Ingesta Dietética y Niveles Plasmáticos de Colina y Betaína en Niños con Trastornos del Espectro Autista

Resumen

Se han notificado anomalías en el metabolismo de un carbono dependiente de folato en muchos niños con autismo. Debido a que la colina y la betaína inadecuadas pueden afectar negativamente el metabolismo del folato y, a su vez, la metilación y la capacidad antioxidante aguas abajo, buscamos determinar si la ingesta dietética de colina y betaína en niños con autismo era adecuada para satisfacer las necesidades nutricionales según las recomendaciones nacionales. Se analizaron registros de alimentos de tres días de duración de 288 niños con autismo (TEA) que participaron en el Estudio de la Red Nacional de Investigación de Intervención en Autismo para la Salud Física (AIR-P) sobre Dieta y Nutrición en niños con autismo. Se midieron las concentraciones plasmáticas de colina y betaína en un subgrupo de 35 niños con TEA y 32 niños control de la misma edad. Los resultados indicaron que entre el 60 y el 93% de los niños con TEA consumían menos de la Ingesta Adecuada recomendada (IA) de colina. Se encontraron fuertes correlaciones positivas entre la ingesta dietética y las concentraciones plasmáticas de colina y betaína en niños autistas, así como concentraciones plasmáticas más bajas en comparación con el grupo de control. Concluimos que la ingesta de colina y betaína es inadecuada en un subgrupo significativo de niños con TEA y se refleja en niveles plasmáticos más bajos. La ingesta inadecuada de colina y betaína puede contribuir a las anomalías metabólicas observadas en muchos niños con autismo y merece atención en el asesoramiento nutricional.

1. Introducción

El autismo es un trastorno complejo del desarrollo neurológico definido por el comportamiento que se caracteriza por deficiencias significativas en la interacción social, la comunicación verbal y no verbal, y por patrones de comportamiento restrictivos, repetitivos y estereotipados. Los Centros para el Control de Enfermedades estiman que la prevalencia actual de trastornos del espectro autista (TEA) en los Estados Unidos es de 1 de cada 110 niños . El examen nutricional y la evaluación de los niños con TEA es una consideración clínica importante por varias razones. En primer lugar, estos niños a menudo presentan problemas médicos relacionados con la nutrición, como molestias gastrointestinales, inflamación intestinal, diarrea, estreñimiento y reflujo ácido . El procesamiento sensorial anormal puede afectar la percepción del gusto y la textura, lo que lleva a evitar los alimentos y a restringir la ingesta de alimentos en muchos niños con TEA. La «insistencia en la igualdad» y los comportamientos repetitivos compulsivos refuerzan las preferencias dietéticas rígidas y conducen a un repertorio de alimentos limitado . Por último, las investigaciones acumuladas indican que el metabolismo y las necesidades de nutrientes pueden verse alterados en algunos niños con TEA en comparación con los niños de desarrollo típico . Por lo tanto, los niños con TEA tienen múltiples factores de riesgo que pueden aumentar la prevalencia de deficiencias de nutrientes en esta población.

Las anomalías metabólicas notificadas en niños con TEA han involucrado principalmente el metabolismo de un solo carbono dependiente de folato. Paşca et al. se notificó hiperhomocisteinemia y niveles anormales de metabolito de metionina en niños con EA y DP-NOS . También observaron una mayor prevalencia del polimorfismo C677T MTHFR en niños con EA. Los polimorfismos en esta vía limitan la disponibilidad de folato y aumentan la necesidad de otros metabolitos interdependientes, como la colina y la betaína . Además, James et al. se encontró que los niños con TEA tenían concentraciones plasmáticas significativamente más bajas de metionina, S-adenosilmetionina (SAM), cistationina, cisteína y glutatión total (GSH) y concentraciones significativamente más altas de S-adenosilhomocisteína (HAS), adenosina y glutatión oxidado (GSSG) en comparación con los niños de control de la misma edad . Estas anomalías metabólicas pueden llevar a una metilación comprometida (SAM/SAH) y a una capacidad antioxidante/de desintoxicación (GSH/GSSG). En un estudio, la baja SAM/HAS plasmática se asoció con hipometilación del ADN y la baja GSH/GSSG plasmática se asoció con biomarcadores de daño oxidativo de proteínas (3-nitrotyrosina, 3-clorotirosina) y daño oxidativo del ADN (8-oxodeoxiguanina) . Rose et al. se encontró una disminución similar en GSH/GSSG y daño oxidativo en muestras cerebrales post mortem de individuos con autismo, lo que sugiere que el estrés oxidativo y el daño pueden ser un problema sistémico en algunos niños con autismo .

