营养与儿童脑发育以及脑功能的关系
上海市儿童医院董小燕
课前提示
了解营养和脑发育及脑功能的关系；掌握脑发育和脑功能相关营养素的作用
一、概述
（一）营养
目前越来越多的研究表明，早期营养对人体生长发育起关键作用。

儿童的合理营养，已经不仅仅是为满足各个阶段生长发育的需要而提供必须的营养物质，而且对心智的发育也起着关键作用。

对于大脑和神经系统活动具有重要影响的营养素包括蛋白质、磷脂、糖类、氨基酸、长链多不饱和脂肪酸（LCPs）、微营养素等。

这些营养素分别在构成神经元细胞、形成髓鞘、作为神经递质及其前体物质、减轻应激反应对神经组织的过氧化损伤等神经结构和功能上发挥着不可或缺的作用。

（二）营养与脑功能发育及功能
加拿大生命科学联合会主席，多伦多大学营养系教授安德森曾经指出，在近几十年的营养研究当中，最使人感到振奋的一个进展，就是证明了脑功能是受膳食以及血液当中的神经递质前体供应情况影响的。

另外，膳食质量也可以影响脑功能状态。

（三）脑发育关键期
什么是大脑发育的关键期呢？国外研究比较孪生儿、同胞姐妹的智商水平，并以此编成分析模型后发现，对智商起到最大作用的因素是早期营养。

孕后1/3阶段至出生后头3
个月是脑细胞发育的关键期。

人的大脑神经细胞大约有140亿个，在胎儿期所有神经细胞就已经完成分裂增殖。

而神经间质和其他的生理细胞大约要到6岁才能达到成人的数量。

因此，0~6岁阶段是人大脑发育以及脑功能状态确立的关键期。

二、脑发育和脑功能相关营养素
热能和蛋白质、氨基酸作为宏观营养素参与脑发育和脑功能运作的始终，而长时学习记忆的形成需要蛋白质合成和更新，另外，特殊营养素在大脑发育和神经活动当中发挥特殊的作用。

由于营养素的种类众多，下面将介绍几种特殊营养素对脑功能和脑发育的影响。

（一）牛磺酸
牛磺酸是由甲硫氨酸和半胱氨酸合成的，是自然界中唯一以游离状态存在的氨基酸。

牛磺酸广泛存在于动物组织内，尤其神经系统含量最高，而神经胶质细胞和突触结构中牛磺酸的含量最丰富，所以说牛磺酸与脑发育的干系非常密切。

在妊娠后期胎儿脑组织中牛磺酸的含量明显增加，而出生后含量逐渐下降，至断奶时接近成人水平。

这也说明牛磺酸与脑的发育有着密切关系。

牛磺酸对人大脑神经细胞的增殖、分化、成熟和存活过程具有明显的促进作用，且呈一定的剂量–反应关系。

牛磺酸缺乏将导致大脑神经细胞绝对数量减少，分化过程受阻，影响整个脑发育水平。

同时，牛磺酸可以促进脑细胞DNA、RNA合成，增加生物膜磷脂酰乙醇胺含量和脑细胞对蛋白质的利用率，促进脑细胞尤其是海马区域细胞结构和功能的发育。

另外，牛磺酸对神经还有保护作用，主要机理是防止脂质过氧化。

牛磺酸不仅与脑发育关系密切，对脑功能也起到重要作用。

牛磺酸与学习记忆的关系十分密切。

有研究表明，儿童学习障碍（LD）的发病可能与脑内β–内啡肽（β–EP）水平低有关。

精氨酸血管加压素（AVP）及β–EP都可参与记忆调节系统，影响学习记忆的获得、巩固和再现等不同阶段，而补充牛磺酸大鼠海马和大脑皮层中的β–EP和AVP含量均增高。

大鼠实验表明，补充牛磺酸的大鼠学习记忆能力提高、突触小泡面积增加、突触后致密区的长度和宽度增加、突触间隙减小。

而添加牛磺酸抑制剂β–丙氨酸的大鼠学习记忆能力降低，同时海马和前额叶突触小泡的面积、突触后致密区的长度和宽度均减小、突触间隙增宽。

所以牛磺酸可以通过改善大鼠大脑超微结构而发挥增殖作用，还可以通过影响AChE 等介质的合成等多种途径来影响学习记忆功能。

（二）长链多不饱和脂肪酸
长链多不饱和脂肪酸有很多，其中γ–亚麻酸、二高γ亚麻酸（DGLA 20:3），花生四烯酸（AA）都属于ω6系列，是由顺时亚麻酸延伸而来。

