Просмотр полного текста в PDF

advertisement
НОВОСТИ науки
Значение содержания
белка для долгосрочного
здорового роста
Презентация профессора Бертольда
Колецко (Berthold Koletzko)
На заседании ИПН, Португалия, май 2014
года
www.nestlenutrition-institute.org
Наука о
правильном
питании
Глобальная эпидемия ожирения
В последние десятилетия уровень ожирения в мире быстро растет. Вместе с ожирением растут показатели
связанных с ним заболеваний, например, сахарного диабета типа 2. Ожирение и связанные с ним
заболевания не только негативно влияют на качество и продолжительность жизни больных, но и
представляют собой финансовый груз для общества и системы здравоохранения. Сейчас в Европе уже
насчитывается 33 миллиона больных диабетом, расходы на терапию диабета типа 2 составляют 15
миллиардов евро в год, или 8 % общих затрат на здравоохранение в Европе. В США расходы на лечение
заболеваний, вызванных ожирением, составляют 17 % общих затрат на здравоохранение. Профилактика в
раннем возрасте гораздо более эффективна, чем во взрослом (Рис. 1).
Рис. 1: Потенциальная польза в течение жизни
Время начала ожирения
Взрослый
возраст
Позднее начало лечения
может дать лишь
ограниченный эффект
Начало лечения во взрослом возрасте
Пренатальный и
постнатальный
возраст
Детство
Раннее начало лечения
может предотвратить раннее
и позднее развитие
ожирения
Течение жизни
Параметры нарушения обмена веществ и связанных с ним заболеваний
Рис. 1: Потенциальные преимущества вмешательства в раннем возрасте для предотвращения последующих негативных последствий
ожирения могут быть намного больше, по сравнению с более поздним началом лечения (Изменено Godfrey et al. Trends Endocrinol
Metab. 2010; 21(4):199–205)
Наука для
правильного питания
Первые 1000 дней – критически важное окно возможностей
Первые 1000 дней от зачатия примерно до возраста 2 лет – это период самого активного роста,
сопровождающийся самыми важными процессами дифференциации и развития клеток, тканей и органов. В
течение этого пре- и постнатального этапа развития человеческий организм остается гибким и способным
адаптироваться, но в то же время и хрупким.
Разница в диетическом опыте во время этого чувствительного периода может определять будущее развитие
человека, его метаболизм и здоровье1,2,3. Питание в первые 1000 дней может влиять на долговременные
последствия. Новорожденным младенцам требуется в три раза больше энергии на килограмм массы тела,
чем взрослым, и у них намного выше потребности в макро- и микронутриентах т.к. их запасы питательных
веществ невелики. Кроме того их способность уравновешивать несбалансированную поставку нутриентов
ограничена.
Недавние исследования показывают, что риск неинфекционных заболеваний, например, ожирения, диабета,
гипертензии, сердечно-сосудистых заболеваний и нарушения мозгового кровообращения, определяется не
только генетическими факторами риска и образом жизни во взрослом возрасте, но и в большой степени
перинатальным программированием метаболизма 1,2,3.
Современные научные исследования раннего программирования метаболизма лишнего веса и связанных с
ним метаболическими нарушениями сосредоточены на трех гипотезах1,2,4: гипотезе избыточного
внутриутробного питания, гипотезе несоответствия и гипотезе ускоренного постнатального роста (Рис. 2).
Рис. 2: Основные механизмы раннего программирования
Перекармливание плода
напр., ожирение матери, большой набор веса в
беременности, диета беременной, гестационный
диабет
Гипотеза внутриутробного преобразования
энергии
Постнатальное питание /рост
напр., перекармливание, короткий период
грудного вскармливания, избыточное
потребление белков
Гипотеза ускоренного постнатального роста
Окружающая среда
Образ жизни
Генетика
Ожирение
Висцеральное ожирения
Метаболический синдром
Диабет, устойчивость к инсулину
Гипертензия, ИБС, нарушение мозгового
кровообращения
Астма
Недостаточное питание плода и избыточное
постнатальное питание
напр., плохое питание матери, плацентарная
недостаточность
Гипотеза несоответствия
Рис. 2: Основные механизмы раннего программирования ожирения, диабета и других неинфекционных заболеваний (Изменено из
Koletzko et al., Am J Clin Nutr. 2011;94: 2036–43S).
