A korai emberi étrend hatása a Caudate-kötetekre és az IQ-ra

Absztrakt

Számos állatkísérlet bizonyítja, hogy a korai életkor alatti optimális táplálkozás, különösen a gyors agynövekedés alatt, tartósan befolyásolhatja a viselkedést (1,2). Számos olyan tanulmány, amely összekapcsolja a gyermekek korai alultápláltságát a kognitív teljesítmény hosszú távú csökkenésével, arra utal, hogy az embereknél is fennáll a korai táplálkozásra való érzékenység (3,4). A legtöbbet a fejlődő világban végezték, ahol az alultápláltság, a rossz társadalmi körülmények és az ingerlés hiánya között az emberekben esetlegesen megzavaró összefüggés megnehezítette az okozati összefüggéseket. A közelmúltban azonban a fejlődő és a fejlett világban végzett randomizált beavatkozási kísérletek megerősítették a fejlődő emberi agy táplálkozási érzékenységét, amit a megismerésre gyakorolt ​​hosszú távú hatások is mutatnak (5–7). Úgy tűnik, hogy ez az érzékenység a „programozás” általánosabb folyamatának része. Az a koncepció, hogy egy inger vagy sértés, ha kritikus vagy érzékeny periódusban alkalmazzák, hosszú távon vagy életen át befolyásolhatja a struktúrát vagy a funkciót a szervezet ”(8). A táplálkozás fontos programozási kiváltó tényezőként jelenik meg, amely a hosszú távú agyi fejlődés mellett számos, a hosszú távú egészség szempontjából releváns eredményt is érint.

Az embereknél az „agynövekedési roham” körülbelül 3 hónappal a ciklus előtt kezdődik, körülbelül 2 évig tart (9). Megvizsgáltuk az emberi agy táplálkozási beavatkozások iránti érzékenységét ebben a potenciálisan kritikus időszakban, véletlenszerűen hozzárendelve a csecsemőket különböző étrendekhez. Az első ilyen vizsgálat koraszülött csecsemőkön történt. A koraszülés és a kifejezés közötti időszak az agy növekedési rohamának kezdetét jelenti. Mivel a koraszülött csecsemő ekkor méhen belüli, számíthatunk arra, hogy a környezeti hatások, beleértve a táplálkozást is, különösen relevánsak idegfejlődésük szempontjából.

Az eredeti vizsgálatban a csecsemőket véletlenszerűen szokásos tápanyag-diétához rendelték (tápszer vagy tápszeres anyatej) ellen magas tápanyagtartalmú formula, amelyet e populáció megnövekedett igényeinek kielégítésére terveztek a szomatikus és agyi gyorsabb növekedés elősegítésével (10). Ennek a kohorsznak a két karja 18 hónapos és 7,5–8 éves (11) nyomon követése megerősítette, hogy a korai táplálkozás hosszú távon befolyásolta a kognitív teljesítményt. Az állatokhoz hasonlóan a korai táplálkozás a kognícióra gyakorolt ​​fő hatását férfiaknál tapasztalták. Szelektív hatás volt a verbális IQ-ra (VIQ) is ellen Teljesítmény IQ (PIQ). Így a VIQ 12 ponttal volt magasabb a magas tápanyagot tápláló hímeknél ellen a standard-tápanyag képlet. Az ilyen táplálkozási hatások idegi alapú tanulmányainak meg kell magyarázniuk mind a nemi hatást, mind a kognitív kimenetel sajátosságait.

