Valnøtter, langkjedede flerumettede fettsyrer og ungdomshjerneutvikling (WALNUTs)

Ungdom, et viktig mulighetsvindu og sårbarhet for hjerneutvikling Selv om det er mindre godt studert, er ungdomsårene også en kritisk periode for hjernens utvikling. Hjernen gjennomgår viktige organisatoriske endringer, med gjenoppkomsten av gonadotropinfrigjørende hormon som utløser en kaskade av hormonavhengige prosesser. Andre biologiske prosesser involverer epigenetiske faktorer, som er svært følsomme for miljøet og kan derfor gjøre denne vekstperioden mer sårbar for ytre fornærmelser (Morrison, 2013). Dessuten er den prefrontale cortex, som utfører viktige funksjoner som internt styrt atferd (kontroll av følelser), logisk tenkning, arbeidsminne og organiseringsevner (eksekutiv funksjon), den siste delen av hjernen som modnes (tidlig på tjuetallet). Den synaptiske plastisiteten til den prefrontale cortex fremheves i ungdomsårene, en prosess som involverer tap av gråstofftetthet, og en økning i hvitstoffvolum, cerebral blodstrøm og synaptisk beskjæring. Ungdomstiden er også en tid med foredling av hjerneforbindelser og kompleks atferd (Selemon, 2013). Det er allment anerkjent at hjernens synaptiske plastisitet avtar med alderen (Morrison, 2013; Selemon, 2013), men dette mønsteret ser ikke ut til å følge en lineær trend, og ungdomsårene er en viktig periode der hjernens utvikling kan forbedres og beskyttet mot miljøfarer med langsiktige konsekvenser (alt fra luftforurensning til sosialt stress). Det er behov for større forståelse av de biologiske veiene som miljøet påvirker menneskets hjerneutvikling, spesielt i ungdomsårene, når den mest komplekse atferden foredles til sofistikert voksen alder.

Langkjedede flerumettede fettsyrer, valnøtter og hjerneutvikling Ernæring under graviditet, amming, barndom og ungdomsår har en grunnleggende innflytelse på den generelle utviklingen. Essensielle fettsyrer er langkjedede flerumettede syrer (LCPUFA) som kroppen ikke kan syntetisere av seg selv, og må fås gjennom kosten (hovedsakelig fra fet fisk, frø og nøtter). Tre av disse fettsyrene spiller en viktig rolle i hjernens utvikling: omega-3 (dokosaheksaensyre (DHA) og eikosapentaensyre (EPA)) og omega-6 (arachidonsyre (AA)) (McCann, 2005). LCPUFAer utgjør omtrent 15 til 30 % av hjernens tørrvekt (Hallahan, 2005), og er involvert i funksjonen og arkitekturen til sentralnervesystemet gjennom ulike stadier av livet. Studier viser at DHA regulerer nevrotransmisjonssystemer som serotonerge, dopaminerge, noradrenalinerge og acetylkolinerge systemer (Fontani, 2005). Av alle spiselige planter har valnøtter det høyeste nivået av omega-3-fettsyren, alfa-linolensyre (ALA). ALA er forløperen for DHA og EPA, de to mest essensielle fettsyrene for hjernen (Carey, 2013). Valnøtter er også rike på fiber, vitaminer, mineraler og andre bioaktive stoffer, som fenoliske antioksidanter og fytosteroler (Bao, 2013). Flere studier har bekreftet en økning i n-3 PUFA-nivåer i blodet og forbedringer i lipidprofilen etter en kortvarig intervensjon med noen få valnøtter per dag (Marangoni, 2007; Maranhao, 2011). Mens de fleste menneskelige studier har vist de kardiovaskulære fordelene ved inntak av valnøtt (Poulose, 2014), er det behov for å undersøke de potensielle fordelaktige effektene på hjernens utvikling, noe begynnende forskning på voksne viser positive resultater i kognisjon, disse resultatene er ytterligere beskrevet i Bakgrunn seksjon (Pribis, 2012; Sánchez-Villegas, 2011). Disse funnene hos voksne gir et bevis på konseptet for de potensielle fordelene for hjerneutvikling av valnøtter, som aldri har blitt studert blant unge tenåringer.

