Orzechy włoskie, długołańcuchowe wielonienasycone kwasy tłuszczowe i rozwój mózgu nastolatków (WALNUTs)

Dojrzewanie, ważne okno możliwości i podatności na rozwój mózgu Chociaż mniej dobrze zbadane, dorastanie jest również krytycznym okresem rozwoju mózgu. Mózg przechodzi ważne zmiany organizacyjne, a ponowne pojawienie się hormonu uwalniającego gonadotropiny uruchamia kaskadę procesów zależnych od hormonów. Inne procesy biologiczne obejmują czynniki epigenetyczne, które są bardzo wrażliwe na środowisko i dlatego mogą sprawić, że ten okres wzrostu będzie bardziej podatny na urazy zewnętrzne (Morrison, 2013). Co więcej, kora przedczołowa, która pełni ważne funkcje, takie jak zachowania kierowane wewnętrznie (kontrola emocji), logiczne myślenie, pamięć robocza i umiejętności organizowania (funkcje wykonawcze), jest ostatnim regionem mózgu, który dojrzewa (na początku lat dwudziestych). Synaptyczna plastyczność kory przedczołowej jest zaakcentowana w okresie dojrzewania, proces, który obejmuje utratę gęstości istoty szarej i wzrost objętości istoty białej, przepływ krwi w mózgu i przycinanie synaptyczne. Okres dojrzewania to także czas doskonalenia połączeń mózgowych i złożonych zachowań (Selemon, 2013). Powszechnie uznaje się, że plastyczność synaptyczna mózgu zmniejsza się wraz z wiekiem (Morrison, 2013; Selemon, 2013), ale ten wzorzec nie wydaje się podążać za trendem liniowym, a dorastanie jest ważnym okresem, w którym rozwój mózgu może być wzmocniony i chronione przed zagrożeniami środowiskowymi o długoterminowych konsekwencjach (od zanieczyszczenia powietrza po stres społeczny). Istnieje potrzeba lepszego zrozumienia biologicznych ścieżek, poprzez które środowisko wpływa na rozwój ludzkiego mózgu, szczególnie w okresie dojrzewania, kiedy najbardziej złożone zachowania są udoskonalane do wyrafinowania w wieku dorosłym.

Długołańcuchowe wielonienasycone kwasy tłuszczowe a orzechy włoskie a rozwój mózgu Odżywianie w okresie ciąży, laktacji, dzieciństwa i młodości ma fundamentalny wpływ na ogólny rozwój. Niezbędne nienasycone kwasy tłuszczowe to długołańcuchowe wielonienasycone kwasy (LCPUFA), których organizm nie jest w stanie sam syntetyzować i muszą być dostarczane z pożywieniem (głównie z tłustych ryb, nasion i orzechów). Trzy z tych kwasów tłuszczowych odgrywają zasadniczą rolę w rozwoju mózgu: omega-3 (kwasy dokozaheksaenowy (DHA) i eikozapentaenowy (EPA)) oraz omega-6 (kwas arachidonowy (AA)) (McCann, 2005). LCPUFA stanowią około 15 do 30% suchej masy mózgu (Hallahan, 2005) i są zaangażowane w funkcję i architekturę ośrodkowego układu nerwowego na różnych etapach życia. Badania pokazują, że DHA reguluje układy neuroprzekaźnictwa, takie jak układ serotoninergiczny, dopaminergiczny, noradrenalergiczny i acetylocholinergiczny (Fontani, 2005). Ze wszystkich roślin jadalnych orzechy włoskie mają najwyższy poziom kwasu tłuszczowego omega-3, kwasu alfa-linolenowego (ALA). ALA jest prekursorem DHA i EPA, dwóch najbardziej niezbędnych kwasów tłuszczowych dla mózgu (Carey, 2013). Orzechy włoskie są również bogate w błonnik, witaminy, minerały i inne substancje bioaktywne, takie jak przeciwutleniacze fenolowe i fitosterole (Bao, 2013). Kilka badań potwierdziło wzrost poziomu n-3 PUFA we krwi i poprawę profilu lipidowego po krótkotrwałej interwencji kilku orzechów włoskich dziennie (Marangoni, 2007; Maranhao, 2011). Podczas gdy większość badań na ludziach wykazała korzyści dla układu sercowo-naczyniowego wynikające ze spożywania orzechów włoskich (Poulose, 2014), istnieje potrzeba zbadania potencjalnego korzystnego wpływu na rozwój mózgu. sekcja (Pribis, 2012; Sánchez-Villegas, 2011). Te odkrycia u dorosłych stanowią dowód koncepcji potencjalnych korzyści płynących z orzechów włoskich dla rozwoju mózgu, czego nigdy nie badano wśród młodych nastolatków.

