aportul alimentar și nivelurile plasmatice de colină și betaină la copiii cu tulburări ale spectrului autist

rezumat

anomalii ale metabolismului un-carbon dependent de folat au fost raportate la mulți copii cu autism. Deoarece colina și betaina inadecvate pot afecta negativ metabolismul folatului și, la rândul lor, metilarea în aval și capacitatea antioxidantă, am căutat să determinăm dacă aportul alimentar de colină și betaină la copiii cu autism a fost adecvat pentru a satisface nevoile nutriționale pe baza recomandărilor naționale. Înregistrările alimentare de trei zile au fost analizate pentru 288 de copii cu autism (ASDs) care au participat la Studiul National autism Intervention Research Network for Physical Health (AIR-P) privind dieta și nutriția la copiii cu autism. Concentrațiile plasmatice de colină și betaină au fost măsurate într-un subgrup de 35 de copii cu TSA și 32 de copii de control cu vârsta potrivită. Rezultatele au indicat că 60-93% dintre copiii cu TSA consumau mai puțin decât aportul adecvat recomandat (AI) pentru colină. S-au găsit corelații pozitive puternice între aportul alimentar și concentrațiile plasmatice de colină și betaină la copiii cu autism, precum și concentrații plasmatice mai mici comparativ cu grupul de control. Concluzionăm că aportul de colină și betaină este inadecvat într-un subgrup semnificativ de copii cu TSA și se reflectă în niveluri plasmatice mai mici. Aportul inadecvat de colină și betaină poate contribui la anomaliile metabolice observate la mulți copii cu autism și justifică atenția în consilierea nutrițională.

1. Introducere

autismul este o tulburare neurodezvoltată complexă, definită comportamental, caracterizată prin deficiențe semnificative în interacțiunea socială, comunicarea verbală și nonverbală și prin modele de comportament restrictive, repetitive și stereotipice. Centrele pentru Controlul Bolilor estimează că prevalența actuală a tulburărilor din spectrul autismului (ASD) în Statele Unite este de 1 din 110 copii . Screening-ul nutrițional și evaluarea copiilor cu TSA este un aspect clinic important din mai multe motive. În primul rând, acești copii prezintă adesea probleme medicale legate de nutriție, inclusiv disconfort gastro-intestinal, inflamație intestinală, diaree, constipație și reflux acid . Procesarea senzorială anormală poate afecta percepția gustului și a texturii, ceea ce duce la evitarea alimentelor și la restricționarea aportului alimentar la mulți copii cu TSA. „Insistența asupra asemănării” și comportamentele repetitive compulsive întăresc preferințele dietetice rigide și duc la un repertoriu alimentar limitat . În cele din urmă, cercetările acumulate indică faptul că metabolismul și cerințele nutrienților pot fi modificate la unii copii cu TSA în comparație cu copiii în curs de dezvoltare . Astfel, copiii cu TSA au factori de risc multipli care pot crește prevalența deficiențelor nutritive la această populație.

anomaliile metabolice raportate la copiii cu TSA au implicat în principal metabolismul monocarbonului dependent de folat. Pa xixtcca și colab. hiperhomocisteinemie raportată și niveluri anormale ale metabolitului metioninei la copiii cu AD și PDD-NOS . Ei au remarcat, de asemenea, o prevalență crescută a polimorfismului C677T MTHFR la copiii cu AD. Polimorfismele din această cale limitează disponibilitatea folatului și cresc necesitatea altor metaboliți interdependenți, inclusiv colina și betaina . În plus, James și colab. s-a constatat că copiii cu TSA au avut concentrații plasmatice semnificativ mai mici de metionină, s-adenosilmetionină (SAM), cistationină, cisteină și glutation total (GSH) și concentrații semnificativ mai mari de s-adenosilhomocisteină (SAH), adenozină și glutation oxidat (GSSG) în comparație cu copiii de control potriviți vârstei . Aceste anomalii metabolice pot duce la metilarea compromisă (SAM/SAH) și capacitatea antioxidantă/de detoxifiere (GSH/GSSG). Într-un studiu, SAM/Sah plasmatic scăzut a fost asociat cu hipometilarea ADN-ului, iar GSH/GSSG plasmatic scăzut a fost asociat cu biomarkeri ai daunelor oxidative proteice (3-nitrotirozină, 3-clorotirozină) și daune oxidative ADN (8-oxodeoxiguanină) . Rose și colab. s-a constatat o scădere similară a GSH/GSSG și a daunelor oxidative în probele de creier postmortem de la persoanele cu autism, sugerând că stresul oxidativ și deteriorarea pot fi o problemă sistemică la unii copii cu autism .

