A magas zsírtartalmú étrend káros hatása az agyra és a megismerésre: A javasolt mechanizmusok áttekintése

Linnea R. Freeman

1 Idegtudományi Tanszék, Dél-Karolinai Orvostudományi Egyetem, Charleston, SC, USA

Vivian Haley-Zitlin

2 Élelmiszertudományi és emberi táplálkozási tanszék, Clemson University, Clemson, SC, USA

Dorothea S. Rosenberger

1 Idegtudományi Tanszék, Dél-Karolinai Orvostudományi Egyetem, Charleston, SC, USA

3 Anesztézia és perioperatív orvoslás tanszék, Dél-Karolinai Orvostudományi Egyetem, Charleston, SC, USA

Ann-Charlotte Granholm

1 Idegtudományi Tanszék, Dél-Karolinai Orvostudományi Egyetem, Charleston, SC, USA

Absztrakt

Az elhízás gyakorisága növekszik, és ma már az Egyesült Államok felnőtt lakosságának legalább egyharmada. Mivel az elhízás és a demencia aránya eléri a járvány mértékét, nyilvánvalóvá vált, hogy a táplálkozás agyra gyakorolt hatása még nagyobb érdeklődést mutat. Ez az áttekintés különféle mechanizmusokat tárgyal, amelyek révén a magas zsírtartalmú étrend és/vagy az elhízás megváltoztathatja az agyat és a megismerést. Köztudott, hogy a helytelen étrend és az elhízás bizonyos rendellenességekhez, például II-es típusú cukorbetegséghez, metabolikus szindrómához és szívbetegségekhez vezethet. Az elhízás agyra gyakorolt hosszú távú hatásait azonban tovább kell vizsgálni. Az inzulinrezisztencia és az oxidatív stressz hozzájárulását a jelenlegi szakirodalom tanulmányai röviden áttekintik. A gyulladás és az érrendszeri elváltozások szerepét részletesebben ismertetjük laboratóriumunk tapasztalatai miatt ezen specifikus tényezők értékelésében. Nagyon valószínű, hogy ezek a tényezők szerepet játszanak a diéta és/vagy az elhízás által kiváltott kognitív hanyatlásban.

Elhízás: közegészségügyi kérdés

Az elhízás gyakorisága növekszik, és ma már az Egyesült Államok felnőtt lakosságának legalább egyharmada benne van. A lakosság másik harmadát túlsúlyosnak jellemzik. Az 1,2 testtömeg-index (BMI) a túlsúly és az elhízás meghatározására szolgál 25-30 kg/m 2, illetve 30 kg/m 2 fölött. 2 A BMI-t úgy számítják ki, hogy a súlyt kilogrammban osztják el a négyzetméterben kifejezett magassággal (kilogramm négyzetméterenként). 3 Ennek a közegészségügyi problémának a jelenlegi növekedésével az előrejelzések szerint a túlsúly és az elhízás aránya az elkövetkező évtizedben eléri a járvány mértékét az Egyesült Államokban (2015-ben a lakosság 75% -a). 2 Összehasonlítva ezeket a statisztikákat az 1960-ban gyűjtött adatokkal az elhízás prevalenciájáról az Egyesült Államokban, a jelenlegi népesség mára csaknem megháromszorozza az elhízottak számát (1960-ban 13,4%, míg 2010-ben 35,7%). 1,4 A becslések szerint világszerte egymilliárd ember van túlsúlyos vagy elhízott. 5.

Az elhízás számos betegség kockázati tényezője, beleértve, de nem kizárólag, a cukorbetegséget, a magas vérnyomást, a diszlipidémiát, agyvérzést, szívbetegségeket, bizonyos rákos megbetegedéseket és ízületi gyulladásokat. 1,6 Bár az általános halálozási arány hazánkban továbbra is csökken az orvosi és technológiai fejlődés miatt, az elhízással összefüggő rendellenességekhez kapcsolódó halálozás növekszik. Nyilvánvaló, hogy az elhízás káros hatással van lakosságunk egészségére és wellnessére, de káros hatásainak biológiai mechanizmusait kevésbé vizsgálják. A jövőbeni kutatásoknak a jelenlegi étrendünk és életmódunk azon aspektusaira kell összpontosítaniuk, amelyek elhízáshoz vezetnek, valamint az elhízással kapcsolatos hatások teljes mértékére a test minden szervére, beleértve az agyat is.

