Позитивное воздействие сочетания козьего молока с лютеином, макро- и микронутриентами на развитие мозга младенца

Адекватное питание необходимо для нормального развития мозга. Оно особенно важно в периоды внутриутробного развития и младенчества, так как они являются решающими периодами для формирования мозга. В это время закладывается основа для развития когнитивных, моторных и социально-эмоци- ональных навыков. Исследования показали, что половина интеллектуального потенциала человека развивается к четырем годам и что питание может иметь длительное влияние на интеллектуальные способности, личностные характеристики и поведение в социуме. Имеются значительные научные данные, показывающие, что дети, получавшие хорошее питание и адекватную психосоциальную стимуляцию в младенчестве, к двенадцатилетнему возрасту были более развиты интеллектуально, чем дети, выросшие в менее стимулирующей среде.

Моделирование различных типов дефицитов на животных, а также некоторые клинические исследования позволяют предположить, что для развития мозга необходим целый ряд питательных веществ. Дефицит питательных веществ с большей вероятностью снизит интенсивность развития структур мозга, если он возникает в период развития ребенка, когда высока потребность в этом питательном веществе для развития нервной системы. Процессы нервного развития происходят в разные, но перекрывающиеся периоды времени в разных областях мозга. В течение первого года жизни ребенка нервная система проходит следующие процессы развития: рост аксонов и дендритов, миелинизацию аксонов,пролиферацию нейронов, формирование и прунинг синапсов (уменьшение числа или удаление) и апоптоз нейронов (запрограммированная гибель клеток).

Вначале мы рассмотрим биологические механизмы, лежащие в основе влияния на развитие мозга дефицита питательных веществ во время беременности и младенчества. В основном доказательства этих процессов на молекулярном и клеточном уровнях получены из исследований на животных. Несмотря на то, что эти модельные испытания продемонстрировали важность адекватного питания для развивающегося мозга, следует учитывать, что целый ряд факторов влияет на то, приводит ли недостаточное питание во время беременности и младенчества к выраженному когнитивному дефициту у взрослых.

Незаменимые жирные кислоты и их производные важны для функционирования мембран, работы синапсов и миелинизации аксонов. Арахидоновая кислота (ARA) и докозагексаеновая кислота (DHA) находятся в мембранах синаптических участков, они играют важную роль в созревании синапсов и в передаче нервных импульсов ⁽¹⁾. Формирование синапсов начинается во время беременности (около 23-й недели) и продолжается на протяжении всей жизни. Синаптическая плотность достигает пика в разное время в разных областях мозга, например, в зрительной коре в возрасте от 4 до 12 месяцев, а в префронтальной коре в возрасте 15 месяцев ⁽²⁾. Миелинизация аксонов слухового прохода ствола головного мозга происходит с 26-й недели гестации до по крайней мере 1 года после рождения ⁽³⁾.

После рождения ребенка частота миелинизации областей, связанных со зрением и слухом, достигает пика и остается на высоком уровне до миелинизации областей мозга, лежащих в основе языковых навыков, что совпадает с появлением этих способностей ⁽⁴⁾. Для миелинизации аксонов необходимы незаменимые жирные кислоты, такие как DHA, поскольку жирные кислоты являются структурными компонентами миелина. Исследования на животных показали, что как пренатальный, так и послеродовой дефицит незаменимых жирных кислот снижает их количество и изменяет состав миелина ⁽⁵⁾. Это означает, что добавление DHA в диету в первый год после рождения может улучшать миелинизацию аксонов слухового прохода. Влияние DHA на миелинизацию слухового пути ствола мозга в течение первых нескольких месяцев после рождения также подтверждают результаты исследования, проведенного в Турции. Было показано, что младенцы, получавшие детскую смесь, содержащую DHA, к возрасту 16 недель демонстрировали более быстрые слуховые вызванные потенциалы ствола мозга, чем младенцы, которые получали смесь без DHA ⁽⁶⁾.

