Потребность в белках и аминокислотах во время беременности
Rajavel Elango and Ronald O Ball
Перевод: Храброва Д., Редактура: Храброва Д., Готманова Н.
Ключевые слова: аминокислоты, рекомендации по питанию, питание матери, беременность, белковый обмен
Список сокращений: EAR – расчетная средняя потребность, RDA – суточная норма, ИМТ – индекс массы тела, DRI – рекомендуемые рационы питания
Краткое содержание
Белок является важным компонентом здорового питания человека, способствующим как росту, так и поддержанию здоровья. Во время беременности, исключительного этапа жизни, характеризующегося быстрым ростом и развитием, достаточное количество белка в рационе имеет решающее значение для обеспечения здоровья матери и ребенка. Отложение белка в тканях матери и плода растет на протяжении всей беременности, причем наиболее активно происходит в третьем триместре. Рекомендации по потреблению белка с пищей основаны на факторных оценках, поскольку традиционный метод определения потребности в белке – азотистый баланс – является инвазивным и нежелательным во время беременности. Текущая расчетная средняя потребность и рекомендации по суточной норме в 0,88 и 1,1 г·кг-1·сут-1, соответственно, предназначены для всех стадий беременности. Единая рекомендация не учитывает меняющиеся потребности на разных стадиях беременности. Недавно, с использованием малоинвазивного индикаторного метода окисления аминокислот, мы определили, что потребности в белке должны составлять в среднем 1,2 и 1,52 г·кг-1·сут-1 на ранних (≈16 недель) и поздних (≈36 недель) сроках беременности соответственно. Хотя требования значительно выше текущих рекомендаций, наши значения составляют ≈14-18% от общей энергии и укладываются в допустимый диапазон распределения макроэлементов. Используя свиней в качестве животной модели, мы показали, что потребности в нескольких незаменимых аминокислотах резко возрастают на поздних сроках беременности по сравнению с ранними сроками беременности. Во время беременности следует провести дополнительные исследования, чтобы подтвердить недавно выявленные потребности в белке и определить потребности человека в незаменимых аминокислотах во время беременности.
Введение
Белок является важным компонентом здорового питания человека, способствующим как росту, так и поддержанию здоровья. Белок в организме играет структурную (кератин, коллаген) и функциональную (ферменты, транспортные белки, гормоны) роли (1, 2). Основная часть белка млекопитающих состоит из 20 различных аминокислот, и, таким образом, наш организм нуждается как в достаточном количестве аминокислот, так и в общем количестве белка (азота). Текущее определение потребности в белке следующее: «самый низкий уровень потребления белка с пищей, который позволит сбалансировать потери азота из организма и, таким образом, поддерживать белковую массу тела у лиц с энергетическим балансом и умеренным уровнем физической активности, плюс у детей, беременных или кормящих женщин, потребности, связанные с формированием тканей или выделением молока со скоростью, соответствующей хорошему здоровью» (2). Таким образом, во время беременности, исключительного этапа жизни, определяемого быстрым ростом и развитием и огромными физиологическими изменениями матери с момента зачатия до рождения, достаточное количество белка в рационе имеет решающее значение для обеспечения здорового завершения этого периода.
В течение нескольких недель после зачатия происходят изменения в белковом обмене для поддержки роста и развития плода, которые одновременно поддерживают гомеостаз матери и готовят ее к лактации (3). Утилизация белка из пищевых продуктов и отложение в виде новых тканей зависят от энергии на стадиях всасывания, транспорта аминокислот, синтеза белка и протеолиза. Таким образом, рацион питания во время беременности должен содержать достаточное количество энергии и белка, чтобы обеспечить доношенные роды здорового ребенка. Дополнительная энергия, необходимая в течение всего срока беременности, оценивается в 77 000 ккал (4), хотя затраты энергии во время беременности распределяются неравномерно в течение всего ее периода. Это связано с тем, что количество белка, откладываемого в тканях матери и плода, варьируется во время беременности: незначительное отложение в течение первого триместра, постепенно увеличивающееся во втором триместре, и основной пик приходится на третий триместр (5). Таким образом, рекомендации по потреблению белка и аминокислот во время беременности должны соответствовать конкретной ее стадии, с достаточным количеством энергии для обеспечения удовлетворения всех потребностей.
Белковый обмен при беременности
Было подсчитано общее количество дополнительного азота, накапливаемого во время беременности, при этом 40% прироста белка у матери приходится на плод, плаценту и амниотическую жидкость (6, 7). Материнские ткани, включающие ткань матки, молочной железы, жировую ткань, увеличение объема крови и внеклеточные жидкости, составляют остальные 60%. На основе расчетов Hytten (6), для типичного увеличения массы тела на 12,5 кг во время беременности (включая доношенного ребенка весом 3,3 кг), прирост составляет 148 г азота, что эквивалентно 925 г белка (при использовании коэффициента пересчета 6,25) (1, 5). Это дополнительное накопление белка матерью предполагает, что в белковом метаболизме должны происходить существенные изменения, чтобы приспособиться к этому увеличению. Исследования обмена белков в организме, проведенные с использованием индикаторов стабильных изотопов, показали увеличение обмена на ранних сроках беременности у беременных женщин по сравнению с небеременными (8-13), и наблюдается абсолютное увеличение синтеза белка на 15% во втором триместре и на 25% в течение третьего триместра (14). Концентрации нескольких аминокислот в плазме крови матери (включая как заменимые, так и незаменимые аминокислоты) снижаются на ранних сроках беременности и сохраняются в низких концентрациях на протяжении всего периода. Наибольшее снижение наблюдается для глюкогенных аминокислот (аланин, серин, треонин, глутамин и глутамат) и аминокислот цикла мочевины (аргинин, орнитин, цитруллин) (15). Сопутствующее снижение синтеза мочевины у матери и экскреции мочевины с мочой происходит на ранних сроках беременности, и показатели остаются низкими на протяжении всей беременности (7). Таким образом, предполагается, что увеличение синтеза белка в сочетании со снижением катаболизма аминокислот и, следовательно, синтеза мочевины и циркулирующих в плазме аминокислот является механизмом сохранения общего содержания белка в период крайней потребности (т.е. беременности) (14).
Метаболические адаптации в белковом метаболизме, описанные выше, предполагают, что во время беременности у хорошо питающихся индивидуумов общие физиологические изменения способствуют сохранению белка и азота, накоплению белка и, таким образом, обеспечивают адекватное снабжение плода питательными веществами. Лишь несколько исследований предоставили какую-либо информацию в условиях измененного питания/доступности первичных субстратов синтеза белка (баланс из 20 аминокислот). Таким образом, как корректно указал King (3), если потребление белка с пищей ниже некоторого порога, необходимого для метаболической адаптации, то у женщин повышается риск неблагоприятных исходов беременности, и может потребоваться соответствующее диетическое вмешательство с достаточным количеством белка и аминокислот. Действительно, работа Thame, Kurpad и коллег показала, что кинетика аминокислот изменяется во время беременности у подростков и при беременности у взрослых с низким ИМТ, так что метаболическая адаптация недостаточна для поддержания здорового исхода беременности (16-19). Таким образом, определение оптимальных потребностей в белках и аминокислотах на разных стадиях беременности имеет решающее значение для разработки адекватных рекомендаций по питанию на этом важнейшем этапе жизни.
Рекомендации по потреблению белка и аминокислот во время беременности
Рекомендации по потреблению белка у людей представлены в виде расчетной средней потребности (EAR) и суточной нормы (RDA) (1). EAR – это среднесуточное потребление питательных веществ, которое, по оценкам, удовлетворяет потребности половины здоровых людей на определенном этапе жизни и в определенной половой группе. RDA – это оценка минимального среднесуточного рациона питания, который удовлетворяет потребности в питательных веществах почти всех (97-98%) здоровых людей на определенном этапе жизни (1).
Норма потребления общего белка во время беременности основана на потребности взрослого человека в поддержании белка в размере 0,66 г·кг-1·сут-1, плюс дополнительные потребности для поддержания вновь поступающего белка. Отложение белка во время беременности было рассчитано на основе исследований общего накопления калия в организме здоровых беременных женщин, которые набрали 13,8 кг массы тела к концу третьего триместра, и составило 12,6 г/сут (1, 2, 5). Повышенная потребность в расчете на массу тела, таким образом, была оценена как 12,6 г белка/сут ÷ 57 кг (контрольная женщина) = + 0,22 г белка·кг-1·сут-1. Это значение было добавлено к EAR небеременных взрослых в размере 0,66 г белка·кг-1·сут-1 и привело к получению рациона в 0,88 г·кг-1·сут-1 (1) во время беременности. Суточная норма была установлена на уровне 1,1 г·кг-1·сут-1 на основе дополнительного потребления 25 г/сут (таблица 1). В отчете FAO (2), основанном на том же наборе данных о накоплении белка во время беременности, рекомендовано дополнительное потребление белка в размере 0,7, 9,6 и 31,2 г/сут в течение первого, второго и третьего триместров соответственно.