Jelen jelentés célja új képalkotó technikák felhasználása volt a táplálkozás emberben tapasztalható kognitív hatásainak lehetséges strukturális alapjainak feltárására. Feltételeztük, hogy a táplálkozás agyi hatása kortikális és subkortikális szinten egyaránt lehet. Az utóbbi szempont tanulmányozásának indoklása nemrégiben bizonyított, hogy a caudate mag különösen érzékeny lehet a környezeti hatásokra az agy növekedési rohamának legkorábbi részében, és fontos részét képezheti a kognitív teljesítmény idegi alapjának. Így 7 éves koraszülött korcsoportban Abernethy et al. (12) mágneses rezonancia képalkotást (MRI) használt a hippocampus és a caudate mag mért térfogatához, amely két korai csecsemőben sérülésre érzékeny struktúra; a farokmag térfogata, de nem a hippocampus, szignifikánsan összefüggött az IQ-val. Azt feltételezték, hogy a koraszülöttek korai posztnatális táplálkozási elégtelensége ronthatja ennek a szerkezetnek a kialakulását, ami fontos következményekkel járhat a megismerés szempontjából, de hiányoztak az adatok a hipotézis teszteléséhez.

Mi és mások tanulmányoztuk a regionális agyszerkezetet, és annak kognitív korrelációi, voxel-alapú morfometriával és volumetrikával vizsgálták az MRI-vizsgálatokat (13–16). Korábbi munkánk alapján megfogalmaztuk azt az általános hipotézist, miszerint a későbbi IQ-ra gyakorolt ​​korai táplálkozási hatás az adott agyi struktúrák szelektív növekedési korlátozásához kapcsolódik, amely hosszú távon követhető. Sajátos elsődleges hipotézisünk itt, az Abernethy megállapításaiban gyökerezik et al. (12), hogy a caudate mag növekedési korlátozása - legalábbis részben - potenciális mechanizmust biztosíthat az IQ-ra megfigyelt táplálkozási hatások szempontjából. Mint Abernethy et al., a caudate mag és a hippocampus térfogatára összpontosítottunk, de a szubkortikális szürkeállomány egyéb struktúráinak intézkedéseit is felvettük a specifitás vizsgálatára. A nemi különbségek feltárására magyarázó elemzéseket terveztünk a korábbi kognitív eredmények miatt. Az agyi képalkotás nem volt gyakori, amikor a 7,5-8 éves követésünkre sor került, de serdülőkorban képesek voltunk beszkenneléseket és kognitív adatokat gyűjteni. Nincs tudomásunk egyetlen összehasonlítható kísérleti idegépalkotó vizsgálatról sem, amely lehetővé tenné a mögöttes hipotézis tesztelését.

TÁRGYAK ÉS MÓDSZEREK

Tárgyak.

Az MRI-vizsgálatokat és az IQ-adatokat 76 koraszülött gyermektől kapták, akiket az eredeti vizsgálat során véletlenszerűen két étrendtípus egyikébe soroltak. A standard tápanyagcsoport (n = 38) vagy nem adományozott, adományozott banki anyatejet kapott, vagy egy standard kifejezés tápszert, mind egészséges, csecsemők számára alkalmas, mind széles körben használják az 1980-as években koraszülött csecsemők számára. A magas tápanyagtartalmú étrend (n = 38) ennek a populációnak a megnövekedett makro- és mikroelem-szükségleteinek kielégítésére fogalmazták meg. A diéták jelentősen különböztek fehérje/energiatartalom tekintetében (standard tápanyag: 1,45 g fehérje, 68 kcal/dl tej; magas tápanyagtartalmú: 2,0 g fehérje, 80 kcal/dL tej). A teljes étrend-összetételről és a randomizálás részleteiről máshol számolnak be (11.

Az átlagéletkor a standard és a magas tápanyagtartalmú csoportokban 15 év 9 m volt (13 és 3 m és 19 és 4 m között) és 16 év és 0 m között (13, 6 és 19 év között), illetőleg; a férfi: nő arány 18:20 és 20:18 volt. A történelem és a vizsgálat alapján minden gyermeket idegrendszerileg normálisnak ítéltek meg 7,5–8 éves korban. A neurológiai újbóli vizsgálatot ebben a tanulmányban nem végezték el, de minden gyermek általános iskolába járt.

Összegyűjtöttük IQ-adatokat és MRI-vizsgálatokat is 16 (8 M; 8 F), teljes idejű születésű (korosztály, 10–18 éves) gyermekről. Nem képviselnek kontrollcsoportot, de ennek a kis csoportnak adatait mutatjuk be, ahol a teljes idejű alanyokra vonatkozó információk relevánsak.

