Az anyai táplálékfehérje-bevitel hatása a magzat túlélésére, növekedésére és fejlődésére

Cassandra M hering

1 Állattudományi Tanszék, Texas A&M Egyetem, College Station, TX 77843-2471, USA

Fuller W Bazer

1 Állattudományi Tanszék, Texas A&M Egyetem, College Station, TX 77843-2471, USA

Gregory A Johnson

2 Állatorvosi integratív biológiai tudományok tanszéke, Texas A&M Egyetem, College Station, TX 77843-2471, USA

Guoyao Wu

1 Állattudományi Tanszék, Texas A&M Egyetem, College Station, TX 77843-2471, USA

Rövid absztrakt

Hatásnyilatkozat

Jelen áttekintés célja: kiemelni az anyában vagy a magzatban megnövekedett ammóniaszint káros hatásait az embrionális/magzati túlélésre, növekedésre és fejlődésre; segítenek a táplálkozási szakembereknek és a gyakorlati szakembereknek megérteni azokat a mechanizmusokat, amelyek révén az anya vagy a magzat megnövekedett ammóniaszintje embrionális/magzati halált, növekedési korlátozódást és fejlődési rendellenességeket eredményez; valamint a táplálkozási és gyakorlati szakemberek figyelmének felhívása a fehérje vagy aminosavak túlzott vagy nem megfelelő étrendi bevitelének problémáira az állatok és emberek terhességi kimenetelére nézve. A cikk új, hatékony eszközöket kínál az emlősök embrionális/magzati túlélésének és növekedésének javítására.

Bevezetés

Az anya táplálkozása a terhesség alatt kritikus szerepet játszik a magzat túlélésében, növekedésében és fejlődésében. 1 Ezért mind az anyai, mind a túlzott táplálkozás káros lehet a fejlődő magzatra. Pontosabban, az anya elégtelen vagy túlzott fehérjebevitele az egész életen át tartó következményeket okozhat az újszülött számára a magzat programozása miatt. A magzati programozás a génexpresszió örökletes változásaira utal, a genomban lévő DNS-szekvenciák megváltozása nélkül. 1 Az alultápláltság megváltoztatja a magzat genomjának expresszióját, ami anyagcserezavarokhoz, szervi diszfunkcióhoz, hormon egyensúlyhiányhoz és sejtjelzési hibákhoz vezet.

Az ammónia-toxicitás csökkenti az embrionális és magzati túlélést, növekedést és fejlődést. Az ammónia, a H2S és a homocisztein AA oxidációja. A magas ammóniaszint mérgező a fejlődő embrióra/magzatra az (1) oxidatív stressz következtében, amely abból adódik, hogy az ammónia elhúzza a glutamátot a glutation szintéziséből, hogy glutamint állítson elő, amely az arginin nitrogén-oxid (NO) képződésének gátlója. A H2S és a homocisztein szintén hozzájárul az oxidatív stresszhez, ami csökkenti a progeszteron termelést és a petefészkek által történő felszabadulást. (2) Az ammónia megköti a protont ammóniumion képződésével, amely növeli az intracelluláris pH-t. (3) Az ammónia a Krebs-ciklusból az a-ketoglutarátot glutamáttá alakítja, ezért gátolja a Krebs-ciklust és csökkenti az ATP-termelést. (4) Az ammóniából származó megnövekedett glutamin termelés gátolja az arginin NO termelését az endoteliális sejtek által, ami csökkenti a véráramlást (ideértve a méh-placenta véráramlást) és a tápanyagok transzportját, ami a méh szekréciójának csökkenéséhez, valamint a fogamzás hipoxiájához vezet. Ezek a következmények csökkent embrionális/magzati túlélést, növekedést és fejlődést eredményeznek. GDH: glutamát-dehidrogenáz.

A cikk fő célja az anyai fehérjebevitel hatásainak kiemelése az emberek, haszonállatok és rágcsálók magzatának túlélésére, növekedésére és fejlődésére. Ahol rendelkezésre állnak adatok, megvitatják a specifikus AA-k, például Arg és L-glutamin (Gln) szerepét az egészséges terhességben. Várhatóan különféle állatfajok eredményei irányítják a vemhes emlősök optimális táplálkozási támogatását.