Таблица 1. Сравнение рекомендаций по потреблению белка во время беременности с требованиями, определенными с использованием метода IAAO1
Доступна: https://docs.google.com/document/d/1AjXggQ6s5mWa6X-Dh3Hh-9TvKwX5N37i/edit?usp=share_link&ouid=116045022954959817060&rtpof=true&sd=true
По нашим сведениям, не было опубликовано данных о потребностях человека в аминокислотах во время беременности. Обычно предполагается, что потребность в аминокислотах увеличивается пропорционально увеличению потребности в белке во время беременности. Поскольку норма общего белка для беременных составляет 0,88 г·кг-1·сут-1, что в 1,33 раза превышает норму для взрослых, составляющую 0,66 г·кг-1·сут-1, каждое отдельное значение потребности в аминокислотах для небеременных взрослых умножается на 1,33 и округляется до ближайшего целого числа (1) (таблица 2). Однако наши исследования на свиньях (22) и моделирование другими авторами (23) показывают, что потребности в некоторых аминокислотах возрастают больше, чем в других. Следовательно, предположение о том, что потребность в аминокислотах у человека увеличивается пропорционально потребности в белке во время беременности, вероятно, неверно. Основная причина, по которой у людей не проводилось прямых исследований потребности в аминокислотах во время беременности, связана с утомительным и громоздким характером традиционных методов (например, азотистый баланс), в других случаях доступных для определения потребности в белках и аминокислотах.
Методы определения потребностей населения в белке и аминокислотах
Метод азотного баланса. Метод азотного баланса, который включает измерение количества поступающего и выводимого азота, считается золотым стандартом для определения потребностей в азоте (белке) (1). Хотя в основе лежит достаточно простая концепция, метод имеет тенденцию недооценивать потребности в белках/аминокислотах, поскольку в его рамках переоценивается потребление азота и недооценивается его выведение (1). Запас мочевины в организме довольно велик, и для приведения в равновесие требуется 5-7 дней адаптации (24). Длительность адаптации делает метод громоздким и отнимающим много времени. Также он не подходит для изучения некоторых групп населения, включая беременных. Основной минус метода заключается в том, что во время проведения тестов на определение диапазона потребления белка, как правило, эффективность выведения белка снижена и это приводит баланс азота практически к нулевой отметке («нулевой баланс») (25). По мере увеличения потребления азота кривая реакции на азот становится нелинейной, и анализ данных с помощью линейной регрессии может приводить к высоким погрешностям. В большинстве более ранних исследований анализ потребления белка проводили в условиях, близких к нулевому балансу, и, следовательно, перекрытие, обычно определяемое линейной интерполяцией, приводило к недооценке истинного баланса (26). Как следствие, нормы потребления белка оказывались заниженными.
Таблица 2. Рекомендации по потребности аминокислот в сутки во время беременности.
Доступна: https://docs.google.com/document/d/1AjXggQ6s5mWa6X-Dh3Hh-9TvKwX5N37i/edit?usp=share_link&ouid=116045022954959817060&rtpof=true&sd=true
Текущие рекомендации по потребности в белке для взрослых людей установлены на уровне EAR и RDA 0,66 и 0,80 г/кг/сут, соответственно, как по DRI (1), так и FAO (1) (таблица 1). Эти рекомендации были разработаны путем сопоставления оценки по модели линейного регрессионного анализа с более ранними данными по азотистому балансу у мужчин, где нулевой азотистый баланс использовался в качестве критерия адекватности питания (26). Рэнд и др. (26) отобрали для окончательного обзора исследования, в которых при проведении тестов были условия нулевого баланса, хотя и признали, что у этого анализа есть некоторые ограничения. Хумаюн и др. (20) включили дополнительные исследования азотистого баланса, в которых проверяли также и более высокое потребление белка, и проводили повторный анализ с использованием оценки по модели 2-фазного линейного регрессионного анализа. Повторный анализ привел к оценке точки останова (EAR) в 0,91 г/кг/сут и верхнего 95%-го ДИ (безопасный уровень для населения, эквивалентный RDA) в 0,99 г/кг/сут. Эти значения, полученные при повторном анализе, выше, чем текущие EAR и RDA (1). Известные ограничения метода азотистого баланса и тот факт, что он непрактичен для определения потребностей в белке для таких группах населения, как беременные, обусловили необходимость разработки более новых современных методов.
Индикаторный метод окисления аминокислот. Индикаторный метод окисления аминокислот (ИМОА) – это минимально инвазивный метод, который использует меченную стабильным изотопом незаменимую аминокислоту для определения потребности в аминокислотах (27, 28). Метод основан на фундаментальном физиологическом принципе, согласно которому избыток аминокислот не может накапливаться в организме и должен быть разделен между процессами синтеза белка и окислением избытков. Таким образом, когда одной незаменимой аминокислоты не хватает для синтеза белка, то все остальные аминокислоты, включая индикаторную аминокислоту (обычно другую незаменимую аминокислоту, такую как L-1-13C-фенилаланин), находятся в избытке и следовательно, будут окислятся (28). С увеличением потребления лимитирующей аминокислоты окисление индикаторной аминокислоты будет уменьшаться, что отразится через увеличение частоты ее включения в белок при синтезе. Как только потребность в лимитирующей аминокислоте/белке будет удовлетворена, дальнейших изменений в окислении индикаторной аминокислоты при увеличении потребления тестируемой аминокислоты не произойдет. Точка перегиба, при которой окисление индикаторной аминокислоты перестает снижаться и достигает плато, называется “точкой останова”. Точка останова, которая определяется с использованием 2-фазного линейного регрессионного анализа, указывает на концентрацию лимитирующей (тестируемой) аминокислоты/белок (29). ИМОА требует перорального приема аминокислот, меченных изотопами (30) и сбор образцов дыхания и мочи (31), при этом адаптация происходит в течение одного дня исследования (32). Таким образом, метод хорошо подходит для изучения потребностей в белках и аминокислотах в различных физиологических условиях на протяжении всего жизненного цикла. В частности, быстрая адаптация и неинвазивные методы устраняют риск, связанный с длительным дефицитом потребления в уязвимых группах населения (напр., беременных).
ИМОА был первоначально разработан для определения потребности в незаменимых аминокислотах, а сейчас широко применяется у взрослых людей, детей школьного возраста и детей с заболеваниями (28, 29). Первое применение ИМОА на людях для определения потребности в белке у молодых мужчин было проведено Хумаюном и др. (20). Схема исследования была аналогична исследованиям потребности в незаменимых аминокислотах, за исключением того, что все аминокислоты в структуре яичного белка (за исключением фенилаланина, как индикаторной аминокислоты, и тирозина) были исследованы в условиях от дефицита до избытка. Результаты показали, что потребность в белке у молодых мужчин составляла 0,93 и 1,2 г/кг/сут (таблица 1) и значительно превышала текущие рекомендации
0,66 и 0,80 г/кг/сут EAR и RDA, соответственно. С тех пор ИМОА для определения потребности в белке применялся в нескольких группах населения (дети школьного возраста, пожилые женщины старше 65 лет и восьмидесятилетние женщины) (33-35). Во всех исследованиях было показано, что текущие рекомендации занижены и что средние потребности в белке, определенные ИМОА, превышают требования, определенные традиционными исследованиями азотного баланса, на 30-40%. Применение ИМОА для определения потребности в белке было подвергнуто критике (36, 37), поскольку индикаторная аминокислота (фенилаланин), остается постоянной при увеличении потребления других (тестируемых) аминокислот, и ИМОА имеет ограничение в условиях более высокого (избыточного) потребления тестируемого белка. Однако во всех вышеупомянутых исследованиях потребления фенилаланина не изменился при увеличении потребления белка, что позволило нам предположить, что фенилаланин не является ограничивающим ни при каком уровне потребления тестируемого белка. Таким образом, при постоянном потреблении фенилаланина ИМОА хорошо отражает разделение между включением в синтез белка и окислением в ответ на потребление тестируемого белка и определяет действительную потребность в белке. Мы рассмотрели эту и другие проблемы в ответах на письма редакционной коллегии и призываем читателей быть в курсе дискуссии при пересмотре текущих рекомендаций по потреблению белка (36, 37). Еще один спорный момент заключается в том, насколько полученные ИМОА более высокие оценки потребностей в краткосрочный период имеют отношение к долгосрочной пользе для здоровья (38). Для подтверждения выводов на основе ИМОА необходимо провести в будущем долгосрочные исследования добавок с учетом вновь определенных потребностей в белке.
Текущие данные о потребности в белке для беременных.
