og er involveret i centralnervesystemets funktion og arkitektur gennem forskellige stadier af livet. Undersøgelser viser, at DHA regulerer neurotransmissionssystemer såsom serotonerge, dopaminerge, noradrenalinerge og acetylcholinerge systemer (Fontani, 2005). Af alle spiselige planter har valnødder det højeste niveau af omega-3 fedtsyren, alfa-linolensyre (ALA). ALA er forløberen for DHA og EPA, de to mest essentielle fedtsyrer for hjernen (Carey, 2013). Valnødder er også rige på fibre, vitaminer, mineraler og andre bioaktive stoffer, såsom phenoliske antioxidanter og phytosteroler (Bao, 2013). Adskillige undersøgelser har bekræftet en stigning i blodets n-3 PUFA-niveauer og forbedringer i lipidprofilen efter en kortvarig intervention af et par valnødder om dagen (Marangoni, 2007; Maranhao, 2011). Mens de fleste menneskelige undersøgelser har vist de kardiovaskulære fordele ved indtagelse af valnød (Poulose, 2014), er der behov for at undersøge de potentielle gavnlige effekter på hjernens udvikling, nogle begyndende forskning på voksne viser positive resultater i kognition, disse resultater er yderligere beskrevet i Baggrunden afsnit (Pribis, 2012; Sánchez-Villegas, 2011). Disse resultater hos voksne giver et proof of concept for de potentielle fordele ved hjerneudvikling ved valnødder, som aldrig er blevet undersøgt blandt unge teenagere.

Dette spørgsmål kunne undersøges ved at bruge et populationsbaseret randomiseret kontrolleret forsøg til at vurdere, om valnøddeindtagelse viser gavnlige effekter på teenage hjernefunktion (ved hjælp af neuropsykologiske vurderinger). Det er etisk og muligt at anbefale og lette indtagelse af valnød (30 g/dag; Marangoni, 2007; Maranhao, 2011) over en lang periode (f.eks. 12 måneder; de Ruyter, 2012). En californisk valnød indeholder ~0,40 g n-3 PUFA'er (USDA National Nutrient Database for Standard Reference, 2012), således at nogle få valnødder (kerne 30 g) om dagen ville opfylde anbefalingerne om at indtage mindst 1 g n-3 PUFA'er om dagen (Food and Nutritional Board, Institute of Medicine of the National Academies, USA, 2014). Unge spanske voksne (16-25 år) spiser i gennemsnit omkring 10 g nødder om dagen (Salas, 2013). Fisk og skaldyr indeholder også høje koncentrationer af n-3 PUFA, men indgreb fra skaldyr er kontraindiceret på grund af deres indhold af methylkviksølv, et vigtigt neurotoksisk miljøforurenende stof (Grandjean, 2014). En begrænsning ved at bruge valnødder er, at indtaget er mindre konsistent end med et dagligt pilletilskud på 1 g DHA, selvom denne specifikke fødevareanbefaling er socialt omkostningseffektiv og ville blive overholdt af en bredere vifte af mennesker i den globale sundhedskontekst.

Neuropsykologisk og adfærdsmæssig vurdering, ved hjælp af gentagne målinger Nylige erfaringer med at inkorporere neuropsykologisk vurdering i vores kohortestudier fra INMA (Environment and Childhood, Guxens, 2012) har resulteret i frugtbare udvekslinger af viden mellem neuropsykologer og epidemiologer. Computeriserede neuropsykologiske test udført i gentagne undersøgelser er det mest følsomme værktøj til at studere højordens hjernefunktion og udvikling i den generelle befolkning (Julvez, 2010). Desuden har disse tests i befolkningsbaserede undersøgelser vist sig at være meget følsomme over for virkningerne af miljømæssige og ernæringsmæssige determinanter (Julvez, 2013). Efterforskerne vil bygge videre på denne erfaring for effektivt at udvælge den passende række af tests til at dække de komplekse neurofunktioner, der hurtigt udvikler sig i ungdomsårene, såsom computertest af arbejdshukommelse, eksekutiv funktion, motorisk hastighed, visuel ræsonnement, selektiv og vedvarende opmærksomhed og hæmmende funktioner (Selemon, 2012). Ydermere vil de neuropsykologiske tests blive suppleret med adfærdsvurderingsskalaer, der har til formål at dække de socio-emotionelle endepunkter, der er så vigtige i den tidlige ungdomsår (Selemon, 2012; Morrison, 2013). Det faktum at evaluere andre adfærdsområder (dvs. social kompetence og ADHD-symptomer) kan berige fortolkningen af ​​resultaterne, og muligvis bidrager det til yderligere at forstå de iboende mekanismer. En begrænsning er risikoen for at miste resultatkonsistens på grund af at vælge meget spredte adfærdsområder uden at tage hensyn til sammenhængen mellem dem. Den bedste mulighed er et omhyggeligt udvalg af neuropsykologiske og adfærdsmæssige værktøjer, der effektivt omfatter flere områder af teenage hjerneudvikling. Kun få forsøg med n-3 PUFA blandt unge over 11 år har brugt computerbaserede neuropsykologiske tests (Janssen, 2014). Et nyligt stort randomiseret kontrolleret forsøg blandt raske unge voksne ved hjælp af computeriserede kognitive test viste, at reaktionstidsforsinkelser og arbejdshukommelse blev forbedret efter 6 måneders DHA-tilskud (Stonehouse, 2013). Et dobbeltblindt, placebokontrolleret forsøg blandt børn med ADHD (7-12 år) fandt ingen behandlingssammenhænge, ​​men i observationsdataene blev der rapporteret en positiv sammenhæng mellem DHA-niveauer og computeriserede testresultater med delt opmærksomhed (Milte, 2012). . Store forsøg, der måler neuropsykologisk funktion ved hjælp af gentagne computeriserede tests inden for de samme emner, er endnu ikke udført blandt raske unge unge, og dette er nødvendigt for bedre at forstå den 'normale' hjerneudvikling.

