Касандра М Херинга
1 Катедра по животновъдство, Тексаски университет A&M, College Station, TX 77843-2471, САЩ
По-пълно W Bazer
1 Катедра по животновъдство, Тексаски университет A&M, College Station, TX 77843-2471, САЩ
Грегъри Джонсън
2 Катедра по ветеринарни интегративни биологични науки, Тексаски университет A&M, College Station, TX 77843-2471, САЩ
Guoyao Wu
1 Катедра по животновъдство, Тексаски университет A&M, College Station, TX 77843-2471, САЩ
Кратко резюме
Изявление за въздействието
Настоящият преглед има за цел: подчертаване на неблагоприятните ефекти на повишените нива на амоняк при майката или плода върху ембрионалната/фетална преживяемост, растеж и развитие; подпомагане на диетолозите и практикуващите лекари да разберат механизмите, при които повишените нива на амоняк при майката или плода водят до ембрионална/фетална смърт, ограничаване на растежа и аномалии в развитието; и привличане на вниманието на диетолозите и практикуващите лекари проблемите с излишния или неадекватен хранителен прием на протеини или аминокиселини върху резултатите от бременността при животните и хората. Статията предоставя нови, ефективни средства за подобряване на ембрионалното/феталното оцеляване и растежа при бозайниците.
Въведение
Храненето на майката по време на бременността играе критична роля за оцеляването, растежа и развитието на плода. 1 Следователно, както недохранването на майката, така и прекомерното хранене могат да навредят на развиващия се плод. По-конкретно, недостатъчният или прекомерен прием на протеини от майката може да причини доживотни последици за новороденото поради програмиране на плода. Програмирането на плода се отнася до наследствените промени в генната експресия без промени в ДНК последователностите в генома. 1 Недохранването променя експресията на феталния геном, което води до метаболитни нарушения, дисфункция на органите, хормонален дисбаланс и дефекти на клетъчната сигнализация.
Амонячната токсичност намалява ембрионалната и феталната преживяемост, растеж и развитие. Амонякът, H2S и хомоцистеинът са продукти от окисляване на АА. Високите нива на амоняк са токсични за развиващия се ембрион/плод поради (1) оксидативен стрес, произтичащ от извличането на амоняка на глутамата от синтеза на глутатион, за да се получи глутамин, който е инхибитор на генерирането на азотен оксид (NO) от аргинин. H2S и хомоцистеинът също допринасят за оксидативен стрес, който намалява производството и освобождаването на прогестерон от яйчниците. (2) Амонякът свързва протон, за да образува амониев йон, който увеличава вътреклетъчното рН. (3) Амонякът изтегля а-кетоглутарат от цикъла на Krebs, за да образува глутамат, като по този начин инхибира цикъла на Krebs и намалява производството на АТФ. (4) Увеличеното производство на глутамин от амоняк инхибира производството на NO от аргинин от ендотелните клетки, което намалява притока на кръв (включително маточно-плацентарния кръвен поток) и транспорта на хранителни вещества, което води до намаляване на маточната секреция, както и хипоксия в концептуса. Тези последици водят до намалена ембрионална/фетална преживяемост, растеж и развитие. GDH: глутамат дехидрогеназа.
Основната цел на тази статия е да подчертае въздействието на приема на протеин от майката върху оцеляването, растежа и развитието на плодовете при хора, селскостопански животни и гризачи. Навсякъде, където са налични данни, се обсъждат роли на специфични АА, като Arg и L-глутамин (Gln), при здрава бременност. Очаква се открития от различни животински видове да направляват оптимална хранителна подкрепа на бременни бозайници.
Хора
Ниският прием на хранителни протеини при майките означава, че специфичните АА имат дефицит както при майката, така и при плода. 2 Дефицитът на Arg може да причини преждевременно раждане чрез стимулиране на маточния миометриум поради намалената бионаличност на NO. 8 Дефицитът на NO е свързан и с прееклампсия, която причинява протеинурия и високо кръвно налягане при бременни жени. 8 Въз основа на многобройни проучвания върху животни, добавките с Arg се считат за безопасни за хората. 6 Диетична добавка от 3 g Arg дневно в продължение на четири седмици при жени с прееклампсия намалява кръвното налягане, подобрява здравето и растежа на плода, а също така благоприятно удължава бременността. 8 В допълнение, ежедневната интравенозна инфузия на 20 g Arg в продължение на седем дни по време на късна бременност (седмица 33) увеличава теглото при раждане с 6,4% при бебета IUGR. 7 Освен това, добавянето на Arg също намалява плацентарната апоптоза и подобрява развитието на IUGR фетусите. 7 Фигура 2 обобщава механизмите, отговорни за неблагоприятните последици от недохранването на майчините протеини и дефицитите на АА (напр. Arg и Gln) върху растежа и развитието на плода.
