Linnea R. Freeman

1 Катедра по неврология, Медицински университет в Южна Каролина, Чарлстън, Южна Каролина, САЩ

Вивиан Хейли-Зитлин

2 Катедра по хранителни науки и хранене на човека, Университет Клемсън, Клемсън, Южна Каролина, САЩ

Доротея С. Розенбергер

1 Катедра по неврология, Медицински университет в Южна Каролина, Чарлстън, Южна Каролина, САЩ

3 Катедра по анестезия и периоперативна медицина, Медицински университет в Южна Каролина, Чарлстън, Южна Каролина, САЩ

Ан-Шарлот Гранхолм

1 Катедра по неврология, Медицински университет в Южна Каролина, Чарлстън, Южна Каролина, САЩ

Резюме

Разпространението на затлъстяването нараства и сега включва най-малко една трета от възрастното население в Съединените щати. Тъй като нивата на затлъстяване и деменция достигат епидемични размери, още по-голям интерес към ефектите от храненето върху мозъка става очевиден. Този преглед обсъжда различни механизми, чрез които диетата с високо съдържание на мазнини и/или затлъстяването може да промени мозъка и познанието. Добре известно е, че лошата диета и затлъстяването могат да доведат до определени нарушения като диабет тип II, метаболитен синдром и сърдечни заболявания. Въпреки това, дългосрочните ефекти на затлъстяването върху мозъка трябва да бъдат допълнително изследвани. Приносът на инсулинова резистентност и оксидативен стрес е накратко разгледан от проучвания в настоящата литература. Ролята на възпалението и съдовите промени са описани по-подробно поради опита на нашата лаборатория в оценката на тези специфични фактори. Много е вероятно всеки от тези фактори да играе роля при индуциран от диетата и/или индуциран затлъстяване когнитивен спад.

Затлъстяването: проблем на общественото здраве

Разпространението на затлъстяването нараства и сега включва най-малко една трета от възрастното население в Съединените щати. Друга трета от населението се характеризира с наднормено тегло. 1,2 Индексът на телесна маса (ИТМ) се използва за определяне на наднорменото тегло и затлъстяването съответно между 25–30 kg/m 2 и над 30 kg/m 2. 2 ИТМ се изчислява чрез разделяне на теглото в килограми на височина в квадратни метри (килограм на квадратен метър). 3 С настоящия растеж на този проблем за общественото здраве се очаква, че процентите на наднормено тегло и затлъстяване ще достигнат епидемични размери в Съединените щати през следващото десетилетие (до 75% от населението през 2015 г.). 2 Сравнявайки тези статистически данни с данните, събрани през 1960 г. за разпространението на затлъстяването в Съединените щати, сегашното население сега включва почти утроен брой на затлъстелите хора (13,4% през 1960 г. при 35,7% през 2010 г.). 1,4 По света се изчислява, че един милиард души са с наднормено тегло или затлъстяване. 5

Затлъстяването е рисков фактор за много състояния, включително, но не само, диабет, хипертония, дислипидемия, инсулт, сърдечни заболявания, някои видове рак и артрит. 1,6 Въпреки че общата смъртност продължава да намалява у нас поради медицинския и технологичен напредък, смъртността, свързана със затлъстяването, се увеличава. Ясно е, че затлъстяването вреди на здравето и благосъстоянието на нашето население, но биологичните механизми за неговите вредни ефекти са по-малко проучени. Бъдещите изследвания трябва да се съсредоточат върху аспектите на сегашната ни диета и начин на живот, които водят до затлъстяване, и пълната степен на свързаните със затлъстяването ефекти върху всички органи на тялото, включително мозъка.

„Западната диета“

Един от най-големите фактори, допринасящи за разпространението на затлъстяването, е изборът на диета. Термин, описващ нездравословната диета, ядена от много американци, както и от други западни популации, е „западната диета“. Най-просто казано, това е диета, която съдържа големи количества червено месо, рафинирани захари, храни с високо съдържание на мазнини и рафинирани зърнени храни. Това е в контраст с по-здравословната диета с високо съдържание на плодове, зеленчуци, постни протеини и фибри. 7

Установено е, че консумацията на мазнини е ключов фактор в епидемията от затлъстяване. 7–9 Западната диета често съдържа големи количества наситени (SFA) и транс-мастни киселини (TFA) в сравнение с по-здравословна диета, съдържаща повече n – 3 полиненаситени мастни киселини (PUFA). 10,11 Основните източници на SFA в САЩ включват тлъсти меса, печени изделия, сирене, мляко, маргарин и масло. 8,12,13 Дългосрочната консумация на „западната диета“ може да доведе до затлъстяване и следователно вредни ефекти върху общото здраве. Въпреки това, област, която все още не е добре оценена, е вредното въздействие на „западната диета“ върху мозъка. Тази тема е фокусът на настоящия преглед.