To pytanie można zbadać za pomocą randomizowanego, kontrolowanego badania populacyjnego w celu oceny, czy spożycie orzecha włoskiego wykazuje korzystny wpływ na funkcjonowanie mózgu nastolatka (za pomocą ocen neuropsychologicznych). Zalecanie i ułatwianie spożywania orzechów włoskich (30 g dziennie; Marangoni, 2007; Maranhao, 2011) przez długi okres czasu (np. 12 miesięcy; de Ruyter, 2012) jest etyczne i wykonalne. Orzech kalifornijski zawiera około 0,40 g n-3 PUFA (USDA National Nutrient Database for Standard Reference, 2012), więc kilka orzechów włoskich (jądro 30 g) dziennie spełnia zalecenia dotyczące spożycia co najmniej 1 g n-3 PUFA dziennie (Rada ds. Żywności i Żywienia, Instytut Medycyny Akademii Narodowych, USA, 2014). Młodzi Hiszpanie (16-25 lat) jedzą średnio około 10 g orzechów dziennie (Salas, 2013). Owoce morza zawierają również wysokie stężenia n-3 PUFA, ale interwencje w owoce morza są przeciwwskazane ze względu na zawartość metylortęci, ważnego neurotoksycznego zanieczyszczenia środowiska (Grandjean, 2014). Ograniczeniem stosowania orzechów włoskich jest to, że spożycie jest mniej spójne niż w przypadku codziennego suplementu zawierającego 1 g DHA w pigułce, chociaż to konkretne zalecenie żywieniowe jest społecznie opłacalne i byłoby przestrzegane przez szerszą grupę ludzi w globalnym kontekście zdrowotnym.