La colina, la betaína y el folato son fuentes intercambiables de unidades de un solo carbono. Como se muestra en la Figura 1, el metabolismo de la colina se cruza con el metabolismo de un carbono dependiente de folato como una vía alternativa para la síntesis de metionina, especialmente cuando la disponibilidad de folato es limitada. La colina es el precursor de los grupos betaína y metilo derivados de la betaína que se utilizan para reacciones de metilación dependientes de SAM, incluida la síntesis de fosfatidilcolina de membrana (PC). De esta manera, la colina sirve indirectamente como precursor para la síntesis de fosfolípidos de membrana que son esenciales para la fluidez normal de la membrana, la transducción de señales, el transporte y la integridad de la membrana . La colina es también un precursor para la síntesis de acetilcolina (ACh), un importante neurotransmisor tanto en el sistema nervioso central como en el sistema nervioso autónomo. En el sistema nervioso central, la ACh es un importante neuromodulador de las percepciones sensoriales e inductor del sueño REM y es importante para mantener la atención . Finalmente, como donante de metilo para la síntesis de SAM, se ha demostrado en modelos animales que la deficiencia de colina contribuye a la hipometilación global del ADN y a las anomalías epigenéticas . También se ha demostrado que los niveles bajos de SAM en plasma y la hipometilación del ADN están presentes en niños con autismo .

Figure 1

Interrelated and interdependent pathways of (1) folate- and betaine-dependent methionine resynthesis from homocysteine utilizing folate-dependent methionine synthase (MS) and betaine-dependent betaine : homocysteine methyltransferase (BHMT); (2) choline-dependent betaine synthesis; (3) phosphtidylethanoloamine methyltransferasse (PEMT) conversion of phosphatidylethanolamine (PE) to phosphatidylcholine (PC); and (4) choline-dependent synthesis of PC and acetylcholine.

La colina fue reconocida por el Instituto de Medicina (IOM) como un nutriente esencial en 1998 . Las buenas fuentes dietéticas de colina incluyen huevos, hígado, carne de res, pollo, pescado, leche, verduras crucíferas, frijoles y cacahuetes, mientras que la betaína se obtiene principalmente de salvado de trigo, germen de trigo y espinacas . En particular, la ingesta de betaína se ha asociado negativamente con la dieta occidental alta en carne, azúcar y grasa . Zeisel observó los siguientes síntomas cuando individuos sanos consumieron una dieta deficiente en colina: (1) esteatosis hepática, (2) daño muscular, (3) daño al ADN y (4) cambios en la expresión génica de los linfocitos. Además, los bajos niveles plasmáticos de colina se han asociado con un aumento de la ansiedad .

Aunque la colina y sus metabolitos contribuyen de manera importante al metabolismo normal de un carbono dependiente de folato, no se han investigado la ingesta dietética ni los niveles plasmáticos de estos nutrientes en la población con TEA. Por lo tanto, el propósito del estudio fue determinar si la ingesta dietética de estos nutrientes específica para la edad estaba dentro del rango adecuado para los estándares nacionales y si la ingesta dietética estaba correlacionada con los niveles plasmáticos en un subconjunto de estos niños.