Colina, betaina și folatul sunt surse interschimbabile ale unităților cu un singur carbon. După cum se arată în Figura 1, metabolismul colinei se intersectează cu metabolismul un-carbon dependent de folat ca o cale alternativă pentru sinteza metioninei, mai ales atunci când disponibilitatea folatului este limitată. Colina este precursorul grupărilor betaină și metil derivate din betaină care sunt utilizate pentru reacțiile de metilare dependente de SAM, inclusiv sinteza fosfatidilcolinei membranare (PC). În acest fel, Colina servește indirect ca precursor pentru sinteza fosfolipidelor membranare care sunt esențiale pentru fluiditatea normală a membranei, transducția semnalului, transportul membranei și integritatea . Colina este, de asemenea, un precursor pentru sinteza acetilcolinei (ACh), un neurotransmițător important atât în sistemul nervos central, cât și în cel autonom. În sistemul nervos central, ACh este un neuromodulator important al percepțiilor senzoriale și inductor al somnului REM și este important pentru susținerea atenției . În cele din urmă, ca donator de metil pentru sinteza SAM, s-a demonstrat că deficiența de colină la modelele animale contribuie la hipometilarea ADN-ului global și la anomalii epigenetice . Nivelurile scăzute de SAM plasmatic și hipometilarea ADN-ului s-au dovedit a fi prezente și la copiii cu autism .

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.

Colina a fost recunoscută de Institutul de Medicină (OIM) ca un nutrient esențial în 1998 . Sursele dietetice bune de colină includ ouă, ficat, carne de vită, pui, pește, lapte, legume crucifere, fasole și arahide, în timp ce betaina este obținută în principal din tărâțe de grâu, germeni de grâu și spanac . În special, aportul de betaină a fost asociat negativ cu dieta occidentală bogată în carne, zahăr și grăsimi . Zeisel a observat următoarele simptome atunci când persoanele sănătoase au consumat o dietă cu deficit de colină: (1) steatoza hepatică, (2) leziuni musculare, (3) leziuni ADN și (4) modificări ale expresiei genelor limfocitelor. În plus, nivelurile scăzute de colină plasmatică au fost asociate cu anxietate crescută .

deși colina și metaboliții săi contribuie important la metabolismul normal al carbonului dependent de folat, aportul alimentar și nivelurile plasmatice ale acestor nutrienți nu au fost investigate în populația cu TSA. Prin urmare, scopul studiului a fost de a determina dacă aportul alimentar specific vârstei acestor nutrienți se încadrează în intervalul adecvat conform standardelor naționale și dacă aportul alimentar a fost corelat cu nivelurile plasmatice la un subset al acestor copii.

2. Subiecți și metode

2.1. Participanții la studiu

datele nutriționale privind aportul de colină și betaină din alimente au fost obținute de la 288 de copii cu TSA care au participat la Autism Intervention Research Network for Physical Health (AIR-P) studiu privind dieta și nutriția la copiii cu Autism și au fost recrutați din patru site-uri naționale, inclusiv Pittsburg, Pennsylvania, Little Rock, Arkansas, Rochester, New York și Denver, Colorado. Un subgrup de 35 din cei 288 de participanți la TSA și 32 de participanți de control ai căror părinți au consimțit la o extragere de sânge au participat la un studiu auxiliar în care metaboliții plasmatici ai colinei au fost măsurați și comparați între grupuri. Criteriile de includere pentru grupul TSA au inclus copiii cu vârsta cuprinsă între 2-11 ani cu diagnostice clinice ale TSA pe baza criteriilor IV din manualul de Diagnostic și statistic și a programului de observare a diagnosticului de Autism (ADOS). Participanții la Control aveau vârsta cuprinsă între 3-10 ani și nu aveau antecedente medicale de anomalii comportamentale sau neurologice, așa cum au fost determinate de raportul părinților și au fost participanți la control într-un studiu în curs de desfășurare sponsorizat de NICHD asupra copiilor cu autism (SJJ: R011HD051873). Copiii de Control au fost corelați cu vârsta și sexul cu copiii de caz pentru analiza plasmatică și s-au limitat la părinții care au fost de acord să li se extragă sângele copilului lor. Protocoalele de studiu și acordurile informate au fost aprobate de comisiile de evaluare instituționale de la fiecare site unde au fost colectate date.

