Noci, acidi grassi polinsaturi a catena lunga e sviluppo cerebrale adolescenziale (WALNUTs)

L'adolescenza, un'importante finestra di opportunità e vulnerabilità per lo sviluppo del cervello Anche se meno ben studiata, l'adolescenza è anche un periodo critico per lo sviluppo del cervello. Il cervello subisce importanti cambiamenti organizzativi, con la ricomparsa dell'ormone di rilascio delle gonadotropine che innesca una cascata di processi dipendenti dall'ormone. Altri processi biologici coinvolgono fattori epigenetici, che sono altamente sensibili all'ambiente e possono quindi rendere questo periodo di crescita più vulnerabile agli insulti esterni (Morrison, 2013). Inoltre, la corteccia prefrontale, che svolge importanti funzioni come i comportamenti guidati internamente (controllo delle emozioni), il pensiero logico, la memoria di lavoro e le capacità organizzative (funzione esecutiva), è l'ultima regione del cervello a maturare (primi anni venti). La plasticità sinaptica della corteccia prefrontale è accentuata durante l'adolescenza, un processo che comporta la perdita di densità della materia grigia e un aumento del volume della materia bianca, del flusso sanguigno cerebrale e della potatura sinaptica. L'adolescenza è anche un momento di raffinamento della connettività cerebrale e di comportamenti complessi (Selemon, 2013). È ampiamente riconosciuto che la plasticità sinaptica del cervello diminuisce con l'età (Morrison, 2013; Selemon, 2013), ma questo modello non sembra seguire una tendenza lineare e l'adolescenza è un periodo importante durante il quale lo sviluppo del cervello può essere migliorato e protetto dai pericoli ambientali con conseguenze a lungo termine (dall'inquinamento atmosferico allo stress sociale). C'è bisogno di una maggiore comprensione dei percorsi biologici attraverso i quali l'ambiente influisce sullo sviluppo del cervello umano, in particolare durante l'adolescenza, quando i comportamenti più complessi vengono perfezionati fino alla raffinatezza dell'età adulta.

Acidi grassi polinsaturi a catena lunga, noci e sviluppo cerebrale L'alimentazione durante la gravidanza, l'allattamento, l'infanzia e l'adolescenza ha un'influenza fondamentale sullo sviluppo generale. Gli acidi grassi essenziali sono acidi polinsaturi a catena lunga (LCPUFA) che il corpo non può sintetizzare da solo e devono essere ottenuti attraverso la dieta (principalmente da pesce grasso, semi e noci). Tre di questi acidi grassi svolgono un ruolo essenziale nello sviluppo del cervello: omega-3 (acidi docosaesaenoico (DHA) ed eicosapentaenoico (EPA)) e omega-6 (acido arachidonico (AA)) (McCann, 2005). Gli LCPUFA costituiscono circa il 15-30% del peso a secco del cervello (Hallahan, 2005) e sono coinvolti nella funzione e nell'architettura del sistema nervoso centrale durante le varie fasi della vita. Gli studi dimostrano che il DHA regola i sistemi di neurotrasmissione come i sistemi serotoninergico, dopaminergico, norepinefrinargico e acetilcolinergico (Fontani, 2005). Di tutte le piante commestibili, le noci hanno il più alto livello di acido grasso omega-3, l'acido alfa-linolenico (ALA). L'ALA è il precursore di DHA ed EPA, i due acidi grassi più essenziali per il cervello (Carey, 2013). Le noci sono anche ricche di fibre, vitamine, minerali e altre sostanze bioattive, come antiossidanti fenolici e fitosteroli (Bao, 2013). Diversi studi hanno confermato un aumento dei livelli ematici di n-3 PUFA e miglioramenti del profilo lipidico dopo un intervento a breve termine di poche noci al giorno (Marangoni, 2007; Maranhao, 2011). Mentre la maggior parte degli studi sull'uomo ha dimostrato i benefici cardiovascolari dell'assunzione di noci (Poulose, 2014), è necessario indagare i potenziali effetti benefici sullo sviluppo del cervello, alcune ricerche incipienti sugli adulti mostrano risultati positivi nella cognizione, questi risultati sono ulteriormente descritti in Contesto sezione (Pribis, 2012; Sánchez-Villegas, 2011). Questi risultati negli adulti forniscono una prova del concetto dei potenziali benefici per lo sviluppo del cervello delle noci, che non è mai stata studiata tra i giovani adolescenti.