2. Sujetos y Métodos

2.1. Participantes del estudio

Los datos nutricionales sobre la ingesta de colina y betaína a partir de alimentos se obtuvieron de 288 niños con TEA que participaron en el Estudio de la Red de Investigación de Intervención en Autismo para la Salud Física (AIR-P) sobre Dieta y Nutrición en Niños con Autismo y fueron reclutados de cuatro sitios nacionales, incluidos Pittsburg, Pensilvania, Little Rock, Arkansas, Rochester, Nueva York y Denver, Colorado. Un subgrupo de 35 de los 288 participantes en TEA y 32 participantes de control cuyos padres dieron su consentimiento para una extracción de sangre participaron en un estudio auxiliar en el que se midieron y compararon metabolitos de colina plasmática entre los grupos. Los criterios de inclusión para el grupo de TEA incluyeron a niños de 2 a 11 años de edad con diagnósticos clínicos de TEA basados en los criterios IV del Manual de Diagnóstico y Estadística y el Calendario de Observación Diagnóstica del Autismo (ADOS). Los participantes de control tenían entre 3 y 10 años de edad y no tenían antecedentes médicos de anomalías conductuales o neurológicas, según lo determinado por el informe de los padres, y fueron participantes de control en un estudio en curso patrocinado por el NICHD de niños con autismo (SJJ: R011HD051873). Para el análisis de plasma se compararon la edad y el sexo de los niños de control con los niños del caso y se limitaron a los padres que aceptaron que se les extrajera la sangre de su hijo. Los protocolos del estudio y los consentimientos informados fueron aprobados por las Juntas de Revisión Institucional en cada sitio donde se recolectaron los datos.

2.2. Se recopilaron datos dietéticos

Registros de alimentos de tres días de duración de los cuidadores de los participantes del grupo de TEA (). El personal capacitado utilizó un método estandarizado para instruir a los cuidadores sobre el registro de todos los alimentos, bebidas y suplementos consumidos por los participantes durante tres días consecutivos, incluido un día de fin de semana. Los registros completados se devolvieron a cada sitio para su revisión y se contactó a los cuidadores si faltaba información o no estaba clara. Los registros de cada sitio se enviaron a Rochester, Nueva York para su análisis utilizando el software Nutrition Data System for Research (NDSR), versiones 2009 y 2010, desarrollado por el Centro de Coordinación de Nutrición (University of Minnesota, Minneapolis, MN). Los resultados de ingesta de alimentos individuales se basaron en la ingesta media de los tres días de recolección de datos.

2.3. Datos plasmáticos

Se obtuvieron concentraciones plasmáticas de colina y betaína de 67 participantes (35 con TEA y 32 controles) cuyos padres consintieron la extracción de sangre. Se instruyó a los participantes a ayunar 12 horas antes de la extracción de sangre. El máximo de sangre extraída fue de 25 ml por participante. La muestra de sangre se obtuvo dentro de las dos semanas posteriores a la finalización del registro de alimentos de 3 días. Una vez que se obtuvieron y desidentificaron las muestras, se enviaron al Biorespositorio de Autism Treatment Network/Intellectual & Developmental Disabilities Research Center (ATN/IDDRC) en Denver, Colorado, para su almacenamiento. Se envió una alícuota de 250 uL al Laboratorio de Genómica del Autismo en Little Rock, Arkansas, para su análisis. Las concentraciones de colina y betaína se midieron utilizando un Sistema de Cromatografía de líquidos de Alto Rendimiento Dionex y Ultravioleta acoplado a un espectrómetro de masas en tándem de ionización electrospray (ESI) utilizando Thermo-Finnagen LCQ. Se desprotenizaron muestras de 30 µL con tres volúmenes de acetonitrilo y se analizaron posteriormente mediante cromatografía de fase normal en columna de gel de sílice. Se equilibró con una mezcla de formiato de amonio de 15 mmol/L y acetonitrilo en una proporción de 25 : 75 por volumen. Se eluyó con un gradiente lineal de proporciones crecientes de formiato de amonio, como se describe con mayor detalle en Holm et al. .

2.4. Análisis estadístico

Los análisis estadísticos se realizaron utilizando SPSS (versión 21.0) y el software Excel (Microsoft Office 2007; Microsoft Corp., Redmond, WA). Se utilizaron estadísticas descriptivas para describir las características demográficas de los participantes del estudio. Se utilizaron medias, desviaciones estándar y rangos para describir la ingesta dietética del grupo de TEA. Se utilizaron los coeficientes de correlación producto-momento de Pearson para probar las relaciones entre la ingesta dietética y los niveles plasmáticos de colina y betaína en el grupo de TEA. Se utilizaron pruebas de Student para determinar si existían diferencias en las concentraciones plasmáticas entre los grupos. La significación estadística se fijó en 0.0.