Белок – важный компонент всех живых существ
Белок является фундаментальным функциональным компонентом для жизни. Белки участвуют в
поддержании самых разнообразных функций организма, восстановлении или замене клеток или тканей, а
также в росте. Скорость роста связана с потребностями в белке. Поэтому детям требуется больше белка на
килограмм массы тела, чем взрослым. В первый месяц жизни им необходимо почти в 3,5 раза больше белка
на килограмм массы тела. Хотя скорость роста, а значит, потребность в белке, быстро снижается в течение
первых 3 месяцев жизни, в возрасте 4-6 месяцев младенцам все еще требуется более чем на 60%, а в 6-12 лет
почти на 40% больше белка на килограмм массы тела, чем взрослым.
Белки - это макромолекулы, состоящие из 20 α-аминокислот, восемь из которых являются незаменимыми
для взрослых, а 12 считаются незаменимыми для детей. Таким образом, очень важно не только количество
белка, но и качество и состав профиля аминокислот пищевого белка.
Раньше исследования питания детей уделяли основное внимание проблеме белково-энергетической
недостаточности питания, а также диетам, содержащим белки с низкой биологической ценностью в период
введения прикорма и в дошкольном возрасте. Поскольку даже небольшой дефицит белка ограничивает рост
и развитие, предпочтение отдавалось диетам, насыщенным белком. Однако в настоящее время большинство
детей во всем мире получают пищевых белков больше, чем им требуется. Таким образом, появился интерес
к изучению возможных неблагоприятных последствий избыточного потребления белка.
Такая перемена в мышлении началась с гипотезы о том, что потребление в раннем возрасте белка в
количествах, превышающих метаболические потребности, может в дальнейшем повышать риск
ожирения2,3,5.
У детей, получающих грудное вскармливание, ниже риск ожирения в
последующей жизни
Около 15 лет назад мы оценивали влияние грудного вскармливания на риск появления избыточного веса или
ожирения в перекрестном исследовании в Баварии, в котором приняли участие более 9000 детей в возрасте
поступления в школу. Исследование показало, что у детей, поступающих в школу и получавших ранее
грудное вскармливание, риск избыточного веса был на 20%, а риск ожирения на 25% ниже, чем у детей,
которые никогда получали материнского молока6.
Мы также обнаружили связь между дозой и реакцией: чем дольше период грудного вскармливания, тем
ниже риск избыточного веса или ожирения в возрасте 5-6 лет (Рис. 3).
Это большое и конструктивное эпидемиологическое исследование стимулировало проведение еще
нескольких исследований и мета-анализов по всему миру. Мета-анализ подтвердил, что грудное
вскармливание связано со снижением риска ожирения в более позднем возрасте от 15 % 7 до более 20 % 8,
по сравнению с отсутствием грудного вскармливания. Хотя это снижение риска может иметь сравнительно
небольшое значение для конкретного ребенка, для населения в целом это огромная разница, которая может
стимулировать большую экономию затрат.
Наука для
правильного питания
Рис. 3: Распространенность (%) избыточного веса и ожирения
Никогда не получавшие грудного молока и получавшие грудное молоко
не получавшие (кол-во=4022)
получавшие (кол-во=5184)
Дети с проблемами (%)
Корр. относительный риск
Не получавшие и получавшие
Избыт.
вес
Избыточный вес
ИМТ > 90 т. проц.
Ожирение
Ожирение
ИМТ > 97 т. проц.
Продолжительность грудного вскармливания
Дети с проблемами (%)
избыточный вес (ИМТ > 90 т. проц.)
ожирение (ИМТ > 97 т. проц.)