Диети с високо съдържание на мазнини и познание

Деменцията по дефиниция е прогресивно влошаване на два или повече начина на когнитивно представяне. Диагностиката на деменция изисква многократен анализ на способността на субекта да изпълнява сложни задачи, ежедневни дейности, както и промени в личността и настроението. В рамките на този преглед ние основно се позоваваме на „когнитивен спад“ или „когнитивно увреждане“, за да изследваме широк спектър от симптоми, които могат да бъдат засегнати от диети с високо съдържание на мазнини и/или затлъстяване.

През последното десетилетие се появи повече научен интерес към свързаните с храненето ефекти върху мозъчната функция. Степента на затлъстяване, диабет и деменция продължава да се покачва и както ретроспективните, така и проспективните проучвания показват, че затлъстяването и увеличената консумация на диети с високо съдържание на мазнини увеличават риска от развитие на деменция. 14–20 Още през 1990 г. Greenwood и Winocur 21 публикуват едно от първите проучвания, разкриващи ефектите от диетата с високо съдържание на SFA върху ученето и паметта при плъхове. В това проучване 1-месечните плъхове Long Evans са били хранени или с високо съдържание на SFA (диета на основата на свинска мас, 40% калории от мазнини), с високо съдържание на PUFA (на основата на соево масло, 40% калории от мазнини) или стандартна диета с плъхове (Purina, 4,5% w/w) в продължение на три месеца. Плъховете се оценяват по три различни задачи: радиален лабиринт на Олтън, задача за забавено редуване с променлив интервал и серия от лабиринти Хеб-Уилямс. Плъховете на диета, базирана на свинска мас, се представиха най-зле и при трите тези задачи, разкривайки вредното въздействие на този тип диета върху мозъка. 21 Понастоящем обаче биологичните механизми, причинени от тези ефекти, не са оценени.

След това проучване бяха публикувани още осем ръкописа от Greenwood и Winocur, описващи връзката между диетата с високо съдържание на мазнини и когнитивната функция. 22–29 По-късни проучвания от тази група изследват ролята на глюкозната и инсулиновата резистентност в наблюдавания спад в когнитивните функции. През 2005 г. те публикуваха преглед, включващ резултати както от епидемиологични проучвания при хора, така и от експерименти с гризачи, които установиха, че инсулиновата резистентност е поне един механизъм, чрез който хроничната консумация на диета с високо съдържание на мазнини е свързана с когнитивния спад и деменцията. По това време само няколко други изследователи проучват връзката между диетите с високо съдържание на мазнини и познанието, както и свързаните с тях механизми. Ръкопис от нашата изследователска група демонстрира вредни ефекти на диета с високо съдържание на мазнини/висок холестерол върху ефективността в радиален лабиринт при плъхове на средна възраст, свързана с намалена дендритна цялост на хипокампала и активиране на микроглиални клетки в хипокампуса. 30 Всички проучвания на гризачи, изследващи корелация между диета с високо съдържание на мазнини и когнитивно увреждане, представени тук, са обобщени в таблица 1 .