Недавно мы определили потребность в белке во время ранней (16 недель) и поздней (36 недель) беременности у здоровых одноплодных беременных женщин с использованием ИМОА (21). Потребности были определены как 1,2 г/кг/сут (верхний 95% ДИ: 1,66 г/кг/сут) и 1,52 г/кг/сут (верхний 95% ДИ: 1,77 г/кг/сут) на ранних и поздних сроках беременности соответственно. Из этого результата вытекают следующие выводы. Во-первых, потребности значительно выше, чем текущие EAR и RDA, составляющие 0,88 и 1 г/кг/сут, соответственно. Во-вторых, потребности в белке увеличиваются уже на 16-ой неделе беременности, хотя считается, что потребность в белке изначально низка и существенно возрастает только на поздних сроках беременности (3). Хотя эти потребности, по-видимому, значительно выше, чем те, которые могут быть актуальны во время беременности, наши последние данные свидетельствуют о том, что это не так. Недавно мы завершили проспективный анализ 270 беременных женщин из Ванкувера, Британская Колумбия, Канада (39), которые были отобраны для отдельного исследования. FFQ вводили на ранних (16 недель) и поздних (36 недель) сроках беременности, и результаты показали, что диапазон медианы потребления белка матерью составил 1,3–1,5 г/кг/сут. Эти данные были собраны у женщин, проживающих в Ванкувере, Канада, где историческая частота рождения
детей с низким весом у женщин в возрасте 20-34 лет невелика (5,45%) (40). Наши потребности в белке, определенные с использованием ИМОА, сопоставимы со схемами потребления белка здоровыми беременными женщинами из той же популяции (39). Когда мы рассматриваем потребность в белке в процентах от общей энергии, наши результаты по ИМОА соответствуют обеспечению энергией 1,7 3 энергии покоя с учетом, что расходы для каждого участника специфичны. В среднем беременные женщины, участвовавшие в нашем исследовании, получали 2305 и 2483 ккал энергии в день на ранних и поздних сроках беременности, соответственно, что аналогично текущим рекомендациям по потреблению энергии в соответствии с DRI и FAO (1, 4). Текущая рекомендация по потреблению белка в суточной норме 1,1 г/кг/сут во время беременности в пересчете на процент энергии составляет 9% энергии из белка как на ранней, так и на поздней стадии беременности. Наши предполагаемые потребности в белке в течение раннего и позднего срока беременности составляют 14% и 17,5% энергии из белка, соответственно. Требования к белку на основе данных ИМОА соответствуют рекомендуемому допустимому диапазону потребления макроэлементов и уровень энергии из белка составляет 10-35%.
Нормы потребления аминокислот во время беременности.
Насколько нам известно, нет опубликованных исследований потребности в аминокислотах у людей; однако, используя свинью в качестве модели, мы к настоящему времени определили потребности в треонине (41), лизине (42), изолейцине (43) и триптофане (44) в течение первого и третьего триместров беременности. Результаты показали увеличение потребности на более поздних стадиях беременности во всех аминокислотах, хотя это увеличение варьировалось в зависимости от аминокислот. Потребность в треонине увеличилась на 55%, лизине на 45%, изолейцине на 63% и триптофане на 35% на поздних сроках беременности по сравнению с ранними стадиями. Эти исследования показали, что применение одного и того же коэффициента ко всем аминокислотам для получения математически выведенной оценки потребности, как это было сделано в DRI, является ошибочным. К сожалению, аналогичные опубликованные исследования беременности у людей отсутствуют. Мы завершили первое, насколько нам известно, исследование потребности в аминокислотах при беременности человека. Потребность в лизине на поздних сроках беременности увеличилась на 27% по сравнению с ранними сроками (R Elango et al., неопубликованные данные, 2015). Это больше, чем увеличение потребности в лизине, рассчитанное DRI на основе увеличения потребности в белке - 41 мг/кг/сут (таблица 1). Однако, в которой степени потребность в других незаменимых аминокислотах возрастает при беременности, и как она соотносится для каждой аминокислоты с общим потреблением белка, необходимо определить в будущих исследованиях. В настоящее время проводятся исследования на свиньях, которые предполагают, что в дополнение к исследованным аминокислотам может наблюдаться повышенный спрос на незаменимые аминокислоты, такие как аргинин и глутамин, поскольку они требуется для развития матки и плода (45-47). Необходимо дополнительно изучить вопрос о том, существует ли аналогичная потребность в незаменимых аминокислотах во время беременности человека.
Исследование белковых добавок.
Более высокое потребление белка во время беременности было предметом активных дискуссий в течение нескольких десятилетий (48, 49). Прием белковых добавок во время беременности также обсуждался, поскольку между аминокислотами может возникнуть конкуренция, которая может негативно повлиять на рост плода, как было показано на моделях на животных (50). В рандомизированном контролируемом исследовании беременных женщин с низким социально-экономическим статусом, проживающих в Нью-Йорке, сообщалось о негативных исходах беременности (повышенный риск рождения детей раннего гестационного возраста) при приеме добавок с высоким содержанием белка (обеспечивающих >34% энергии) (51). Но несколько других исследований, в которых белковые добавки, которые давались в виде пищи и проводились при наличии достаточного количества энергии, показали значительное снижение риска рождения детей раннего гестационного возраста, что позволяет предположить предотвращение ограничения внутриутробного роста (52-54). Таким образом, как подробно обсуждалось Имдадом и Бхуттой (55, 56), белковые добавки во время беременности должны быть сбалансированными (<25% от общего содержания энергии), чтобы обеспечить снижение риска рождения детей раннего гестационного возраста. Кроме того, более ранние исследования Монреальского диетического диспансера показали, что беременные женщины из более низких социально-экономических группы, получившие вмешательство с индивидуальной реабилитацией питания и потреблявшие 100 г белка в день, имели положительный исход беременности, измеряемый снижением частоты низкого веса плода при рождении (52). Результаты потребности в белке, полученные в нашем исследовании (таблица 1), выраженные в виде среднесуточного потребления для женщин, участвовавших в нашем исследовании, составили бы 79 г/сут на ранних сроках беременности и 108 г/сут на поздних сроках беременности (21) и обеспечили бы белковой энергией 15-17% калорий., что согласуется с данные о результатах родов в диетическом диспансере Монреаля. Кроме того, Блумфилд и соавт. (57) показал, что при потреблении белка от 18% до 20% калорий из пищи основные потребности в питательных микроэлементах, включая фолиевую кислоту, витамин Е, железо и цинк, удовлетворяются у здоровых, хорошо питающихся беременных женщин. Таким образом, белковые добавки во время беременности должны быть в форме пищевых добавок, сбалансированных (в пределах 25% от общей энергии) и, как указывалось ранее Прентисом и соавт. (58), с целью предотвращения ограничения внутриутробного роста, а не с целью увеличения веса при рождении.
Заключение
Мы считаем, что текущие EAR и RDA для потребления белка во время беременности в размере 0,88 и 1,1 г/кг/сут являются заниженными. С использованием ИМОА мы недавно определили, что средняя потребность в белке составляет 1,2 и 1,52 г/кг/сут на ранних и поздних сроках беременности соответственно. Среднесуточное потребление белка должно
составлять 79 г/сут (14% калорий) на ранних сроках беременности и 108 г/сут (17% калорий) на поздних сроках беременности для женщин, получающих нормальное питание и набирающих массу тела во время беременности в соответствии с рекомендациями. Насколько нам известно, в настоящее время нет прямых опубликованных данных об оценке потребности в аминокислотах во время беременности у человека, но недавние исследования на животных показывают, что потребность в незаменимых аминокислотах для треонина, лизина, изолейцина и триптофана увеличивается на более поздних стадиях беременности, но не в той же пропорции к общей потребности в белке, как на ранних сроках беременности (59). Срочно необходимы новые исследования для определения потребностей человека в незаменимых аминокислотах во время беременности. Также необходимы дополнительные исследования, чтобы подтвердить положительный эффект приема пищевых белковых добавок во время беременности, с акцентом на предотвращение ограничения внутриутробного роста, чтобы продемонстрировать, что белковые добавки полезны в виде сбалансированной белково-энергетической добави (<25% от общего содержания энергии). Эти исследования необходимы для разработки более точных диетических рекомендаций для многих групп женщин во всем мире, которые нарушают режим питания во время беременности из-за низкого потребления белка и/или энергии или несбалансированного потребления аминокислот.
Вклад авторов
Оба автора прочитали и одобрили рукопись.
Список литературы
1. Institute of Medicine, Food and Nutrition Board. Dietary Reference Intakes: energy, carbohydrate, fiber, fat, fatty acids, cholesterol, protein and amino acids. Washington (DC): National Academies Press; 2005.
2. WHO/FAO/UNU. Protein and amino acid requirements in human nutrition. Report of a joint WHO/FAO/UNU Expert Consultation. World Health Organ Tech Rep Ser 2007;935:103–33.
3. King JC. Physiology of pregnancy and nutrient metabolism. Am J Clin Nutr 2000;71(Suppl):1218S–25S.
4. FAO. Human energy requirements. Report of a Joint FAO/WHO/UNU Expert Consultation. Rome (Italy): FAO; 2004. FAO Food and Nutrition Technical Report Series 1.
5. Butte NF, King JC. Energy requirements during pregnancy and lactation. Public Health Nutr 2005;8:1010–27.
6. Hytten FE. Weight gain in pregnancy. In: Hytten FE, Chamberlain G, editors. Clinical physiology in obstetrics. Oxford (United Kingdom): Blackwell Scientific; 1991. p. 173–203.
7. Kalhan SC. Protein metabolism in pregnancy. Am J Clin Nutr 2000;71 (Suppl):1249S–55S.
8. de Benoist B, Jackson AA, Hall JS, Persaud C. Whole-body protein turnover in Jamaican women during normal pregnancy. Hum Nutr Clin Nutr 1985;39:167–79.
9. Thompson GN, Halliday D. Protein turnover in pregnancy. Eur J Clin Nutr 1992;46:411–7.
10. Whittaker PG, Lee CH, Cooper BG, Taylor R. Evaluation of phenylalanine and tyrosine metabolism in late human pregnancy. Metabolism 1999;48:849–52.
11. Duggleby SL, Jackson AA. Higher weight at birth is related to decreased maternal amino acid oxidation during pregnancy. Am J Clin Nutr 2002;76:852–7.
12. Jolly M, Bertie J, Gray R, Bannister P, Venkatesan S, Johnston D, Robinson S. Increased leucine turnover in women during the third trimester of uncomplicated pregnancy. Metabolism 2004;53:545–9.