Нейрогенез требует синтеза значительного количества мембранных фосфолипидов, для чего также необходимы жирные кислоты. В исследовании у крыс с дефицитом DHA в период внутриутробного развития наблюдали снижение пролиферации нейронов ⁽⁷⁾, что говорит о необходимости поступления с пищей незаменимых жирных кислот.

Железо является важным структурным компонентом молекулы гемоглобина, которая транспортирует кислород ко всем органам тела, включая мозг. Железосодержащие ферменты и гемопротеины участвуют в важных клеточных процессах в развивающемся головном мозге, включая миелинизацию, поддержание энергетического статуса нейронов и глии, гомеостаза моноаминных нейротрансмиттеров и статуса щитовидной железы. Железодефицитная анемия, то есть недостаточное производство гемоглобина из-за дефицита железа, является фактором риска как краткосрочных, так и долгосрочных когнитивных нарушений. Исследования доношенных младенцев и доклинические модели демонстрируют значительное влияние перинатального дефицита железа в остром периоде дефицита и в долгосрочной перспективе после восполнения запасов железа. Железо- дефицитная анемия в младенчестве связана с замедленным умственным и двигательным развитием, а позднее – с плохой познавательной способностью и социально-эмоциональной регуляцией ⁽⁸⁾. Долгосрочные когортные исследования также неизменно демонстрируют, что дети, страдавшие анемией до 2 лет, продолжали иметь дефицит познавательных способностей и низкую успеваемость в школе с 4 до 19 лет ⁽⁹⁾.

Роль меди в перинатальной биологии мозга пересекается с ролью железа. Основные эффекты меди в мозге включают регулирование активности дофаминмонооксигеназы и улавливание активных форм кислорода с помощью Cu-Zn супероксиддисмутазы. Помимо этого, медь регулирует транспорт железа через гематоэнцефалический барьер за счет передачи протона от мультиоксидазы меди для преобразования двухвалентного железа в его переносимую трехвалентную форму. Таким образом, дефицит меди приводит к дефициту железа в головном мозге с сопутствующими ему последствиями. Также дефицит меди изменяет статус дофамина и цитохрома С в головном мозге, особенно в областях с высоким уровнем метаболизма. В ранне неонатальном периоде эти области включают гиппокамп и мозжечок. Исследования на животных с соответствующим временем развития подтверждают его влияние на обучение, память и равновесие ⁽²⁹⁾. Влияние дефицита меди еще предстоит изучить в исследованиях на людях.

Цинк является важным питательным веществом, присутствующим во всех тканях и жидкостях организма. Цинк необходим для функционирования белков, включая более трех сотен ферментов, факторов транскрипции, гормональных рецепторных участков и биологических мембран. Цинк играет важную роль в метаболизме ДНК и РНК, он участвует в передаче сигналов, экспрессии генов и процессе апоптоза. Ферменты, в состав которых входит ион цинка, участвуют в метаболизме нуклеиновых кислот и клеточной пролиферации, дифференцировке и росте клеток ⁽¹⁰⁾.

Цинк является четвертым по распространенности ионом в клетках головного мозга, где он обеспечивает нормальное функционирование мозга, улучшает память, умственную работоспособность, благодаря своей роли в синтезе ДНК и РНК и метаболизме белков, углеводов и жиров ⁽¹¹⁾. У человека дефицит цинка может вызывать аномальную функцию мозжечка и нарушение поведенческих и эмоциональных реакций. Хотя механизмы, связывающие дефицит цинка с когнитивным развитием, остаются неясными, похоже, что его дефицит может приводить к дефициту нейропсихологического функционирования, активности или двигательного развития младенца и таким образом мешает развитию когнитивной деятельности ⁽¹²⁾.