0
(кол-во=4022)
<2
(кол-во =2084)
3–5
(кол-во =2052)
6–12
(кол-во =4022)
> 12 месяцев
(кол-во =121)
Рис. 3: Распространенность (%) избыточного веса и ожирения у детей в возрасте от 5 до 6 лет; вверху: у детей, никогда не
получавших материнского молока по сравнению с детьми, получавшими грудное вскармливание; внизу: распространенность (%)
избыточного веса и ожирения в зависимости от продолжительности периода грудного вскармливания (данные взяты из von Kries et
al., BMJ 1999; 319: 147–50).
Интересно отметить, что эффект грудного вскармливания зависит от дозы (Рис. 3). Согласно результатам
большого мета-анализа, каждый дополнительный месяц грудного вскармливания до возраста 9 месяцев
позволял сократить последующую распространенность избыточного веса дополнительно на 4% 9.
Несколько исследований изучали также влияние грудного вскармливания по сравнению с детской смесью
на состав тела. Мета-анализ, включавший 11 исследований, показал, что дети, получавшие грудное молоко,
имели более высокую жировую массу, чем дети, получавшие искусственное вскармливание в первые
месяцы жизни. Однако в возрасте 12 месяцев у детей, получавших грудное молоко, жировая масса в среднем
была значительно ниже, чем у младенцев, получавших детскую смесь10.
Гипотеза потребления белка в раннем возрасте
После того, как стало ясно, что грудное вскармливание обеспечивает защиту от ожирения в будущем, сразу
же встал вопрос о понимании механизмов, стоящих за этим защитным эффектом, а также способах
получения преимуществ из полученных выводов для детей, находящихся на искусственном вскармливании.
Кормления грудью, которое может, по крайней мере, частично, оказывать влияние на здоровье ребенка,
невозможно повторить в искусственном вскармливании. Однако, если защитные эффекты были связаны с
композиционными аспектами грудного молока, эти преимущества потенциально могут применяться и в
искусственном вскармливании путем внесения соответствующих изменений в состав молочных смесей 2,5.
У детей в возрасте 3-12 месяцев, получающих искусственное вскармливание, потребление энергии на
килограмм массы тела на 10-18% выше, чем при грудном вскармливании в том же возрасте. Еще больше
разница в потреблении белка на килограмм массы тела, которая на 55-80% выше у детей, которые получали
обычную детскую смесь, по сравнению с детьми, получавшими грудное вскармливание11.
Наряду с большой разницей в потреблении белка, дети на искусственном вскармливании демонстрируют
больший набор веса и роста по сравнению с детьми на грудном вскармливании. Дети, получающие грудное
вскармливание в течение 6 месяцев весят почти на 400 г, а в течение 9 месяцев – на 600–650 г меньше в
возрасте 12 месяцев, чем дети, получающие искусственное вскармливание12, процитировано 5.
Быстрый набор веса в раннем возрасте о оказывался постоянным фактором риска для развития ожирения в
более позднем возрасте13,14,15. Набор веса в первые 2 года жизни более, чем на 0,67 стандартных отклонений
от средней нормы может привести к повышению в 2-3 раза риска ожирения в последующей жизни.1
Гипотеза потребления белка в раннем возрасте предполагает, что это может служить причинным фактором,
отвечающим за повышенный набор веса и риск ожирения у детей, получавших искусственное
вскармливание 1,5. Уровень потребления белка, превышающий метаболические потребности, повышает
концентрацию инсулиногенных аминокислот в крови и тканях, повышает выработку инсулина и
инсулиноподобного фактора роста 1 (ИФР-1) (Рис.4 ). Это, в свою очередь, повышает набор веса и
липогенную активность, а также увеличивает риск ожирения и связанных с ним заболеваний, например,
сахарного диабета, гипертензии, ишемической болезни сердца (ИБС) и нарушения мозгового
кровоснабжения.
Гипотеза раннего избыточного потребления белка соотносится с концепцией первых 1000 дней, так как
период излишнего потребления белков во время чувствительного «окна» в раннем развитии является
ключевым для ранней модификации функций организма и их влияния на здоровье в течение всей жизни.