13. Kalhan SC, Parimi PS. Transamination of leucine and nitrogen accretion in human pregnancy and the newborn infant. J Nutr 2006;136:281S–7S.
14. Duggleby SL, Jackson AA. Protein, amino acid and nitrogen metabolism during pregnancy: how might the mother meet the needs of her fetus? Curr Opin Clin Nutr Metab Care 2002;5:503–9.
15. Fitch WL, King JC. Plasma amino acid, glucose, and insulin responses to moderate-protein and high-protein test meals in pregnant, nonpregnant, and gestational diabetic women. Am J Clin Nutr 1987;46:243–9.
16. Thame M, Fletcher H, Baker T, Jahoor F. Comparing the in vivo glycine fluxes of adolescent girls and adult women during early and late pregnancy. Br J Nutr 2010;104:498–502.
17. Kurpad AV, Dwarkanath P, Thomas T, Mhaskar A, Thomas A, Mhaskar R, Jahoor F. Comparison of leucine and dispensable amino acid kinetics between Indian women with low or normal body mass indexes during pregnancy. Am J Clin Nutr 2010;92:320–9.
18. Thame MM, Fletcher HM, Baker TM, Marini JC, Kao CC, Jahoor F. Arginine flux, but not nitric oxide synthesis, decreases in adolescent girls compared with adult women during pregnancy. J Nutr 2011;141:71–4.
19. Kurpad AV, Anand P, Dwarkanath P, Hsu JW, Thomas T, Devi S, Thomas A, Mhaskar R, Jahoor F. Whole body methionine kinetics, transmethylation, transulfuration and remethylation during pregnancy. Clin Nutr 2014;33:122–9.
20. Humayun MA, Elango R, Ball RO, Pencharz PB. Reevaluation of protein requirement in young men with the indicator amino acid oxidation technique. Am J Clin Nutr 2007;86:995–1002.
21. Stephens TV, Payne M, Ball RO, Pencharz PB, Elango R. Protein requirements of healthy pregnant women during early and late gestation are higher than current recommendations. J Nutr 2015;145:73–8.
22. Moehn S, Levesque C, Samuel R, Ball RO. New energy and amino acid requirements for gestating sows. Adv Pork Prod 2011;22:157–66.
23. National Research Council. Nutrient requirements of swine. 11th revised ed. Washington (DC): National Academies Press; 2012.
24. Rand WM, Young VR, Scrimshaw NS. Change of urinary nitrogen excretion in response to low-protein diets in adults. Am J Clin Nutr 1976; 29:639–44.
25. Young VR, Taylor YS, Rand WM, Scrimshaw NS. Protein requirements of man: efficiency of egg protein utilization at maintenance and submaintenance levels in young men. J Nutr 1973;103:1164–74.
26. Rand WM, Pellett PL, Young VR. Meta-analysis of nitrogen balance studies for estimating protein requirements in healthy adults. Am J Clin Nutr 2003;77:109–27.
27. Pencharz PB, Ball RO. Different approaches to define individual amino acid requirements. Annu Rev Nutr 2003;23:101–16.
28. Elango R, Ball RO, Pencharz PB. Indicator amino acid oxidation: concept and application. J Nutr 2008;138:243–6.
29. Elango R, Ball RO, Pencharz PB. Recent advances in determining protein and amino acid requirements in humans. Br J Nutr 2012;108:S22–30.
30. Kriengsinyos W, Wykes LJ, Ball RO, Pencharz PB. Oral and intravenous tracer protocols of the indicator amino acid oxidation method provide the same estimate of the lysine requirement in healthy men. J Nutr 2002;132:2251–7.
31. Bross R, Ball RO, Pencharz PB. Development of a minimally invasive protocol for the determination of phenylalanine and lysine kinetics in humans during the fed state. J Nutr 1998;128:1913–9.
32. Elango R, Humayun MA, Ball RO, Pencharz PB. Indicator amino acid oxidation is not affected by period of adaptation to a wide range of lysine intake in healthy young men. J Nutr 2009;139:1082–7.
33. Elango R, Humayun MA, Ball RO, Pencharz PB. Protein requirement of healthy school-age children determined by the indicator amino acid oxidation method. Am J Clin Nutr 2011;94:1545–52.
34. Tang M, McCabe GP, Elango R, Pencharz PB, Ball RO, Campbell WW. Assessment of protein requirement in octogenarian women with use of the indicator amino acid oxidation technique. Am J Clin Nutr 2014;99:891–8.
35. Rafii M, Chapman K, Owens J, Elango R, Campbell WW, Ball RO, Pencharz PB, Courtney-Martin G. Dietary protein requirement of female adults over 65 years determined by the indicator amino acid oxidation technique is higher than current recommendations. J Nutr 2015;145:18–24.
36. Hoffer LJ. Protein requirement of school-age children [author reply]. Am J Clin Nutr 2012;95:777–8.
37. Millward DJ, Jackson AA. Protein requirements and the indicator amino acid oxidation method [author reply]. Am J Clin Nutr 2012;95:1501–2.
38. Fukagawa NK. Protein requirements: methodologic controversy amid a call for change. Am J Clin Nutr 2014;99:761–2.
39. Stephens TV, Woo H, Innis SM, Elango R. Healthy pregnant women in
1. Canada are consuming more dietary protein at 16- and 36-week gestation than currently recommended by the Dietary Reference Intakes, primarily from dairy food sources. Nutr Res 2014;34:569–76.
40. British Columbia Ministry of Health. Vital Statistics Agency Annual Report, Figure 9. Victoria, British Columbia. 2011 [cited 2014 Jun 12]. Available from http://www.vs.gov.bc.ca/stats/annual/2011/.
41. Levesque CL, Moehn S, Pencharz PB, Ball RO. The threonine requirement of sows increases in late gestation. J Anim Sci 2011;89:93–102.
42. Samuel RS, Moehn S, Pencharz PB, Ball RO. Dietary lysine requirement of sows increases in late gestation. J Anim Sci 2012;90:4896–904.
43. Franco DJ, Josephson JK, Moehn S, Pencharz PB, Ball RO. Isoleucine requirement of pregnant sows. J Anim Sci 2013;91:3859–66.
44. Franco DJ, Josephson JK, Moehn S, Pencharz PB, Ball RO. Tryptophan requirement of pregnant sows. J Anim Sci 2014;92:4457–65.
45. Wu G, Bazer FW, Burghardt RC, Johnson GA, Kim SW, Li XL, Satterfield MC, Spencer TE. Impacts of amino acid nutrition on pregnancy outcome in pigs: mechanisms and implications for swine production. J Anim Sci 2010;88:E195–204.
46. Wu G, Bazer FW, Satterfield MC, Li X, Wang X, Johnson GA, Burghardt RC, Dai Z, Wang J, Wu Z. Impacts of arginine nutrition on embryonic and fetal development in mammals. Amino Acids 2013;45:241–56.
47. Wu G. Dietary requirements of synthesizable amino acids by animals: a paradigm shift in protein nutrition. J Anim Sci Biotechnol 2014;5:34.
48. Garner P, Kramer MS, Chalmers I. Might efforts to increase birthweight in undernourished women do more harm than good? Lancet 1992;340:1021–3.
49. Blumfield ML, Collins CE. High-protein diets during pregnancy: healthful or harmful for offspring? Am J Clin Nutr 2014;100:993–5.
50. Brown LD, Green AS, Limesand SW, Rozance PJ. Maternal amino acid supplementation for intrauterine growth restriction. Front Biosci (Schol Ed) 2011;3:428–44.
51. Rush D, Stein Z, Susser M. A randomized controlled trial of prenatal nutritional supplementation in New York City. Pediatrics 1980;65: 683–97.
52. Higgins AC, Moxley JE, Pencharz PB, Mikolainis D, Dubois S. Impact of the Higgins Nutrition Intervention Program on birth weight: a within-mother analysis. J Am Diet Assoc 1989;89:1097–103.
53. Godfrey K, Robinson S, Barker DJ, Osmond C, Cox V. Maternal nutrition in early and late pregnancy in relation to placental and fetal growth. BMJ 1996;312:410–4.
54. Ceesay SM, Prentice AM, Cole TJ, Foord F, Weaver LT, Poskitt EM, Whitehead RG. Effects on birth weight and perinatal mortality of maternal dietary supplements in rural Gambia: 5 year randomized controlled trial. BMJ 1997;315:786–90.
55. Imdad A, Bhutta ZA. Effect of balanced protein energy supplementation during pregnancy on birth outcomes. BMC Public Health 2011; 11(Suppl 3):S17.
56. Imdad A, Bhutta ZA. Maternal nutrition and birth outcomes: effect of balanced protein-energy supplementation. Paediatr Perinat Epidemiol 2012;26(Suppl 1):178–90.
57. Blumfield M, Hure A, MacDonald-Wicks L, Smith R, Simpson S, Raubenheimer D, Collins C. The association between the macronutrient content of maternal diet and the adequacy of micronutrients during pregnancy in the Women and Their Children’s Health (WATCH) Study. Nutrients 2012;4:1958–76.
58. Prentice AM, Ceesay SM, Whitehead RG. Maternal supplementation and birthweight. Lancet 1993;341:52–3.
59. Ball RO, Moehn S. Feeding pregnant sows for optimum productivity: past, present and future perspectives. In: Pluske JM, Pluske JR, editors. Manipulating pig production XIV. Corowa (Australia): Australasian Pig Science Association; 2013. p. 151-69.