2.2. Datele dietetice

înregistrările alimentare de trei zile au fost colectate de la îngrijitorii participanților la grupul TSA (). Personalul instruit a folosit o metodă standardizată pentru a instrui îngrijitorii să înregistreze toate alimentele, băuturile și suplimentele consumate de participanți timp de trei zile consecutive, inclusiv o zi de weekend. Înregistrările completate au fost returnate pe fiecare site pentru revizuire, iar îngrijitorii au fost contactați dacă informațiile lipseau sau erau neclare. Înregistrările de pe fiecare site au fost trimise la Rochester, New York pentru analiză utilizând versiunile software ale sistemului de date nutriționale pentru cercetare (NDSR) 2009 și 2010, dezvoltate de Centrul de coordonare a nutriției (Universitatea din Minnesota, Minneapolis, MN). Rezultatele consumului individual de alimente s-au bazat pe aportul mediu din toate cele trei zile de colectare a datelor.

2.3. Datele plasmatice

concentrațiile plasmatice de colină și betaină au fost obținute de la 67 de participanți (35 cu TSA și 32 de controale) ai căror părinți au consimțit la extragerea sângelui. Participanții au fost instruiți să postească cu 12 ore înainte de extragerea sângelui. Cantitatea maximă de sânge prelevată a fost de 25 mL per participant. Proba de sânge a fost obținută în termen de două săptămâni de la finalizarea înregistrării alimentare de 3 zile. După ce probele au fost obținute și identificate, au fost trimise la rețeaua de tratare a autismului/Intellectual & Developmental Disabilities Research Center (ATN/IDDRC) Biorespository din Denver, Colorado pentru depozitare. Un alicot de 250 uL a fost trimis la laboratorul de Genomică Autism din Little Rock, Arkansas pentru analiză. Concentrațiile de colină și betaină au fost măsurate folosind un sistem de cromatografie lichidă de înaltă performanță Dionex-Ultraviolet cuplat la un spectrometru de masă tandem cu ionizare electrospray (ESI) folosind termo-Finnagen LCQ. Probele de 30 ecql au fost deprotenizate cu trei volume de acetonitril și analizate ulterior utilizând cromatografia de fază normală pe coloana de silicagel. A fost echilibrat cu un amestec de 15 mmol/l formiat de amoniu și acetonitril într-un raport de 25 : 75 în volum. A fost eluat cu un gradient liniar de proporții crescânde de formiat de amoniu, așa cum este descris mai detaliat în Holm și colab. .

2.4. Analiza statistică

analizele statistice au fost efectuate folosind SPSS (versiunea 21.0) și software Excel (Microsoft Office 2007; Microsoft Corp., Redmond, WA). Statisticile Descriptive au fost utilizate pentru a descrie caracteristicile demografice ale participanților la studiu. Mijloacele, abaterile standard și intervalele au fost utilizate pentru a descrie aportul alimentar al grupului ASD. Coeficienții de corelație produs-moment ai lui Pearson au fost utilizați pentru a testa relațiile dintre aportul alimentar și nivelurile plasmatice de colină și betaină în grupul ASD. Testele studenților au fost utilizate pentru a determina dacă există diferențe în concentrațiile plasmatice între grupuri. Semnificația statistică a fost stabilită la 0,0.

