营养学/营养与遗传的密切关系

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临床营养学

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30.1.1 营养素与进化和遗传

器官的功能与物质代谢与遗传有关,这是在漫长的进化过程中形成的。水是重要的营养素,占人体体重60~70%。缺水就会影响全身组织与细胞的功能,甚至危及生命。为了保证身体不缺水,一方面通过神经肌肉的活动而喝水,另一方面通过垂体后叶神经垂体)分泌激素作用于泌尿系统,从而增加水分的重吸收。在进化过程中,鱼类、两栖类、爬虫类、鸟类以至哺乳类,逐渐摆动脱了时刻沉浸在水中的生活环境,转移到陆地生活,获得了离开水的自由,这在很大程度上与神经垂体能分泌更有效和更足量的抗利尿激素(antidiuretio hormone,ADH)有关。在脊椎动物非哺乳类,其神经垂体只能分泌精氨酸血管催产素(arginne vasotocin)。这也是由8个氨基酸残基组成的多肽;它与血管加压素(vasopressin)在化学结构上的差别仅仅是在第3个氨基酸异亮氨酸置换了苯丙氨酸。在硬骨鱼类、两栖类、爬虫类和许多鸟类的神经垂体还分泌催产素。而哺乳类,其中包括人类的神经垂体则分泌催产素和血管加压素。比较一下各种脊椎动物神经垂体分泌抗利尿激素的异同,其对水需要的程度,就说明生物的遗传明显地影响了营养素——水的代谢与需要。

食草类动物胃肠道消化酶可以将含于草中的复杂的碳水化物分子结构分解,予以利用。人类只能消化淀粉糖原和双糖,使之成为单糖而吸收。草含蛋白质的量少,故食草动物需有发达的胃肠道才能从草中获取足够的养料。人类食物营养价值高,胃肠道比较不发达。

维生素缺乏的环境因素固属重要,但维生素的代谢过程与其缺乏所致疾病与遗传有密切关系。鱼类不能合成维生素C;两栖类、爬虫类、低级的鸟类和大多数哺乳类能合成维生素C;高级的鸟类和哺肊类中的灵长类、翼翅类和天竺鼠却又失去合成维生素C的维力。人类属于灵长类,一般需要从食物中供给维生素C。但不同的人种和个体对于维生素C的需要量有所不同。诺尔曼人和居于沙漠的部族以熟食为主食,很少吃新鲜蔬菜。虽然他们每天达到的维生素C量少于2mg,但不发生坏血病。另一例证是当Vasco da Gama在1498年率船员在好望角探险时,由于船员长期缺乏含维生素C的食物,在160名船中100人死于坏血病。其他的人生存下来,有些人并无甚症状。以上说明有些人在一定情况下也能合成维生素C,可能仓促保存了生物进化过程中合成维生素C的潜在能力。

葡萄糖转变为丙酮酸之后,进一步进入三羧循环氧化是一个最基本的代谢过程。此代谢过程在生物中普遍存在,并需要硫胺素焦磷酸参与这一代谢过程。许多微生物都能合成维生素B1。但高等运动却必须从食物中获取维生素B1。既然微生物本来能合成维生素B1而这种维生素在生命中又如此重要,何以许多种生物需要B1的补充来维持生命呢?其解释是:B1本来是机体胞质内的组成部分,生物在进化过程中由于基因空变丧失了合成B1的作用。这是一种后退性的进化。

鞭毛原生动物(flagellate protozoa)的眼点已有胡萝卜素。甲壳纲和头足纲动物的眼睛出现维生素A1。脊椎动物淡水鱼开始出现维生素A2。以上是分子结构在进化和遗传上的例证。在低等运物,维生素A只参与视觉功能,而在高等动物维生素A不但保证视觉,而且对于保持皮肤与粘膜的健全,动物的生长和抵抗感染的能力均有关系。比较维生素A在低等动物与高等动物的功能,可以认识到在进化与遗传的过程中由于靶细胞起了变化,维生素A的作用也得到扩展。

