Рафинированные продукты всего за три дня ухудшают память в стареющем мозге

Фото из открытых источников

Новое исследование, опубликованное в журнале Brain, Behavior, and Immunity, предоставляет доказательства того, что употребление рафинированных продуктов питания всего в течение трех дней может привести к ухудшению памяти в стареющем мозге. Исследование предполагает, что удаление пищевых волокон, распространенной характеристики рафинированных продуктов, может вызвать быстрые нарушения в выработке энергии клетками мозга и воспалительной сигнализации, особенно в миндалевидном теле — области мозга, играющей центральную роль в обработке страха и эмоциональных воспоминаний.

Цель данного исследования обусловлена необходимостью выявить конкретные компоненты питания, которые способствуют снижению когнитивных функций. В предыдущих экспериментах для моделирования плохого питания часто использовались диеты с высоким содержанием жиров.

Однако эти экспериментальные диеты часто отличаются от стандартных контрольных диет по многим параметрам, включая содержание сахара, источники белка и уровень клетчатки. Следовательно, оставалось неясным, что именно вызывает наблюдаемые в более ранних исследованиях нарушения памяти: пищевые жиры, добавленный сахар или их сочетание.

«Предыдущие исследования, включая наши собственные, показали, что так называемые «диеты с высоким содержанием жиров» могут очень быстро, всего за несколько дней, ухудшать память, особенно у пожилых животных и людей. Проблема в том, что термин «диета с высоким содержанием жиров» довольно расплывчатый», — объяснили авторы исследования Рут М. Барриентос и Кедрин К. Баскин из Университета Огайо. «Эти диеты часто различаются не только по содержанию жиров, но и по количеству сахара и других питательных веществ. Из-за этого до сих пор неясно, что именно является причиной сообщаемых нарушений памяти: жиры, сахар или их сочетание».

«Чтобы восполнить этот пробел, мы разработали исследование, которое позволило нам более точно выделить эти питательные вещества. Мы использовали тщательно контролируемые, рафинированные диеты, содержащие определенное количество жиров, сахара и белка, без дополнительных компонентов, обычно присутствующих в стандартных диетах. Это позволило нам напрямую сравнить эффекты высокого и низкого содержания насыщенных жиров и сахара, как по отдельности, так и в сочетании, с типичной диетой на основе зерновых с низким содержанием жиров и сахара», - добавили они.

Исследователи использовали самцов крыс двух разных возрастных групп: молодых взрослых особей в возрасте трех месяцев и старых крыс в возрасте двадцати четырех месяцев. Размер выборки включал группы по четыре-восемь животных в каждой группе для проведения различных биологических и поведенческих исследований. Животные были распределены по нескольким диетическим группам на три дня.

Одна группа получала стандартный лабораторный корм, богатый клетчаткой и сложными углеводами. Другие группы получали очищенные, рафинированные диеты, различающиеся по своему составу. К ним относились диета с низким содержанием жиров и сахара, диета с низким содержанием жиров и высоким содержанием сахара, а также диета с высоким содержанием жиров и низким содержанием сахара. Важной особенностью всех рафинированных диет было исключение пищевой клетчатки.

Для оценки функции памяти команда использовала процедуру формирования условного рефлекса страха. После трех дней соблюдения соответствующей диеты крыс помещали в специальную камеру, где они слышали звуковой сигнал, за которым следовал легкий удар электрическим током в лапу. Это создавало ассоциацию между окружающей средой, звуковым сигналом и негативным стимулом.

Через четыре дня исследователи проверили память крыс. Они поместили животных обратно в исходную камеру, чтобы проверить «контекстную память о страхе», которая в значительной степени зависит от гиппокампа. Также они поместили крыс в новую среду, но включили звуковой сигнал, чтобы проверить «память о страхе, вызванном определенным сигналом», которая в значительной степени зависит от миндалевидного тела.

«Проведя эксперименты на молодых и старых крысах и изучив различные типы памяти, мы стремились лучше понять, какие компоненты рациона питания наиболее важны для здоровья мозга и делает ли возраст мозг более уязвимым к определенным питательным веществам», — объяснили Барриентос и Баскин.

