Bruce N. Ames

1 Bruce N. Ames este la Spitalul de Copii din Oakland Research Institute, în Oakland, CA, SUA. gro.irohc@semab

Abstract

Pentru a maximiza sănătatea umană și durata de viață, oamenii de știință trebuie să abandoneze modele învechite de micronutrienți

Este o denaturare a priorităților pentru o mare parte a populației lumii să aibă un aport inadecvat de vitamine sau minerale. când aprovizionarea cu un an a unei pilule zilnice de multivitamine/minerale costă mai puțin de câteva pachete de țigări

Pentru Pentru cea mai mare parte a evoluției umane, lipsa calorică probabil a limitat creșterea populației. Deoarece alimentele erau în mare parte sărace în calorii și neprelucrate, este posibil ca aportul de micronutrienți să fi fost destul de adecvat. Apariția agriculturii a schimbat acest lucru și a făcut ca dietele să fie mai puțin variate. Introducerea cartofului în Europa din America de Sud la sfârșitul secolului al XVI-lea a cauzat o creștere majoră a populației europene în următoarele câteva secole, pe măsură ce cultura cartofilor s-a răspândit și pe măsură ce au fost selectate soiurile care au prosperat în fiecare climat. „În 1845, aproape 40% din populația Irlandei trăia în principal din cartofi. Apariția „poporului cu cartofi” a avut loc pe fondul cvadruplării populației după 1700. ”(Clarkston & Crawford, 2001). În mod similar, cultivarea soiurilor de orez a fost un factor major care a permis o densitate mare a populației în Asia. Deși lipsa calorică este acum un lucru din trecut pentru mulți oameni din Europa, Asia și America de Nord, abundența alimentelor bogate în carbohidrați și grăsimi provoacă o altă problemă. Alimentele și băuturile ieftine și procesate sunt bogate în calorii, dar sărace în micronutrienți și, în consecință, SUA și alte țări dezvoltate se confruntă acum cu o epidemie de obezitate asociată cu malnutriția micronutrienților (Kant, 2000).

creșterea

Deși nutriția optimă necesită în mod clar mai mult decât micronutrienți, cum ar fi fibrele, există motive importante pentru a ne concentra asupra micronutrienților și a sănătății. Mai mult de 20 de ani de eforturi pentru îmbunătățirea dietei americane nu au avut un succes deosebit la persoanele mai puțin educate, deși această inițiativă educativă trebuie să continue. O abordare paralelă care se concentrează pe malnutriția micronutrienților este întârziată și ar putea avea chiar mai mult succes - ar trebui să fie mai ușor să convingi oamenii să ia o pastilă multivitaminică/minerală decât să-și schimbe dieta. O astfel de pastilă este ieftină, recunoscută ca fiind sigură și furnizează o gamă de vitamine și minerale necesare. Alți micronutrienți, cum ar fi acizii grași omega-3 esențiali, care sunt importanți pentru funcția și dezvoltarea creierului (Simopoulos, 2001) și fibrele, sunt de asemenea disponibile pe scară largă și ieftine.

Fortificarea alimentelor este o altă abordare utilă, cum ar fi adăugarea de folat în făină sau calciu în suc. Cu toate acestea, fortificarea alimentelor nu permite diferențe metabolice între indivizi. Femeile care au menstruație, de exemplu, au nevoie de mai mult fier decât bărbații sau femeile mai în vârstă, care, la rândul lor, pot primi prea mult. De aceea sunt acum comercializate două tipuri de pilule de vitamine: una cu fier pentru femeile în menstruație și una fără. Având mai multe cunoștințe despre cerințele privind micronutrienții umani, ar putea fi dezvoltată o varietate de pastile multivitaminice personalizate pentru a satisface diferite nevoi în funcție de vârstă, sex și genetică.

Deficiențele de micronutrienți pot provoca leziuni ale ADN-ului, care pot duce în cele din urmă la cancer. Strategia noastră în laborator a fost să folosim linii de celule umane cultivate pentru a arăta că deficiența vitaminelor C, E, B12, B6, niacină, acid folic, fier sau zinc pare să imite radiațiile provocând rupturi de ADN cu un singur și cu două fire. leziuni oxidative sau ambele. Acest lucru are implicații serioase, deoarece jumătate din populația SUA poate fi deficitară în cel puțin unul dintre acești micronutrienți (Ames, 2001; Ames și Wakimoto, 2002). Deficitul de micronutrienți poate contribui astfel la creșterea incidenței cancerului în sfertul populației care mănâncă cele mai puține fructe și legume, în comparație cu sfertul care are cea mai mare aport. Deși sunt recomandate 5-9 porții de fructe și legume pe zi, 80% dintre copiii și adolescenții americani și 68% dintre adulți nu mănâncă cinci porții zilnic (Ames, 2001).