„A nyugati étrend”

Az elhízás elterjedésének egyik legnagyobb tényezője az étrend megválasztása. Az a kifejezés, amely leírja az egészségtelen étrendet, amelyet sok amerikai és más nyugatias populáció fogyaszt, a „nyugati étrend”. Egyszerűen fogalmazva, ez egy olyan étrend, amely nagy mennyiségű vörös húst, finomított cukrokat, magas zsírtartalmú ételeket és finomított gabonákat tartalmaz. Ez ellentétben áll az egészségesebb étrenddel, amely sok gyümölcsöt, zöldséget, sovány fehérjét és rostot tartalmaz. 7

A zsírfogyasztásról kiderült, hogy az elhízás járványának kulcsszereplője. 7–9 A nyugati étrend gyakran nagy mennyiségben tartalmaz telített (SFA) és transz-zsírsavakat (TFA), összehasonlítva az egészségesebb étrenddel, amely több n – 3 többszörösen telítetlen zsírsavat (PUFA) tartalmaz. 10,11 Az SFA-k fő forrásai az Egyesült Államokban a zsíros húsok, pékáruk, sajt, tej, margarin és vaj. 8,12,13 A „nyugati étrend” hosszú távú fogyasztása elhízáshoz és ennek következtében káros hatásokhoz vezethet az általános egészségre. Azonban egy olyan terület, amelyet még nem értékeltek jól, a „nyugati étrend” agyra gyakorolt káros hatása. Ez a téma áll a jelenlegi áttekintés középpontjában.

Nagy zsírtartalmú étrend és megismerés

A demencia definíció szerint a kognitív teljesítmény két vagy több módozatának progresszív romlása. A demencia diagnosztizálásához meg kell ismételni az alany összetett feladatok ellátására való képességét, a mindennapi élet tevékenységeit, valamint a személyiség és a hangulat változását. Ebben a felülvizsgálatban elsősorban a „kognitív hanyatlásra” vagy a „kognitív károsodásra” hivatkozunk annak érdekében, hogy megvizsgáljuk a magas zsírtartalmú étrend és/vagy elhízás által érintett tünetek széles spektrumát.

Az elmúlt évtizedben egyre nagyobb tudományos érdeklődés mutatkozott az agy működésére vonatkozó, táplálkozással kapcsolatos hatások iránt. Az elhízás, a cukorbetegség és a demencia aránya továbbra is emelkedik, és mind a retrospektív, mind a prospektív tanulmányok szerint az elhízás és a magas zsírtartalmú étrend fokozott fogyasztása növeli a demencia kialakulásának kockázatát. 14–20. Greenwood és Winocur 21 már 1990-ben közzétette az egyik első tanulmányt, amely a magas SFA diéta hatását tárja fel a patkányok tanulására és memóriájára. Ebben a vizsgálatban az egy hónapos Long Evans patkányokat magas SFA-val (zsírzsír alapú étrend, 40% kalória zsírból), magas PUFA diétával (szójaolaj alapú, 40% kalória zsírból) vagy egy standard patkány-chow-étrend (Purina, 4,5 tömeg/tömeg%) három hónapig. A patkányokat három különböző feladaton értékelték: Olton sugárirányú labirintusán, változó intervallumú késleltetett váltakozási feladaton és a Hebb-Williams labirintus sorozaton. A disznózsír alapú étrenden végzett patkányok mindhárom feladatban a legrosszabbul teljesítettek, és felfedték az ilyen típusú étrend agyra gyakorolt káros hatásait. Azonban e hatások kiváltásához szükséges biológiai mechanizmusokat egyelőre nem értékelték.

Ezt a tanulmányt követően Greenwood és Winocur további nyolc kéziratot tett közzé, amelyek leírják a magas zsírtartalmú étrend és a kognitív funkció közötti kapcsolatot. 22–29 E csoport későbbi tanulmányai feltárták a glükóz és az inzulinrezisztencia szerepét a kognitív funkció megfigyelt csökkenésében. 2005-ben publikálták az emberi epidemiológiai vizsgálatok és a rágcsálók kísérleteinek eredményeit tartalmazó áttekintést, amely szerint az inzulinrezisztencia legalább egy olyan mechanizmus, amely a magas zsírtartalmú étrend krónikus fogyasztását összekapcsolja a kognitív hanyatlással és a demenciával. 23 Ebben az időben csak néhány más kutató vizsgálta a magas zsírtartalmú étrend és a megismerés kapcsolatát, valamint az ezzel kapcsolatos mechanizmusokat. Kutatócsoportunk kézirata kimutatta a magas zsírtartalmú/magas koleszterinszintű étrend káros hatásait a középkorú patkányok sugárirányú labirintusának teljesítményére, összefüggésben a hippocampus dendritikus integritásának csökkenésével és a hippocampus mikroglia sejtjeinek aktiválódásával. 30 Az itt bemutatott összes rágcsáló-tanulmányt, amely összefüggést tár fel a magas zsírtartalmú étrend és a kognitív károsodás között, az 1. táblázat foglalja össze. .