3. Rezultate

3.1. Caracteristicile participanților

dintre cei 288 de participanți la TSA, 86,1% au fost bărbați, 25,7% (74) au fost în categoria de vârstă 1-3 ani, 61,5% (177) au fost în categoria de vârstă 4-8 ani și 12,8% (37) au fost în categoria de vârstă 9-11 ani. Mai mult de 90% dintre participanți au fost caucazieni. În cadrul subgrupului de copii evaluați pentru aportul plasmatic și alimentar de colină și betaină, 11 din cei 35 de copii (32%) aveau 1-3 ani, 19 copii (54%) aveau 4-8 ani și 5 copii (14%) aveau 8-11 ani. Datele antropometrice din subgrupul TSA () și grupul de control () au indicat că 27% dintre copiii din grupul TSA au fost în categoriile supraponderale și obeze, comparativ cu 23% în grupul de control. În plus, mai puțini copii din grupul cu TSA au fost clasificați ca subponderali comparativ cu grupul de control (6% față de 10%, resp.).

3.2. Aportul alimentar al participanților cu TSA

datele privind aportul alimentar se bazează pe înregistrări alimentare de trei zile ale celor 288 de participanți la TSA analizate la momentul pregătirii hârtiei. După cum se arată în tabelul 1, aportul de colină a fost sub AI pentru mai mult de 69% la toate categoriile de vârstă. Proporția copiilor cu aport sub AI a crescut progresiv odată cu vârsta (interval 69-93%). Nu s-au stabilit niveluri de aport alimentar de referință pentru betaină; cu toate acestea, aportul mediu de betaină pentru adulți din SUA a fost estimat la ~5 mg/kg/zi . Aportul mediu de betaină la copiii cu autism a fost de ~4,6 mg/kg / zi la toate grupele de vârstă. Cu toate acestea, procentul copiilor al căror aport a fost mai mic de 3,5 mg/Kg/zi a fost de 30% în grupa de vârstă 1-3 ani, 23% în grupa de vârstă 4-8 ani și 18% în grupa de vârstă 9-11 ani.

3.3. Relațiile dintre aportul alimentar și concentrațiile plasmatice de colină și betaină în grupul cu TSA

relațiile dintre aportul alimentar și concentrațiile plasmatice de colină și betaină în cohorta cu TSA () au fost investigate utilizând coeficienții de corelație produs-moment ai Pearson. A existat o corelație puternică, pozitivă între aportul alimentar și concentrațiile plasmatice de colină: , , și , cu un aport scăzut asociat cu concentrații plasmatice scăzute de colină (Figura 2). În mod similar, aportul alimentar și concentrațiile plasmatice de betaină au arătat o corelație puternică, pozitivă: ,, și, cu un aport alimentar scăzut asociat cu concentrații plasmatice scăzute de betaină (Figura 3).

Figura 2

corelația dintre aportul alimentar și concentrațiile plasmatice de colină la copiii cu TSA (). și folosind coeficientul de corelație produs-moment al lui Pearson. ASD: tulburare de spectru autist.

Figura 3

corelația dintre aportul alimentar și concentrațiile plasmatice de betaină la copiii cu TSA (). și folosind coeficientul de corelație produs-moment al lui Pearson. ASD: tulburare de spectru autist.

3.4. Compararea concentrațiilor plasmatice de metabolit în grupurile de TSA și Control

s-a făcut o comparație a concentrațiilor plasmatice de colină și betaină între cohorta de TSA () și grupul de control () și este prezentată în Figura 4. Testul studenților a demonstrat că participanții la grupul TSA au avut concentrații plasmatice semnificativ mai mici de colină și betaină comparativ cu grupul de control (), precum și o scădere semnificativă a raportului betaină : colină.

Figura 4

nivelurile plasmatice de colină, betaină și raportul betaină/colină la copiii cu autism comparativ cu controalele potrivite vârstei.