Неблагоприятни последици от ниския прием на протеини или аминокиселини (AA) по време на бременност при майката. Ниският прием на протеини и AA на диетата при майката води до много негативни ефекти, като нарушена секреция на хистотроф; нарушено ембрионално развитие; нарушена механистична цел на рапамицин (mTOR) клетъчна сигнализация при майката и концептуса; намалена плацентарна ангиогенеза, растеж и развитие; намалено снабдяване с хранителни вещества от майката до плода; предизвикване на оксидативен стрес при майката и концептуса; нарушена абсорбция и транспорт на липиди, липидоразтворими витамини и микроминерали (напр. желязо и цинк); и предизвикване на дефицити на множество хранителни вещества. Тези последици водят до ембрионална/фетална смърт, загуба на бременност, вътрематочно ограничаване на растежа и лошо здраве на майката.
маса 1.
Неблагоприятни последици от прекомерния или неадекватен прием на хранителни протеини или аминокиселини (АА) при хора и животни.
| 1. Прекомерен прием на протеини/АА при хора | Препратки |
| Ограничение на вътрематочния растеж | 8 |
| Намален плацентарен транспорт и пъпно усвояване на АА | 8 |
| Ниско тегло при раждане | 1 |
| Увеличена коремна висцерална мастна тъкан | 12 |
| Намалена активност на подобен на инсулин растежен фактор II | 13 |
| 2. Прекомерен прием на протеини/АА при животни | |
| Намален размер и брой на скелетните мускулни влакна при новородени | 1 |
| Амонячна токсичност | 1,6 |
| Ограничение на вътрематочния растеж | 2 |
| Повишено тегло на черния дроб | 14. |
| Намалена тимусна жлеза | 15 |
| Намалено тегло на костите | 14. |
| Промени в експресията на гени, участващи в метаболизма | 16. |
| Намалено развитие на оста хипоталамус-хипофиза-гонада | 17 |
| Намаляване на рН на майчината кръв | 18,19 |
| Ниско тегло при раждане | 20,21 |
| Увеличение на стимулираното с окситоцин освобождаване на простагландин F2α | 8 |
| Повишено кръвно налягане при потомството | 22. |
| Намален размер на постелята | 2 |
| Повишена маса на бъбреците при майката | 14. |
| Намален прием на храна на потомството | 19. |
| Променен метаболизъм на глюкозата | 22. |
| 3. Неадекватен прием на протеини/АА при хора | |
| Повишено коремно затлъстяване при потомството | 12 |
| Ограничение на вътрематочния растеж | 8 |
| Преждевременно раждане | 8 |
| Прееклампсия | 8 |
| 4. Неадекватен прием на протеини/АА при животни | |
| Ограничение на вътрематочния растеж | 1,20 |
| Намален брой на скелетните мускулни влакна и мускулна маса | 1 |
| Повишен дял на телесните мазнини при потомството | 23. |
| Промени в експресията на гени, участващи в метаболизма | 16. |
| Повишена концентрация на тестостерон в майчината плазма | 17 |
| Повишено кръвно налягане след раждането на потомството | 22. |
| Намалено артериално кръвно налягане на плода | 14. |
| Намалено качество на месото | 24 |
| Ниско тегло при раждане | 1,20 |
| Повишен риск от дистоция, слаб труд | 25 |
| Намалена продължителност на бременността | 8 |
| Повишен оксидативен стрес | 3 |
| Намалена имунна функция на потомството | 15 |
| Повишено излагане на плода на майчин кортизол | 26 |
| Променен метаболизъм на глюкозата | 14. |
Свине
Прасетата изпитват високи нива на ембрионална загуба и неонатални смъртни случаи, които са силно повлияни от храненето на майките. 27 Например, диети с 14-18% суров протеин (CP) обикновено се хранят с гестации и свине в много ферми по света; въпреки това, 14–18% CP се счита за висок хранителен прием на протеини по време на бременност и е вредно за ембрионалното развитие. 1 Това ниво на хранителен протеин създава токсична среда за плода поради високите нива на амоняк и евентуално други метаболити в плазмата. 7 Освен това високият прием на протеини с храната намалява размера и броя на скелетните мускулни влакна при новородените прасенца. 27 Поради тази причина се препоръчва гестационните свинки да се хранят с 50% от приема им по желание. 1 Когато свине-майки се хранят> 50% от приетия фураж ad libitum, има значително увеличение на ембрионалната загуба в резултат на натрупването на прекомерна подкожна бяла мастна тъкан (WAT). 1 Петдесет процента от приетия фураж ad libitum се равнява на 2 до 2,2 кг фураж на ден, състоящ се от 12% CP. Следователно, специфични АА липсват при 12% СР диета за бременни свине. 1 Интересното е, че 24% от новородените прасенца от кръстосани свине майки, хранени с 12% CP диета, са новородени IUGR, тежащи по-малко от 1,1 kg при раждането. Прасенцата IUGR имат изключително висок риск от смъртност (76%) преди отбиването. 27
Таблица 2.