Asztal 1

Rágcsáló vizsgálatok: a diéta hatása a megismerésre

Diéta összetétele Kognitív eredmények Postulált biológiai
mechanizmusReferenciák

Sertészsír alapú étrend (40% kalória zsírból)	Rosszabb teljesítmény a munkában emlékezet és megtartás	Nem tárgyalták	21
Sertészsír és kukoricaolaj (39% energia)	Rosszabb teljesítmény a Morris vízen labirintus	Oxidatív stressz, csökkent BDNF szintek	31
Magas zsírtartalmú étrend (45% kalória zsírból)	Rosszabb teljesítmény az operánson- alapú késleltetett illesztés pozíció feladat	Inzulinrezisztencia	32
Magas zsírtartalmú, magas glükózszintű étrend kiegészítve magas fruktóztartalmú kukoricasziruppal	Rosszabb teljesítmény egy térben tanulási feladat	Inzulinrezisztencia, csökkentett BDNF szintek	33
Magas telített zsír- és koleszterinszint	Rosszabb teljesítmény a vízen Radiális kar labirintus	Gyulladás, csökkent dendrit integritása a hippokampuszban	34
‘Nyugati étrend’ (41% kalória zsírból) ill Zsír (60% kalória zsírból)	A viselkedési teszt megőrzésének romlása 60% zsírtartalmú, de nem „nyugati étrend”	Oxidatív stressz	35
Magas zsírtartalmú étrend (45% kalória zsír) + metformin	Javított teljesítmény operációs alapon feladat	Inzulinérzékenység	36
Nagy zsírtartalmú, magas szénhidráttartalmú + E-vitamin	Javult a víz teljesítménye Radiális kar labirintus	Oxidatív stressz	37
Magas zsírtartalmú étrend (45% kalória zsírból)	Csökkent teljesítmény a Fear-on Kondicionáló feladat	Oxidatív stressz	38
Magas zsírtartalmú étrend + cukor	Csökkent teljesítmény a soros jellemző negatív feladat	Vaszkuláris/zsírosodás	39

Az étrend által kiváltott kognitív hanyatlás lehetséges mechanizmusai. Az ebben az áttekintésben leírt mechanizmusok valószínűleg együttesen működnek, és kognitív hanyatlást okoznak. Ezek a mechanizmusok magukban foglalják, de nem kizárólag, a megváltozott vaszkularizációt és a BBB integritását, a gyulladást és az oxidatív stresszt. Ebben a diagramban bemutatjuk az endothelsejtek aktiválódását, amely növeli a BBB penetrációt, lehetővé téve több gyulladásos molekula és ROS bejutását az agyba. Ezután a mikroglia sejtek örökítik meg a gyulladásos kaszkádot, ami károsítja az idegsejtek egészségét.

2. táblázat

Humán vizsgálatok: a diéta hatása a megismerésre

Diéta összetétele Kognitív eredmények Postulált biológiai
mechanizmusReferenciák

Magas linolsavbevitel	Rosszabb teljesítmény a Mini Mentális Államvizsgán	Oxidatív stressz	14
A rossz étrend károsodást eredményez glükóz tolerancia	Rosszabb teljesítmény a Mini Mentális Államvizsgán	Zavart glükóz anyagcsere	47
Alacsony egyszeresen telítetlen és telített zsír	A legjobb teljesítmény a Mini-Mental State-ben Vizsgálat és Pfeiffer mentális állapota Kérdőív	Oxidatív stressz, hiánya mikrotápanyagok, mint pl C-vitamin, folát, cink	41
Nagyobb mennyiségű telített zsír és transz-telítetlen zsír	A teljesítmény csökkenése: East Boston Tests és késleltetett visszahívás, a Mini- A mentális állapot vizsgálata és a szimbólum Digitális modalitások teszt	Koleszterinszint - atherogén	42
Nagy mennyiségű n-3 többszörösen telítetlen zsírsavak és dokozahexaénsav sav (22: 6n-3)	Csökkentette az Alzheimer-kór kockázatát	nem tárgyalták	44.
Fokozott kalóriabevitel és fokozott koleszterin bevitel	Rosszabb teljesítmény az egyszerű reakcióidő mellett, szimbólumjegyű helyettesítés és sorszámjegy tanulás	nem tárgyalták	43

Inzulinrezisztencia

Oxidatív stressz

Gyulladás

Diszfunkcionális vaszkularizáció

Az öregedési folyamat hozzájárulása

Összegzés

A fent leírtak szerint számos tényezőt javasoltak a zsírtartalmú étrend okozta agykárosodás okozására, különösen az öregedéssel együtt, ideértve az oxidatív stresszt, az inzulinrezisztenciát, a gyulladást és az érrendszeri változásokat/a BBB integritását. Az inzulinrezisztencia, az esszenciális zsírsavfogyasztás és az oxidatív stressz hozzájárulhat a gyulladásos és érrendszeri elváltozásokhoz, hogy a magas zsírtartalmú és magas glikémiás indexű étrendek fogyasztásával az agy működésében általános változásokat idézzen elő. Mindazonáltal nem végeztek elég tanulmányt annak érdekében, hogy teljes mértékben megértsük e lépcsők szerepét a magas zsírtartalmú kognitív károsodásban. A cukorbetegség és az elhízás járványos arányai alapján az Egyesült Államokban fontos feltárni ezeket a tényezőket. Az ebben a felülvizsgálatban felvázolt, az érintett mechanizmusokkal kapcsolatos jelenlegi gondolatainkat szemléltető ábra az 1. ábrán látható. Vizsgálataink határozottan azt sugallják, hogy az idős emberek hajlamosabbak a magas zsírtartalmú étrend káros hatásaira, mint a fiatalok, így az étrendi beavatkozás és az edzésprogramok még értékesebbé válnak az idős betegek további kognitív hanyatlásának megakadályozása szempontjából.