Questa domanda potrebbe essere indagata utilizzando uno studio controllato randomizzato basato sulla popolazione per valutare se l'assunzione di noci mostra effetti benefici sulla funzione cerebrale degli adolescenti (utilizzando valutazioni neuropsicologiche). È etico e fattibile raccomandare e facilitare l'assunzione di noci (30 g/giorno; Marangoni, 2007; Maranhao, 2011) per un lungo periodo di tempo (ad es. 12 mesi; de Ruyter, 2012). Una noce californiana contiene ~0,40 g di n-3 PUFA (USDA National Nutrient Database for Standard Reference, 2012), in modo tale che poche noci (30 g di kernel) al giorno soddisferebbero le raccomandazioni di consumare almeno 1 g di n-3 PUFA al giorno (Food and Nutritional Board, Institute of Medicine delle National Academies, USA, 2014). I giovani adulti spagnoli (16-25 anni) mangiano in media circa 10 g di noci al giorno (Salas, 2013). I frutti di mare contengono anche elevate concentrazioni di n-3 PUFA, ma gli interventi sui frutti di mare sono controindicati a causa del loro contenuto di metilmercurio, un importante inquinante ambientale neurotossico (Grandjean, 2014). Una limitazione dell'uso delle noci è che l'assunzione è meno consistente rispetto a un supplemento giornaliero di 1 g di DHA, sebbene questa specifica raccomandazione alimentare sia socialmente conveniente e sarebbe rispettata da una gamma più ampia di persone nel contesto della salute globale.

Valutazione neuropsicologica e comportamentale, utilizzando misurazioni ripetute La recente esperienza nell'incorporare la valutazione neuropsicologica nei nostri studi di coorte dell'INMA (Environment and Childhood, Guxens, 2012) ha portato a proficui scambi di conoscenze tra neuropsicologi ed epidemiologi. I test neuropsicologici computerizzati eseguiti in esami ripetuti sono lo strumento più sensibile per studiare la funzione cerebrale di alto livello e lo sviluppo nella popolazione generale (Julvez, 2010). Inoltre, questi test hanno dimostrato in studi basati sulla popolazione di essere molto sensibili agli effetti dei determinanti ambientali e nutrizionali (Julvez, 2013). Gli investigatori si baseranno su questa esperienza per selezionare in modo efficiente la gamma appropriata di test per coprire le complesse neurofunzioni che si sviluppano rapidamente durante l'adolescenza, come test al computer di memoria di lavoro, funzione esecutiva, velocità motoria, ragionamento visivo, attenzione selettiva e sostenuta e funzioni inibitorie (Selemone, 2012). Inoltre, i test neuropsicologici saranno integrati da scale di valutazione comportamentale volte a coprire gli endpoint socio-emotivi che sono così importanti durante la prima adolescenza (Selemon, 2012; Morrison, 2013). Il fatto di valutare altre aree comportamentali (ad esempio, la competenza sociale e i sintomi dell'ADHD) può arricchire l'interpretazione dei risultati e, forse, contribuisce a comprendere ulteriormente i meccanismi intrinseci. Una limitazione è il rischio di perdere la coerenza dei risultati a causa della selezione di aree comportamentali molto disperse senza tener conto del legame tra di esse. L'opzione migliore è un'attenta selezione di strumenti neuropsicologici e comportamentali che abbracciano in modo efficiente diverse aree dello sviluppo del cervello adolescenziale. Solo pochi studi sui PUFA n-3 tra adolescenti di età superiore agli 11 anni hanno utilizzato test neuropsicologici basati su computer (Janssen, 2014). Un recente ampio studio controllato randomizzato condotto su giovani adulti sani utilizzando test cognitivi computerizzati ha rilevato che le latenze dei tempi di reazione e la memoria di lavoro sono migliorate dopo 6 mesi di integrazione con DHA (Stonehouse, 2013). Uno studio in doppio cieco, controllato con placebo, condotto su bambini con ADHD (7-12 anni) non ha trovato associazioni di trattamento, ma nei dati osservazionali è stata riportata un'associazione positiva tra i livelli di DHA e i punteggi dei test computerizzati di attenzione divisa (Milte, 2012). . Non sono ancora stati condotti grandi studi che misurino il funzionamento neuropsicologico utilizzando ripetuti test computerizzati all'interno degli stessi soggetti tra giovani adolescenti sani, e questo è necessario per comprendere meglio lo sviluppo cerebrale "normale".