3. Resultados

3.1. Características de los participantes

Entre los 288 participantes con TEA, el 86,1% eran hombres, el 25,7% (74) estaban en la categoría de 1 a 3 años de edad, el 61,5% (177) en la categoría de 4 a 8 años de edad y el 12,8% (37) en la categoría de 9 a 11 años de edad. Más del 90% de los participantes eran caucásicos. Dentro del subgrupo de niños evaluados para la ingesta plasmática y dietética de colina y betaína, 11 de los 35 niños (32%) tenían de 1 a 3 años de edad, 19 niños (54%) tenían de 4 a 8 años de edad y 5 niños (14%) tenían de 8 a 11 años de edad. Los datos antropométricos del subgrupo de TEA () y del grupo de control () indicaron que el 27% de los niños en el grupo de TEA estaban en las categorías de sobrepeso y obesidad en comparación con el 23% en el grupo de control. Además, menos niños en el grupo de TEA se clasificaron como de bajo peso en comparación con el grupo de control (6% versus 10%, resp.).

3.2. Ingesta dietética de Participantes con TEA

Los datos de ingesta dietética se basan en registros de alimentos de tres días de los 288 participantes con TEA analizados en el momento de la preparación del papel. Como se muestra en la Tabla 1, la ingesta de colina fue inferior a la IA en más del 69% en todas las categorías de edad. La proporción de niños con una ingesta inferior a la IA aumentó progresivamente con la edad (entre el 69% y el 93%). No se han establecido niveles de ingesta dietética de referencia para la betaína; sin embargo, la ingesta promedio de betaína en adultos estadounidenses se ha estimado en ~5 mg/kg/día . La ingesta media de betaína en los niños con autismo fue de ~4,6 mg/kg/día en todos los grupos de edad. Sin embargo, el porcentaje de niños cuya ingesta fue inferior a 3,5 mg/Kg/día fue del 30% en el grupo de edad de 1 a 3 años, del 23% en el grupo de edad de 4 a 8 años y del 18% en el grupo de edad de 9 a 11 años.

3.3. Las relaciones entre la ingesta Dietética y las Concentraciones Plasmáticas de Colina y Betaína en el Grupo de TEA

Se investigaron las relaciones entre la ingesta dietética y las concentraciones plasmáticas de colina y betaína en la cohorte de TEA () utilizando los coeficientes de correlación producto-momento de Pearson. Hubo una correlación fuerte y positiva entre la ingesta dietética y las concentraciones plasmáticas de colina: , , y , con una baja ingesta asociada con bajas concentraciones plasmáticas de colina (Figura 2). Del mismo modo, la ingesta dietética y las concentraciones plasmáticas de betaína mostraron una correlación fuerte y positiva: ,, y, con una ingesta dietética baja asociada a concentraciones plasmáticas bajas de betaína (Figura 3).

Gráfico 2

Correlación entre la ingesta dietética y las concentraciones plasmáticas de colina en niños con TEA (). y usando el coeficiente de correlación producto-momento de Pearson. TEA: trastorno del espectro autista.

Figura 3

Correlación entre la ingesta dietética y el plasma betaína concentraciones en los niños con TEA (). y usando el coeficiente de correlación producto-momento de Pearson. TEA: trastorno del espectro autista.

3.4. Comparación de las Concentraciones Plasmáticas de Metabolitos en los Grupos de TEA y Control

Se realizó una comparación de las concentraciones plasmáticas de colina y betaína entre la cohorte de TEA () y el grupo de control (), que se presenta en la Figura 4. La prueba de Student demostró que los participantes en el grupo de TEA tenían concentraciones plasmáticas significativamente más bajas de colina y betaína en comparación con el grupo de control (), así como una disminución significativa en la relación betaína : colina.

Gráfico 4

Niveles plasmáticos de colina, betaína y la proporción de betaína/colina en niños con autismo en comparación con los controles de la misma edad.