Ocena neuropsychologiczna i behawioralna za pomocą powtarzanych pomiarów Niedawne doświadczenia we włączaniu oceny neuropsychologicznej do naszych badań kohortowych z INMA (Environment and Childhood, Guxens, 2012) zaowocowały owocną wymianą wiedzy między neuropsychologami i epidemiologami. Skomputeryzowane testy neuropsychologiczne przeprowadzane w ramach powtarzanych badań są najbardziej czułym narzędziem do badania funkcji i rozwoju mózgu wysokiego rzędu w populacji ogólnej (Julvez, 2010). Ponadto w badaniach populacyjnych wykazano, że testy te są bardzo wrażliwe na wpływ uwarunkowań środowiskowych i żywieniowych (Julvez, 2013). Badacze wykorzystają to doświadczenie, aby skutecznie wybrać odpowiedni zakres testów obejmujących złożone neurofunkcje, które szybko rozwijają się w okresie dojrzewania, takie jak komputerowe testy pamięci roboczej, funkcji wykonawczych, szybkości motorycznej, rozumowania wzrokowego, selektywnej i trwałej uwagi oraz funkcji hamujących (Selemon, 2012). Ponadto testy neuropsychologiczne zostaną uzupełnione behawioralnymi skalami ocen mającymi na celu objęcie społeczno-emocjonalnych punktów końcowych, które są tak ważne w okresie wczesnej adolescencji (Selemon, 2012; Morrison, 2013). Fakt oceny innych obszarów behawioralnych (tj. kompetencji społecznych i objawów ADHD) może wzbogacić interpretację wyników i być może przyczyni się do lepszego zrozumienia wewnętrznych mechanizmów. Jednym z ograniczeń jest ryzyko utraty spójności wyników z powodu wyboru bardzo rozproszonych obszarów behawioralnych bez uwzględnienia powiązań między nimi. Najlepszą opcją jest staranny dobór narzędzi neuropsychologicznych i behawioralnych, które skutecznie obejmują kilka obszarów rozwoju mózgu nastolatków. Tylko w kilku badaniach n-3 PUFA wśród nastolatków w wieku powyżej 11 lat wykorzystano komputerowe testy neuropsychologiczne (Janssen, 2014). Niedawne duże randomizowane badanie kontrolowane przeprowadzone wśród zdrowych młodych dorosłych przy użyciu skomputeryzowanych testów poznawczych wykazało, że opóźnienie reakcji i pamięć robocza uległy poprawie po 6 miesiącach suplementacji DHA (Stonehouse, 2013). Podwójnie ślepe, kontrolowane placebo badanie przeprowadzone wśród dzieci z ADHD (7-12 lat) nie wykazało związku z leczeniem, ale w danych obserwacyjnych odnotowano pozytywny związek między poziomami DHA a wynikami komputerowego testu podzielonej uwagi (Milte, 2012) . Nie przeprowadzono jeszcze dużych badań mierzących funkcjonowanie neuropsychologiczne za pomocą powtarzanych testów komputerowych wśród tych samych osób wśród zdrowych młodych nastolatków, a jest to konieczne, aby lepiej zrozumieć „normalny” rozwój mózgu.

Konkretne hipotezy to:

1. Interwencja w spożyciu orzecha włoskiego przez sześć miesięcy poprawi rozwój neuropsychologiczny wśród nastolatków z populacji ogólnej. Badacze spodziewają się znaleźć różnice między dwiema grupami (kontrolna/orzech włoski) po interwencji.
2. Interwencja w spożyciu orzecha włoskiego przez sześć miesięcy poprawi rozwój behawioralny (społeczno-emocjonalny) wśród nastolatków z populacji ogólnej. Badacze spodziewają się znaleźć różnice między obiema grupami po interwencji.
3. Interwencja w spożyciu orzecha włoskiego przez sześć miesięcy zwiększy dostępność PUFA n-3 w organizmie, co zostanie zmierzone w podpróbce krwi co najmniej 200 nastolatków. Badacze spodziewają się znaleźć różnice między dwiema grupami (100/100) po interwencji.
4. Poziom n-3 PUFA we krwi będzie związany z rozwojem mózgu.

Ogólny cel Ogólnym celem tego populacyjnego, randomizowanego, kontrolowanego badania jest zbadanie, czy spożycie 30 g orzechów włoskich (lub ~1,5 g n-3 PUFA) dziennie jest korzystne dla rozwoju mózgu nastolatków. Połączenie wyrafinowanych narzędzi do oceny funkcji mózgu, takich jak skomputeryzowane testy neuropsychologiczne, dostarczy precyzyjnych danych potrzebnych do wykrycia nawet subtelnych zmian w rozwoju mózgu wynikających z efektów interwencji żywieniowej. Dalsze oceny z wykorzystaniem behawioralnych skal ocen dadzą nam szersze spojrzenie na potencjalne skutki interwencji.