Fructele și legumele sunt o sursă principală de folat, iar aportul scăzut de folat a fost asociat cu mai multe tipuri de cancer (Ames și Wakimoto, 2002). Deficitul de folat provoacă rupturi cromozomiale datorită încorporării masive a uracilului în ADN (Blount et al, 1997). Înainte de suplimentarea recentă cu folat de făină din SUA, 25% din populație și aproape jumătate dintre minoritățile urbane sărace aveau niveluri de aport de folat care sunt asociate cu un conținut ridicat de uracil și pauze ADN. Așa cum ne-am aștepta din considerații mecaniciste și așa cum a arătat cercetarea noastră, deficiențele (mai puțin de 50% din ADR) ale vitaminelor B12 sau B6 determină, de asemenea, niveluri ridicate de încorporare a uracilului în ADN uman și rupturi de cromozomi (Crott et al, 2001a b). Încercăm acum să stabilim nivelul acestor trei vitamine care minimizează atât daunele ADN nucleare cât și cele mitocondriale la om. Oamenii.

Giuseppe Arcimboldo (1573) Vara, ulei pe pânză. Original: Musée du Louvre, Paris, Franța. Imagine oferită de Gerard Le Gall, RMN, Paris, Franța. Cu permisiunea bpk, Berlin, Germania.

În mod similar, insuficiența de zinc determină deteriorarea ADN-ului oxidativ, inactivarea superoxidului de cupru/zinc dismutază, inactivarea proteinei supresoare tumorale p53 - o proteină de zinc - și inactivarea reparării ADN-ului oxidativ în celulele umane cultivate, iar aceste efecte se pot multiplica pentru a provoca leziuni genetice severe ( Ho și Ames, 2002; Ho și colab., 2003). Deficiența de zinc este asociată cu cancer atât la om, cât și la modelele de rozătoare (Fong și colab., 2005), dar 10% din populația SUA ingeră mai puțin de 50% din ADR de zinc. De asemenea, s-a demonstrat că deficitul de fier provoacă leziuni oxidative mitocondriilor și ADN-ului mitocondrial la șobolani (Walter și colab., 2002; Atamna și colab., 2002a). Dintre femeile în vârstă de menstruație din SUA, 25% ingerează mai puțin de 50% din ADR de fier. Săracii sunt cei mai afectați, deoarece au cel mai mic aport din aceste minerale esențiale (Frith-Terhune și colab., 2000; Kumanyika și Krebssmith, 2001).

Aceste deficiențe comune de micronutrienți pot afecta ADN-ul prin același mecanism ca și radiațiile și multe substanțe chimice, dar par a fi mai importante prin mai multe ordine de mărime (Ames, 2001; Gold și colab., 2002). În consecință, o politică sănătoasă de sănătate publică solicită stabilirea cerințelor privind micronutrienții pentru a minimiza daunele ADN (Fenech, 2003). În mod evident, săracii nu sunt bine deserviți dacă se pun resurse uriașe în prevenirea riscurilor ipotetice minore, cum ar fi reziduurile de pesticide, în timp ce riscul major al unei alimentații slabe nu este abordat (Gold și colab., 2002).

Deficitul de vitamina D este o altă problemă majoră, în special pentru persoanele din zonele nordice. Hormonul vitaminei D se formează cu ajutorul luminii ultraviolete (UV) din lumina soarelui, dar expunerea prea mare la lumina UV este periculoasă. Persoanele care provin din zonele nordice cu radiații ultraviolete puține au pielea ușoară pentru a maximiza expunerea lor la razele UV, în timp ce persoanele din zonele sudice au pielea închisă la culoare pentru a minimiza expunerea la lumina UV. Oamenii cu pielea închisă la culoare din nordul SUA sunt expuși la lumina soarelui insuficientă și indivizii sunt adesea deficienți cronici de vitamina D, cu excepția cazului în care beau lapte fortificat sau iau un supliment. Desi atat persoanele cu pielea inchisa la culoare, cat si cele deschise pot produce vitamina D ca raspuns la lumina UV, acest raspuns este mult mai limitat la persoanele cu pielea inchisa. Nivelurile de 25-hidroxivitamină D (25 (OH) D) la afro-americani și hispanici sunt, prin urmare, mai mici decât caucazienii din SUA ”(Abrams, 2002). Un studiu din zona Boston a arătat că 80% dintre afro-americani și 60% dintre hispanici erau deficienți de vitamina D (Holick, 1994).