4. Discusión

Los resultados del estudio AIR-P de dieta y nutrición en niños con autismo demuestran por primera vez que la mayoría de los niños con TEA entre 3 y 11 años de edad consumen cantidades inadecuadas de colina dietética. Se observó una fuerte correlación entre la ingesta dietética de colina y betaína y los niveles plasmáticos en un subgrupo de estos niños, lo que sugiere que la vía colina-betaína-homocisteína para la síntesis de metionina puede estar comprometida. La disminución significativa de la relación de ingesta colina : betaína presentada en la Figura 4 es consistente con esta posibilidad. Los estudios de investigación han demostrado que la insuficiencia de folato en la dieta aumenta la necesidad de grupos metilo derivados de la colina y la betaína y, a la inversa, la deficiencia de colina y betaína aumenta la necesidad de grupos metilo derivados del folato . Por lo tanto, los déficits dietéticos en ambas vías para la síntesis de metionina pueden verse comprometidos en niños con TEA y contribuir aditivamente a los bajos niveles de metionina y SAM notificados previamente en estos niños . Es importante destacar que la reducción de la síntesis de SAM, el principal donante de metilo intracelular, puede provocar hipometilación del ADN y anomalías epigenéticas asociadas con la expresión génica anormal, la impresión genómica y la inestabilidad genómica . Se han notificado disminuciones significativas en la metioinina plasmática y la SAM asociadas con hipometilación del ADN en niños con TEA en comparación con los niños control de la misma edad .

No se sabe si el suplemento de colina o betaína aumentaría la síntesis de metionina y SAM en niños con autismo. Sin embargo, obras de Atkinson et al. e Innis et al. apoyar los efectos positivos de la colina y la betaína en otros estudios. Atkinson et al. se realizó un estudio cruzado aleatorizado en hombres sanos () que midió las concentraciones de betaína y homocisteína después de consumir comidas o suplementos que contenían colina o betaína. Encontraron que la betaína de las comidas y los suplementos aumentaba agudamente la betaína plasmática. Además, tanto la betaína como la colina ayudaron a aliviar el aumento de las concentraciones de homocisteína después de una carga postmetionina. Innis et al. se encontró que un suplemento de colina en niños con fibrosis quística resultó en un aumento significativo de metionina, SAM, la relación de metilación SAM/HAS y la relación redox de GSH/GSSG. Debido a que el perfil metabólico de los niños con TEA es similar al observado en niños con fibrosis quística, es posible que la suplementación con colina pueda mejorar de manera similar el estado de metilación en niños con TEA.

Consistente con un bajo estado de colina, El-Ansary et al. se encontró que la fosfatidiletanolamina, la fosfatidilserina y la fosfatidilcolina eran significativamente más bajas en un grupo de niños de Arabia Saudita con TEA () en comparación con un grupo de control (). Sugirieron que los niveles más bajos de estos fosfolípidos podrían estar relacionados con el estrés oxidativo y la inflamación. De manera similar, James et al. se encontraron niveles plasmáticos disminuidos de cisteína, glutatión y la proporción de glutatión reducido a oxidado (GSH/GSSG) en niños con TEA en comparación con un grupo de control, lo que indica que algunos niños con TEA tienen una capacidad antioxidante reducida y evidencia de estrés oxidativo . Otros investigadores han reportado niveles más altos de homocisteína en niños con TEA, lo cual es importante considerar, ya que se ha demostrado que la colina y la betaína reducen estos niveles, especialmente cuando se administran además de metionina. Además de la ingesta inadecuada de colina y betaína, el estudio AIR-P de dieta y nutrición en niños con autismo informó que la ingesta de calcio, vitamina E, vitamina D y fibra también es inadecuada en comparación con los datos normativos de NHANES .