Исследования развития и поведения детей в возрасте 6 и 12 месяцев с использованием оценочной шкалы Бейли показали, что добавление цинка улучшает развитие двигательных навыков (моторики) ^{(13, 14)}. Следует отметить тот факт, что влияние цинка на оцениваемое развитие было заметно только при введении последнего в комбинации с железом. В данном исследовании железо и цинк совместно, а также железо и цинк в сочетании с другими микроэлементами заметно улучшали развитие моторики по сравнению с плацебо ⁽¹³⁾.

Йод необходим для синтеза гормонов щитовидной железы, которые играют важнейшую роль в развитии центральной нервной системы, включая нейрогенез, миграцию нейронов, рост аксонов и дендритов, синаптогенез и миелинизацию. Таким образом, дефицит йода приводит к состоянию гипотиреоза, что в свою очередь приводит к снижению массы мозга и содержания ДНК, уменьшению дендритного разветвления нейронов, синаптогенеза и гипомиелинизации. Хронический дефицит йода отрицательно сказывается на интеллекте.

В метаанализе исследований, проведенных в Китае, сравнивали детей, живущих в районах с естественным достаточным количеством йода, с детьми, проживающими в районах с острым дефицитом йода. Была показана значительная оценочная разница IQ в 12,5 балла, ⁽¹⁵⁾ что подчеркивает решающую роль йода в диете для интеллектуального развития детей. Развитие интеллекта детей из областей с хроническим дефицитом йода было очевидно задержано. При этом отмечалось, что адекватное потребление добавок йода с пищей до и во время беременности женщинами, живущими в районах с хроническим дефицитом йода, могло предотвратить у и детей дефицит интеллекта, особенно у тех, кто родился через 3,5 года после введения программы йодных добавок.⁽¹⁵⁾.

Витамины группы В также необходимы для развития мозга. Именно они улучшают память и способствуют развитию центральной нервной системы. Они участвуют в углеводном обмене (процессе снабжения мозга энергией), а также в формировании и функционировании синапсов ⁽¹⁶⁾.

Нарушения, связанные с дефицитом тиамина, обычно характеризуют неврологические симптомы. Обогащение питания тиамином позволяет избежать его дефицита у младенцев, что отмечается в развитых странах, где дети могут получать обогащенное витаминами питание. Исследование, проведенное в Израиле, продемонстрировало языковой дефицит у детей в возрасте 5–7 лет, которые получали в младенчестве смесь с дефицитом тиамина. Когда врачи обнаружили, что некий производитель в начале 2003г. по ошибке прекратил добавлять тиамин в свои детские смеси, младенцы, которых кормили этой смесью, были включены в группы высокого риска и находились под специальным наблюдением. Эти дети в возрасте 5 лет продемонстрировали нарушение речевых способностей по сравнению с детьми контрольной группы, хотя в младенчестве у них не было никаких неврологических симптомов ⁽¹⁷⁾.

Ранний дефицит другого витамина группы В, витамина B6, в экспериментах на животных приводил к снижению синаптической плотности в неокортексе, снижению синаптической эффективности и снижению уровня дофамина и связывания с дофаминовым ре- цептором D2 в полосатом теле (striatum) ⁽¹⁸⁾.

Лютеин – это пищевой каротиноид, относящийся к группе ксантофиллов, который содержится в темно-зеленых листовых овощах, фруктах, кукурузе и яйцах. Как у людей, так и у животных содержание лютеина в организме зависит от его поступления с пищей ⁽¹⁹⁾. Поскольку первоначально предполагалось, что лютеин преимущественно накапливается в желтом пятне глаза, большинство исследований охарактеризовали влияние лютеина и его изомера зеаксантина на здоровье глаз. Но данные новейших исследований позволяют предположить, что лютеин также играет важную роль в формировании функций мозга и развитии когнитивной деятельности.