Препоръчвано от NRC минимално съдържание на аргинин в диети за прасета и препоръчано от университета в Тексас A&M оптимално съдържание на аргинин в диети за свине.
| NRC (1998) a | 0,59 | 0,54 | 0,37 (20 kg BW) 0,19 (100 kg BW) | 0,0 | 0,0 |
| NRC (2012) b | 0,75 | 0,68 | 0,62 (20 kg BW) 0,38 (100 kg BW) | 0,36 (d 0–90) 0,47 (d 90–114) | 0,60 (паритет 1) c 0,54 (паритет 2) c |
| TAMU (2014) d | 1.19 | 1.01 | 0,83 (20 кг телесно тегло) 0,64 (100 кг телесно тегло) | 1,03 (d 0–90) 1,03 (d 0–90) | 1.37 |
Забележка: Стойностите са% от общата диета, освен ако не е посочено друго.
Национален съвет за научни изследвания (1998), Изисквания към хранителните вещества при свинете, минимално съдържание на аргинин в диетите.
b Национален съвет за изследвания (2012), Изисквания към хранителните вещества при свинете, минимално съдържание на аргинин в диетите.
c Стандартизирана илеална смилаема стойност.
d Ву. 29 Препоръчано от университета в Тексас съдържание на аргинин в диети при свине, оптимално съдържание на истински смилаем аргинин в диети.
Преживни животни
Високият прием на хранителни протеини при майките (44% CP) се свързва с висока ембрионална смъртност, дължаща се поне отчасти на намаляване на pH на майчината кръв. 18,19 Когато протеините и АА се разграждат в организма, сярната киселина, произведена от метионин и цистеин, може да намали рН в кръвта. 3 Оцелелите плодове имат по-ниско телесно тегло от тези от язовирите, хранени с по-нископротеинова диета (24% CP). 18 Meza-Herrera et al. 18 също така установи, че овцете с нисък резултат от състоянието на тялото, които са били хранени с високо протеинова диета, показват по-висока степен на ембрионална смъртност и по-голямо освобождаване на стимулиран с окситоцин простагландин F2α (PGF2α). Освен това, окисляването на съдържащите сяра АА генерира повишени нива на хомоцистеин и H2S, които причиняват оксидативен стрес в клетките. Биохимичните механизми, отговорни за неблагоприятните последици от високия прием на протеини на майката върху растежа и развитието на плода, са обобщени на Фигура 3 .
Неблагоприятни последици от високия прием на протеини или аминокиселини (AA) по време на бременност при майката. Високият прием на протеини и АА при майката причинява увеличаване на амоняк, хомоцистеин и сероводород (H2S) и киселинно-алкален дисбаланс. При нормални условия (представени с пунктирана стрелка) амонякът се катаболизира в урея, глутамин и глутамат, хомоцистеинът се рециклира в метионин, сероводородът се екскретира през белите дробове и кожата, а киселинно-алкалната хомеостаза се регулира от белите дробове и бъбреците. Въпреки това, прекомерният прием на протеин или АА нарушава тези процеси и води до ембрионална/фетална смърт, загуба на бременност, вътрематочно ограничаване на растежа и лошо здраве на майката. 5-MTF: N5-метил-тетрахидрофолат; Vit B6: витамин B6.