Konkretne cele

1. Określenie skuteczności długoterminowej interwencji (30 g orzechów włoskich dziennie przez 6 miesięcy) we wzmacnianiu rozwoju neuropsychologicznego. Projekt ten zapewni nowe zrozumienie roli spożycia orzecha włoskiego (jako substytutu spożycia n-3 PUFA) w rozwoju mózgu nastolatków. Ma to istotny wpływ na globalne interwencje zdrowotne ze względu na przystępność cenową takich interwencji w różnych grupach społecznych. Głównym celem badań w zakresie zdrowia publicznego jest opracowanie skutecznych, opłacalnych i wykonalnych zaleceń zdrowotnych.
2. Określenie skuteczności długoterminowej interwencji (30 g orzechów włoskich dziennie przez 6 miesięcy) we wzmacnianiu rozwoju behawioralnego. W połączeniu z rozwojem neuropsychologicznym (lub poznawczym), rozwój behawioralny (społeczno-emocjonalny) nastolatków jest niezbędny do szerszej oceny rozwoju mózgu.
3. Zbadaj wpływ interwencji na poziomy n-3 PUFA we krwi i zbadaj związek między poziomami n-3 PUFA a rozwojem mózgu. Znaczenie tutaj polega na zrozumieniu potencjalnej ścieżki biologicznej między interwencją a rozwojem mózgu.

Cele drugorzędne Ocena związku diety mierzonej za pomocą FFQ i funkcji neuropsychologicznych młodzieży.

Ocena związku nawyków związanych ze stylem życia ocenianych za pomocą kwestionariusza ogólnego stanu zdrowia i funkcji neuropsychologicznych młodzieży.

Aby ocenić związek zanieczyszczenia powietrza oszacowanego za pomocą modeli LUR i funkcji neuropsychologicznych nastolatków.

Aby ocenić związek między różnymi obszarami behawioralnymi w okresie dojrzewania.

Ocena związku między interwencją orzecha włoskiego a biomarkerami związanymi ze szlakami stresu oksydacyjnego i układem zapalnym oraz funkcją mózgu. Te biomarkery są związane z potencjalnymi krążącymi miRNA z mózgu i panelem metabolitów z 5 różnych klas (acylokarnityny, aminokwasy, heksozy, fosfo- i sfingolipidy oraz aminy biogenne).

METODOLOGIA Podejście naukowe projektu WALNUTB polega na ambitnej, randomizowanej, kontrolowanej próbie na dużej próbie populacyjnej. Próba: Badanie obejmie 400 zdrowych nastolatków w każdym ramieniu (12-15 lat) z Barcelony (1 900 000 mieszkańców), uczestnicy zostaną losowo przydzieleni do dwóch grup (interwencja i kontrola) i będą obserwowani przez 6 miesięcy (de Ruyter , 2012) z dwiema identycznymi seriami (przed i po interwencji) multimodalnych ocen funkcji mózgu i biomarkerów PUFA n-3. Obliczanie mocy dla wyników neuropsychologicznych: przydzielono po 400 uczestników do grup interwencyjnych i kontrolnych oraz uwzględniono sześć głównych wyników, z korelacją między nimi na poziomie 0,25. Uznano, że wyniki mają średnią 100 i odchylenie standardowe 15, tyle samo wyników neuropsychologicznych w populacji ogólnej. Efekt interwencji do wykrycia wynosił 3 punkty. Uwzględniliśmy błąd typu I wynoszący 0,05 i poprawiliśmy obliczenia dla krotności metodą Benjaminiego-Hochberga. Założono 10% utratę obserwacji. Dodatkowo założyliśmy, że ostateczne modele miały R2 na poziomie 20%. Biorąc pod uwagę wszystkie te rozważania, wynikowe badanie miałoby 95% mocy do wykrycia związku z co najmniej jednym wynikiem, 90% do wykrycia co najmniej dwóch, 80% do wykrycia co najmniej 3, 70% do wykrycia co najmniej 4,55% do wykryć co najmniej 5 i 31%, aby wykryć związek ze wszystkimi sześcioma wynikami.