Было обнаружено, что лютеин накапливается в головном мозге на разных этапах жизни, от младенчества до глубокой старости. Следовательно, лютеин может играть важную роль в центральной нервной системе, которая сохраняется на протяжении всей жизни. Лютеин можно найти в кровотоке и во всем теле человека, его концентрация обычно напрямую связана с поступлением с пищей ⁽²⁰⁾. Хотя лютеин не является основным диетическим каротиноидом в рационе жителей развитых стран, он является каротиноидом с самой высокой концентрацией в ткани мозга. У доношенных детей лютеин составляет около 60% от общего количества каротиноидов в головном мозге, несмотря на данные исследований, показывающих, что лютеин составляет только около 12% от общего количества каротиноидов, потребляемых с пищей в первый год жизни ⁽²¹⁾. Это преимущественное накопление в головном мозге ученые связывают с присутствием специфического лютеинсвязывающего белка ⁽²²⁾.

Было обнаружено, что лютеин был преобладающим каротиноидом в лобной коре, гиппокампе, слуховой коре и затылочной коре здоровых младенцев, умерших в течение первого года жизни, и что у недоношенных младенцев уровень каротиноидов ниже, чем у доношенных ⁽²¹⁾. Эти данные свидетельствуют о том, что лютеин может играть жизненно важную роль в развивающемся мозге младенца. Также было обнаружено, что лютеин направляет дифференцировку культивируемых стволовых клеток человека в клетки – предшественники нейронов ⁽²³⁾. Еще одно интересное наблюдение заключается в том, что лютеин может защищать DHA, главный липидный компонент центральной нервной системы, от окисления ⁽²⁴⁾. Таким образом, лютеин может играть важную роль в развивающемся мозге младенца в дополнение к своим антиоксидантным свойствам.

Молоко как первая пища для млекопитающих обеспечивает всю энергию и питательные вещества, необходимые для правильного роста и развития новорожденного. Соответствующее питание в младенчестве важно не только для нормального роста и развития, но и для долгосрочных результатов в отношении здоровья. Для достижения этих краткосрочных и долгосрочных результатов рекомендуется грудное вскармливание. Детские смеси используются как дополнительный источник питания, если грудного молока недостаточно, и как основной источник питания, в случае если грудное вскармливание невозможно.

По химическому составу молоко пред- ставляет собой сложную эмульсию, содержащую белки, жиры, углеводы (в основном лактозу) и меньшее количество минералов, ферментов, клеток, гормонов, иммуноглобулинов и витаминов. Физические характеристики и состав молока у разных видов различаются. Смеси для кормления грудных детей из коровьего молока широко используются в качестве первой линии для здоровых детей, вскармливаемых смесями. В последние десятилетия были проведены научные исследования, указывающие на возможность использования смесей на основе козьего молока в питании детей раннего возраста в качестве альтернативы таковым на основе коровьего молока.

Учитывая его высокую перевариваемость, иммунологические свойства и высокую концентрацию минералов, а также сходство между человеческим и козьим лактоферрином, козье молоко можно считать более привлекательным кандидатом для применения в качестве основы для детских смесей. Использование козьего молока в качестве источника белка для начальных и последующих формул разрешено в Европейском союзе с 2013 г., когда это было окончательно внесено в Директиву 2006/141/EC.

Как уже было указано выше, характеристики молока у разных видов отличаются. Так, различия в составе и структуре белков козьего и коровьего молока лежат в основе различий и других их свойств. Еще одна немаловажная особенность козьего молока – его жирнокислотный состав, отличающийся в значительной степени от коровьего молока: в нем значительно выше содержание коротко- и среднецепочечных жирных кислот. Козье и коровье молоко имеет свои видовые различия и в микронутриентном составе, отличаясь по содержанию ряда минеральных веществ и витаминов. В связи с этим представляет интерес влияние диеты на основе козьего молока на усвоение и биодоступность важных для развития мозга питательных веществ.

Учитывая преобладание лютеина и его изомера зеаксантина в тканях мозга и более низкие уровни у недоношенных детей, влияние добавок этих каротиноидов, особенно у недоношенных детей, вскармливаемых смесями, может играть важную роль в развитии мозга. Смеси с добавлением лютеина позволяют обогащать данным биологически активным веществом ткани, включая сетчатку и мозг, по сравнению с младенцами, потребляющими меньшие количества данного нутриента ^{(25, 26)}. Следовательно, для оптимизации развития мозга и когнитивного развития может потребоваться более высокое потребление лютеина.