Rajavel Elango and Ronald O Ball
Перевод: Храброва Д., Редактура: Храброва Д., Готманова Н.
Ключевые слова: аминокислоты, рекомендации по питанию, питание матери, беременность, белковый обмен
Список сокращений: EAR – расчетная средняя потребность, RDA – суточная норма, ИМТ – индекс массы тела, DRI – рекомендуемые рационы питания
Краткое содержание
Белок является важным компонентом здорового питания человека, способствующим как росту, так и поддержанию здоровья. Во время беременности, исключительного этапа жизни, характеризующегося быстрым ростом и развитием, достаточное количество белка в рационе имеет решающее значение для обеспечения здоровья матери и ребенка. Отложение белка в тканях матери и плода растет на протяжении всей беременности, причем наиболее активно происходит в третьем триместре. Рекомендации по потреблению белка с пищей основаны на факторных оценках, поскольку традиционный метод определения потребности в белке – азотистый баланс – является инвазивным и нежелательным во время беременности. Текущая расчетная средняя потребность и рекомендации по суточной норме в 0,88 и 1,1 г·кг-1·сут-1, соответственно, предназначены для всех стадий беременности. Единая рекомендация не учитывает меняющиеся потребности на разных стадиях беременности. Недавно, с использованием малоинвазивного индикаторного метода окисления аминокислот, мы определили, что потребности в белке должны составлять в среднем 1,2 и 1,52 г·кг-1·сут-1 на ранних (≈16 недель) и поздних (≈36 недель) сроках беременности соответственно. Хотя требования значительно выше текущих рекомендаций, наши значения составляют ≈14-18% от общей энергии и укладываются в допустимый диапазон распределения макроэлементов. Используя свиней в качестве животной модели, мы показали, что потребности в нескольких незаменимых аминокислотах резко возрастают на поздних сроках беременности по сравнению с ранними сроками беременности. Во время беременности следует провести дополнительные исследования, чтобы подтвердить недавно выявленные потребности в белке и определить потребности человека в незаменимых аминокислотах во время беременности.
Введение
Белок является важным компонентом здорового питания человека, способствующим как росту, так и поддержанию здоровья. Белок в организме играет структурную (кератин, коллаген) и функциональную (ферменты, транспортные белки, гормоны) роли (1, 2). Основная часть белка млекопитающих состоит из 20 различных аминокислот, и, таким образом, наш организм нуждается как в достаточном количестве аминокислот, так и в общем количестве белка (азота). Текущее определение потребности в белке следующее: «самый низкий уровень потребления белка с пищей, который позволит сбалансировать потери азота из организма и, таким образом, поддерживать белковую массу тела у лиц с энергетическим балансом и умеренным уровнем физической активности, плюс у детей, беременных или кормящих женщин, потребности, связанные с формированием тканей или выделением молока со скоростью, соответствующей хорошему здоровью» (2). Таким образом, во время беременности, исключительного этапа жизни, определяемого быстрым ростом и развитием и огромными физиологическими изменениями матери с момента зачатия до рождения, достаточное количество белка в рационе имеет решающее значение для обеспечения здорового завершения этого периода.
В течение нескольких недель после зачатия происходят изменения в белковом обмене для поддержки роста и развития плода, которые одновременно поддерживают гомеостаз матери и готовят ее к лактации (3). Утилизация белка из пищевых продуктов и отложение в виде новых тканей зависят от энергии на стадиях всасывания, транспорта аминокислот, синтеза белка и протеолиза. Таким образом, рацион питания во время беременности должен содержать достаточное количество энергии и белка, чтобы обеспечить доношенные роды здорового ребенка. Дополнительная энергия, необходимая в течение всего срока беременности, оценивается в 77 000 ккал (4), хотя затраты энергии во время беременности распределяются неравномерно в течение всего ее периода. Это связано с тем, что количество белка, откладываемого в тканях матери и плода, варьируется во время беременности: незначительное отложение в течение первого триместра, постепенно увеличивающееся во втором триместре, и основной пик приходится на третий триместр (5). Таким образом, рекомендации по потреблению белка и аминокислот во время беременности должны соответствовать конкретной ее стадии, с достаточным количеством энергии для обеспечения удовлетворения всех потребностей.
Белковый обмен при беременности
Было подсчитано общее количество дополнительного азота, накапливаемого во время беременности, при этом 40% прироста белка у матери приходится на плод, плаценту и амниотическую жидкость (6, 7). Материнские ткани, включающие ткань матки, молочной железы, жировую ткань, увеличение объема крови и внеклеточные жидкости, составляют остальные 60%. На основе расчетов Hytten (6), для типичного увеличения массы тела на 12,5 кг во время беременности (включая доношенного ребенка весом 3,3 кг), прирост составляет 148 г азота, что эквивалентно 925 г белка (при использовании коэффициента пересчета 6,25) (1, 5). Это дополнительное накопление белка матерью предполагает, что в белковом метаболизме должны происходить существенные изменения, чтобы приспособиться к этому увеличению. Исследования обмена белков в организме, проведенные с использованием индикаторов стабильных изотопов, показали увеличение обмена на ранних сроках беременности у беременных женщин по сравнению с небеременными (8-13), и наблюдается абсолютное увеличение синтеза белка на 15% во втором триместре и на 25% в течение третьего триместра (14). Концентрации нескольких аминокислот в плазме крови матери (включая как заменимые, так и незаменимые аминокислоты) снижаются на ранних сроках беременности и сохраняются в низких концентрациях на протяжении всего периода. Наибольшее снижение наблюдается для глюкогенных аминокислот (аланин, серин, треонин, глутамин и глутамат) и аминокислот цикла мочевины (аргинин, орнитин, цитруллин) (15). Сопутствующее снижение синтеза мочевины у матери и экскреции мочевины с мочой происходит на ранних сроках беременности, и показатели остаются низкими на протяжении всей беременности (7). Таким образом, предполагается, что увеличение синтеза белка в сочетании со снижением катаболизма аминокислот и, следовательно, синтеза мочевины и циркулирующих в плазме аминокислот является механизмом сохранения общего содержания белка в период крайней потребности (т.е. беременности) (14).
Метаболические адаптации в белковом метаболизме, описанные выше, предполагают, что во время беременности у хорошо питающихся индивидуумов общие физиологические изменения способствуют сохранению белка и азота, накоплению белка и, таким образом, обеспечивают адекватное снабжение плода питательными веществами. Лишь несколько исследований предоставили какую-либо информацию в условиях измененного питания/доступности первичных субстратов синтеза белка (баланс из 20 аминокислот). Таким образом, как корректно указал King (3), если потребление белка с пищей ниже некоторого порога, необходимого для метаболической адаптации, то у женщин повышается риск неблагоприятных исходов беременности, и может потребоваться соответствующее диетическое вмешательство с достаточным количеством белка и аминокислот. Действительно, работа Thame, Kurpad и коллег показала, что кинетика аминокислот изменяется во время беременности у подростков и при беременности у взрослых с низким ИМТ, так что метаболическая адаптация недостаточна для поддержания здорового исхода беременности (16-19). Таким образом, определение оптимальных потребностей в белках и аминокислотах на разных стадиях беременности имеет решающее значение для разработки адекватных рекомендаций по питанию на этом важнейшем этапе жизни.
Рекомендации по потреблению белка и аминокислот во время беременности
Рекомендации по потреблению белка у людей представлены в виде расчетной средней потребности (EAR) и суточной нормы (RDA) (1). EAR – это среднесуточное потребление питательных веществ, которое, по оценкам, удовлетворяет потребности половины здоровых людей на определенном этапе жизни и в определенной половой группе. RDA – это оценка минимального среднесуточного рациона питания, который удовлетворяет потребности в питательных веществах почти всех (97-98%) здоровых людей на определенном этапе жизни (1).
Норма потребления общего белка во время беременности основана на потребности взрослого человека в поддержании белка в размере 0,66 г·кг-1·сут-1, плюс дополнительные потребности для поддержания вновь поступающего белка. Отложение белка во время беременности было рассчитано на основе исследований общего накопления калия в организме здоровых беременных женщин, которые набрали 13,8 кг массы тела к концу третьего триместра, и составило 12,6 г/сут (1, 2, 5). Повышенная потребность в расчете на массу тела, таким образом, была оценена как 12,6 г белка/сут ÷ 57 кг (контрольная женщина) = + 0,22 г белка·кг-1·сут-1. Это значение было добавлено к EAR небеременных взрослых в размере 0,66 г белка·кг-1·сут-1 и привело к получению рациона в 0,88 г·кг-1·сут-1 (1) во время беременности. Суточная норма была установлена на уровне 1,1 г·кг-1·сут-1 на основе дополнительного потребления 25 г/сут (таблица 1). В отчете FAO (2), основанном на том же наборе данных о накоплении белка во время беременности, рекомендовано дополнительное потребление белка в размере 0,7, 9,6 и 31,2 г/сут в течение первого, второго и третьего триместров соответственно.