WP 1: Interwencja orzecha włoskiego: Projekt i oprawa: Ta próba nie może zostać zaślepiona ze względu na charakter interwencji. Grupa kontrolna nie otrzyma żadnej interwencji, poza ogólnymi zaleceniami dotyczącymi zdrowego odżywiania (jak w grupie interwencyjnej) i ocenami kontrolnymi. Rekrutacja: Pielęgniarki będą rekrutować nastolatków (n=400 w każdym ramieniu) we współpracy z 20 szkołami średnimi z Barcelony. Wdrożenie i przestrzeganie: Badacze przeprowadzą losowe pobieranie próbek z podziałem na wiek i płeć, aby przypisać badanych do jednej z dwóch grup. Wszystkie rodziny otrzymają podstawowy przewodnik dotyczący przestrzegania zdrowej diety, aby zapewnić jej wdrożenie i przestrzeganie. Rodziny z grupy interwencyjnej otrzymają dodatkowe instrukcje, jak zachęcić nastolatka do jedzenia 30 g orzechów włoskich dziennie przez 6 miesięcy, które badacze przekażą bezpłatnie. Pielęgniarki będą kontaktować się z rodzinami co 3 miesiące w celu przeprowadzenia krótkiego wywiadu kontrolnego i przeprowadzenia kwestionariusza dotyczącego częstotliwości spożywania posiłków (FFQ).

WP 2: Badania terenowe i ocena neuropsychologiczna: Badacze zweryfikują i ustandaryzują skomputeryzowane testy w celu zmniejszenia zmienności między obserwatorami podczas oceny i zapewnienia, że ​​dane są rejestrowane automatycznie i bez błędów. Ponadto do dalszej oceny zachowań społeczno-emocjonalnych nastolatków zostaną wykorzystane skale psychometryczne zgłaszane przez samych siebie i zatwierdzone na szczeblu międzynarodowym. W ramach tego projektu badacze wykorzystają interakcje między neuropsychologami i epidemiologami, aby przetestować szereg funkcji neuropsychologicznych obejmujących różne złożone zachowania, które rozwijają się w okresie dojrzewania.

WP 3: Zbadanie skutków interwencji i roli wielonienasyconych kwasów tłuszczowych omega-3: W celu zbadania skutków interwencji konieczne są miarodajne miary wyników (WP2), podobnie jak miarodajne miary czynników pośrednich, w tym przypadku poziomy n-3 PUFA w osoczu. Próbki krwi zostaną pobrane na początku badania i po interwencji, odwirowane, a próbki osocza będą przechowywane w temperaturze -80°C do czasu analizy. Analiza statystyczna: Przeprowadzone zostaną następujące analizy statystyczne: 1) Ocena wpływu interwencji na stosunek PUFA n-6 do PUFA n-3 (stosunek n6-n3) przy użyciu modeli regresji liniowej dostosowanych do poziomów wyjściowych. 2) Ocenić wpływ interwencji na rozwój mózgu, stosując metodę opisaną w punkcie 1) powyżej; 3) Ocenić wpływ stosunku n6-n3 na rozwój mózgu na początku badania oraz zmiany stosunku n6-n3 na zmianę rozwoju mózgu od punktu początkowego do okresu kontrolnego. 4) Oceń proporcję wpływu interwencji na rozwój mózgu, w którym pośredniczy zmiana stosunku n6-n3. Proporcję tę można obliczyć, porównując wyniki modeli z mediatorem i bez niego. Analizy 1), 2) i 3) (tj. z interwencją) będą oparte na zamiarze leczenia, czyli zastosowaniu interwencji (nie/tak) niezależnie od przestrzegania zaleceń, w celu oszacowania efektów polityki (tj. zachęcenia do spożycia 30 g orzechów włoskich dziennie), raczej niż efekt spożycia orzecha włoskiego.

Ramy czasowe: Badacze spodziewają się, że przeprowadzą rekrutację i zaprojektują interwencję oraz przeprowadzą pilotaż w ciągu pierwszych 12 miesięcy (trwający od stycznia 2015 r.) oraz wdrożą interwencję i przeprowadzą obserwację w ciągu 12-24 miesięcy. Oceny wyjściowa i końcowa zostaną zakończone po 24 miesiącach (jeśli badacze uwzględnią rok 2015), łączny czas prac terenowych to dwa lata, a trzeci rok będzie potrzebny na wykonanie analiz danych.