Минимальное и оптимальное использование жирных кислот в питании: поиск идеального содержания Омега-3

Минимальное и оптимальное использование жирных кислот в питании: поиск идеального содержания Омега-3

Техасский аграрно-технический университет (почетный профессор)
Колледж ветеринарной медицины
Кафедра клинических исследований мелких домашних животных
Колледж-Стейшен, Техас
Университет штата Колорадо (филиал профессора)
Колледж ветеринарной медицины и биомедицинских наук
Кафедра клинических наук
Форт Коллинз, Колорадо
JBAUER@cvm.tamu.edu

Список сокращений
ДГК: докозагексаеновая кислота
СМ: сухая масса
ДПК: докозапентаеновая кислота
ЭПК: эйкозапентаеновая кислота
ЭРГ: электроретинограмма

Резюме

Жир, получаемый из морских рыб и связанные с ним, питательные вещества, богатые омега-3, являются одними из широко изученных ингредиентов рациона в современном питании. Были проведены многочисленные исследования у людей и животных, что способствовало созданию благоприятной среды для сбыта таких продуктов. Определение минимального содержания в рационе омега-3 жирных кислот проводилось с учетом нескольких факторов, включая метаболические взаимоотношения между полиненасыщенными жирными кислотами. Чтобы решить этот вопрос, необходимо провести количественные физиологические измерения, связывающие омега-3 жирные кислоты с некоторыми существенными биологическими функциями и этапами жизни. Стратегии оптимального питания в отличие от минимальных требований к омега-3 жирным кислотам у животных имеют преимущества и оптимальное количество омега-3, вероятно превышают эти минимумы.

Введение

Изучение ингредиентов, определяющих сбалансированность рацион, проводилось многими пионерами науки в области питания. Хотя большинство ученых-медиков того времени признали, что ряд заболеваний зависит от рациона питания, ученые-диетологи и химики были ограничены имеющимися методами химического анализа. В ранних исследованиях использовался биологический анализ наиболее распространенных пищевых продуктов в сочетании с тщательно спланированными экспериментами в области питания. Таким образом, было выявлено несколько необходимых питательных элементов. Результаты этих исследований привели к профилактике или лечению заметных нарушений и заболеваний, когда в рацион добавлялась конкретная пища или пищевой экстракт, содержащий нужное питательное вещество.

Обязательным (незаменимым) питательным веществом является то вещество, которое необходимо живому существу и которое не может быть произведено из других компонентов или его метаболитов в самом организме в достаточном количестве. Некоторые питательные вещества могут быть условно необходимыми, так как при определенных условиях они являются незаменимыми. Маркетинговая реклама часто проводится в отношении некоторых ингредиентов рациона, как необходимых, но это приводит к ненужным назначениям обычных пищевых добавок, при отсутствии потребности в них.

Как определяется необходимое питательное вещество?

Традиционные подходы к методам, используемым для определения необходимости питательных веществ, включают несколько техник (Таблица 1). У каждой из них есть свои преимущества и недостатки. Их выбор зависит от ряда предположений и ограничений и должен быть продуман при дизайне исследований. Требования к содержанию питательных веществ в рационе иногда должны определяться в соответствии с различными критериями. Например, невозможно было выполнить некоторые виды экспериментов дефицита питательных веществ в рационе у собак и кошек из-за гуманных соображений.

Таблица 1. Классические техники, используемые при определении различных питательных веществ.