Таблица 1. Сравнение рекомендаций по потреблению белка во время беременности с требованиями, определенными с использованием метода IAAO1
Доступна: https://docs.google.com/document/d/1AjXggQ6s5mWa6X-Dh3Hh-9TvKwX5N37i/edit?usp=share_link&ouid=116045022954959817060&rtpof=true&sd=true
По нашим сведениям, не было опубликовано данных о потребностях человека в аминокислотах во время беременности. Обычно предполагается, что потребность в аминокислотах увеличивается пропорционально увеличению потребности в белке во время беременности. Поскольку норма общего белка для беременных составляет 0,88 г·кг-1·сут-1, что в 1,33 раза превышает норму для взрослых, составляющую 0,66 г·кг-1·сут-1, каждое отдельное значение потребности в аминокислотах для небеременных взрослых умножается на 1,33 и округляется до ближайшего целого числа (1) (таблица 2). Однако наши исследования на свиньях (22) и моделирование другими авторами (23) показывают, что потребности в некоторых аминокислотах возрастают больше, чем в других. Следовательно, предположение о том, что потребность в аминокислотах у человека увеличивается пропорционально потребности в белке во время беременности, вероятно, неверно. Основная причина, по которой у людей не проводилось прямых исследований потребности в аминокислотах во время беременности, связана с утомительным и громоздким характером традиционных методов (например, азотистый баланс), в других случаях доступных для определения потребности в белках и аминокислотах.
Методы определения потребностей населения в белке и аминокислотах
Метод азотного баланса. Метод азотного баланса, который включает измерение количества поступающего и выводимого азота, считается золотым стандартом для определения потребностей в азоте (белке) (1). Хотя в основе лежит достаточно простая концепция, метод имеет тенденцию недооценивать потребности в белках/аминокислотах, поскольку в его рамках переоценивается потребление азота и недооценивается его выведение (1). Запас мочевины в организме довольно велик, и для приведения в равновесие требуется 5-7 дней адаптации (24). Длительность адаптации делает метод громоздким и отнимающим много времени. Также он не подходит для изучения некоторых групп населения, включая беременных. Основной минус метода заключается в том, что во время проведения тестов на определение диапазона потребления белка, как правило, эффективность выведения белка снижена и это приводит баланс азота практически к нулевой отметке («нулевой баланс») (25). По мере увеличения потребления азота кривая реакции на азот становится нелинейной, и анализ данных с помощью линейной регрессии может приводить к высоким погрешностям. В большинстве более ранних исследований анализ потребления белка проводили в условиях, близких к нулевому балансу, и, следовательно, перекрытие, обычно определяемое линейной интерполяцией, приводило к недооценке истинного баланса (26). Как следствие, нормы потребления белка оказывались заниженными.
Таблица 2. Рекомендации по потребности аминокислот в сутки во время беременности.
Доступна: https://docs.google.com/document/d/1AjXggQ6s5mWa6X-Dh3Hh-9TvKwX5N37i/edit?usp=share_link&ouid=116045022954959817060&rtpof=true&sd=true
Текущие рекомендации по потребности в белке для взрослых людей установлены на уровне EAR и RDA 0,66 и 0,80 г/кг/сут, соответственно, как по DRI (1), так и FAO (1) (таблица 1). Эти рекомендации были разработаны путем сопоставления оценки по модели линейного регрессионного анализа с более ранними данными по азотистому балансу у мужчин, где нулевой азотистый баланс использовался в качестве критерия адекватности питания (26). Рэнд и др. (26) отобрали для окончательного обзора исследования, в которых при проведении тестов были условия нулевого баланса, хотя и признали, что у этого анализа есть некоторые ограничения. Хумаюн и др. (20) включили дополнительные исследования азотистого баланса, в которых проверяли также и более высокое потребление белка, и проводили повторный анализ с использованием оценки по модели 2-фазного линейного регрессионного анализа. Повторный анализ привел к оценке точки останова (EAR) в 0,91 г/кг/сут и верхнего 95%-го ДИ (безопасный уровень для населения, эквивалентный RDA) в 0,99 г/кг/сут. Эти значения, полученные при повторном анализе, выше, чем текущие EAR и RDA (1). Известные ограничения метода азотистого баланса и тот факт, что он непрактичен для определения потребностей в белке для таких группах населения, как беременные, обусловили необходимость разработки более новых современных методов.
Индикаторный метод окисления аминокислот. Индикаторный метод окисления аминокислот (ИМОА) – это минимально инвазивный метод, который использует меченную стабильным изотопом незаменимую аминокислоту для определения потребности в аминокислотах (27, 28). Метод основан на фундаментальном физиологическом принципе, согласно которому избыток аминокислот не может накапливаться в организме и должен быть разделен между процессами синтеза белка и окислением избытков. Таким образом, когда одной незаменимой аминокислоты не хватает для синтеза белка, то все остальные аминокислоты, включая индикаторную аминокислоту (обычно другую незаменимую аминокислоту, такую как L-1-13C-фенилаланин), находятся в избытке и следовательно, будут окислятся (28). С увеличением потребления лимитирующей аминокислоты окисление индикаторной аминокислоты будет уменьшаться, что отразится через увеличение частоты ее включения в белок при синтезе. Как только потребность в лимитирующей аминокислоте/белке будет удовлетворена, дальнейших изменений в окислении индикаторной аминокислоты при увеличении потребления тестируемой аминокислоты не произойдет. Точка перегиба, при которой окисление индикаторной аминокислоты перестает снижаться и достигает плато, называется “точкой останова”. Точка останова, которая определяется с использованием 2-фазного линейного регрессионного анализа, указывает на концентрацию лимитирующей (тестируемой) аминокислоты/белок (29). ИМОА требует перорального приема аминокислот, меченных изотопами (30) и сбор образцов дыхания и мочи (31), при этом адаптация происходит в течение одного дня исследования (32). Таким образом, метод хорошо подходит для изучения потребностей в белках и аминокислотах в различных физиологических условиях на протяжении всего жизненного цикла. В частности, быстрая адаптация и неинвазивные методы устраняют риск, связанный с длительным дефицитом потребления в уязвимых группах населения (напр., беременных).
ИМОА был первоначально разработан для определения потребности в незаменимых аминокислотах, а сейчас широко применяется у взрослых людей, детей школьного возраста и детей с заболеваниями (28, 29). Первое применение ИМОА на людях для определения потребности в белке у молодых мужчин было проведено Хумаюном и др. (20). Схема исследования была аналогична исследованиям потребности в незаменимых аминокислотах, за исключением того, что все аминокислоты в структуре яичного белка (за исключением фенилаланина, как индикаторной аминокислоты, и тирозина) были исследованы в условиях от дефицита до избытка. Результаты показали, что потребность в белке у молодых мужчин составляла 0,93 и 1,2 г/кг/сут (таблица 1) и значительно превышала текущие рекомендации
0,66 и 0,80 г/кг/сут EAR и RDA, соответственно. С тех пор ИМОА для определения потребности в белке применялся в нескольких группах населения (дети школьного возраста, пожилые женщины старше 65 лет и восьмидесятилетние женщины) (33-35). Во всех исследованиях было показано, что текущие рекомендации занижены и что средние потребности в белке, определенные ИМОА, превышают требования, определенные традиционными исследованиями азотного баланса, на 30-40%. Применение ИМОА для определения потребности в белке было подвергнуто критике (36, 37), поскольку индикаторная аминокислота (фенилаланин), остается постоянной при увеличении потребления других (тестируемых) аминокислот, и ИМОА имеет ограничение в условиях более высокого (избыточного) потребления тестируемого белка. Однако во всех вышеупомянутых исследованиях потребления фенилаланина не изменился при увеличении потребления белка, что позволило нам предположить, что фенилаланин не является ограничивающим ни при каком уровне потребления тестируемого белка. Таким образом, при постоянном потреблении фенилаланина ИМОА хорошо отражает разделение между включением в синтез белка и окислением в ответ на потребление тестируемого белка и определяет действительную потребность в белке. Мы рассмотрели эту и другие проблемы в ответах на письма редакционной коллегии и призываем читателей быть в курсе дискуссии при пересмотре текущих рекомендаций по потреблению белка (36, 37). Еще один спорный момент заключается в том, насколько полученные ИМОА более высокие оценки потребностей в краткосрочный период имеют отношение к долгосрочной пользе для здоровья (38). Для подтверждения выводов на основе ИМОА необходимо провести в будущем долгосрочные исследования добавок с учетом вновь определенных потребностей в белке.
Текущие данные о потребности в белке для беременных.