Le ipotesi concrete sono:

1. L'intervento di assunzione di noci per sei mesi migliorerà lo sviluppo neuropsicologico tra gli adolescenti della popolazione generale. Gli investigatori si aspettano di trovare differenze tra i due gruppi (controllo/noce) dopo l'intervento.
2. L'intervento sull'assunzione di noci per sei mesi migliorerà lo sviluppo comportamentale (socio-emotivo) tra gli adolescenti della popolazione generale. Gli investigatori si aspettano di trovare differenze tra i due gruppi dopo l'intervento.
3. L'intervento di assunzione di noci per sei mesi aumenterà la disponibilità di n-3 PUFA nel corpo che sarà misurata in un sottocampione di sangue di almeno 200 adolescenti. Gli investigatori si aspettano di trovare differenze tra i due gruppi (100/100) dopo l'intervento.
4. I livelli di n-3 PUFA nel sangue saranno associati allo sviluppo del cervello.

Obiettivo globale L'obiettivo globale di questo studio controllato randomizzato basato sulla popolazione è indagare se l'assunzione di 30 g di gherigli di noce (o ~1,5 g di n-3 PUFA) al giorno è benefica per lo sviluppo cerebrale tra gli adolescenti. La combinazione di strumenti sofisticati per la valutazione delle funzioni cerebrali, come i test neuropsicologici computerizzati, fornirà i dati precisi necessari per rilevare anche i minimi cambiamenti nello sviluppo cerebrale derivanti dagli effetti dell'intervento nutrizionale. Ulteriori valutazioni utilizzando scale di valutazione comportamentali ci daranno uno sguardo più ampio sui potenziali effetti dell'intervento.

Obiettivi specifici

1. Determinare l'efficacia dell'intervento a lungo termine (30 g di gherigli di noce al giorno per 6 mesi) nel migliorare lo sviluppo neuropsicologico. Questo progetto fornirà una nuova comprensione del ruolo dell'assunzione di noci (come surrogato dell'assunzione di n-3 PUFA) nello sviluppo cerebrale degli adolescenti. Ciò ha un impatto importante per gli interventi sanitari globali a causa della convenienza di tali interventi in diversi gruppi sociali. Un obiettivo importante nella ricerca sulla salute pubblica è quello di sviluppare raccomandazioni sanitarie efficaci, convenienti e fattibili.
2. Determinare l'efficacia dell'intervento a lungo termine (30 g di gherigli di noce al giorno per 6 mesi) nel migliorare lo sviluppo comportamentale. In combinazione con lo sviluppo neuropsicologico (o cognitivo), lo sviluppo comportamentale adolescenziale (socio-emotivo) è essenziale per una più ampia valutazione dello sviluppo cerebrale.
3. Indagare l'effetto dell'intervento sui livelli di n-3 PUFA nel sangue e studiare l'associazione tra i livelli di n-3 PUFA e lo sviluppo cerebrale. L'importanza qui si basa sulla comprensione del potenziale percorso biologico tra l'intervento e lo sviluppo del cervello.

Obiettivi secondari Valutare l'associazione tra dieta misurata da FFQ e funzione neuropsicologica adolescenziale.

Per valutare l'associazione delle abitudini di vita valutate dal questionario sulla salute generale e dalla funzione neuropsicologica dell'adolescente.

Valutare l'associazione tra inquinamento dell'aria ambiente stimato dai modelli LUR e funzione neuropsicologica adolescenziale.

Per valutare l'associazione tra diverse aree comportamentali durante l'adolescenza.

Per valutare l'associazione tra l'intervento della noce e i biomarcatori relativi ai percorsi dello stress ossidativo e del sistema infiammatorio e della funzione cerebrale. Questi biomarcatori sono correlati ai miRNA circolanti candidati dal cervello e a un pannello di metaboliti di 5 classi diverse (acilcarnitine, amminoacidi, esosi, fosfo- e sfingolipidi e ammine biogeniche).

METODOLOGIA L'approccio scientifico di WALNUTB consiste in un ambizioso studio controllato randomizzato su un ampio campione di popolazione. Campione: lo studio includerà 400 adolescenti sani in ciascun braccio (12-15 anni) della città di Barcellona (1.900.000 abitanti), i partecipanti saranno assegnati in modo casuale a due gruppi (intervento e controllo) e seguiti per 6 mesi (de Ruyter , 2012) con due serie identiche (prima e dopo l'intervento) di valutazioni multimodali della funzione cerebrale e biomarcatori di n-3 PUFA. Calcolo della potenza per gli esiti neuropsicologici: sono stati assegnati 400 partecipanti ciascuno ai gruppi di intervento e di controllo e sono stati considerati sei esiti primari, con una correlazione tra loro di 0,25. I risultati sono stati considerati avere media 100 e deviazione standard 15, altrettanti punteggi neuropsicologici nella popolazione generale. L'effetto dell'intervento da rilevare era di 3 punti. Abbiamo considerato un errore di tipo I di 0,05 e corretto i calcoli per la molteplicità utilizzando il metodo Benjamini-Hochberg. È stata ipotizzata una perdita del 10% del follow-up. Inoltre, abbiamo ipotizzato che i modelli finali avessero un R2 del 20%. Con tutte queste considerazioni, lo studio risultante avrebbe il 95% di potere per rilevare l'associazione con almeno un risultato, il 90% per rilevare almeno due, l'80% per rilevare almeno 3, il 70% per rilevare almeno 4, il 55% per rilevare rilevare almeno il 5 e il 31% per rilevare l'associazione con tutti e sei i risultati.