Emberek

Az alacsony anyai táplálékfehérje-bevitel azt jelenti, hogy a specifikus AA-k mind az anyában, mind a magzatban hiányosak. 2 Az Arg hiánya korai szülést okozhat a méh myometriumának stimulálásával a NO csökkent biohasznosulása miatt. 8 A NO-hiány a pre-eklampsiához is kapcsolódik, amely proteinúriát és magas vérnyomást okoz a terhes nőknél. 8 Számos állatkísérlet alapján úgy gondolják, hogy az Arg-kiegészítés biztonságos az ember számára. 6 Pre-eclampsia-ban szenvedő nők napi 3 g Arg napi étrend-kiegészítése négy hétig csökkentette a vérnyomást, javította a magzat egészségét és növekedését, valamint kedvezően meghosszabbította a terhességet. Ezenkívül a 20 g Arg napi intravénás infúziója hét napig a késői terhesség alatt (33. hét) 6,4% -kal növelte a születési súlyt az IUGR csecsemőknél. 7 Az Arg-kiegészítés emellett csökkenti a placenta apoptózisát és javítja az IUGR-magzatok fejlődését. 7 A 2. ábra összefoglalja azokat a mechanizmusokat, amelyek felelősek az anyai fehérje alultápláltságának és az AA-k (pl. Arg és Gln) hiányosságainak a magzat növekedésére és fejlődésére gyakorolt káros következményeiért.

A fehérje vagy aminosavak (AA) alacsony anyai táplálék-bevitele terhesség alatt káros következményekkel jár. Az anyák alacsony étkezési fehérje- és AA-bevitele sok negatív hatáshoz vezet, például a hisztotróf szekréciójának károsodásához; károsodott embrionális fejlődés; a rapamicin (mTOR) sejtjelzésének károsodott mechanisztikus célpontja az anyában és a fogantyúban; csökkent placenta angiogenezis, növekedés és fejlődés; csökkent tápanyagellátás az anyától a magzatig; oxidatív stressz kiváltása anyában és fogamzásban; a lipidek, lipidben oldódó vitaminok és mikromineralinák (pl. vas és cink) felszívódásának és transzportjának károsodása; és több tápanyag hiányának kiváltása. Ezek a következmények embrionális/magzati halált, terhesség elvesztését, az intrauterin növekedés korlátozását és az anyák rossz egészségi állapotát eredményezik.

Asztal 1.

Az étkezési fehérje vagy aminosavak (AA) túlzott vagy nem megfelelő bevitelének káros következményei emberekben és állatokban.

1. Túlzott fehérje/AA bevitel emberben	Hivatkozások
Méhen belüli növekedés korlátozása	8.
Csökkentett placentás transzport és az AA köldökfelvétele	8.
Alacsony születési súly	1
Megnövekedett hasi zsigeri zsír	12.
Csökkent inzulinszerű növekedési faktor-II aktivitás	13.
2. Túlzott fehérje/AA bevitel állatoknál
Csökkentett vázizomrostméret és -szám újszülötteknél	1
Ammónia toxicitás	1,6
Méhen belüli növekedés korlátozása	2
Megnövekedett májsúly	14
Csökkent csecsemőmirigy	15
Csökkent csonttömeg	14
Az anyagcserében részt vevő gének expressziójának változásai	16.
A hipotalamusz-hipofízis-gonád tengely csökkenő fejlődése	17.
Az anyai vér pH-értékének csökkenése	18,19
Alacsony születési súly	20,21
A prosztaglandin F2α oxitocinnal stimulált felszabadulásának növekedése	8.
Emelkedett vérnyomás az utódokban	22.
Csökkent alom méret	2
Megnövekedett anyai vese tömeg	14
Csökkentette az utódok táplálékfelvételét	19.
Megváltozott glükóz metabolizmus	22.
3. Nem megfelelő fehérje/AA bevitel emberben
Az utódok fokozott hasi zsírossága	12.
Méhen belüli növekedés korlátozása	8.
Koraszülés	8.
Pre-eclampsia	8.
4. Nem megfelelő fehérje/AA bevitel állatokban
Méhen belüli növekedés korlátozása	1,20
Csökkentett vázizomrost-szám és izomtömeg	1
A testzsír megnövekedett aránya az utódokban	23
Az anyagcserében részt vevő gének expressziójának változásai	16.
A tesztoszteron fokozott koncentrációja az anyai plazmában	17.
Az utódok megnövekedett posztnatális vérnyomása	22.
Csökkent magzati artériás vérnyomás	14
Csökkent húsminőség	24.
Alacsony születési súly	1,20
A dystocia, a gyenge munkaerő kockázatának fokozása	25
Csökkentett terhességi idő	8.
Fokozott oxidatív stressz	3
Az utódok immunfunkciójának csökkenése	15
A magzat fokozott expozíciója az anyai kortizolnak	26.
Megváltozott glükóz metabolizmus	14