Недавно мы определили потребность в белке во время ранней (16 недель) и поздней (36 недель) беременности у здоровых одноплодных беременных женщин с использованием ИМОА (21). Потребности были определены как 1,2 г/кг/сут (верхний 95% ДИ: 1,66 г/кг/сут) и 1,52 г/кг/сут (верхний 95% ДИ: 1,77 г/кг/сут) на ранних и поздних сроках беременности соответственно. Из этого результата вытекают следующие выводы. Во-первых, потребности значительно выше, чем текущие EAR и RDA, составляющие 0,88 и 1 г/кг/сут, соответственно. Во-вторых, потребности в белке увеличиваются уже на 16-ой неделе беременности, хотя считается, что потребность в белке изначально низка и существенно возрастает только на поздних сроках беременности (3). Хотя эти потребности, по-видимому, значительно выше, чем те, которые могут быть актуальны во время беременности, наши последние данные свидетельствуют о том, что это не так. Недавно мы завершили проспективный анализ 270 беременных женщин из Ванкувера, Британская Колумбия, Канада (39), которые были отобраны для отдельного исследования. FFQ вводили на ранних (16 недель) и поздних (36 недель) сроках беременности, и результаты показали, что диапазон медианы потребления белка матерью составил 1,3–1,5 г/кг/сут. Эти данные были собраны у женщин, проживающих в Ванкувере, Канада, где историческая частота рождения
детей с низким весом у женщин в возрасте 20-34 лет невелика (5,45%) (40). Наши потребности в белке, определенные с использованием ИМОА, сопоставимы со схемами потребления белка здоровыми беременными женщинами из той же популяции (39). Когда мы рассматриваем потребность в белке в процентах от общей энергии, наши результаты по ИМОА соответствуют обеспечению энергией 1,7 3 энергии покоя с учетом, что расходы для каждого участника специфичны. В среднем беременные женщины, участвовавшие в нашем исследовании, получали 2305 и 2483 ккал энергии в день на ранних и поздних сроках беременности, соответственно, что аналогично текущим рекомендациям по потреблению энергии в соответствии с DRI и FAO (1, 4). Текущая рекомендация по потреблению белка в суточной норме 1,1 г/кг/сут во время беременности в пересчете на процент энергии составляет 9% энергии из белка как на ранней, так и на поздней стадии беременности. Наши предполагаемые потребности в белке в течение раннего и позднего срока беременности составляют 14% и 17,5% энергии из белка, соответственно. Требования к белку на основе данных ИМОА соответствуют рекомендуемому допустимому диапазону потребления макроэлементов и уровень энергии из белка составляет 10-35%.
Нормы потребления аминокислот во время беременности.
Насколько нам известно, нет опубликованных исследований потребности в аминокислотах у людей; однако, используя свинью в качестве модели, мы к настоящему времени определили потребности в треонине (41), лизине (42), изолейцине (43) и триптофане (44) в течение первого и третьего триместров беременности. Результаты показали увеличение потребности на более поздних стадиях беременности во всех аминокислотах, хотя это увеличение варьировалось в зависимости от аминокислот. Потребность в треонине увеличилась на 55%, лизине на 45%, изолейцине на 63% и триптофане на 35% на поздних сроках беременности по сравнению с ранними стадиями. Эти исследования показали, что применение одного и того же коэффициента ко всем аминокислотам для получения математически выведенной оценки потребности, как это было сделано в DRI, является ошибочным. К сожалению, аналогичные опубликованные исследования беременности у людей отсутствуют. Мы завершили первое, насколько нам известно, исследование потребности в аминокислотах при беременности человека. Потребность в лизине на поздних сроках беременности увеличилась на 27% по сравнению с ранними сроками (R Elango et al., неопубликованные данные, 2015). Это больше, чем увеличение потребности в лизине, рассчитанное DRI на основе увеличения потребности в белке - 41 мг/кг/сут (таблица 1). Однако, в которой степени потребность в других незаменимых аминокислотах возрастает при беременности, и как она соотносится для каждой аминокислоты с общим потреблением белка, необходимо определить в будущих исследованиях. В настоящее время проводятся исследования на свиньях, которые предполагают, что в дополнение к исследованным аминокислотам может наблюдаться повышенный спрос на незаменимые аминокислоты, такие как аргинин и глутамин, поскольку они требуется для развития матки и плода (45-47). Необходимо дополнительно изучить вопрос о том, существует ли аналогичная потребность в незаменимых аминокислотах во время беременности человека.
Исследование белковых добавок.
Более высокое потребление белка во время беременности было предметом активных дискуссий в течение нескольких десятилетий (48, 49). Прием белковых добавок во время беременности также обсуждался, поскольку между аминокислотами может возникнуть конкуренция, которая может негативно повлиять на рост плода, как было показано на моделях на животных (50). В рандомизированном контролируемом исследовании беременных женщин с низким социально-экономическим статусом, проживающих в Нью-Йорке, сообщалось о негативных исходах беременности (повышенный риск рождения детей раннего гестационного возраста) при приеме добавок с высоким содержанием белка (обеспечивающих >34% энергии) (51). Но несколько других исследований, в которых белковые добавки, которые давались в виде пищи и проводились при наличии достаточного количества энергии, показали значительное снижение риска рождения детей раннего гестационного возраста, что позволяет предположить предотвращение ограничения внутриутробного роста (52-54). Таким образом, как подробно обсуждалось Имдадом и Бхуттой (55, 56), белковые добавки во время беременности должны быть сбалансированными (<25% от общего содержания энергии), чтобы обеспечить снижение риска рождения детей раннего гестационного возраста. Кроме того, более ранние исследования Монреальского диетического диспансера показали, что беременные женщины из более низких социально-экономических группы, получившие вмешательство с индивидуальной реабилитацией питания и потреблявшие 100 г белка в день, имели положительный исход беременности, измеряемый снижением частоты низкого веса плода при рождении (52). Результаты потребности в белке, полученные в нашем исследовании (таблица 1), выраженные в виде среднесуточного потребления для женщин, участвовавших в нашем исследовании, составили бы 79 г/сут на ранних сроках беременности и 108 г/сут на поздних сроках беременности (21) и обеспечили бы белковой энергией 15-17% калорий., что согласуется с данные о результатах родов в диетическом диспансере Монреаля. Кроме того, Блумфилд и соавт. (57) показал, что при потреблении белка от 18% до 20% калорий из пищи основные потребности в питательных микроэлементах, включая фолиевую кислоту, витамин Е, железо и цинк, удовлетворяются у здоровых, хорошо питающихся беременных женщин. Таким образом, белковые добавки во время беременности должны быть в форме пищевых добавок, сбалансированных (в пределах 25% от общей энергии) и, как указывалось ранее Прентисом и соавт. (58), с целью предотвращения ограничения внутриутробного роста, а не с целью увеличения веса при рождении.
Заключение
Мы считаем, что текущие EAR и RDA для потребления белка во время беременности в размере 0,88 и 1,1 г/кг/сут являются заниженными. С использованием ИМОА мы недавно определили, что средняя потребность в белке составляет 1,2 и 1,52 г/кг/сут на ранних и поздних сроках беременности соответственно. Среднесуточное потребление белка должно
составлять 79 г/сут (14% калорий) на ранних сроках беременности и 108 г/сут (17% калорий) на поздних сроках беременности для женщин, получающих нормальное питание и набирающих массу тела во время беременности в соответствии с рекомендациями. Насколько нам известно, в настоящее время нет прямых опубликованных данных об оценке потребности в аминокислотах во время беременности у человека, но недавние исследования на животных показывают, что потребность в незаменимых аминокислотах для треонина, лизина, изолейцина и триптофана увеличивается на более поздних стадиях беременности, но не в той же пропорции к общей потребности в белке, как на ранних сроках беременности (59). Срочно необходимы новые исследования для определения потребностей человека в незаменимых аминокислотах во время беременности. Также необходимы дополнительные исследования, чтобы подтвердить положительный эффект приема пищевых белковых добавок во время беременности, с акцентом на предотвращение ограничения внутриутробного роста, чтобы продемонстрировать, что белковые добавки полезны в виде сбалансированной белково-энергетической добави (<25% от общего содержания энергии). Эти исследования необходимы для разработки более точных диетических рекомендаций для многих групп женщин во всем мире, которые нарушают режим питания во время беременности из-за низкого потребления белка и/или энергии или несбалансированного потребления аминокислот.
Вклад авторов
Оба автора прочитали и одобрили рукопись.
Список литературы
1. Institute of Medicine, Food and Nutrition Board. Dietary Reference Intakes: energy, carbohydrate, fiber, fat, fatty acids, cholesterol, protein and amino acids. Washington (DC): National Academies Press; 2005.
2. WHO/FAO/UNU. Protein and amino acid requirements in human nutrition. Report of a joint WHO/FAO/UNU Expert Consultation. World Health Organ Tech Rep Ser 2007;935:103–33.
3. King JC. Physiology of pregnancy and nutrient metabolism. Am J Clin Nutr 2000;71(Suppl):1218S–25S.
4. FAO. Human energy requirements. Report of a Joint FAO/WHO/UNU Expert Consultation. Rome (Italy): FAO; 2004. FAO Food and Nutrition Technical Report Series 1.
5. Butte NF, King JC. Energy requirements during pregnancy and lactation. Public Health Nutr 2005;8:1010–27.
6. Hytten FE. Weight gain in pregnancy. In: Hytten FE, Chamberlain G, editors. Clinical physiology in obstetrics. Oxford (United Kingdom): Blackwell Scientific; 1991. p. 173–203.
7. Kalhan SC. Protein metabolism in pregnancy. Am J Clin Nutr 2000;71 (Suppl):1249S–55S.
8. de Benoist B, Jackson AA, Hall JS, Persaud C. Whole-body protein turnover in Jamaican women during normal pregnancy. Hum Nutr Clin Nutr 1985;39:167–79.
9. Thompson GN, Halliday D. Protein turnover in pregnancy. Eur J Clin Nutr 1992;46:411–7.
10. Whittaker PG, Lee CH, Cooper BG, Taylor R. Evaluation of phenylalanine and tyrosine metabolism in late human pregnancy. Metabolism 1999;48:849–52.
11. Duggleby SL, Jackson AA. Higher weight at birth is related to decreased maternal amino acid oxidation during pregnancy. Am J Clin Nutr 2002;76:852–7.
12. Jolly M, Bertie J, Gray R, Bannister P, Venkatesan S, Johnston D, Robinson S. Increased leucine turnover in women during the third trimester of uncomplicated pregnancy. Metabolism 2004;53:545–9.