Метод (требования) Ограничения
Максимальный рост Используется у продуктивных животных, может не обеспечивать состояние здоровья и долголетие
Количество усвоенных веществ Варьируется между популяциями, может быть не идеально
Профилактика/лечения заболевания Может быть допущен субклинический дефицит
Насыщение тканей Некоторые питательные вещества могут накапливаться в определенных тканях, измерить затруднительно
Исследование баланса Требует соответствующего диапазона, предполагает, что более высокие уровни не являются оптимальными, хотя они могут обеспечить дополнительные преимущества
Изменения вторичного метаболита Не учитывает другие решающие факторы, влияющие на метаболит
Количество обычного потребления В лучшем случае обеспечивает адекватную оценку потребления

Современная наука в области питания расширила вопрос о минимальном и оптимальном составе пищи, чтобы включить также целевые ингредиенты, участвующие в алиментарном здоровье, такие как фитонутриенты, волокна и различные жирные кислоты. Поэтому, необходимо принять новые стандарты для их оценки на физиологическом, либо на молекулярном или клеточном уровнях. Распознавание явных дефицитных заболеваний сегодня кажется менее распространенным явлением, особенно когда используется западный стиль питания. Однако, передовые физиологические и молекулярные методы, доступные в настоящее время, позволяют определить набор клеточных функций многих необходимых пищевых ингредиентов. В связи с этим, определение нового стандарта требуется для характеристики сути незаменимости питательных веществ. Определение "минимального требования" теперь включает в себя не только наличие клинических нарушений, но и тех изменений, которые протекают на клеточном уровне. Дефицит на клеточном уровне может начаться задолго до того, как появиться клинический признак недостатка того или иного питательного вещества.

На другом конце спектра определение "оптимизированное питание”, может также быть актуально для клеточных процессов, ответственных за то, как дополнительное количество питательного вещества, выходящего за пределы минимума, может улучшить состояние здоровья и развитие и потенциально задержать развитие патологий. Забегая вперед, один из оставшихся аспектов для наук в области питания заключается в оценке того, как сложные питательные взаимодействия фактически потребляемых продуктов обеспечивают хорошее состояние здоровья. Это последнее понятие остается дополнительным вызовом для нашего поколения, а также темой для будущих исследований.

Краткая хронология в области исследований о роли полиненасыщенных жирных кислот в питании

Помимо первой работы выполненной ы 1929 году исследователями Барр и Барр о жизненно важной роли жирных кислот, общая характеристика полиненасыщенных жирных кислот, выполненная учеными-специалистами в области органической химии, требовала расширения и изучения с помощью газожидкостного хроматографии. Более ранние модели были доступны в 1940-х – 1950-х гг., введение блока Аэрографа позволило многим лабораториям использовать эту технологию. 2 По сравнению с современным оборудованием эти приборы требовали больше усилий, их настраивали для получения точных результатов, а надежно заполнить колонки вручную иногда было провести затруднительно. Следует также отметить, что у большинства хроматографов отключались элементы после определения линолевой кислоты, а арахидоновая кислота часто элюировалась (выделялась) как «шишка» с широким основанием, а не виде острого пика. Для элюирования длинноцепочечных жирных кислот (таких как омега-3) эти хроматографы имели плохое разрешение и длительное время удерживания, большинство пиков после такой оценки также были широкими, плохо определяемыми и трудными для количественной оценки.

Примерно в то же время было обнаружено, что омега-6 жирные кислоты снижают уровень холестерина у людей и других животных, в том числе крыс, и пищевая промышленность извлекла выгоду из этого наблюдения. Учитывая высокое содержание линолевой кислоты в растительных маслах, таких как соя и кукуруза, наряду с гидрированием и трансэтерификацией масел для обеспечения органолептических свойств маргариновых продуктов в пищевой промышленности, акцент на использовании омега-6 жирных кислот сохранялся.

Так было до конца 1970-х гг., пока Ральф Холман не рекомендовал изменить общее парентеральное питание, включив в него α-линоленовую кислоту, омега-3 жирную кислоту, что значительно повысило интерес к вопросам питания человека. 3 При этом было отмечено исчезновение неврологических симптомов после включении α-линоленовой кислоты в смесь для парентерального питания. С момента этих ранних наблюдений было обнаружено, что омега-3 жирные кислоты, такие как эйкозапентаеновая кислота (ЭПК, 20:5n-3) и докозагексаеновая кислота (ДГК, 22:6n-3), имеют важное значение для здоровья, включая их кардиопротекторные, противовоспалительные и нейропротекторные свойства. Дополнительно благоприятные эффекты полиненасыщенных жирных кислот наблюдались при гипертензии, болезнях почек, артритах, аутоиммунных нарушениях, желудочно-кишечных заболеваний, и, в некоторой степени, при раке (рассмотрено в [4]).