Etikai jóváhagyást kapott: A Great Ormond Street NHS Trust/Institute of Child Health, Norwich District, South Sheffield Research, East Suffolk Local Research és Cambridge Local Research Ethics Committee. Minden gyermek és szülő írásos beleegyezést kapott.

IQ adatok.

A Wechsler gyermekek intelligencia skálájának - harmadik kiadás (WISC-III) (17) vagy a Wechsler felnőtt intelligencia skála - átdolgozott (WAIS-R) (18) teljes verzióit (69, illetve 7 gyermeknek) adták. Kiszámoltuk a VIQ és PIQ pontszámokat (populációs átlag = 100, SD = 15). Az összes tesztet egy egyén végezte, vakon a csoporttagságra.

MRI felvétel.

Az MRI vizsgálatokat 1,5T-os Siemens Vision rendszerrel végezték. A hagyományos többszeletes képalkotás mellett a vizsgálatok magukban foglalták a mágnesezettséggel előkészített gyors akvizíciós gradiens visszhangot (MPRAGE 3-D) (19) a térfogat megszerzését 10 ms ismétlési idővel; visszhangidő, 4 ms; inverziós idő, 200 ms; elfordítási szög, 12 fok; mátrixméret, 256 × 256; látómező, 250 mm; válaszfalvastagság 1,25 mm; 128 szagittális partíció a harmadik dimenzióban, és felvételi idő, 8,3 perc.

MRI elemzés.

Fischl által kifejlesztett technikát használtunk et al. (20) a teljes agy térfogatának és egy sor subkortikális szürkeállomány-struktúrának a megszerzésére, ideértve a caudate magokat és a hippocampit is. Ez magában foglalja az agy teljes szegmentálását és a neuroanatómiai struktúrák automatikus jelölését T1-súlyozott képek felhasználásával, és a manuálisan felcímkézett képzési készletből becsült valószínűségi információkon alapul. Az adatokat egy 11, 9–11 éves gyermekből készített atlaszból címkézzük (1. ábra).

emberi

Tipikus szegmentálás és felületi ábrázolás az egyik alanyon.

Statisztika.

A csoport jellemzőit összehasonlítottuk t tesztek. Az étrend IQ-val való elemzésénél kovariátként a születési súlyt és a terhességi életkorot használtuk. A letapogatáskor kapott adatokat kovariátorként használtuk a vizsgálatból származó adatok elemzésénél. Az összes agymennyiséget a kovariancia (ANCOVA) elemzésével hasonlítottuk össze, kontrollálva az életkorot a vizsgálat során, a születési súlyt és a terhességi életkorot. Az összes többi idegi térfogat esetében a teljes agy térfogatát használtuk további kovariátként. A nemi hatások feltáró elemzése az ANOVA-t használta. Eredmények szignifikanciaszintekkel o ≤ 0,05 (kétfarkú tesztek) jelentettek; Tájékoztatásul: az eredmények trendszinten szignifikánsak, 0,05-ben definiálva

EREDMÉNYEK

A csoportjellemzők összehasonlítása.

A két étrendcsoport összehasonlítása a születési állapot és a társadalmi jellemzők sorozatán (1. táblázat) szignifikáns különbségeket mutatott csak a születési súlyban (o 1. táblázat: A perinatális és a társadalmi változók eszközei (standard eltérések)/gyakorisága a standard és a magas tápanyagtartalmú csoportokban

A serdülőkorban kapott MRI-vizsgálatok hagyományos neurológiai értékelését a 2. táblázat foglalja össze. A vizsgálatok többségének normális volt a jelentett rendellenességek hasonló eloszlásaival az egyes csoportokban.

Az étrend és az IQ kapcsolata.

Serdülőkorban a magas tápanyagú csoport VIQ-értéke szignifikánsan magasabb volt, mint a standard tápanyag-csoporté, a PIQ-ban nem volt szignifikáns különbség (3. táblázat).

Az étrend és az idegi mennyiségek kapcsolata.