13. Kalhan SC, Parimi PS. Transamination of leucine and nitrogen accretion in human pregnancy and the newborn infant. J Nutr 2006;136:281S–7S.
14. Duggleby SL, Jackson AA. Protein, amino acid and nitrogen metabolism during pregnancy: how might the mother meet the needs of her fetus? Curr Opin Clin Nutr Metab Care 2002;5:503–9.
15. Fitch WL, King JC. Plasma amino acid, glucose, and insulin responses to moderate-protein and high-protein test meals in pregnant, nonpregnant, and gestational diabetic women. Am J Clin Nutr 1987;46:243–9.
16. Thame M, Fletcher H, Baker T, Jahoor F. Comparing the in vivo glycine fluxes of adolescent girls and adult women during early and late pregnancy. Br J Nutr 2010;104:498–502.
17. Kurpad AV, Dwarkanath P, Thomas T, Mhaskar A, Thomas A, Mhaskar R, Jahoor F. Comparison of leucine and dispensable amino acid kinetics between Indian women with low or normal body mass indexes during pregnancy. Am J Clin Nutr 2010;92:320–9.
18. Thame MM, Fletcher HM, Baker TM, Marini JC, Kao CC, Jahoor F. Arginine flux, but not nitric oxide synthesis, decreases in adolescent girls compared with adult women during pregnancy. J Nutr 2011;141:71–4.
19. Kurpad AV, Anand P, Dwarkanath P, Hsu JW, Thomas T, Devi S, Thomas A, Mhaskar R, Jahoor F. Whole body methionine kinetics, transmethylation, transulfuration and remethylation during pregnancy. Clin Nutr 2014;33:122–9.
20. Humayun MA, Elango R, Ball RO, Pencharz PB. Reevaluation of protein requirement in young men with the indicator amino acid oxidation technique. Am J Clin Nutr 2007;86:995–1002.
21. Stephens TV, Payne M, Ball RO, Pencharz PB, Elango R. Protein requirements of healthy pregnant women during early and late gestation are higher than current recommendations. J Nutr 2015;145:73–8.
22. Moehn S, Levesque C, Samuel R, Ball RO. New energy and amino acid requirements for gestating sows. Adv Pork Prod 2011;22:157–66.
23. National Research Council. Nutrient requirements of swine. 11th revised ed. Washington (DC): National Academies Press; 2012.
24. Rand WM, Young VR, Scrimshaw NS. Change of urinary nitrogen excretion in response to low-protein diets in adults. Am J Clin Nutr 1976; 29:639–44.
25. Young VR, Taylor YS, Rand WM, Scrimshaw NS. Protein requirements of man: efficiency of egg protein utilization at maintenance and submaintenance levels in young men. J Nutr 1973;103:1164–74.
26. Rand WM, Pellett PL, Young VR. Meta-analysis of nitrogen balance studies for estimating protein requirements in healthy adults. Am J Clin Nutr 2003;77:109–27.
27. Pencharz PB, Ball RO. Different approaches to define individual amino acid requirements. Annu Rev Nutr 2003;23:101–16.
28. Elango R, Ball RO, Pencharz PB. Indicator amino acid oxidation: concept and application. J Nutr 2008;138:243–6.
29. Elango R, Ball RO, Pencharz PB. Recent advances in determining protein and amino acid requirements in humans. Br J Nutr 2012;108:S22–30.
30. Kriengsinyos W, Wykes LJ, Ball RO, Pencharz PB. Oral and intravenous tracer protocols of the indicator amino acid oxidation method provide the same estimate of the lysine requirement in healthy men. J Nutr 2002;132:2251–7.
31. Bross R, Ball RO, Pencharz PB. Development of a minimally invasive protocol for the determination of phenylalanine and lysine kinetics in humans during the fed state. J Nutr 1998;128:1913–9.
32. Elango R, Humayun MA, Ball RO, Pencharz PB. Indicator amino acid oxidation is not affected by period of adaptation to a wide range of lysine intake in healthy young men. J Nutr 2009;139:1082–7.
33. Elango R, Humayun MA, Ball RO, Pencharz PB. Protein requirement of healthy school-age children determined by the indicator amino acid oxidation method. Am J Clin Nutr 2011;94:1545–52.
34. Tang M, McCabe GP, Elango R, Pencharz PB, Ball RO, Campbell WW. Assessment of protein requirement in octogenarian women with use of the indicator amino acid oxidation technique. Am J Clin Nutr 2014;99:891–8.
35. Rafii M, Chapman K, Owens J, Elango R, Campbell WW, Ball RO, Pencharz PB, Courtney-Martin G. Dietary protein requirement of female adults over 65 years determined by the indicator amino acid oxidation technique is higher than current recommendations. J Nutr 2015;145:18–24.
36. Hoffer LJ. Protein requirement of school-age children [author reply]. Am J Clin Nutr 2012;95:777–8.
37. Millward DJ, Jackson AA. Protein requirements and the indicator amino acid oxidation method [author reply]. Am J Clin Nutr 2012;95:1501–2.
38. Fukagawa NK. Protein requirements: methodologic controversy amid a call for change. Am J Clin Nutr 2014;99:761–2.
39. Stephens TV, Woo H, Innis SM, Elango R. Healthy pregnant women in
1. Canada are consuming more dietary protein at 16- and 36-week gestation than currently recommended by the Dietary Reference Intakes, primarily from dairy food sources. Nutr Res 2014;34:569–76.
40. British Columbia Ministry of Health. Vital Statistics Agency Annual Report, Figure 9. Victoria, British Columbia. 2011 [cited 2014 Jun 12]. Available from http://www.vs.gov.bc.ca/stats/annual/2011/.
41. Levesque CL, Moehn S, Pencharz PB, Ball RO. The threonine requirement of sows increases in late gestation. J Anim Sci 2011;89:93–102.
42. Samuel RS, Moehn S, Pencharz PB, Ball RO. Dietary lysine requirement of sows increases in late gestation. J Anim Sci 2012;90:4896–904.
43. Franco DJ, Josephson JK, Moehn S, Pencharz PB, Ball RO. Isoleucine requirement of pregnant sows. J Anim Sci 2013;91:3859–66.
44. Franco DJ, Josephson JK, Moehn S, Pencharz PB, Ball RO. Tryptophan requirement of pregnant sows. J Anim Sci 2014;92:4457–65.
45. Wu G, Bazer FW, Burghardt RC, Johnson GA, Kim SW, Li XL, Satterfield MC, Spencer TE. Impacts of amino acid nutrition on pregnancy outcome in pigs: mechanisms and implications for swine production. J Anim Sci 2010;88:E195–204.
46. Wu G, Bazer FW, Satterfield MC, Li X, Wang X, Johnson GA, Burghardt RC, Dai Z, Wang J, Wu Z. Impacts of arginine nutrition on embryonic and fetal development in mammals. Amino Acids 2013;45:241–56.
47. Wu G. Dietary requirements of synthesizable amino acids by animals: a paradigm shift in protein nutrition. J Anim Sci Biotechnol 2014;5:34.
48. Garner P, Kramer MS, Chalmers I. Might efforts to increase birthweight in undernourished women do more harm than good? Lancet 1992;340:1021–3.
49. Blumfield ML, Collins CE. High-protein diets during pregnancy: healthful or harmful for offspring? Am J Clin Nutr 2014;100:993–5.
50. Brown LD, Green AS, Limesand SW, Rozance PJ. Maternal amino acid supplementation for intrauterine growth restriction. Front Biosci (Schol Ed) 2011;3:428–44.
51. Rush D, Stein Z, Susser M. A randomized controlled trial of prenatal nutritional supplementation in New York City. Pediatrics 1980;65: 683–97.
52. Higgins AC, Moxley JE, Pencharz PB, Mikolainis D, Dubois S. Impact of the Higgins Nutrition Intervention Program on birth weight: a within-mother analysis. J Am Diet Assoc 1989;89:1097–103.
53. Godfrey K, Robinson S, Barker DJ, Osmond C, Cox V. Maternal nutrition in early and late pregnancy in relation to placental and fetal growth. BMJ 1996;312:410–4.
54. Ceesay SM, Prentice AM, Cole TJ, Foord F, Weaver LT, Poskitt EM, Whitehead RG. Effects on birth weight and perinatal mortality of maternal dietary supplements in rural Gambia: 5 year randomized controlled trial. BMJ 1997;315:786–90.
55. Imdad A, Bhutta ZA. Effect of balanced protein energy supplementation during pregnancy on birth outcomes. BMC Public Health 2011; 11(Suppl 3):S17.
56. Imdad A, Bhutta ZA. Maternal nutrition and birth outcomes: effect of balanced protein-energy supplementation. Paediatr Perinat Epidemiol 2012;26(Suppl 1):178–90.
57. Blumfield M, Hure A, MacDonald-Wicks L, Smith R, Simpson S, Raubenheimer D, Collins C. The association between the macronutrient content of maternal diet and the adequacy of micronutrients during pregnancy in the Women and Their Children’s Health (WATCH) Study. Nutrients 2012;4:1958–76.
58. Prentice AM, Ceesay SM, Whitehead RG. Maternal supplementation and birthweight. Lancet 1993;341:52–3.
59. Ball RO, Moehn S. Feeding pregnant sows for optimum productivity: past, present and future perspectives. In: Pluske JM, Pluske JR, editors. Manipulating pig production XIV. Corowa (Australia): Australasian Pig Science Association; 2013. p. 151-69.