Предполагаемые механизмы раннего программирования обмена веществ включают эпигенетические
изменения, вызванные факторами окружающей среды, которые могут привести к стойкой модификации
экспрессии генов. Одним из наиболее изученных на настоящий момент эпигенетических механизмов
является метилирование ДНК. Метилирование ДНК – общий эпигенетический сигнальный инструмент,
который используют клетки для «включения» или «выключения» генов 16. В ДНК содержатся комбинации
четырех нуклеотидов, в том числе цитозина. Метилирование ДНК – это процесс присоединения метильной
(CH3) группы к цитозину ДНК, что изменяет ее различимость без изменения базовой последовательности
ДНК16.
Наука для
правильного питания
Рис. 4: Гипотеза раннего белка
Высокое потребление белка в раннем возрасте
Высокое содержание инсулин-высвобождающих аминокислот в плазме и тканях
Улучшенная выработка инсулина и ИФР-1
Повышенный набор веса (первые два года)
Повышенная липогенная активность
Повышенный долгосрочный риск ожирения и связанных с ним заболеваний
Рис. 4: Гипотеза раннего белка (Koletzko et al. AJCN 2011; 94: 2036–43S)
В недавних исследованиях изучалось влияние грудного вскармливания на метилирование ДНК лептинового
гена (LEP), , участвующего в регуляции аппетита и метаболизме жиров17. Измерения метилирования ДНК
LEP во всем составе крове в возрасте 17 месяцев показали, что чем дольше ребенок получал грудное
молоко, тем ниже было метилирование LEP, что было также связано с концентрацией лептина в сыворотке.
Дальнейшие исследования должны помочь понять, является ли грудное вскармливание и связанное с ним
снижение метилирования LEP эпигенетическим механизмом, участвующим в защитном эффекте грудного
вскармливания против ожирения.
Содержание белка в детской смеси и его влияние на постнатальный рост
и последующий риск ожирения
Чтобы проверить гипотезу потребления белка в раннем возрасте и установить, действительно ли содержание
белка в детском питании имеет такое значение, мы провели интервенционное исследование при поддержке
Дирекции по исследованиям и инновациям Европейской комиссии, исследовательский Проект по детскому
ожирению (ChildHood Obesity Project), или CHOP, в котором участвовало около 1700 здоровых
новорожденных из 5 европейских стран.
Участники исследования в течение года получали детскую смесь с пониженным и повышенным
содержанием белка в пределах диапазона, определенного директивой ЕС, но с одинаковой калорийностью
(повышенное содержание белка: 2,9 г/100 ккал и 4,4 г/100 ккал в детской смеси и прикорме соответственно;
пониженное содержание белка: 1,77 г/100 ккал и 2,2 г/100 ккал в детской смеси и прикорме соответственно).
Нерандомизированная эталонная группа находилась полностью на грудном вскармливании в течение как
минимум 3 месяцев. После прекращения грудного вскармливания разница в потреблении белка между
группами снизилась.
В группе, получавшей пониженное содержание белка, уровень инсулин-высвобождающих аминокислот в
крови и ИФР-1были ниже, а также более низким был уровень C-пептида в моче по сравнению с группой,
получавшей повышенное содержание белка (Таб. 1) 18.
Таблица 1: Концентрация свободного ИФР-1, общего уровня ИФР-1 в сыворотке и C-пептида в моче у
детей, получавших детскую смесь с пониженным содержанием белка (группа НБ) и повышенным
содержанием белка (группа ВБ), и у детей, получавших материнское молоко
1 изменяемые
НБ
ВБ
Показатель белка
Своб. ИФР-1
(нг/мл)
0,43
(0,27, 20,77)
0,60
(0,34, 1,11)
< 0,001
0,31
(0,21, 0,48)
Всего ИФР-1
(нг/мл)
34,7
(17,7, 57,5)
48,4
(27,2, 81,8)
< 0,001
14,1
(5,1, 33,2)
C-пептид
(нг/мл)
19,5
26,9
< 0,002
9,3
(НБ по сравнению с ВБ)
ММ
(Данные взяты из Socha et al. AJCN 2011; 94: 1776–84S)
Группы продемонстрировали значительную разницу в моделях роста. Обе группы, получавшие
искусственное питание, имели более высокий ИМТ в возрасте 12 месяцев, чем дети, получавшие грудное
вскармливание. Хотя в обеих группах искусственного вскармливания в возрасте 12 месяцев ИМТ был выше
по сравнению с группой грудного вскармливания, эта разница была значительно меньше в группе,
получавшей пониженное содержание белка. В возрасте 24 месяцев ИМТ у детей из группы, получавшей
смесь с пониженным содержанием белка, был таким же, как у детей из группы грудного вскармливания, в то
время как ИМТ детей из группы, получавшей смесь с повышенным содержанием белка, остался значительно
выше 19.