而二十碳五烯酸（EPA）、二十碳六烯酸（DHA）是α亚麻酸的代谢产物。

在这些重要的不饱和脂肪酸中AA、EPA和DHA是脑发育和学习记忆功能所必须的，能够调节婴儿的视觉准确性，并促进神经发育。

长链多不饱和脂肪酸改善学习记忆的机制，可能是通过阻断γ-氨基丁酸（GABA）对海马长时程增强效应（LTP）的抑制而实现的。

缺乏DHA、AA的膳食可使大脑额叶皮层当中多巴胺和5–羟色胺的浓度降低，导致GABA产生增多，进而造成学习能力下降。

脑细胞中胰岛素及其受体也和脑的认知功能有关，其中胰岛素可以促进长链多不饱和脂肪酸尤其前体的合成。

1、DHA
人类大脑组织是机体含磷脂最多的组织。

其中磷脂约占大脑灰质的22%、白质的24%。

DHA是视网膜和中枢神经细胞膜磷脂的主要结构脂肪酸，大部分DHA是在胎儿期和出生后数月短期快速累计于胎儿和婴儿脑组织当中的。

正常大脑灰质和视网膜磷脂中，DHA的含量占30%~60%，且与膳食中的ω3脂肪酸含量有关。

动物实验研究发现，控制膳食可以使实验动物生物膜结构当中DHA的含量减少到对照组的25%~50%。

此时实验组大鼠的辨别性学习能力下降33%，恒河猴的视敏度下降25%，视网膜A波的峰值也明显减少。

2、AA/DHA
AA对大脑的功能也非常重要，它可以促进大脑皮层神经元和星形胶质细胞摄取葡萄糖。

因而，在大脑皮层能量代谢的调节中发挥着重要作用。

海马LTP可能是学习记忆的分子基础，这是目前的一个研究热点。

AA和DHA可以增加乙酰胆碱的释放，参与海马LTP和突触可塑性的调节，进而提高实验动物的学习能力。

母乳中含有AA和DHA，因而母乳喂养有利于儿童认知发育和学习记忆能力的提高。

（三）锌
锌是人体必须的微量元素，是脑内除了钙、镁以外含量最丰富的阳离子。

锌在大脑的分布是不均匀的，小脑、海马、视网膜和松果体中锌的浓度最高。

1、锌对大脑的作用
脑组织是人体脂肪含量很高的一个组织，也是脂质过氧化最易发生的部位。

锌作为金属酶的组成部分，能与细胞膜上类脂质中的磷酸根和蛋白质中的巯基结合，从而阻止脂质过氧化以及巯基氧化，保持细胞膜的完整性。

锌缺乏时，超氧化物歧化酶（SOD）活性降低，抗氧化作用减弱，从而使自由基生成增加；而过量摄入锌，也可以抑制SOD的活性，从而降低抗氧化功能。

所以机体只有在锌适宜的情况下，SOD的作用才能发挥得最好，使机体达到最稳定的状态。

2、锌对认知的影响
血清锌含量较低的儿童，神经系统和行为发育指数都比较低。

锌缺乏常导致认知障碍，并且儿童神经精神发育、运动技能的获得、运动及言语发育、环境中辨认自我方向的能力都会受到不同程度的影响。

3、缺锌
实验表明，婴儿6个月时缺锌可以出现手部运动受限及语言发育迟缓；在9个月时缺锌，除了有6个月时的反应以外，该年龄段所需要的技巧也会落后或者缺失，如用勺子食用固体食物的能力、拿取并牢固握持茶杯的能力、独立用茶杯喝水的能力等都会受到不同程度的影响；如果在第10~12个月持续缺锌，婴儿的语言活跃性和理解力都会落后于正常婴儿。

（四）维生素A
维生素A对神经系统各个阶段的发育都非常重要。

神经系统起源于神经外胚层，由神经管和神经嵴分化而成。

维生素A使神经嵴细胞来源的胚胎交感神经元表现出活性增强和突触外生。

菱脑是大脑发育过程中的过渡结构，也是神经系统中对维生素最敏感的区域。

而中脑多巴胺能神经元对运动、行为、情感和垂体激素的释放具有重要作用。

维生素A受体在中枢神经系统广泛分布，许多脑功能的发挥、信号调节等也都离不开维生素A的作用，而这些信号的改变参与了一些疾病的发生，如帕金森氏病、精神分裂症等。

（五）叶酸
1991年，英国医学研究会报告证实了孕早期叶酸缺乏可能引起中枢神经系统异常。

叶酸缺乏是神经管畸形发生的主要原因。

叶酸的是一碳单位的传递体，可以携带一碳集团参与许多重要的生化过程，如参与嘌呤和胸腺嘧啶的合成，进一步合成DNA、RNA；参与血红蛋白及重要的甲基化合物合成，如肾上腺素、胆碱等都属于重要的神经递质。

因此，在人体从出生到衰老的过程中，叶酸在神经元分化、脑发育以及中枢神经系统的功能等诸多方面都具有至关重要的作用。

如果孕妇在孕前以及孕早期及时补充叶酸，可以使大约70%的婴儿神经管畸形得到有效预防。

所以美国营养学家认为，叶酸对于预防神经管畸形的生理功能，是近1/4的世纪以来有关维生素与疾病研究当中最伟大的发现。

总结
※综上所述，营养素是胎儿和出生后婴幼儿生长发育的物质基础，其中与神经系统和智能发育相关的营养素很多，而为了合理营养应该选择适宜的食物和保持营养素的均衡，这需要我们对各种营养素的功效有所了解，并做出全面准确的判断。