Vitamina D este necesară pentru mobilizarea calciului în formarea oaselor, iar o deficiență provoacă oase fragile. În plus, există o relație inversă între aportul de vitamina D și riscul apariției mai multor tipuri de cancer, în primul rând cancer colorectal și adenoame colorectale; există, de asemenea, dovezi pentru o legătură cu cancerul de prostată (Platz și colab, 2000a, b; Levine și colab, 2001; Holt și colab, 2002). Un mecanism plauzibil prin care deficitul de vitamina D ar putea crește cancerul este efectul inhibitor cunoscut al metaboliților vitaminei D asupra proliferării celulare (Holt și colab., 2002). Afro-americanii au aproape dublu față de rata cancerului de prostată față de americanii caucazieni și au, de asemenea, niveluri mai scăzute ale metabolitului vitaminei D 25-hidroxivitamina D în sânge (Platz și colab., 2000b). Studii epidemiologice recente sugerează că o mare parte a ratei crescute a cancerului în rândul afro-americanilor se datorează, de fapt, unui deficit de vitamina D.

Deficitul de micronutrienți poate contribui astfel la creșterea incidenței cancerului în sfertul populației care consumă cele mai puține fructe și legume.

Oamenii cu pielea închisă la culoare, cum ar fi afro-americanii și unii hispanici, tind să nu bea lapte ca adulți, din cauza intoleranței la lactoză. Europenii și alte persoane din nord au domesticit vacile cu mii de ani în urmă și în timp au dezvoltat capacitatea de a metaboliza lactoza, un zahăr major din laptele de vacă. Majoritatea restului lumii nu poate folosi lactoza ca adulți: 70% dintre afro-americani, 53% dintre mexican-americani și 90% dintre asiatici sunt intoleranți la lactoză, comparativ cu 15% din nord-europenii și descendenții lor. Deoarece afro-americanii și hispanicii tind, de asemenea, să nu ia suplimente de vitamine, aceste persoane sunt mai susceptibile de a avea deficit de calciu, magneziu, potasiu, folat și vitamina D (Kumanyika și Krebssmith, 2001). Acest lucru ilustrează de ce în unele cazuri este importantă înțelegerea geneticii pentru a dezvolta intervenții adecvate pentru populațiile cu risc.

Pe lângă faptul că contribuie la riscul de cancer și boală, deficiențele de micronutrienți au un efect asupra metabolismului mitocondrial și accelerează astfel îmbătrânirea celulară. Biosinteza hemului are loc predominant în mitocondrie și interferarea cu acest proces determină pierderea specifică a hemului, o componentă a complexului IV, cu o eliberare ulterioară de oxidanți (Atamna și colab., 2002a, b). Deficitul de fier determină astfel eliberarea de oxidanți și degradarea mitocondrială, probabil prin lipsa hemului (Walter și colab., 2002; Atamna și colab., 2002a). Deficitul de biotină, care este destul de frecvent (Mock et al, 2002a, b), provoacă, de asemenea, defecte în complexul mitocondrial IV și induce scurgeri de oxidant (H. Atamna și colab., În pregătire). Există, de asemenea, dovezi că deficiențele de cupru și pantotenat scad nivelurile complexului IV (Brambl și Plesofsky-Vig, 1986; Rossi și colab., 1998). Deficitul de zinc determină o eliberare crescută de oxidanți, datorită inactivării δ-aminolevulinatului dehidratazei, o enzimă a biosintezei hemului care conține opt atomi de zinc (Jaffe, 1995; Ho & Ames, 2002; Ho et al, 2003). Consecințele acestor diferite deficiențe de micronutrienți sunt susceptibile de a fi îmbătrânirea accelerată și degradarea neuronală (Atamna și colab., 2002b; Atamna și Frey, 2004).

În mod clar, săracii nu sunt bine deserviți dacă sunt puse resurse uriașe în prevenirea riscurilor ipotetice minore. în timp ce riscul major al unei alimentații deficitare nu este abordat

De fapt, facem progrese în inversarea unora dintre degradările mitocondriale la șobolanii în vârstă, hrănindu-i cu un nivel ridicat al metaboliților normali acetil carnitină (ALC) și acid R-lipoic (LA). Rațiunea din spatele acestei cercetări se bazează pe observația că, odată cu creșterea vârstei, deteriorarea oxidativă a proteinelor determină o deformare a structurii enzimelor cheie, ceea ce reduce afinitatea acestora pentru substrat (Liu și colab., 2002a). Efectul vârstei asupra scăderii afinității de legare a carnitinei acil transferazei (CAT) pentru ALC sau acetil CoA poate fi mimat prin combinarea CAT cu malondialdehidă, un produs de peroxidare a lipidelor care se acumulează odată cu vârsta. Hrănirea șobolanilor ALC și LA restabilește viteza reacției pentru ALC transferază și funcția mitocondrială (Liu și colab., 2002a). LA este un inductor eficient al enzimelor antioxidante de fază II, inclusiv sinteza glutationului, precum și un puternic antioxidant mitocondrial (Suh și colab, 2004a, b; Smith și colab, 2004).