Una consideración final es el papel de la deficiencia de colina en el desarrollo cerebral, la memoria y la ansiedad. En modelos de roedores, múltiples estudios han demostrado que la deficiencia de colina y la suplementación afectan el neurodesarrollo. Las crías de roedores preñados con suplementos de colina han mejorado la memoria visual y auditiva y se desempeñan mejor en las pruebas de comportamiento, mientras que la deficiencia de colina parece tener el efecto opuesto . Se han realizado menos estudios en seres humanos, aunque los ancianos y los pacientes con enfermedad de Alzheimer tienen niveles reducidos de colina libre y fosfatidilcolina en el cerebro . Un estudio reciente basado en una gran población de 5,918 hombres y mujeres que participaron en el Estudio de Salud de Hordaland, encontró que las concentraciones bajas de colina en plasma se asociaron significativamente con niveles más altos de ansiedad. Las alteraciones conductuales asociadas con niveles bajos de colina plasmática en niños con TEA justifican una mayor consideración de investigación.

El presente estudio tuvo varias limitaciones posibles. En primer lugar, es posible que los padres que consintieron en participar hayan estado más preocupados por la nutrición y los comportamientos de alimentación de sus hijos, de modo que sus patrones dietéticos podrían ser diferentes de los de la población general de niños con TEA. No pudimos hacer comparaciones con respecto a las dietas de los niños de control no afectados, ya que los registros de alimentos solo se recopilaron para niños con TEA. Además, no está claro si las diferencias observadas en las concentraciones plasmáticas entre los grupos caso y control reflejan su ingesta dietética o metabolismo anormal, o ambos. Si bien la adecuación de la ingesta de colina se determinó utilizando los niveles estándar de IA, un componente de las ingestas dietéticas de referencia que está destinado a individuos sanos, no está claro si estos estándares se pueden aplicar a niños con TEA, especialmente porque se han encontrado anomalías en el metabolismo de los nutrientes en estos niños.

5. Conclusiones

En resumen, la colina desempeña un papel esencial como donante del grupo metilo en la síntesis de los componentes fosfolípidos de membrana de las membranas celulares, así como en la síntesis del neurotransmisor acetilcolina. Los datos del estudio de nutrición y dieta AIR-P indican que entre el 69 y el 93% de los niños con TEA consumieron dietas inadecuadas en colina. Es importante destacar que la baja ingesta de colina y betaína se asoció con bajos niveles plasmáticos de estos nutrientes, lo que sugiere que podría haber consecuencias funcionales relacionadas con el metabolismo del folato y los fosfolípidos. La investigación futura debe considerar si estos desequilibrios metabólicos se pueden corregir con asesoramiento dietético o intervenciones de suplementos y si la mejora metabólica está asociada con la mejora de algunos síntomas conductuales.

Abreviaturas

Conflicto de intereses

Los autores declaran no tener ningún conflicto de intereses.

Contribución de los autores

Las responsabilidades de los autores fueron las siguientes: Joanna C. Hamlin analizó datos, realizó análisis estadísticos y contribuyó a la redacción de artículos; Margaret Pauly es dietista certificada que recopiló datos dietéticos; Stepan Melnyk es director de laboratorio que desarrolló ensayos metabólicos; Oleksandra Pavliv realizó ensayos metabólicos; William Starrett realizó ensayos metabólicos; Tina A. Crook analizó datos, realizó análisis estadísticos y contribuyó a la redacción de artículos; S. Jill James (Investigadora Principal) llevó a cabo el estudio, analizó los datos, realizó análisis estadísticos, interpretó los datos, contribuyó a la redacción de documentos y tuvo la responsabilidad principal del contenido final.

Agradecimientos

Los autores desean reconocer el esfuerzo y la participación de las madres de niños con autismo sin las cuales este estudio no hubiera sido posible. Esta investigación se llevó a cabo como parte de la Red de Tratamiento del Autismo Autismo Habla. El apoyo adicional provino del acuerdo de cooperación (UA3 MC 11054) de los Estados Unidos. Departamento de Salud y Servicios Humanos, Administración de Recursos y Servicios de Salud, Programa de Investigación de Salud Maternoinfantil, al Hospital General de Massachusetts. Las opiniones expresadas en este documento no reflejan necesariamente las opiniones de Autism Speaks, Inc. También fue apoyado por HRSA: Autism Intervention for Physical Health (AIR-P); NICHD: R011HD051873 (SJJ); CTSI: Universidad de Rochester.