Поведенческие исследования выявили четкое различие между возрастными группами. Молодые крысы сохраняли нормальную функцию памяти при всех типах питания, не демонстрируя значительных нарушений в замирании при воздействии контекста или звукового сигнала. Напротив, у старых крыс наблюдалась значительная уязвимость.

Результаты показали, что у старых крыс, получавших высокожировую, низкосахарную рафинированную диету, наблюдались нарушения памяти, зависящей от гиппокампа. У этой группы отмечалось снижение замирания при возвращении в исходную камеру по сравнению с крысами, получавшими стандартный корм. Однако результаты, касающиеся миндалевидного тела, оказались еще более неоднозначными.

У старых крыс из всех групп, получавших рафинированную диету, наблюдались значительные нарушения памяти, зависящей от миндалевидного тела. Независимо от того, была ли диета богата жирами или сахаром, животные не могли так эффективно замирать в ответ на звуковой сигнал, как контрольная группа. Это говорит о том, что стареющее миндалевидное тело чувствительно к общему составу рафинированных диет, а не к какому-либо одному макронутриенту, например, жиру.

«Мы были удивлены тем, как быстро эти эффекты стали заметны (через 3 дня) после начала соблюдения этих диет, что позволяет предположить, что для существенного улучшения здоровья и функционирования мозга не обязательно достигать состояния ожирения», - говорят ученые.

Помимо изучения поведения, исследователи исследовали биологические механизмы внутри клеток головного мозга. Они извлекли митохондрии — энергетические центры клетки — из тканей гиппокампа и миндалевидного тела. Используя метод респирометрии, они измерили, сколько кислорода потребляют митохондрии для производства энергии.

Анализ показал, что митохондрии в миндалевидном теле старых крыс функционировали менее эффективно после употребления любой из рафинированных диет. Эти органеллы демонстрировали снижение потребления кислорода как в исходном состоянии, так и при стимуляции определенными энергетическими субстратами. Это метаболическое подавление отражало поведенческие нарушения, наблюдаемые в задачах на выявление страха.

Аналогичная митохондриальная дисфункция наблюдалась в гиппокампе старых крыс. Хотя поведенческие нарушения в этой области ограничивались группой, получавшей пищу с высоким содержанием жиров, метаболические данные показали, что рафинированные диеты в целом также ухудшали митохондриальное дыхание в этой области. Однако у молодых крыс наблюдалась сохраненная функция митохондрий, что предполагает наличие в их мозге компенсаторных механизмов, защищающих их от кратковременного пищевого стресса.

Дальнейшие исследования были сосредоточены на конкретных типах клеток головного мозга, выделенных из ткани. Исследователи изучили микроглию, основные иммунные клетки головного мозга, и астроциты, которые поддерживают здоровье нейронов. Полученные данные показали, что микроглия у старых крыс была особенно восприимчива к воздействию диеты.

Микроглия, выделенная из старых крыс, получавших рафинированную диету, демонстрировала повсеместное подавление митохондриального дыхания. Она казалась метаболически ригидной и неспособной адаптироваться к изменяющимся энергетическим потребностям. В отличие от этого, микроглия молодых крыс сохраняла метаболическую гибкость, демонстрируя способность увеличивать активность при необходимости.

Астроциты старых крыс продемонстрировали более специфические нарушения. Хотя они сохранили базовый уровень выработки энергии, при проверке их максимальной способности наблюдался дефицит. Интересно, что данные позволяют предположить, что стареющие астроциты могут увеличить свою зависимость от гликолиза, альтернативного метода выработки энергии, возможно, в качестве механизма адаптации.

Исследователи также проанализировали содержимое кишечника и крови крыс, чтобы выяснить потенциальные причины этих изменений в мозге. Общей характеристикой всех использованных в эксперименте рафинированных диет был дефицит пищевых волокон. Волокна ферментируются кишечными бактериями с образованием короткоцепочечных жирных кислот, таких как бутират.

Полученные данные показали быстрое и значительное снижение уровня бутирата в слепой кишке и сыворотке крови крыс, получавших рафинированные корма. Это снижение произошло всего за три дня. У старых крыс исходный уровень бутирата был ниже, чем у молодых, и диетическое вмешательство усугубило этот дефицит.