Сопровождение групп в течение 6 лет показало, что разница ИМТ между группами увеличилась в возрасте
от 6 до 20 лет. У детей из группы, получавшей смесь с повышенным содержанием белка, не только был
более высокий средний ИМТ, чем у детей из группы, получавшей пониженное содержание белка (Рис. 5a),
но среди них было более распространено ожирение (Рис. 5b), что привело к примерному повышению в 2,43
раза (p = 0,024) риска ожирения в возрасте 6 лет в результате потребления большого количества белков в
грудном возрасте.
Наука для
правильного питания
ИМТ(кг/м2)
Рис. 5a: Результаты в возрасте 6 лет: Индекс массы тела
Группа ВБ
кол-во=221
Группа НБ
кол-во=227
Грудное молоко колво=209
* ВБ против НБ p=0,009
Ожирение у детей (%)
Рис. 5b: Ожирение в возрасте 6 лет: У детей группы ВБ риск начала ожирения в возрасте 6 лет в 2,43 раза
выше, чем у детей группы НБ
Группа ВБ
кол-во=221
Группа НБ
кол-во=227
Грудное молоко колво=209
* ВБ против НБ p<0,05
(По данным Weber et al. Am J Clin Nutr 2014; 99(5):1041–51)
Результаты этого исследования позволяют сделать вывод, что можно активно предотвратить избыточный
вес и ожирение в школьном возрасте у детей, не получавших материнского молока, путем потребления
детских смесей с пониженным содержанием белка в течение первого года жизни. Осуществить такую
профилактическую меру значительно легче, чем вносить изменения в жизнь детей более старшего возраста.
Основная информация для родителей и лиц, осуществляющих уход за
детьми



Грудное вскармливание необходимо защищать, продвигать и поддерживать по многим
причинам, в том числе по причине первичной профилактики избыточного веса и ожирения.
Для детей, не получающих грудного вскармливания или получающих его частично, детская
смесь с пониженным содержанием высококачественного белка нормализует ранний набор веса
и приносит больше пользы.
В коровьем молоке содержится намного больше белка, чем в материнском молоке или
современных детских смесях. Поэтому разумно было бы не давать детям коровье молоко в
течение первого года жизни.
 В целом информация очень позитивна – можно использовать
уникальную возможность первых 1000 дней для предотвращения
последующих проблем со здоровьем, которые затем приводят к
вторичным заболеваниям, с которыми очень трудно бороться,
например, сердечно-сосудистые заболевания и диабет.
Благодарность
Представленная работа была выполнена при финансовой поддержке Комиссии ЕЭС, 7-й Рамочной
программы, контракт FP7-289346-ПИТАНИЕ В РАННЕМ ВОЗРАСТЕ, и Расширенного гранта
Европейского совета по научным исследованиям ERC-2012-AdG – no.322605 МЕТА-РОСТ. Данная работа
может не совпадать с мнением Комиссии и никаким образом не предполагает будущую политику в этой
области. Благодарим за дополнительную поддержку Национальную экспертную сеть по ожирению, Грант
Nr. 01 GI 0825, Министерство образования и исследований Германии, Берлин, Приоритетный проект
инновационных исследований MC-Health (субпроект I) Университета Мюнхена и Совет по научноисследовательским работам Германии (Deutsche Forschungsgemeinschaft, Rz 70/3-1).