WP 1: L'intervento sulla noce: progettazione e ambientazione: questo processo non può essere cieco a causa della natura dell'intervento. Il gruppo di controllo non riceverà alcun intervento, a parte le raccomandazioni generali per un'alimentazione sana (come nel gruppo di intervento) e le valutazioni di follow-up. Reclutamento: gli infermieri recluteranno adolescenti (n=400 per braccio) in collaborazione con 20 scuole superiori di Barcellona. Attuazione e aderenza: gli investigatori eseguiranno un campionamento casuale stratificato per età e genere per assegnare i soggetti a uno dei due gruppi. Tutte le famiglie riceveranno una guida di base su come seguire una dieta sana al fine di garantire l'attuazione e l'aderenza. Le famiglie nel gruppo di intervento riceveranno ulteriori istruzioni su come incoraggiare l'adolescente a mangiare 30 g di noci al giorno per 6 mesi, che gli investigatori forniranno gratuitamente. Gli infermieri contatteranno le famiglie ogni 3 mesi per un breve colloquio di controllo e per la somministrazione di un questionario sulla frequenza alimentare (FFQ).

WP 2: Lavoro sul campo e valutazione neuropsicologica: i ricercatori convalideranno e standardizzeranno i test computerizzati per ridurre la variabilità inter-osservatore durante la valutazione e garantire che i dati vengano registrati automaticamente senza errori. Inoltre, scale psicometriche auto-riportate e validate a livello internazionale saranno utilizzate per valutare ulteriormente il comportamento socio-emotivo degli adolescenti. In questo progetto, i ricercatori sfrutteranno l'interazione tra neuropsicologi ed epidemiologi per testare una gamma di funzioni neuropsicologiche che coprono i vari comportamenti complessi che sono in fase di sviluppo durante l'adolescenza.

WP 3: Studio degli effetti dell'intervento e del ruolo degli acidi grassi polinsaturi omega-3: per studiare gli effetti dell'intervento, sono necessarie misure valide degli esiti (WP2), così come misure valide dei fattori intermedi, in questo caso i livelli plasmatici di n-3 PUFA. I campioni di sangue saranno raccolti al basale e dopo l'intervento, centrifugati e campioni di plasma conservati a -80°C fino all'analisi. Analisi statistica: Verranno effettuate le seguenti analisi statistiche: 1) Valutare l'effetto dell'intervento sul rapporto tra n-6 PUFA e n-3 PUFA (rapporto n6-n3) utilizzando modelli di regressione lineare corretti per i livelli basali. 2) Valutare l'effetto dell'intervento sullo sviluppo cerebrale, utilizzando il metodo descritto al punto 1); 3) Valutare l'effetto del rapporto n6-n3 sullo sviluppo cerebrale al basale e della variazione del rapporto n6-n3 sul cambiamento dello sviluppo cerebrale dal basale al follow-up. 4) Valutare la proporzione dell'effetto dell'intervento sullo sviluppo cerebrale mediato dal cambiamento del rapporto n6-n3. Questa proporzione può essere calcolata confrontando i risultati dei modelli con e senza il mediatore. Analisi 1), 2) e 3) (es. quelli che prevedono l'intervento) si baseranno sull'intenzione di trattare, cioè utilizzando l'intervento (no/sì) indipendentemente dalla compliance, al fine di stimare gli effetti della politica (cioè incoraggiare il consumo di 30 g di noci al giorno), piuttosto rispetto all'effetto del consumo di noci.

Lasso di tempo: gli investigatori prevedono di effettuare il reclutamento e progettare l'intervento ed eseguire un progetto pilota durante i primi 12 mesi (in corso da gennaio 2015), e di implementare l'intervento ed eseguire il follow-up durante 12-24 mesi. La baseline e le valutazioni finali saranno completate dopo 24 mesi (se i ricercatori includono il 2015), la durata totale del lavoro sul campo è di due anni e sarà necessario un terzo anno per eseguire le analisi dei dati.