De specifikke hypoteser er:

1. Indtagelse af valnød i seks måneder vil øge den neuropsykologiske udvikling blandt teenagere fra den almindelige befolkning. Efterforskerne forventer at finde forskelle mellem de to grupper (kontrol/valnød) efter interventionen.
2. Indtagelse af valnødder i seks måneder vil øge adfærdsmæssig (socio-emotionel) udvikling blandt teenagere fra den almindelige befolkning. Efterforskerne forventer at finde forskelle mellem de to grupper efter interventionen.
3. Indtagelse af valnød i seks måneder vil øge tilgængeligheden af ​​n-3 PUFA i kroppen, som vil blive målt i en blodprøve på mindst 200 teenagere. Efterforskerne forventer at finde forskelle mellem de to grupper (100/100) efter interventionen.
4. n-3 PUFA-niveauer i blodet vil være forbundet med hjernens udvikling.

Globalt mål Det globale mål for dette befolkningsbaserede randomiserede kontrollerede forsøg er at undersøge, om indtagelsen af ​​30 g valnøddekerner (eller ~1,5 g n-3 PUFA) om dagen er gavnlig for hjernens udvikling blandt teenagere. Kombinationen af ​​sofistikerede værktøjer til vurdering af hjernefunktioner, såsom computeriserede neuropsykologiske tests, vil give de præcise data, der kræves for at opdage selv subtile ændringer i hjernens udvikling som følge af virkningerne af den ernæringsmæssige intervention. Yderligere vurderinger ved hjælp af adfærdsvurderingsskalaer vil give os et bredere blik på de potentielle effekter af interventionen.

Specifikke mål

1. Bestem effektiviteten af ​​langsigtet intervention (30 g valnøddekerner om dagen i 6 måneder) til at forbedre den neuropsykologiske udvikling. Dette projekt vil give en ny forståelse af, hvilken rolle valnødindtag (som et surrogat af n-3 PUFA-indtag) spiller i hjernens udvikling hos teenagere. Dette har en vigtig indvirkning på globale sundhedsinterventioner på grund af overkommeligheden af ​​sådanne interventioner i forskellige samfundsgrupper. Et hovedmål i folkesundhedsforskningen er at udvikle effektive, omkostningseffektive og gennemførlige sundhedsanbefalinger.
2. Bestem effektiviteten af ​​langsigtet intervention (30 g valnøddekerner om dagen i 6 måneder) til at forbedre adfærdsudviklingen. I kombination med neuropsykologisk (eller kognitiv) udvikling er teenage adfærdsmæssige (socio-emotionelle) udvikling afgørende for en bredere vurdering af hjernens udvikling.
3. Undersøg effekten af ​​interventionen på n-3 PUFA-niveauer i blod og undersøg sammenhængen mellem n-3 PUFA-niveauer og hjernens udvikling. Vigtigheden her afhænger af forståelsen af ​​den potentielle biologiske vej mellem interventionen og hjernens udvikling.

Sekundære mål At vurdere sammenhængen mellem kost målt ved FFQ og teenagers neuropsykologiske funktion.

At vurdere sammenhængen mellem livsstilsvaner vurderet ved et generelt sundhedsspørgeskema og teenagers neuropsykologiske funktion.

At vurdere sammenhængen mellem luftforurening estimeret af LUR-modeller og teenagers neuropsykologiske funktion.

At vurdere sammenhængen mellem forskellige adfærdsområder i ungdomsårene.

At vurdere sammenhængen mellem valnødinterventionen og biomarkører relateret til veje for oxidativ stress og inflammatorisk system og hjernefunktion. Disse biomarkører er relateret til kandidat cirkulerende miRNA'er fra hjernen og et panel af metabolitter fra 5 forskellige klasser (acylcarnitiner, aminosyrer, hexoser, phospho- og sphingolipider og biogene aminer).