маса 1

Изследвания на гризачи: ефект на диетата върху познанието

Състав на диетата Когнитивни резултати Постулирани биологични
механизъмРеференции
Диета на основата на свинска мас (40% калории от мазнини)По-лошо представяне при работа
памет и задържане		Не се обсъжда 21.
Свинска мас и царевично масло (39% енергия)По-лошо представяне на водата на Морис
лабиринт		Оксидативен стрес, намален BDNF
нива		 31
Диета с високо съдържание на мазнини (45% калории от мазнини)По-лошо представяне на операнта-
въз основа на забавено съвпадение с
позиция позиция		Инсулинова резистентност 32
Диета с високо съдържание на мазнини и високо съдържание на глюкоза
с високо фруктозен царевичен сироп		По-лошо представяне на пространствено
учебна задача		Инсулинова резистентност, намалена
BDNF нива		 33
Високо наситени мазнини и холестеролПо-лошо представяне на водата
Лабиринт с радиална ръка		Възпаление, намалено дендритно
целостта в хипокампуса		 34
‘Западна диета’ (41% калории от мазнини) или
Свинска мас (60% калории от мазнини)		Нарушено задържане при поведенчески тест
за 60% мазнини, но не „западна диета“		Оксидативен стрес 35
Диета с високо съдържание на мазнини (45% калории от
мазнини) + метформин		Подобрена производителност на оперант
задача		Инсулинова чувствителност 36
Високо съдържание на мазнини с високо съдържание на въглехидрати + витамин ЕПодобрена производителност на вода
Лабиринт с радиална ръка		Оксидативен стрес 37
Диета с високо съдържание на мазнини (45% калории от мазнини)Влошено представяне на Fear
Задача за кондициониране		Оксидативен стрес 38
Диета с високо съдържание на мазнини + захарВлошено представяне на сериал
функция отрицателна задача		Съдова/затлъстяване 39

вредни

Възможни механизми на индуциран от диетата когнитивен спад. Механизмите, описани в този преглед, вероятно действат съвместно, за да причинят когнитивен спад. Тези механизми включват, но не се ограничават до променена васкуларизация и целостта на BBB, възпаление и оксидативен стрес. В тази диаграма ние показваме активиране на ендотелните клетки, което увеличава проникването на BBB, позволявайки на повече възпалителни молекули и ROS да влязат в мозъка. След това микроглиалните клетки продължават възпалителната каскада, причинявайки увреждане на здравето на невроните.

Таблица 2

Човешки изследвания: ефект на диетата върху познанието

Състав на диетата Когнитивни резултати Постулирани биологични
механизъмРеференции
Висок прием на линолова киселинаПо-лошо представяне на Mini Mental State ExamОксидативен стрес 14.
Лошото хранене води до увреждане
глюкозен толеранс		По-лошо представяне на Mini Mental State ExamНарушена глюкоза
метаболизъм		 47
Нисък прием на мононенаситени и
Наситените мазнини		Най-добро представяне в Mini-Mental State
Изследване и психическо състояние на Pfeiffer
Въпросник		Оксидативен стрес, липса на
микроелементи като
витамин С, фолиева киселина, цинк		 41
По-висок прием на наситени мазнини и
транс-ненаситени мазнини		Спад в представянето на: Тестове в Източен Бостън
на незабавно и забавено изземване, Mini-
Изследване на психичното състояние и символа
Тест за цифрови условия		Нива на холестерол -
атерогенен		 42
Голям прием на n-3 полиненаситени
мастни киселини и докозахексаенова киселина
киселина (22: 6n-3)		Намален риск от болестта на Алцхаймерне се обсъжда 44
Повишен калориен прием и
повишен прием на холестерол		По-лошо представяне при просто време за реакция,
заместване със символна цифра и серийна цифра
изучаване на		не се обсъжда 43

Инсулинова резистентност

Оксидативен стрес

Възпаление

Дисфункционална васкуларизация

Принос на процеса на стареене

Обобщение

Както е описано по-горе, са предложени редица фактори, които причиняват увреждане на мозъка с високо съдържание на мазнини, особено при стареене, включително оксидативен стрес, инсулинова резистентност, възпаление и промени в целостта на васкуларизацията/BBB. Приносът на инсулиновата резистентност, консумацията на есенциални мастни киселини и оксидативният стрес може да се координира с възпалителни и съдови промени, за да предизвика цялостни промени в мозъчната функция с консумация на диети с високо съдържание на мазнини и висок гликемичен индекс. Не са проведени обаче достатъчно проучвания, за да се разбере напълно ролята на всеки от тези каскади за когнитивно увреждане, предизвикано от високо съдържание на мазнини. Въз основа на епидемичните пропорции на диабет и затлъстяване в Съединените щати днес е важно да се разкрият тези фактори. Диаграма, илюстрираща нашите текущи мисли относно включените механизми, както е посочено в този преглед, е показана на фиг. 1. Нашите проучвания категорично предполагат, че възрастните хора са по-податливи на вредни ефекти от диетите с високо съдържание на мазнини, отколкото младите индивиди, което прави диетичните интервенции и програмите за упражнения още по-ценни от гледна точка на предотвратяване на по-нататъшен когнитивен спад при пациенти в старческа възраст.