Низкая биодоступность лютеина объясняется его низкой растворимостью в воде и химической нестабильностью, что может представлять собой проблему для производителей детских смесей. Поступающие с пищей жиры способствуют всасыванию лютеина, жирорастворимого соединения. Каротиноиды переносятся с кровотоком с помощью липопротеинов. Степень транспортировки каждого каротиноида конкретными липопротеинами может варьироваться. Известно, что лютеин и зеаксантин в первую очередь связаны с липопротеинами высокой плотности. Эксперименты включения лютеина в белковые эмульсии для улучшения его биодоступности показали, что он способен взаимодействовать с казеинами молока ⁽²⁷⁾ Однако было обнаружено, что солюбилизация лютеина при связывании с казеинами коровьего и козьего молока значительно различалась. Так, степени солюбилизации лютеина при связывании с казеиновыми фракциями козьего молока αS1-II-казеином и αS1-I-казеином составляли 34% и 10% соответственно. Тогда как степень солюбилизации с казеином коровьего молока была лишь 7% ⁽²⁸⁾.

Дальнейшее исследование этих эмульсий показало, что происходит формирование комплексов лютеин-казеин, в которых образуются связи с остатками триптофана и ряд неспецифических взаимодействий. Данные комплексы казеиновых фракций козьего молока способны увеличивать видимую растворимость лютеина в водной фазе, что позволяет ожидать улучшения переноса лютеина с кровотоком к целевым органам, включа мозг.

Коровье молоко и другие молочные продукты, богатые кальцием, препятствуют усвоению железа из рациона. Однако исследования испанских ученых показали, что когда в рацион крыс входит козье молоко, оно способствует более полному усвоению железа из пищи и сводит к минимуму возможное взаимодействие железа с другими минералами, такими как кальций, фосфор и магний, по сравнению с животными, которые получали коровье молоко.

Диета с козьим молоком обеспечивает более высокий коэффициент видимой перевариваемости железа, чем стандартная диета и диета с коровьим молоком. В исследовании на крысах все рационы включали одинаковое содержание железа, но разное качество молочного жира. Это исследование продемонстрировало положительное влияние козьего молока по сравнению с коровьим на метаболизм железа ⁽³⁰⁾

Высокое содержание триглицеридов со средней длиной цепи (MCT) в козьем молоке (36%) по сравнению с 21% в коровьем молоке может повлиять на улучшение усвоения железа. Более того, более высокое содержание аскорбиновой кислоты (витамина C) в козьем молоке могло способствовать увеличению абсорбции железа у крыс, получавших питание на основе козьего молока, поскольку витамин C, как известно, образует хелат с этим минералом, который остается растворимым при более высоком pН в тонком кишечнике. Более того, хотя три протестированных рациона содержали казеин, который как животный белок способствует усвоению железа, с качественной точки зрения казеин, полученный из козьего молока, более растворим и содержит более высокую долю других растворимых белков (β-лактоглобулин, α-лактоальбумин и сывороточный альбумин). Эта более высокая растворимость белка, обеспечиваемая диетой из козьего молока, также может способствовать усвоению железа.