Польза применения рыбьего жира у собак: чем больше, тем лучше

Были опубликованы исследования по изучению эффектов при различном содержании рыбьего жира в рационах собак с заболеваниями кожи, сердечно-сосудистой системы, почек, суставов, нарушениях метаболизма и жирового обмена. 4 Рекомендованы дозировки с использованием метаболической массы тела, скорректированные с помощью коэффициентов умножения в диапазоне от 115 до 310 (Таблица 2). Результаты исследования, касающиеся влияния жирных кислот на когнитивных функции и при раке, продолжаются, поэтому не были включены в данную статью. Однако следует отметить, что терапевтические значения, указанные в таблице 2, не обязательно определяют потребность в омега-3, а скорее представляют собой фармакологические дозировки. Пока неизвестно, будет ли повышенное содержание рыбьего жира омега-3 в рационах у клинически здоровых животных улучшать общее состояние или быть способом профилактики для подобных расстройств. Тем не менее в таблице 2 представлены рекомендованные средние дозы и безопасные максимальные дозы для комбинированных ЭПК и ДГК в отношении здоровых животных. Минимальные дозы могут быть установлены, исходя из рекомендуемого количества потребления омега-3, но требуют дальнейшей проверки.

Таблица 2. Терапевтические дозы рыбьего жира с использованием коэффициента (а) метаболической массы тела у взрослых собак (дозировка=[а]*[вес кг]0,75). Результирующие дозировки относятся к общему количеству совмещенных ЭПК и ДГК в мг, указаны для каждого нарушения и основаны на опубликованных исследованиях. Адаптировано из [4].

Клиническое нарушение Коэффициент метаболической массы тела
Идиопатическая гиперлипидемия 120
Заболевания почек 140
Сердечно-сосудистые заболевания 115
Остеоартриты 310
Воспалительные или иммунные нарушения (атопия или воспалительное заболевание кишечника) 125
Рекомендованное НИС 30
Максимальная безопасная доза, рекомендованная НИС 370
Дозировки могут быть увеличены до максимальной безопасной дозы, согласно рекомендациям Национального исследовательского совета, в зависимости от тяжести и длительности заболевания, 5 но должны использоваться под контролем ветеринарного врача.

Есть ли основа для необходимости применения Омега-3?

Широко распространено мнение, что линолевая кислота, как Омега-6 жирная кислота, является одним из необходимых питательных веществ у собак. Хансен и Вайзе показали замедление роста и нарушения регенерации кожного покрова у собак, которых кормили жиродефицитными рационами. Если бы ранее специалисты-диетологи в области жирового обмена также сообщили о важной роли α-линоленовой кислоты из ряда омега-3 жирных кислот, ее тоже бы считали необходимым питательным веществом в рационе. Как структурные, так и метаболические различия между этими двумя жирными кислотами несомненны. Во-первых, ни одна из них структурно не трансформируется в другой тип жирных кислот. Во-вторых, собаки легко превращают линолевую кислоту в арахидоновую, в то время как превращение α-линоленовой кислоты в ЭПК малоэффективно и в ДГК - еще менее эффективно. 8 Является ли эта ограниченная конверсия адекватной для любых эффектов, которые оказывают омега-3 с более длинной цепью, зависит от определения значения физиологических и клеточных функций кислот с более длинной цепью, и будет ли целесообразное количество источника α-линоленовой кислоты в рационе поддерживать этот синтез. Таким образом, вопрос заключается в том, должна ли группа омега-3 быть обеспечена ЖК с более длинной цепью. Кроме того, если длинноцепочечные омега-3 необходимы в рационе на определенном этапе жизни, тогда должна быть условная потребность в них. Например, арахидоновая кислота условно может быть необходима для размножения у кошек. 9

Основные функции длинноцепочечных Омега-3

Появляется все больше уверенности в том, что омега-3 жирные кислоты являются важными питательными веществами. Однако степень значения длинноцепочечных омега-3 жирных кислот в клеточных функциях пока изучается. На сегодняшний день большая часть доказательств необходимости омега-3 получена путем изучения физиологических показателей, таких как неврологическое развитие и острота зрения. Однако не менее важно установить, существует ли биохимическая основа для высокой потребности в омега-3.