4. Discuție

rezultatele studiului AIR-P privind dieta și nutriția la copiii cu autism demonstrează pentru prima dată că majoritatea copiilor cu TSA între 3 și 11 ani consumă cantități inadecvate de colină dietetică. O corelație puternică între aportul alimentar de colină și betaină și nivelurile plasmatice a fost observată la un subset al acestor copii, sugerând că calea colină-betaină-homocisteină pentru sinteza metioninei poate fi compromisă. Scăderea semnificativă a raportului de admisie colină : betaină prezentat în Figura 4 este în concordanță cu această posibilitate. Studiile de cercetare au arătat că folatul alimentar insuficient crește cerința pentru grupările metil derivate din colină și betaină și, invers, deficitul de colină și betaină crește cerința pentru grupările metil derivate din folat . Astfel, deficitele alimentare în ambele căi de sinteză a metioninei pot fi compromise la copiii cu TSA și pot contribui aditiv la nivelurile scăzute de metionină și SAM raportate anterior la acești copii . Important, Sinteza redusă a SAM, principalul donator intracelular de metil, poate duce la hipometilarea ADN-ului și anomalii epigenetice asociate cu expresia anormală a genelor, imprimarea genomică și instabilitatea genomică . Scăderi semnificative ale metioininei plasmatice și ale SAM asociate cu hipometilarea ADN – ului au fost raportate la copiii cu TSA comparativ cu copiii de control cu vârsta potrivită .

nu se cunoaște dacă suplimentarea colinei sau betainei ar crește sinteza metioninei și SAM la copiii cu autism. Cu toate acestea, lucrări de Atkinson și colab. și Innis și colab. susțineți efectele pozitive ale colinei și betainei în alte studii. Atkinson și colab. a efectuat un studiu randomizat încrucișat la bărbați sănătoși () care a măsurat concentrațiile de betaină și homocisteină după consumarea meselor sau a suplimentelor care conțin colină sau betaină. Ei au descoperit că betaina din mese și suplimente a crescut acut betaina plasmatică. În plus, atât betaina, cât și colina au ajutat la atenuarea creșterii concentrațiilor de homocisteină după o încărcare postmetionină. Innis și colab. s-a constatat că un supliment de colină la copiii cu fibroză chistică a dus la o creștere semnificativă a metioninei, SAM, raportul de metilare SAM/SAH și raportul redox GSH/GSSG. Deoarece profilul metabolic al copiilor cu TSA este similar cu cel observat la copiii cu fibroză chistică, este posibil ca suplimentarea cu colină să îmbunătățească în mod similar starea de metilare la copiii cu TSA.

în concordanță cu starea scăzută a colinei, El-Ansary și colab. s-a constatat că fosfatidiletanolamina, fosfatidilserina și fosfatidilcolina au fost semnificativ mai mici la un grup de copii din Arabia Saudită cu TSA () comparativ cu un grup de control (). Ei au sugerat că nivelurile mai scăzute ale acestor fosfolipide ar putea fi legate de stresul oxidativ și de inflamație. În mod similar, James și colab. s-au găsit niveluri plasmatice scăzute de cisteină, glutation și raportul dintre glutationul redus și cel oxidat (GSH/GSSG) la copiii cu TSA comparativ cu un grup de control, indicând faptul că unii copii cu TSA au o capacitate antioxidantă redusă și dovezi ale stresului oxidativ . Alți cercetători au raportat niveluri mai mari de homocisteină la copiii cu TSA, ceea ce este important de luat în considerare, deoarece colina și betaina s-au dovedit a reduce aceste niveluri, mai ales atunci când sunt administrate în plus față de metionină. În plus față de aportul inadecvat de colină și betaină, studiul AIR-P privind dieta și nutriția la copiii cu autism a raportat că aportul de calciu, vitamina E, vitamina D și fibre sunt, de asemenea, inadecvate în comparație cu datele normative NHANES .