Наука о
правильном питании
Литература
1 Brands B, Demmelmair H, Koletzko B et al. How growth due to infant nutrition influences obesity and later
disease risk. Acta Paediatr 2014, in press.
2 Koletzko B, Symonds ME, Sjurdur FO for The Early Programming Project and The Early Nutrition Academy
Programming research: where are we and where do we go from here. AJCN 2011; 94: 2036S–43S
3 Koletzko B, Chourdakis M, Grote V et al. Regulation of early human growth: impact on long-term health. Ann
Nutr Metab 2014: in press.
4 Koletzko B, Brands B, Poston L et al. Early nutrition programming of long-term health. Proc Nutr Soc 2012;
71(3): 371–8
5 Koletzko B, Broekaert I, Demmelmair H et al. Protein intake in the first year of life: a risk factor for later obesity?
The E.U. childhood obesity project. Adv Exp Med Biol 2005; 569: 69–79.
6 von Kries R, Koletzko B, Sauerwald T et al. Breast feeding and obesity: cross sectional study. BMJ 1999;
319(7203): 147–50
7 Weng SF, Redsell SA, Swift JA et al. Systematic review and meta-analyses of risk factors for childhood
overweight identifiable during infancy. Arch Dis Child. 2012; 97(12): 1019–26
8 Arenz S, Rückerl R, Koletzko B, von Kries R Breast-feeding and childhood obesity-a systematic review. Int J
Obes Relat Metab Disord. 2004; 28(10): 1247–56
9 Harder T, Bergmann R, Kallischnigg G, Plagemann A Duration of breastfeeding and risk of overweight: a metaanalysis. Am J Epidemiol 2005; 162(5): 397–403
10 Gale C, Logan KM, Santhakumaran S et al. Effect of breastfeeding compared with formula feeding on infant
body composition: a systematic review and meta-analysis AJCN 2012; 95: 656–669
11 Alexy U, Kersting M, Sichert-Hellert W et al. Macronutrient intake of 3- to 36-month-old German infants and
children: results of the DONALD Study. Dortmund Nutritional and Anthropometric Longitudinally Designed
Study. Ann Nutr Metab 1999; 43: 14–22
12 Dewey KG Growth patterns of breastfed infants and the current status of growth charts for infants J Hum Lact.
1998; 14(2): 89–92
Наука о
правильном питании
13 Baird J, Fisher D, Lucas P et al. Being big or growing fast: systematic review of size and growth in infancy and
later obesity. BMJ 2005; 331(7522) 929
14 Monteiro PO, Victora CG: Rapid growth in infancy and childhood and obesity in later life-a systematic review.
Obes Rev. 2005; 6(2): 143–54
15 Ong KK, Loos RJ Rapid infancy weight gain and subsequent obesity: systematic reviews and hopeful
suggestions. Acta Paediatr. 2006; 95(8): 904–8
16 Phillips T The Role of Methylation in Gene Expression. Nature Education 2008; 1(1): 116
www.nature.com/scitable/topicpage/the-role-of-methylation-in-gene-expression-1070
17 Obermann-Borst SA, Eilers PHC, Tobi EW Duration of breastfeeding and gender are associated with
methylation of the LEPTIN gene in very young children Pediatric Research 2013; 74: 344–349
18 Socha P, Grote V, Cruszfeld D et al. for the European Childhood Obesity Trial Study Group Milk protein intake,
the metabolic-endocrine response, and growth in infancy: a randomized clinical trial. AJCN 2011; 94(suppl):
1176S–84S
19 Koletzko B, von Kries R, Closa R et al. for the European Childhood Obesity Trial Study Group Lower protein in
infant formula is associated with lower weight gain up to age 2 y: a randomized clinical trial. AJCN 2009; 89:
1836–45
20 Weber M, Grote V, Closa-Monasterolo R et al. Lower protein content in infant formula reduces BMI and obesity
risk at school age: follow-up of a randomized trial. AJCN 2014; 99(5): 1041–51
Скачать