ДГК, а не ЭПК, скорее всего, будет иметь большее значение для собак, потому что синтез ЭПК из α-линоленовой кислоты может быть достаточным для поддержания здоровья в нормальных условиях, в то время как трансформации в ДГК маловероятна.

Хорошо известно, что ЭПК могут быть преобразованы в несколько групп эйкозаноидов, включая простагландины, лейкотриены и тромбоксаны, а также различные резолвины и протектины, многие из которых имеют значение в сердечно-сосудистых и воспалительных реакциях, а также других клеточных процессах. 10 Существуют исследования, которые описывают противовоспалительные эффекты ЭПК, установленные при использовании рационов с повышенном содержанием источников ЭПК. Таким образом, такие терапевтические эффекты могут являться фармакологическими, и не связаны со значительным изменением клеточных функций. Научная основа, рассматривающая ДГК, как одну из жизненно важных жирных кислот, является более убедительной. ДГК достаточно распространена во многих тканях и присутствует в больших количествах в головном мозге и сетчатке, что позволяет предположить ее структурное значение. ДГК также необходима для нормального развития нервной системы и оптимальной остроты зрения, предполагающей ее функциональное значение (для анализа см. 11). Есть доказательства того, что ДГК сохраняется в сетчатке в высокой концентрации за счет рециркуляции, обеспечивая надежное снабжение этой жирной кислотой внешнего сегмента сетчатки. 12 ДГК также взаимодействует с родопсином и играет ключевую роль в регулировании зрительных функций. 13 При отсутствии омега-3 в рационе, организм компенсирует ее недостаток путем замены на докозапентаеновую кислоту (ДПК, n-6), омега-6 жирную кислоту, которая функционально не подобна, но может являться попыткой клетки обеспечить некоторую структурную поддержку. Основываясь на этих исследованиях, можно сделать вывод, что ДГК участвует в ряде важных клеточных и физиологических функциях, которые могут быть удовлетворены только включением источников ДГК в рацион животного, и не могут ограничиваться ее преобразованием из предшественника с более короткой цепью.

Физиологические реакции и потенциальные минимальные и оптимальные концентрации ДГК в рационах для собак: исследования, основанные на развитии щенков

Исследования по оценке развития щенков, которых кормили рационом с добавлением рыбьего жира как источника омега-з жирных кислот, показали некоторые интересные результаты, связанные с возможными требованиями к содержанию этих питательных веществ, в частности ДГК. В одном исследовании на щенках (и взрослых собаках) изучалось влияние рационов с содержанием низкого и высокого количества омега-3 жирных кислот, включая α-линоленовую кислоту и длинноцепочечные формы жирных кислот. 15 У группы животных, получавших рацион с повышенным содержанием омега-3, в сетчатке обнаружено увеличение количества как ДПК n-6, так и ДГК, но не ЭПК и α-линоленовой кислоты. 15

В нашей лаборатории, щенные самки в двух группах получали рационы с умеренными и высокими содержанием ДГК с использованием рыбьего жира как источника, от момента вязки и далее на протяжении всей беременности и лактации. 16,17 Третья группа, получала рацион, который содержал в 12 раз больше α-линоленовой кислоты на массу тела по сравнению с ДГК, 16,17 , контрольной группе скармливали минимальное количество омега-3. Молоко от самок, получавших рацион с высоким содержанием α-линоленовой кислоты, было заметно обогащено α-линоленатом, а у щенков, вскармливаемых этим молоком, наблюдалось значительное накопление ДГК. 16,17 Однако щенки, по-видимому, утратили способность превращать α-линоленовую кислоту в ДГК после окончания вскармливания молоком матери, 16 подобно результатам исследований, полученных нами у взрослых собак. 8 Учитывая высокую концентрацию α-линолената в рационе, неизвестно, какое минимальное количество этого питательного вещества должно содержаться в молоке, чтобы поддерживать это преобразование. Кроме того, развитие органа зрения и зрительной способности с использование результатов электроретинограммы (ЭРГ), проводимой у 12-ти недельных щенков из выше указанного исследования, выявили значительное улучшение зрительной функции в группе щенков, получавших рацион с повышенным содержанием рыбьего жира по сравнению с животными из других групп. 17