"Principala caracteristică distinctivă între om și animalele inferioare este dorința de a lua pastile."

La șobolanii bătrâni, putem observa că potențialul membranei mitocondriale, nivelurile de cardiolipină, raportul controlului respirator și absorbția celulară a oxigenului sunt mai mici în comparație cu șobolanii tineri, în timp ce raportul dintre produsul secundar oxidant și oxigenul consumat, oxidarea ARN neuronal și aldehidele mutagene din lipide peroxidarea este mai mare. Hrănirea acestor șobolani vechi ALC și LA timp de câteva săptămâni restabilește funcția mitocondrială, scade nivelurile de oxidanți, oxidarea ARN-ului neuronal și aldehidele mutagene și crește activitatea ambulatorie și cognitivă a șobolanilor (Liu și colab, 2002a, b; Hagen și colab, 2002a). ALC și LA sunt, de asemenea, eficiente în protejarea inimii de șobolan îmbătrânite împotriva degradării cardiovasculare (Hagen și colab., 2002b). Există dovezi că acest lucru ar putea aduce beneficii și oamenilor. O meta-analiză recentă a 21 de studii clinice dublu-orb ale ALC în tratamentul afectării cognitive ușoare și a bolii Alzheimer ușoare a arătat eficacitate semnificativă față de placebo (Montgomery și colab., 2003). O meta-analiză a patru studii clinice de LA pentru tratamentul deficitelor neuropatice în diabet a arătat, de asemenea, o eficacitate semnificativă în comparație cu placebo (Ziegler, 2002).

Pe lângă diferitele efecte dăunătoare asupra cromozomilor și mitocondriilor descrise mai sus, deficiențele de micronutrienți ar putea avea un alt efect grav asupra sănătății publice. SUA și alte țări dezvoltate se confruntă cu o epidemie de obezitate cu rezistență la insulină și diabet de tip II. Deși această epidemie este răspândită în toate grupurile, este cea mai răspândită în rândul celor săraci și în special la afro-americani și hispanici. Sturm (2002) a estimat că taxa asupra sănătății va fi comparabilă cu cea a fumatului. O dietă bogată în energie și săracă în micronutrienți ar putea contribui în numeroase moduri la scurtarea vieții (Kant, 2000). Deși întrebarea nu a fost abordată experimental, presupunem că deficiența de micronutrienți contracarează senzația normală de sațietate după ce sunt consumate suficiente calorii. Aceasta poate fi o strategie biologică pentru obținerea nutrienților lipsă, care este importantă în fertilitate. Rezultatele studiului privind dezvoltarea riscului de boală arterială coronariană la adulții tineri (CARDIA) sugerează că consumul de produse lactate, principala sursă de calciu, este invers legat de obezitate, diabet și rezistență la insulină (Pereira et al, 2002).

Se adună dovezi că un supliment multivitaminic/mineral este o bună asigurare de sănătate și ne-ar proteja în mod semnificativ împotriva bolilor de inimă, a cancerului, a deficiențelor imune și a cataractei (Bendich și colab., 1997; Oakley, 1998; Fairfield și Fletcher, 2002). Avertismentul, desigur, este că prea multe din multe minerale, cum ar fi fierul, zincul, cuprul și seleniul și unele vitamine, sunt toxice. Dictumul lui Mae West despre sex - „Prea mult lucru bun este minunat” - nu se aplică micronutrienților. Sfaturile cu privire la administrarea unui multivitamin ar trebui să fie întotdeauna asociate cu sfaturi privind o dietă bună, deoarece avem nevoie și de fibre, acizi grași omega-3 și alte ingrediente (Willett, 2001). De asemenea, este bine să țineți cont de observația lui Mark Twain: „Principala caracteristică distinctivă între om și animalele inferioare este dorința de a lua pastile”.

O reglare metabolică printr-o cantitate îmbunătățită de micronutrienți va avea probabil beneficii mari pentru sănătate, în special pentru cei cu diete inadecvate, cum ar fi mulți dintre cei săraci, tineri, obezi și vârstnici. Problemele discutate aici evidențiază necesitatea de a educa publicul despre importanța crucială a nutriției și beneficiile potențiale pentru sănătate ale unui supliment zilnic simplu și accesibil de multivitamine/minerale. Reglarea metabolismului pentru a maximiza sănătatea umană și durata de viață va necesita oamenilor de știință, clinicienilor și educatorilor să abandoneze modele învechite și să exploreze modalități mai semnificative de prevenire a bolilor cronice și obținerea unei sănătăți optime. Devine clar că dietele dezechilibrate vor deveni în curând cel mai mare factor care contribuie la starea de sănătate, fumatul urmând foarte aproape.