METODOLOGI WALNUTB videnskabelig tilgang består af et ambitiøst randomiseret kontrolleret forsøg i en stor populationsbaseret stikprøve. Prøve: Forsøget vil omfatte 400 raske teenagere i hver arm (12-15 år) fra Barcelona by (1.900.000 indbyggere), deltagerne vil blive tilfældigt fordelt i to grupper (intervention & kontrol) og fulgt op i 6 måneder (de Ruyter , 2012) med to identiske serier (før og efter interventionen) af multimodale vurderinger af hjernefunktion og biomarkører for n-3 PUFA. Styrkeberegning for neuropsykologiske resultater: Tildeling af 400 deltagere hver til interventions- og kontrolgrupperne, og seks primære resultater blev overvejet, med en korrelation mellem dem på 0,25. Resultaterne blev anset for at have gennemsnitlig 100 og standardafvigelse 15, som mange neuropsykologiske scores i den generelle befolkning. Interventionseffekten, der skulle påvises, var 3 point. Vi overvejede en type I-fejl på 0,05 og korrigerede beregninger for multiplicitet ved hjælp af Benjamini-Hochberg-metoden. Der blev antaget 10 % tab af opfølgning. Derudover antog vi, at de endelige modeller havde en R2 på 20 %. Med alle disse overvejelser ville den resulterende undersøgelse have 95 % magt til at detektere sammenhængen med mindst ét ​​udfald, 90 % til at detektere mindst to, 80 % til at opdage mindst 3, 70 % til at opdage mindst 4, 55 % til detektere mindst 5 og 31 % for at opdage sammenhængen med alle seks udfald.

WP 1: Valnødinterventionen: Design og rammer: Dette forsøg kan ikke blændes på grund af interventionens art. Kontrolgruppen vil ikke modtage intervention, bortset fra generelle sunde kostanbefalinger (som i interventionsgruppen) og opfølgende vurderinger. Rekruttering: Sygeplejersker vil rekruttere teenagere (n=400 i hver arm) i samarbejde med 20 gymnasier fra Barcelona. Implementering og overholdelse: Efterforskerne vil udføre alders- og kønsstratificeret tilfældig stikprøve for at tildele emner til en af ​​de to grupper. Alle familier vil modtage en grundlæggende vejledning i at følge en sund kost for at sikre implementering og overholdelse. Familier i interventionsgruppen vil modtage yderligere instruktioner om, hvordan man tilskynder den unge til at spise 30 g valnødder om dagen i løbet af 6 måneder, som efterforskerne vil levere gratis. Sygeplejerskerne vil kontakte familierne hver 3. måned for en kort kontrolsamtale og for at administrere et madfrekvensspørgeskema (FFQ).

WP 2: Feltarbejde og neuropsykologisk vurdering: Efterforskerne vil validere og standardisere computeriserede test for at reducere inter-observatørvariabilitet under vurdering og sikre, at data registreres automatisk uden fejl. Desuden vil selvrapporterede og internationalt validerede psykometriske skalaer blive brugt til yderligere at vurdere unges socio-emotionelle adfærd. I dette projekt vil efterforskerne udnytte interaktionen mellem neuropsykologer og epidemiologer til at teste en række neuropsykologiske funktioner, der dækker de forskellige komplekse adfærd, der er under udvikling i ungdomsårene.

WP 3: Undersøg interventionseffekterne og rollen af ​​omega-3 flerumættede fedtsyrer: For at undersøge virkningerne af interventionen er valide mål for resultaterne nødvendige (WP2), ligesom valide mål for de mellemliggende faktorer, i denne tilfælde plasma n-3 PUFA niveauer. Blodprøver vil blive opsamlet ved baseline og efter interventionen, centrifugeret og plasmaprøver opbevaret ved -80°C indtil analyse. Statistisk analyse: Følgende statistiske analyser vil blive udført: 1) Vurder effekten af ​​interventionen på forholdet mellem n-6 PUFA og n-3 PUFA (n6-n3 ratio) ved brug af lineære regressionsmodeller justeret for baseline niveauer. 2) Vurder effekten af ​​interventionen på hjernens udvikling ved hjælp af metoden beskrevet i 1) ovenfor; 3) Vurder effekten af ​​n6-n3 ratio på hjernens udvikling ved baseline, og af n6-n3 ratio ændring på hjernens udviklingsændring fra baseline til follow-up. 4) Vurder andelen af ​​effekten af ​​interventionen på hjernens udvikling, der er medieret af n6-n3 ratio ændring. Denne andel kan beregnes ved at sammenligne resultater fra modeller med og uden mediator. Analyse 1), 2) og 3) (dvs. dem, der involverer interventionen) vil være baseret på intention-to-treat, dvs. brug af intervention (nej/ja) uanset overholdelse, for at estimere virkningerne af politikken (dvs. at tilskynde til at spise 30 g valnødder om dagen), snarere end effekten af ​​valnøddeforbrug.

Tidsramme: Efterforskerne forventer at udføre rekrutteringen og designe interventionen og udføre en pilot i løbet af de første 12 måneder (igangværende siden januar 2015), og at implementere interventionen og udføre opfølgning i løbet af 12-24 måneder. Baseline og endelige vurderinger vil blive afsluttet efter 24 måneder (hvis efterforskerne inkluderer 2015), den samlede varighed af feltarbejde er to år, og et tredje år vil være nødvendigt for at udføre dataanalyser.