В своем исследовании Зикер с соавт., также оценивали ЭРГ-ответы и когнитивные функции щенков, которых кормили рационами, обогащенными ДГК. 18 В этом случае рационы, обогащенные ДГК, а также содержащие некоторое количество α-линолената, начинали использовать после отъема. Была замечена выраженная корреляция между содержанием ДГК в рационе и улучшением зрительных функций, оцениваемых методом ЭРГ. Тесты когнитивных функций показали, что у щенков, получавших диеты, содержащие ДГК, было меньше ошибок в T-образном лабиринте для реверсивных задач, а также других значительных различий в тестах когнитивных функций по сравнению с контролем. 18

Эти исследования показывают необходимость использования низких, но разумных концентраций омега-3 в рационах для собак, используемых в разведении, и/или для выращивания щенков. Следует отметить, что у животных, получавших контрольные рационы, не выявили каких-либо клинических признаков дефицита в этих исследованиях. Таким образом, количество омега-3 в контрольных рационах можно использовать в качестве точки отсчета и получить значение поддерживающей дозы для кормления 6-8 - недельных щенков: 0,016-0,022% ДГК от сухого вещества ДГК (СВ), 0,08-0,14% α-линолената от СВ и 1,1-2,2% жирных кислот от СВ. В отличие от этого, когда речь идет об оптимальном неврологическом развитии щенков, 0,2% ДГК от СВ обеспечили значительное улучшение состояния сетчатки и когнитивных функций по сравнению с контролем. Хотя эти последние исследования включали по крайней мере некоторое количество α-линолената, следует напомнить, что конверсия α-линолената в ДГК после отъема (приблизительно 6 недель) минимальна. В настоящее время эти рекомендации для состава рациона служат полезной точкой опоры для начала разработки будущих исследований по оценке омега-3 реквизитов.

Выводы

Предположение, что ДГК играют существенную роль в развитии щенков, представляется разумным, главным образом, из-за различных эффектов, которые ДГК оказывает на работу мозга и ввиду низкой конверсии ДГК из предшественников омега-3 жирных кислот после отъема. Хотя зрительная способность и когнитивные функции улучшались при более высоком содержании омега-3 в рационе, применение контрольных рационов с малым количеством омега-3 жирных кислот не вызвало никаких клинических «ухудшений». Тем не менее, полученные данные по исследованию содержания омега-3 в рационах, поддерживающих оптимальное развитие щенка, являются важной вехой в изучении роли жирных кислот в питании. Обеспечение ДГК в рационах также может быть важно для подгруппы взрослых собак, которые не могут синтезировать достаточное количество ДГК из предшественников. Поскольку глубина этого вопроса неизвестна, общие рекомендации относительно применения ДГК в рационах предпочтительны на всех этапах жизни животного. Наконец, поскольку α-линоленовая кислота играет вспомогательную роль в метаболизме омега-3 жирных кислот, обеспечивает необходимый баланс жирных кислот, способствует здоровью кожи, превращаясь в ЭПК и синтезируемые эйкозаноиды, поэтому в настоящее время также рекомендуются включение целесообразного количества α-линоленовой кислоты в рационы.


Автор перевода: Наталья Анисимова - ветеринарный врач-терапевт, кардиолог, врач визуальной диагностики, кандидат ветеринарных наук, СВК Свой Доктор, Москва.