A teljes agy, az összes kérgi szürkeállomány és a kéreg alatti struktúrák térfogatát a 4. táblázat mutatja be; az étrend szignifikánsan csak a caudat térfogatához (ANOVA) kapcsolódott, a magas tápanyagtartalmú étrend kétoldalúan szignifikánsan nagyobb caudatumot eredményezett. Bár más struktúrák esetében nem volt szignifikáns különbség a csoportok között, a Magas tápanyag-csoport átlaga minden esetben magasabb volt. A fennmaradó elemzésekhez csak a caudate magra és a hippocampusra mutatunk be adatokat.

A neurális térfogatok és az IQ összefüggései.

Az 5. táblázat a neurális térfogatok és az IQ pontszámok közötti korrelációs együtthatókat mutatja be, a releváns változókat részlegesen felosztva. Az egész csoport esetében egyik IQ-mérték sem volt szignifikánsan összefüggésben a teljes agy térfogatával vagy a hippocampussal. Mindkét caudatum azonban szoros kapcsolatot mutatott a VIQ-val, de a PIQ-val nem volt szignifikáns kapcsolat. 2. ábraA mutatja a VIQ-pontszámok szóródási sávját a bal oldali caudát térfogatához viszonyítva (a jobb oldali caudate hasonló mintát mutat).

A bal oldali caudat térfogat és a VIQ közötti kapcsolatot mutató szóródiagramok a (A) a teljes csoport; (B) a standard tápanyagcsoport; és (C) a magas tápanyagtartalmú csoport.

Az 5. táblázat az egyes diétacsoportok eredményeit külön-külön is mutatja. A VIQ, de nem a PIQ, szignifikánsan korrelált a Standard tápanyag csoport kétoldalú caudat térfogatával. Bár a magas tápanyagtartalmú csoportban a VIQ-val való korreláció magasabb volt, mint a PIQ esetében, egyik érték sem ért el szignifikanciát. Sem a teljes agy, sem a hippocampus térfogata nem volt összefüggésben az IQ pontszámokkal sem a Standard, sem a High-tápanyag csoportokban. A két étrendcsoport külön-külön szétszórt ábráit a 2. ábra mutatjaIDŐSZÁMÍTÁSUNK ELŐTT.

Teljes tagozatú tantárgyak.

A teljes időtartamú csoport átlagos caudat térfogata a következő volt: Bal, 4001 mm 3 és Jobb, 4175 mm 3. A VIQ, PIQ és a caudate térfogat közötti összefüggés nem volt szignifikáns, bár a minta mérete (n = 16) kicsi volt.

Feltáró elemzések - a nemek hatása.

Mivel a nemek korábban fontos tényezőnek bizonyultak a kognitív eredményekben ebben a kohorszban, feltáró elemzéseket végeztünk annak hatását vizsgálva.

Az étrend és az IQ kapcsolata.

Bár az étrend a csoport egészére nézve szelektíven befolyásolta a VIQ-t, a két étrendcsoport közötti VIQ-különbség sem a fiúk, sem a lányok esetében nem volt szignifikáns, kivéve a trend szintjét (fiúk: 6. táblázat Átlagos (szórás) caudatummag-térfogat nemek szerint. A p-értékek és a csoportkülönbségek 95% -os konfidencia intervallumai a variánsok egyváltozós elemzéséből, a ko-variáns teljes agy térfogatából származnak

A neurális térfogatok és az IQ összefüggései.