Dette spørsmålet kan undersøkes ved å bruke en populasjonsbasert randomisert kontrollert studie for å vurdere om inntak av valnøtt viser gunstige effekter på tenårings hjernefunksjon (ved hjelp av nevropsykologiske vurderinger). Det er etisk og mulig å anbefale og legge til rette for valnøttinntak (30 g/dag; Marangoni, 2007; Maranhao, 2011) over en lang periode (f.eks. 12 måneder; de Ruyter, 2012). En kalifornisk valnøtt inneholder ~0,40 g n-3 PUFA (USDA National Nutrient Database for Standard Reference, 2012), slik at noen få valnøtter (kjerner 30 g) per dag vil oppfylle anbefalingene om å konsumere minst 1 g n-3 PUFAs per dag (Food and Nutritional Board, Institute of Medicine of the National Academies, USA, 2014). Unge spanske voksne (16-25 år) spiser i gjennomsnitt omtrent 10 g nøtter per dag (Salas, 2013). Sjømat inneholder også høye konsentrasjoner av n-3 PUFA, men sjømatinngrep er kontraindisert på grunn av innholdet av metylkvikksølv, en viktig nevrotoksisk miljøforurensning (Grandjean, 2014). En begrensning ved bruk av valnøtter er at inntaket er mindre konsistent enn med et daglig pilletilskudd på 1 g DHA, selv om denne spesifikke matanbefalingen er sosialt kostnadseffektiv og vil bli fulgt av et bredere spekter av mennesker i den globale helsekonteksten.

Nevropsykologisk og atferdsmessig vurdering, ved bruk av gjentatte målinger Nyere erfaring med å inkludere nevropsykologisk vurdering i kohortstudiene våre fra INMA (Environment and Childhood, Guxens, 2012) har resultert i fruktbar utveksling av kunnskap mellom nevropsykologer og epidemiologer. Datastyrte nevropsykologiske tester utført ved gjentatte undersøkelser er det mest sensitive verktøyet for å studere høyordens hjernefunksjon og utvikling i den generelle befolkningen (Julvez, 2010). Dessuten har disse testene vist seg i populasjonsbaserte studier å være svært følsomme for effektene av miljø- og ernæringsdeterminanter (Julvez, 2013). Etterforskerne vil bygge på denne erfaringen for å effektivt velge riktig utvalg av tester for å dekke de komplekse nevrofunksjonene som raskt utvikler seg i ungdomsårene, slik som datatester av arbeidsminne, eksekutiv funksjon, motorisk hastighet, visuell resonnement, selektiv og vedvarende oppmerksomhet og hemmende funksjoner (Selemon, 2012). Videre vil de nevropsykologiske testene bli supplert med atferdsvurderingsskalaer som tar sikte på å dekke de sosio-emosjonelle endepunktene som er så viktige i tidlig ungdomsår (Selemon, 2012; Morrison, 2013). Det faktum å evaluere andre atferdsområder (dvs. sosial kompetanse og ADHD-symptomer) kan berike tolkningen av funnene, og muligens bidrar det til å forstå de iboende mekanismene ytterligere. En begrensning er risikoen for å miste resultatkonsistens på grunn av å velge mye spredte atferdsområder uten å ta hensyn til sammenhengen mellom dem. Det beste alternativet er et nøye utvalg av nevropsykologiske og atferdsmessige verktøy som effektivt omfavner flere områder av tenårings hjerneutvikling. Kun noen få forsøk med n-3 PUFA blant ungdom over 11 år har brukt datamaskinbaserte nevropsykologiske tester (Janssen, 2014). En nylig stor randomisert kontrollert studie blant friske unge voksne ved bruk av datastyrte kognitive tester fant at reaksjonstidsforsinkelser og arbeidsminne ble forbedret etter 6 måneder med DHA-tilskudd (Stonehouse, 2013). En dobbeltblind, placebokontrollert studie blant barn med ADHD (7-12 år) fant ingen behandlingsassosiasjoner, men i observasjonsdata ble det rapportert om en positiv sammenheng mellom DHA-nivåer og datastyrte testresultater med delt oppmerksomhet (Milte, 2012). . Store forsøk som måler nevropsykologisk funksjon ved bruk av gjentatte datastyrte tester innen samme fag har ennå ikke blitt utført blant friske unge ungdommer, og dette er nødvendig for å bedre forstå 'normal' hjerneutvikling.