Подобно на други видове, добавянето на Arg към бременни овце подобрява ембрионалното оцеляване, тъй като Arg е важно за оцеляването, растежа и развитието на концептуса. 7 Тъй като диетичният Arg активно се разгражда в червея, интравенозното приложение е подходящо за добавяне на Arg при преживни животни. Установихме, че интравенозното прилагане на Arg на овце с ограничена хранителна стойност от 60-ия ден на бременността до раждането предотвратява IUGR и увеличава теглото при раждане на агнетата в сравнение с овцете с ограничена хранителна стойност, получаващи инфузии със солен разтвор 20,21 Преживяемостта на плода се увеличава с 59% при интравенозно приложение на Arg между 100 и 121 ден от бременността. За разлика от свинските плаценти, плацентите на овцете имат висока аргиназна активност, която катаболизира Arg в орнитин и впоследствие в полиамини и пролин. 38 Интересното е, че Arg се консервира като негов предшественик, цитрулин, в концепциите за овце, за да сведе до минимум разграждането на Arg от плацентомална аргиназа.
Гризачи
Или ниският, или високият прием на протеини от майката нарушава хемодинамиката при гризачите. Например, повишено кръвно налягане се наблюдава при потомци на плъхове, родени от язовири с дефицит на протеин, когато са били на четири седмици и е продължило през цялата зряла възраст. 19 Kucia и сътр. 39 определя, че диетата с висок майчин протеин (40% CP) намалява размера на котилото и масата на котилото при раждане при мишки. Диетите с високо съдържание на протеини при гризачите осигуряват по-малко енергия от диетите за изоенергичен контрол поради голямото потребление на енергия за изхвърляне на излишния амоняк чрез синтеза на урея. Бъбречната маса на майката е по-голяма както при мишки, така и при плъхове с висок прием на протеини. 39 Високият прием на хранителни протеини при майките (55% CP) също намалява телесното тегло и приема на храна на потомството. 19 Тези малки плъхове показват по-високи концентрации на глюкоза в плазмата на гладно и по-високи концентрации на инсулин в плазмата в постпрандиално състояние, показващи ефект върху метаболизма на глюкозата и възможни признаци на инсулинова резистентност.
Добавянето на Arg при бременни плъхове през първите седем дни на бременността или през цялата бременност увеличава броя на местата за имплантиране и размера на постелята с приблизително 3 чрез сигналния път PI3K/PKB/mTOR/NO. 42 При мишки хранителните добавки Arg в продължение на 14 дни преди чифтосване увеличават постнаталното наддаване на тегло и намаляват честотата на абортите, когато са изложени на свински цирковирус тип 2, който обикновено причинява ембрионална смърт. 43 Това предоставя още един ред доказателства за полезните роли на Arg за подобряване на здравето на майката и плода. По този начин Arg е хранително необходим AA за бременни гризачи. 29,44,45
Заключение
Благодарности
Благодарим на нашите колеги и студенти за важния им принос в научните изследвания в нашите лаборатории.
Принос на авторите
GW замисли този проект. CMH, FWB, GAJ и GW са написали ръкописа. Всички автори допринесоха за обсъждането и преразглеждането на статията. GW имаше основната отговорност за съдържанието на статията. Всички автори са прочели и одобрили този ръкопис.
Декларация за конфликт на интереси
Авторите декларират, че няма конфликт на интереси, който би могъл да бъде възприет като накърняващ безпристрастността на рецензията.
Финансиране
Тази работа беше подкрепена от конкурентни безвъзмездни средства от Инициативата за селско стопанство и хранителни изследвания (2014–67015-21770, 2015–67015-23276 и 2016–67015-24958) от Националния институт по храните и земеделието на USDA и Texas A&M AgriLife Research (H-8200 ).
- Влияние на вътрематочно забавяне на растежа и ранно приемане на протеин върху растежа, мастната тъкан и
- JCI - Чернодробният стрес-ендокринната връзка насърчава метаболитната цялост по време на диетичното разреждане на протеини
- Растеж и развитие 9-11 месеца Райли Детско здраве
- IJMS Безплатен пълнотекстов диетичен влакнест състав на майката по време на бременността предизвиква промени в
- Продължавайте с приема на протеини, диети в постменопаузални жени