Amint a 7. táblázat mutatja, a VIQ szignifikánsan összefüggött a bal oldali (o 7. táblázat Részleges korrelációs együtthatók a serdülőkori IQ mérések és a férfiak és nők idegi térfogata között. Az agy teljes térfogatának elemzéséhez a vizsgálat során az életkor részleges; az összes agy térfogata hozzáadódik az összes többihez

VITA

Fontos hangsúlyozni, hogy bár gyermekmintánk az eredeti kohorszból származott, a jelen vizsgálatot alapvetően képalkotó vizsgálatnak kell tekinteni, nem pedig utókövetésnek. A mintát azokra a gyermekekre korlátozták, akiknek terhességi kora 30 hét vagy annál kevesebb volt, és akiknek normál eredményei voltak a 7,5–8 éves ideggyógyászati ​​vizsgálat során, ez utóbbi az MRI-értelmezés következményei miatt következett be. Az MRI-adatokat a Standard-tápanyag csoportban a kritériumoknak megfelelő teljes szám 34% -ából, a Nagy tápanyag-csoport 32% -ából gyűjtöttük össze. A látott számokat az olyan kérdések korlátozták, mint a kórházba történő utazás megvalósíthatósága, nem pedig a szokásos értelemben vett nyomon követési veszteségek. Ilyen körülmények között az egész kohorszra való általánosítás nem lenne helyénvaló, de ez nem a tanulmány középpontjában állt. Elsődleges érdeklődésünk annak bemutatása volt, hogy a korai táplálkozás befolyásolhatja az agy szerkezetét, ezért elengedhetetlen volt annak biztosítása, hogy az étrenden kívül a csoportok között ne legyenek olyan jelentős különbségek, amelyek megmagyaráznák a képalkotási eredményeket. A fent bemutatott eredmények azt mutatják, hogy a két vizsgálati csoport nem különbözött egymástól a kritikus változók között. Bizonyos esetekben csak részleges adatok állnak rendelkezésre, mivel az 1980-as évek elején az ultrahang nem volt rutinszerű az Egyesült Királyságban.

A csoport egészére nézve a korai étrend különbségei a VIQ szignifikáns különbségekkel társultak, a serdülőkorban azonban nem a PIQ-val. Az a hipotézisünk, miszerint a caudate mag legalább részben az idegi szubsztrátja lehet az effektusoknak, az Abernethy által jelentett feltűnő összefüggésen alapszik a caudate térfogata és az IQ között. et al. (12) Ezt a hipotézist alátámasztva kísérleti beavatkozásunk a nagyobb tápanyagtartalmú étrendet fogyasztók nagyobb bal és jobb oldali caudatatérfogatához kapcsolódott, a többi mért idegi struktúrában nem volt térfogati különbség. A teljes kérgi szürkeállomány nem különbözött szignifikánsan az étrendcsoportok között. Csoportunkban a Caudate mennyiségek korreláltak a VIQ-val, a PIQ-val azonban nem. Összességében azt javasoljuk, hogy a korai étrend itt és korábban leírt szelektív kognitív hatásainak mintázatát (11) - legalábbis részben - a korai étrend által programozott caudátmennyiségbeli különbségek magyarázzák.

Természetesen a caudate kötetek és az értelmi képesség általános szintje közötti összefüggés nem zárja ki az értelmezett kapcsolatokat más, itt nem értékelt idegi struktúrákkal. Valóban meglepő lenne, ha egy ilyen diffúz képesség különösen egy idegi struktúrához kapcsolódna. Azt sem javasoljuk, hogy az általunk megfigyelt strukturális hatások okozzák az egyetlen változást az agyban a táplálkozással kapcsolatban; az elfogadható szerkezeti változások, például a regionális vagy általános szinaptogenezis, eltérő mérési technikákat igényelhetnek.

Az idegi térfogatok és az IQ-pontszámok közötti kezdeti összefüggés a teljes csoport mind a 76 tagját magában foglalta. Amint a 2. ábra mutatja, nem tűnik úgy, hogy a szignifikáns összefüggéseket extrém esetek okozták. Mindazonáltal az egyes étrendcsoportok közötti összefüggések külön-külön történő vizsgálatakor a VIQ és a caudate térfogat közötti összefüggés csak a Standard-tápanyag csoportban volt szignifikáns. A teljes idejű gyermekek kis csoportjával való összehasonlításból kiderült, hogy ez miért fordulhat elő. Ez nagyon szignifikáns különbségeket tárt fel a bal és a jobb oldali caudátum térfogatában a standard tápanyagcsoport és a teljes kifejezés között (mindkettő: o