Известно, что бутират поддерживает функцию митохондрий и контролирует воспаление. Статистический анализ выявил корреляцию между низким уровнем циркулирующего бутирата и тяжестью нарушений памяти у старых животных. Это позволяет предположить вероятную связь между недостатком пищевых волокон и наблюдаемыми когнитивными нарушениями.

Наконец, исследователи проанализировали белковый состав в различных областях мозга с помощью протеомных методов. Этот анализ выявил масштабные изменения в экспрессии белков в стареющей миндалевидной железе и гиппокампе после употребления продуктов, полученных из рафинированной пищи. В частности, были изменены белки, связанные со структурой митохондрий и синаптической передачей сигналов.

В гиппокампе диета влияла на пути, участвующие в передаче сигналов сиртуинов, которые регулируют здоровье и энергетический обмен клеток. В миндалевидном теле диета, состоящая из продуктов рафинированного жира, влияла на пути, связанные с направлением роста аксонов и формированием синапсов. Эти молекулярные изменения согласуются с функциональными нарушениями, наблюдаемыми в митохондриальных анализах и поведенческих тестах.

«Наше исследование выявило несколько ключевых моментов, — рассказали Барриентос и Баскин. — У старых животных, питавшихся рафинированной диетой с высоким содержанием жиров и низким содержанием сахара, наблюдались проблемы с памятью, связанные с гиппокампом, частью мозга, отвечающей за такие вещи, как навигация и запоминание событий. Но еще более поразительно то, что все протестированные нами рафинированные диеты, независимо от содержания жиров или сахара, ухудшали эмоциональную память старых крыс, память, связанную с миндалевидным телом, которое помогает нам учиться на пугающих или опасных ситуациях».

Эти результаты показывают, что употребление в пищу продуктов, содержащих рафинированные ингредиенты, может затруднить пожилым людям распознавание и запоминание ситуаций, которые могут быть опасными, что может увеличить риск несчастных случаев или даже финансовых ошибок. Общим для всех этих рационов, содержащих рафинированные ингредиенты, является недостаток клетчатки, что делает их очень похожими на ультрапереработанные продукты.

«На биологическом уровне мы обнаружили, что эти диеты нарушают работу митохондрий в клетках головного мозга старых крыс, которые производят и управляют энергией», — объяснили исследователи. «Наибольшее влияние наблюдалось на микроглию, иммунные клетки головного мозга, которые стали менее гибкими в отношении изменяющихся энергетических потребностей. Важно отметить, что диеты с низким содержанием клетчатки вызвали резкое снижение уровня бутирата, полезного вещества, вырабатываемого кишечными бактериями при употреблении клетчатки. Это говорит о том, что клетчатка играет решающую роль в поддержании использования энергии мозгом и памяти (но это еще предстоит проверить)».

Хотя исследование дает подробное представление о влиянии рафинированных продуктов питания, следует учитывать некоторые ограничения. Эксперименты проводились исключительно на самцах крыс, а это значит, что результаты могут быть не в полной мере применимы к самкам. Гормональные различия могут влиять на метаболические и иммунные реакции, поэтому необходимы аналогичные исследования на самках.

Кроме того, хотя исследование устанавливает сильную связь между низким уровнем бутирата и потерей памяти, оно не доказывает причинно-следственную связь окончательно. В будущих исследованиях необходимо будет определить, может ли добавление клетчатки или бутирата предотвратить или обратить вспять нарушения памяти, вызванные употреблением рафинированных продуктов питания. Текущие результаты сосредоточены на краткосрочном воздействии, и для того, чтобы увидеть, сохраняются ли эти нарушения или ухудшаются со временем, необходимы более длительные исследования.

«Нам еще предстоит определить, достаточно ли добавления клетчатки или бутирата, метаболита клетчатки, в нездоровый рацион, полученный из рафинированных продуктов, для восстановления функций памяти», — заявили Барриентос и Баскин.

* Информация представлена исключительно в ознакомительных целях и не служит рекомендацией для лечения заболеваний