De spesifikke hypotesene er:

1. Inntak av valnøtt i seks måneder vil forbedre nevropsykologisk utvikling blant tenåringer fra den generelle befolkningen. Etterforskerne forventer å finne forskjeller mellom de to gruppene (kontroll/valnøtt) etter intervensjonen.
2. Valnøttinntaksintervensjon i seks måneder vil forbedre atferdsmessig (sosio-emosjonell) utvikling blant tenåringer fra den generelle befolkningen. Etterforskerne forventer å finne forskjeller mellom de to gruppene etter intervensjonen.
3. Inntak av valnøtt i seks måneder vil øke tilgjengeligheten av n-3 PUFA i kroppen som vil bli målt i en bloddelprøve på minst 200 tenåringer. Etterforskerne forventer å finne forskjeller mellom de to gruppene (100/100) etter intervensjonen.
4. n-3 PUFA-nivåer i blod vil være assosiert med hjernens utvikling.

Globalt mål Det globale målet med denne populasjonsbaserte randomiserte kontrollerte studien er å undersøke om inntak av 30 g valnøttkjerner (eller ~1,5 g n-3 PUFA) per dag er gunstig for hjernens utvikling blant tenåringer. Kombinasjonen av sofistikerte verktøy for å vurdere hjernefunksjoner, for eksempel datastyrte nevropsykologiske tester, vil gi de nøyaktige dataene som kreves for å oppdage selv subtile endringer i hjernens utvikling som følge av effekten av ernæringsintervensjonen. Ytterligere vurderinger ved bruk av atferdsvurderingsskalaer vil gi oss et bredere blikk på de potensielle effektene av intervensjonen.

Spesifikke mål

1. Bestem effektiviteten av langsiktig intervensjon (30 g valnøttkjerner per dag i 6 måneder) for å forbedre nevropsykologisk utvikling. Dette prosjektet vil gi en ny forståelse av rollen til inntak av valnøtt (som et surrogat av inntak av n-3 PUFA) i hjerneutviklingen til tenåringer. Dette har en viktig innvirkning for globale helseintervensjoner på grunn av rimeligheten av slike intervensjoner i ulike samfunnsgrupper. Et hovedmål i folkehelseforskningen er å utvikle effektive, kostnadseffektive og gjennomførbare helseanbefalinger.
2. Bestem effektiviteten av langsiktig intervensjon (30 g valnøttkjerner per dag i 6 måneder) for å forbedre atferdsutviklingen. I kombinasjon med nevropsykologisk (eller kognitiv) utvikling er atferdsutvikling (sosio-emosjonell) tenåringer avgjørende for en bredere vurdering av hjernens utvikling.
3. Undersøk effekten av intervensjonen på n-3 PUFA-nivåer i blod og undersøk sammenhengen mellom n-3 PUFA-nivåer og hjerneutvikling. Viktigheten her er avhengig av å forstå den potensielle biologiske veien mellom intervensjonen og hjernens utvikling.

Sekundære mål Å vurdere sammenhengen mellom kosthold målt ved FFQ og nevropsykologisk funksjon hos ungdom.

Å vurdere sammenhengen mellom livsstilsvaner vurdert ved et generelt helsespørreskjema og nevropsykologisk funksjon hos ungdom.

For å vurdere sammenhengen mellom luftforurensning estimert av LUR-modeller og nevropsykologisk funksjon for ungdom.

Å vurdere sammenhengen mellom ulike atferdsområder i ungdomsårene.

For å vurdere sammenhengen mellom valnøttintervensjonen og biomarkører relatert til veier for oksidativt stress og inflammatorisk system og hjernefunksjon. Disse biomarkørene er relatert til kandidatsirkulerende miRNA fra hjernen og et panel av metabolitter fra 5 forskjellige klasser (acylkarnitiner, aminosyrer, heksoser, fosfo- og sfingolipider og biogene aminer).

METODOLOGI WALNUTB vitenskapelig tilnærming består av en ambisiøs randomisert kontrollert studie i et stort populasjonsbasert utvalg. Eksempel: Forsøket vil inkludere 400 friske tenåringer i hver arm (12-15 år) fra Barcelona by (1 900 000 innbyggere), deltakerne vil bli tilfeldig fordelt i to grupper (intervensjon og kontroll) og fulgt opp i 6 måneder (de Ruyter , 2012) med to identiske serier (før og etter intervensjonen) av multimodale vurderinger av hjernefunksjon, og biomarkører av n-3 PUFA. Kraftberegning for nevropsykologiske utfall: Tildeling av 400 deltakere hver til intervensjons- og kontrollgruppene, og seks primære utfall ble vurdert, med en korrelasjon mellom dem på 0,25. Resultatene ble ansett å ha gjennomsnittlig 100 og standardavvik 15, like mange nevropsykologiske skårer i den generelle befolkningen. Intervensjonseffekten som skulle påvises var 3 poeng. Vi vurderte en type-I feil på 0,05 og korrigerte beregninger for multiplisitet ved hjelp av Benjamini-Hochberg-metoden. Det ble antatt 10 % tap av oppfølging. I tillegg antok vi at de endelige modellene hadde en R2 på 20 %. Med alle disse hensyn, ville den resulterende studien ha 95 % kraft til å oppdage assosiasjonen med minst ett utfall, 90 % til å oppdage minst to, 80 % til å oppdage minst 3, 70 % til å oppdage minst 4, 55 % til oppdage minst 5 og 31 % for å oppdage sammenhengen med alle seks utfallene.