Известно, что большое количество (от 800 до 1000 мл/день) коровьего молока, потребляемого младенцами, может вызвать дефицит железа. Однако проведенное в Испании исследование показывает положительное влияние козьего молока по сравнению с коровьим на пищеварительное и метаболическое усвоение железа как у контрольных животных, так и у животных с синдромом мальабсорбции. Это означает, что употребление козьего молока, а не коровьего может предотвратить дефицит железа и, следовательно, уменьшить частоту алиментарной ферропенической анемии. Так, в исследовании на крысах с индуцированной железодефицитной анемией сравнивали стандартный рацион и рацион на основе коровьего или козьего молока, но при нормальном содержании кальция. При введении в диету железа было обнаружено, что диета на основе козьего молока улучшает биодоступность железа как у контрольных, так и у анемичных крыс, увеличивая отложения железа в органах-мишенях и способствуя восстановлению гематологических параметров после анемии ⁽³¹⁾. Также было показано, что обогащенное кальцием козье молоко способствует восстановлению статуса железа лучше, чем обогащенное кальцием коровье молоко, у крыс с пищевой ферропенической анемией ⁽³²⁾.

Поскольку роль железа для развития мозга непосредственно связана с достаточным содержанием в клетках ионов меди, то ее усвоение также важно в раннем возрасте. Исследование на животных моделировало недостаточное усвоение меди. Негативные последствия резекции кишечника на усвоение меди в пищеварительном тракте был более очевидны, когда крысы получали диету на основе коровьего молока, тогда как всасывание меди у крыс, получавших диету из козьего молока, было сравнимо с нормальным. Резекция кишечника не повлияла на видимый коэффициент перевариваемости меди у животных, получавших диету с козьим молоком ⁽³⁰⁾.. Принимая во внимание тип используемой диеты, мы видим, что высокое содержание триглицеридов со средней длиной цепи (MCT) (36%) в козьем молоке должно иметь положительное влияние на абсорбцию меди у животных после резекции, по сравнению с коровьим молоком, которое имеет более низкое содержание МСТ (21%). Казеин в козьем молоке более растворим, чем в коровьем молоке, и этот более растворимый белок улучшает абсорбцию меди и биодоступность, повышая растворимость меди и ее прохождение в энтероциты.

Как показывает исследование на животных, происходит заметное накопление меди в почках. Известно, что почки являются органом, который лучше всего отражает события на пищеварительном и метаболическом уровнях. Таким образом, содержание меди в почках было выше, когда животные получали диету на основе козьего молока, по сравнению с диетой на коровьем молоке ⁽³³⁾. Такая же тенденция наблюдалась и в других исследованных органах.

Было показано, что биодоступность меди, цинка и селена также значительно выше в рационе на основе козьего молока по сравнению с диетой с коровьим молоком ⁽³³⁾. В отношении рассчитанного коэффициента видимой перевариваемости и удержания цинка и селена диета с козьим молоком дала наилучшие результаты. Содержание цинка и селена в козьем молоке выше (4,8 мг/л и 13,3 мг/л соответственно), чем в коровьем молоке (4,2 мг/л и 9,6 мкг/л соответственно). Более того, биодоступность цинка и селена в козьем молоке может быть выше, чем в коровьем, по разным причинам. Козье молоко содержит большее количество витаминов C и D, которые могут способствовать более высокому коэффициенту видимой перевариваемости цинка у животных, получавших диету из козьего молока. Кроме того, козье молоко содержит больше цистеина, и эта аминокислота также активна в абсорбции и метаболизме цинка и селена.

Человек, испытывающий недостаток в одном микронутриенте, обычно подвержен риску дефицита и в других. Добавки с любым одним микронутриентом могут не влиять на когнитивное развитие и моторику у детей, которые также испытывают дефицит других микронутриентов. Более того, даже добавление всего набора макро- и микронутриентов, необходимых для развития мозга, может не иметь значительного положительного эффекта из-за ограниченной биодоступности при растворении в коровьем молоке. Смесь для младенцев на основе козьего молока решает проблему ограниченной биодоступности, поскольку ее белки не мешают усвоению элементов. Таким образом, при растворении в козьем молоке могут потребоваться более низкие концентрации лютеина, макро- и микроэлементов для стимуляции когнитивного развития.

Концепция и структура статьи, анализ и интерпретация литературных данных, на- писание статьи – Березовская Ю.В., Цодикова О.А.; концепция и структура статьи, редак тирование статьи – Варакина-Митрай К.А.