o considerație finală este rolul deficienței de colină în dezvoltarea creierului, memoria și anxietatea. La modelele de rozătoare, mai multe studii au arătat că deficiența de colină și suplimentarea afectează neurodezvoltarea. Puii rozătoarelor gravide suplimentate cu colină au îmbunătățit memoria vizuo-spațială și auditivă și au performanțe mai bune în testele comportamentale, în timp ce deficiența de colină pare să aibă efectul opus . S-au făcut mai puține studii la om, deși vârstnicii și pacienții cu boala Alzheimer au redus nivelurile de colină liberă și fosfatidilcolină în creier . Un studiu recent bazat pe o populație mare de 5.918 bărbați și femei care au participat la studiul de sănătate Hordaland, a constatat că concentrațiile plasmatice scăzute de colină au fost asociate semnificativ cu niveluri mai ridicate de anxietate. Modificările comportamentale asociate cu niveluri scăzute de colină plasmatică la copiii cu TSA justifică o analiză suplimentară a cercetării.

studiul de față a avut câteva limitări posibile. În primul rând, este posibil ca părinții care au consimțit să participe să fi fost mai preocupați de alimentația și comportamentele de hrănire la copiii lor, astfel încât modelele lor alimentare ar putea fi diferite de populația generală a copiilor cu TSA. Nu am putut face comparații cu privire la dietele copiilor de control neafectați, deoarece înregistrările alimentare au fost colectate doar pentru copiii cu TSA. De asemenea, nu este clar dacă diferențele observate în concentrațiile plasmatice între grupurile de caz și de control reflectă aportul alimentar sau metabolismul anormal sau ambele. În timp ce adecvarea aportului de colină a fost determinată folosind nivelurile standard de AI, o componentă a aporturilor de referință dietetice destinate persoanelor sănătoase, nu este sigur dacă aceste standarde pot fi aplicate copiilor cu TSA, mai ales că au fost găsite anomalii ale metabolismului nutrienților la acești copii.

5. Concluzii

în rezumat, Colina joacă un rol esențial ca donator de grup metil în sinteza componentelor fosfolipide membranare ale membranelor celulare, precum și în sinteza neurotransmițătorului acetilcolină. Datele din studiul privind dieta și nutriția AIR-P indică faptul că 69 până la 93% dintre copiii cu TSA au consumat diete inadecvate în colină. Important, aportul scăzut de colină și betaină a fost asociat cu niveluri plasmatice scăzute ale acestor nutrienți, sugerând că ar putea exista consecințe funcționale legate de metabolismul folatului și fosfolipidelor. Cercetările viitoare ar trebui să ia în considerare dacă aceste dezechilibre metabolice pot fi corectate cu consiliere dietetică sau intervenții suplimentare și dacă îmbunătățirea metabolică este asociată cu îmbunătățirea unor simptome comportamentale.

abrevieri

Conflict de interese

autorii declară că nu au niciun conflict de interese.

contribuția autorilor

responsabilitățile autorilor au fost următoarele: Joanna C. Hamlin a analizat datele, a efectuat analize statistice și a contribuit la scrierea pe hârtie; Margaret Pauly este dietetician certificat care a colectat date dietetice; Stepan Melnyk este director de laborator care a dezvoltat teste metabolice; Oleksandra Pavliv a efectuat teste metabolice; William Starrett a efectuat teste metabolice; Tina A. Crook a analizat datele, a efectuat analize statistice și a contribuit la scrierea pe hârtie; S. Jill James (Investigator Principal) a efectuat studiul, a analizat datele, a efectuat analize statistice, a interpretat datele, a contribuit la scrierea pe hârtie și a avut responsabilitatea principală pentru conținutul final.

mulțumiri

autorii ar dori să recunoască efortul și participarea mamelor copiilor cu autism fără de care acest studiu nu ar fi fost posibil. Această cercetare a fost realizată ca parte a rețelei de tratament Autism Speaks Autism. Sprijinul suplimentar a venit din Acordul de cooperare (UA3 MC 11054) din SUA. Departamentul de sănătate și Servicii Umane, administrarea resurselor și serviciilor de sănătate, programul de cercetare a sănătății materne și a copilului, la Spitalul General din Massachusetts. Opiniile exprimate în această lucrare nu reflectă neapărat punctele de vedere ale Autism Speaks, Inc. De asemenea, a fost susținut de HRSA: intervenția autismului pentru sănătatea fizică (AIR-P); NICHD: R011HD051873 (SJJ); CTSI: Universitatea Rochester.