Sertés

A sertéseknél magas az embrionális veszteség és az újszülöttek pusztulása, amelyet az anyai táplálkozás nagyban befolyásol. 27 Például 14-18% nyersfehérje (CP) étrendet általában vemhes kocák és kocák táplálnak világszerte számos gazdaságban; a 14–18% CP azonban a terhesség alatt magas étrendi fehérjebevitelnek számít, és káros az embrionális fejlődésre. 1 Az étkezési fehérje ezen szintje mérgező környezetet teremt a magzat számára a plazmában lévő magas ammóniaszint és esetleg más metabolitok miatt. 7 A magas étkezési fehérjebevitel csökkenti az újszülött malacok vázizomzatának méretét és számát. Ezért ajánlott a vemhes kocasülteket ad libitum takarmányfelvételük ~ 50% -ával etetni. 1 Amikor a kocákat az ad libitum takarmányfelvétel> 50% -ával etetik, az embrionális veszteség jelentősen megnő, ami a túlzott szubkután fehér zsírszövet (WAT) megszerzéséből ered. 1 Az ad libitum takarmányfelvétel ötven százaléka napi 2–2,2 kg takarmánynak felel meg, amely 12% CP-t tartalmaz. Következésképpen specifikus AA-k hiányoznak a vemhes sertések 12% -os CP diétájában. 1 Érdekes, hogy a keresztezett kocák újszülött malacainak 24% -a 12% CP-diétával táplálkozik, IUGR-újszülöttek, születésükkor 1,1 kg-nál kisebbek. Az IUGR malacoknak rendkívül nagy a mortalitás kockázata (76%) az elválasztás előtt. 27.

2. táblázat.

NRC által javasolt minimális arginin-tartalom a sertések étrendjében és a Texas A&M University által javasolt optimális arginin-tartalom a sertések étrendjében.

Óvodai malacok (5 kg testtömeg) elválasztó malacok (10 kg testtömeg) növekvő-befejező sertések (20–100 kg testtömeg) szoptató sertések (140 kg testtömegű tenyésztéskor) szoptató kocák

NRC (1998) a	0,59	0,54	0,37 (20 kg BW) 0,19 (100 kg BW)	0,0	0,0
NRC (2012) b	0,75	0,68	0,62 (20 kg BW) 0,38 (100 kg BW)	0,36 (d 0–90) 0,47 (d 90–114)	0,60 (1. paritás) c 0,54 (2. paritás) c
TAMU (2014) d	1.19	1.01	0,83 (20 kg BW) 0,64 (100 kg BW)	1,03 (d 0–90) 1,03 (d 0–90)	1.37

Megjegyzés: Ha másként nem jelezzük, az értékek a teljes étrend% -át jelentik.

Nemzeti Kutatási Tanács (1998), A sertések tápanyagigénye, minimális arginintartalom a diétákban.

b Nemzeti Kutatási Tanács (2012), Sertések tápanyagigénye, minimális arginin-tartalom a diétákban.

c Standardizált ilealis emészthetőség.

d Wu. 29 Texas A&M Egyetem által ajánlott arginin-tartalom a sertéstáplálásokban, a valódi emészthető arginin optimális tartalma a diétákban.

Kérődzők

A magas anyai táplálékfehérje-bevitel (44% CP) magas embrionális mortalitással jár, legalábbis részben az anyai vér pH-értékének csökkenése miatt. 18,19 Amikor a fehérje és az AA lebomlik a szervezetben, a metioninból és a ciszteinből előállított kénsav csökkentheti a vér pH-ját. 3 A túlélő magzatok testtömege alacsonyabb volt, mint az alacsonyabb fehérjetartalmú táplálékkal (24% CP) táplált anyáké. 18 Meza-Herrera et al. A 18. azt is megállapította, hogy az alacsony testállapotú juhok, amelyek magas fehérjetartalmú étrendet fogyasztottak, magasabb embrionális mortalitást és nagyobb oxitocin-stimulált prosztaglandin F2α (PGF2α) felszabadulást mutattak. Ezenkívül a kéntartalmú AA-k oxidációja emelt szintű homociszteint és H2S-t generál, amelyek oxidatív stresszt okoznak a sejtekben. Az anyai magas fehérjebevitelnek a magzat növekedésére és fejlődésére gyakorolt káros következményeiért felelős biokémiai mechanizmusokat a 3. ábra foglalja össze .

A fehérje vagy aminosavak (AA) magas anyai étrendi bevitele terhesség alatt káros következményekkel jár. A magas anyai táplálékfehérje és AA bevitel az ammónia, a homocisztein és a hidrogén-szulfid (H2S) növekedését és a sav-bázis egyensúlyhiányt okozza. Normál körülmények között (szaggatott nyíllal ábrázolva) az ammónia karbamiddá, glutaminná és glutamáttá válik katabolizálva, a homocisztein újrafeldolgozódik metioninná, a hidrogén-szulfid kiválasztódik a tüdőn és a bőrön keresztül, a sav-bázis homeosztázist pedig a tüdő és a vese szabályozza. A fehérje vagy AA túlzott bevitele azonban szabályozza ezeket a folyamatokat, és embrionális/magzati halált, terhesség elvesztését, intrauterin növekedési korlátozást és az anyák rossz egészségi állapotát eredményezi. 5-MTF: N5-metil-tetrahidrofolát; B6-vitamin: B6-vitamin.