WP 1: Valnøttintervensjonen: Design og setting: Denne prøven kan ikke blendes på grunn av intervensjonens art. Kontrollgruppen vil ikke motta intervensjon, bortsett fra generelle sunne kostholdsanbefalinger (som i intervensjonsgruppen) og oppfølgingsvurderinger. Rekruttering: Sykepleiere skal rekruttere tenåringer (n=400 i hver arm) i samarbeid med 20 videregående skoler fra Barcelona. Implementering og etterlevelse: Etterforskerne vil utføre alders- og kjønnsstratifiserte stikkprøver for å tildele emner til en av de to gruppene. Alle familier vil motta en grunnleggende veiledning om å følge et sunt kosthold for å sikre gjennomføring og etterlevelse. Familier i intervensjonsgruppen vil motta ytterligere instruksjoner om hvordan de kan oppmuntre ungdommen til å spise 30 g valnøtter per dag i løpet av 6 måneder, som etterforskerne vil levere gratis. Sykepleierne vil kontakte familiene hver 3. måned for et kort kontrollintervju og for å administrere et spørreskjema for matfrekvens (FFQ).

WP 2: Feltarbeid og nevropsykologisk vurdering: Etterforskerne vil validere og standardisere datastyrte tester for å redusere inter-observatørvariabilitet under vurdering og sikre at data registreres automatisk uten feil. Videre vil selvrapporterte og internasjonalt validerte psykometriske skalaer bli brukt for å vurdere ungdommens sosio-emosjonelle atferd ytterligere. I dette prosjektet vil etterforskerne utnytte samspillet mellom nevropsykologer og epidemiologer for å teste en rekke nevropsykologiske funksjoner som dekker de ulike komplekse atferdene som er under utvikling i ungdomsårene.

WP 3: Studer intervensjonseffektene og rollen til omega-3 flerumettede fettsyrer: For å undersøke effektene av intervensjonen er det nødvendig med gyldige mål på utfallene (WP2), som er gyldige mål på de mellomliggende faktorene, i denne tilfelle plasma n-3 PUFA-nivåer. Blodprøver vil bli samlet ved baseline og etter intervensjonen, sentrifugert og plasmaprøver lagret ved -80°C frem til analyse. Statistisk analyse: Følgende statistiske analyser vil bli utført: 1) Vurder effekten av intervensjonen på forholdet mellom n-6 PUFA og n-3 PUFA (n6-n3 ratio) ved hjelp av lineære regresjonsmodeller justert for baseline-nivåer. 2) Vurder effekten av intervensjonen på hjernens utvikling, ved å bruke metoden beskrevet i 1) ovenfor; 3) Vurder effekten av n6-n3 ratio på hjernens utvikling ved baseline, og av n6-n3 ratio endring på hjernens utviklingsendring fra baseline til oppfølging. 4) Vurder andelen av effekten av intervensjonen på hjernens utvikling som er mediert av n6-n3 ratio endring. Denne andelen kan beregnes ved å sammenligne resultater fra modeller med og uten mediator. Analyse 1), 2) og 3) (dvs. de som involverer intervensjonen) vil være basert på intensjon om å behandle, dvs. bruke intervensjon (nei/ja) uavhengig av samsvar, for å estimere effektene av policyen (dvs. å oppmuntre til å spise 30 g valnøtter per dag), snarere enn effekten av valnøttforbruk.

Tidsramme: Etterforskerne forventer å utføre rekrutteringen og designe intervensjonen og utføre en pilot i løpet av de første 12 månedene (pågår siden januar 2015), og å implementere intervensjonen og utføre oppfølging i løpet av 12-24 måneder. Baseline- og sluttvurderingene vil bli fullført etter 24 måneder (hvis etterforskerne inkluderer 2015), den totale varigheten av feltarbeidet er to år og et tredje år vil være nødvendig for å utføre dataanalyser.