Список литературы
1. Burr G, Burr MM. A New Deficiency Disease Produced by the Rigid Exclusion of Fat From the Diet. J Biol Chem. 1929; 82:345-367.
2. Ettre LS. The Early Development and Rapid Growth of Gas Chromatographic Instrumentation in the United States. J Chromatogr Sci. 2002;40:458-472.
3. Holman RT, Johnson SB, Hatch TF. A Case of Human Linolenic Acid Deficiency involving Neurological Abnormalities. Am J Clin Nutr. 1982;35:617-623.
4. Bauer JE. Therapeutic Use of Fish Oils in Companion Animals. J Am Vet Med Assoc. 2011:239:1441-1451.
5. Nutrient Requirements of Dogs and Cats. National Research Council. Washington, D.C.: The National Academies Press. 2006:359.
6. Hansen AE, Wiese HF, Beck O. Susceptibility to Infection Manifested by Dogs on a Low-Fat Diet. Fed Proc. 1948;7:289.
7. Hansen AE, Wiese, HF. Fat in the Diet in Relation to Nutrition of the Dog. I. Characteristic Appearance and Gross Changes of Animals Fed Diets with and without Fat. Tex Rep Biol Med. 1951;9:491-515.
8. Dunbar BL, Bigley KE, Bauer JE. Early and Sustained Enrichment of Serum n-3 Long-Chain Polyunsaturated Fatty Acids in Dogs Fed a Flaxseed Supplemented Diet. Lipids. 2010;45:1-10.
9. Morris JG. Do Cats Need Arachidonic Acid in the Diet for Reproduction? Proc Nutr Soc. 2001:4; 65-69.
10. Mas E, Croft KD, Zahra P, et al. Resolvins D1, D2, and Other Mediators of Self-Limited Resolution of Inflammation in Human Blood following n-3 Fatty Acid Supplementation. Clin Chem. 2012;58(10):1476-1484.
11. Heinemann KM, Bauer JE. Docosahexaenoic Acid and Neurologic Development in Animals. J Am Vet Med Assoc. 2006;228:700-705.
12. Gordon WC, Bazan NG. Docosahexaenoic Acid Utilization during Rod Photoreceptor Cell Renewal. J Neurosci. 1990; 10:2190-2202.
13. Wiedmann TS, Pates RD, Beach JM, et al. Lipid-Protein Interactions Mediate the Photochemical Function of Rhodopsin. Biochemistry-U.S. 1988;27:6469-6474.
14. Lym SY, Hoshiba J, Salem Jr. N. An Extraordinary Degree of Structural Specificity Is Required in Neural Phospholipids for Optimal Brain Function: n-6 Docosapentaenoic Acid Substitution for Docosahexaenoic Acid Leads to a Loss in Spatial Task Performance. J Neurochem. 2005;95:848-857.
15. Delton-Vandenbroucke I, Maude MB, Chen H, et al. Effect of Diet on the Fatty Acid and Molecular Species Composition of Dog Retina Phospholipids. Lipids. 1998; 33:1187-1193. 20
16. Bauer JE, Heinemann KM, Bigley KE, et al. Maternal Diet Alpha-Linolenic Acid during Gestation and Lactation Does Not Increase Canine Milk Docosahexaenoic Acid. J Nutr. 2004;134:2035S-2038S.
17. Heinemann KM, Waldron MK, Bigley KE, et al. Long-Chain (n-3) Polyunsaturated Fatty Acids Are More Efficient than α-Linolenic Acid in Improving Electroretinogram Response of Puppies Exposed during Gestation, Lactation, and Weaning. J Nutr. 2005;135:1960-1966.
18. Zicker SC, Jewell DE, Yamka R, et al. Evaluation of Cognitive, Learning, Memory, Psychomotor, Immunologic, and Retinal Functions in Healthy Puppies Fed Foods Fortified with Docosahexaenoic Acid-Rich Fish Oil from 8-52 Weeks of Age. J Am Vet Med Assoc. 2012;241:583-594.