Más fajokhoz hasonlóan a vemhes anyajuhok Arg-kiegészítése javítja az embrionális túlélést, mivel az Arg fontos a conceptus túlélése, növekedése és fejlődése szempontjából. 7 Mivel az étkezési Arg aktívan lebomlik a bendőben, ezért kérődzők Arg-kiegészítéséhez intravénás beadás megfelelő. Megállapítottuk, hogy az Arg intravénás beadása tápanyag-korlátozott anyajuhokhoz a vemhesség 60. napjától a szülésig megakadályozta az IUGR-t és megnövelte a bárányok születési súlyát a tápanyag-korlátozott anyajuhokhoz képest sóoldatos infúzióban. 20,21 A magzati túlélés 59% -kal nőtt Arg intravénás alkalmazásával a terhesség 100. és 121. napja között. A sertés placentákkal ellentétben a juh placentómák magas argináz aktivitással rendelkeznek, amely az Arg-t ornitinné, majd poliaminokká és prolinná katabolizálja. 38 Érdekes, hogy az Arg konzerválódik prekurzoraként, a citrullinként a juhok koncepcióiban, hogy minimalizálják az Arg placentómális argináz általi lebomlását.

Rágcsálók

Akár alacsony, akár magas anyai táplálékfehérje-bevitel rontja a rágcsálók hemodinamikáját. Például megnövekedett vérnyomás patkány utódokban fordult elő fehérjehiányos gátakból négy hetes korukban, és felnőttkorukban is fennmaradt. 19 Kucia és mtsai. 39 megállapította, hogy a magas anyai fehérje-étrend (40% CP) csökkentette az alom méretét és az alom tömegét a születéskor egerekben. A rágcsálókban található magas fehérjetartalmú étrend kevesebb energiát szolgáltat, mint az izoenergetikus kontroll étrend, mivel a karbamid szintézisén keresztül a felesleges ammónia ártalmatlanításához szükséges energiafogyasztás magas. Az anyák vese tömege nagyobb egerekben és patkányokban, akiknek magas az étkezési fehérje bevitelük. A magas anyai táplálékfehérje-bevitel (55% CP) szintén csökkenti az utódok testsúlyát és táplálékfelvételét. Ezeknek a patkánykölyköknek éhomi állapotban magasabb volt a glükóz koncentrációja a plazmában, étkezés utáni állapotban pedig magasabb volt az inzulin koncentrációja a plazmában, ami hatással volt a glükóz metabolizmusára és az inzulinrezisztencia lehetséges jeleire.

A vemhes patkányokban az arg kiegészítés a vemhesség első hét napján vagy a vemhesség alatt a PI3K/PKB/mTOR/NO jelátviteli útvonalon keresztül kb. 3-kal növeli az implantációs helyek számát és az alom méretét. Egerekben a táplálkozási Arg-kiegészítés 14 napos párzást megelőzően megnövelte a posztnatális súlygyarapodást és csökkentette az abortusz arányát, amikor 2-es típusú sertés cirkovírusnak voltak kitéve, amely általában embrionális halált okoz. 43 Ez újabb bizonyítékokkal szolgál az Arg jótékony szerepéről az anya és a magzat egészségének javításában. Így az Arg étrendben nélkülözhetetlen AA a rágcsálók vemhesítéséhez. 29,44,45

Következtetés

Köszönetnyilvánítás

Köszönjük kollégáinknak és hallgatóinknak a laboratóriumunkban végzett kutatáshoz nyújtott fontos hozzájárulásukat.

A szerzők hozzájárulása

A GW megalkotta ezt a projektet. CMH, FWB, GAJ és GW írták a kéziratot. Minden szerző hozzájárult a cikk megvitatásához és átdolgozásához. A papír tartalmáért elsősorban a GW volt a felelős. Minden szerző elolvasta és jóváhagyta ezt a kéziratot.

Nyilatkozat az ütköző érdekekről

A szerzők kijelentik, hogy nincs olyan összeférhetetlenség, amelyet úgy lehetne felfogni, hogy sérti a felülvizsgálat pártatlanságát.

Finanszírozás

Ezt a munkát az USDA Országos Élelmezési és Mezőgazdasági Intézete, valamint a Texas A&M AgriLife Research (H-8200) támogatta a Mezőgazdasági és Élelmiszeripari Kutatási Kezdeményezés versenyképes támogatásai (2014–67015-21770, 2015–67015-23276 és 2016–67015-24958). ).