综上所述,营养物质的需要、代谢、功能和缺乏所引致的疾病与遗传有关。

30.1.2 基因、酶与物质代谢

(1)基因突变引致代谢异常遗传的物质基础是基因。基因由脱氧核糖核酸DNA)以双螺旋带的形式排列而成。DNA由脱氧核糖、磷酸基、嘌呤和嘧啶碱基组成。基因中的碱基排列顺序决定了蛋白质合成时氨基酸排列的顺序。酶是属于蛋白质,其生物合成也决定于相应的基因。染色体是基因的携带者。因此,染色体畸变或基因突变都可引起遗传物质基础的改变。基因突变若引起相应的酶的变化就导致代谢的改变,发生遗传性代谢疾病。新陈代谢的物质基础就是各种营养素,故遗传性代谢疾病的本质是营养素的代谢紊乱。例如,精氨(基)琥珀酸尿症(argininosuccinic aciduria)是一种常染色体隐性遗传性疾病,由于缺乏精氨(基)琥珀酸裂解酶(argininosuccinatelyase)与精氨(基)琥珀酸酶(argininosuc-cinase),因而病人尿中精氨(基)琥珀酸增加、血氨有时增加。临床表现为身体与智能发育迟缓,肝肿大、皮肤病变、头发脆而呈结节且在荧光照射下呈红色反应、癫痫和发作性昏迷。减少食物中蛋白质含量可减轻症状。

(2)利用营养素改善代谢有些遗传疾病的发病机制是营养素在吸收、转化和排泄过程的障碍,因而某些营养素在体内缺乏、累积或代谢产物过多,导致病变。利用营养疗法可以改善某些遗传病的症状。

消化道转动系统缺陷:例如肠单糖酶缺乏症(intestinal monosaccharidase deficiency)的患者之肠道不能转动(吸收)葡萄糖和半乳糖,故又称葡萄糖-半乳糖吸收不良症。病人进食葡萄糖、半乳糖后发生腹泻;进食蔗糖乳糖后因经肠道消化后亦产生葡萄糖或半乳糖故亦不能耐受。长期腹泻亦导致蛋白质、脂肪和维生素的缺乏,病儿消瘦、发育不良。治疗时只要食物中不含上述糖类好可使症状好转。患者对果糖木糖却可耐受和吸收。

②体内酶的缺陷引起营养素不能代谢:这一类缺陷在遗传性代谢病中最为多见,属于此类的疾病病种极多。例如遗传性果糖不耐受症(果糖血症)是属于常染色体隐性遗传性疾病。患儿出生时良好,哺母乳亦佳;断奶后因食物中加入食糖(蔗糖),就不能耐受。食物中的蔗糖经消化后产生果糖,或食物中含果糖(水果)以致引起病儿呕吐营养不良低血糖,而血中果糖增高。发病机制是由于肝脏缺乏果糖-1-磷酸醛缩酶(fructose-1-phos-phate aldolase),不能利用果糖-1-PO4。果糖-1-PO4在血中升高,在肝与肾累积而引起症状。治疗原则是从婴儿期开始,食物中禁用果糖与蔗糖,可使患者健康。

③代谢产物的累积:前述体内酶的缺陷引致营养素不难代谢,可以有四种不良的后果。其一是能量供给不足。其二是形成某种组织器官结构原料的缺乏。其三是代谢产物的毒性作用。其四是累积于某些器官影响了器官的发育与功能。某种营养素代谢障碍可同时发生上述几种不良后果,或只发生一种不良后果。其中代谢产物的累积是许多遗传性代谢病的重要发病机制。

例如尿黑酸尿症(alcaptonuria)是一种常染色体隐性遗传病,缺乏尿黑酸氧化酶(homogentisc acid oxidase)。当食物中的蛋白质被消化后其中的酪氨酸被吸收入体内,酪氨酸转化为对羟苯丙酮酸,后者再转化为尿黑酸(homogentisic acid)。尿黑酸的进一步代谢则需要尿黑酸氧化酶,如其缺乏可导致尿黑酸累积。病者的尿放置后变成黑色,故名尿黑酸尿症。尿黑酸在血中浓度增高,沉积于软骨分子聚合形成一种棕褐色物质,使软骨及关节呈棕褐色和变性。累积于心脏而发生心肌病心肌梗塞。治疗原则应是低蛋白质或低酪氨酸的饮食。

④代谢产物过多呈现毒性:次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖基酶缺乏症[hypoxanthine-guanine phosphoribosyltransferase(HGPRT)deficiency]的病者血中尿酸过多,引起四肢麻痹、弃挛、智能发育不全。由于痉挛而不自主地咬伤唇、舌、指等,故又名自毁容貌综合征。若此酶部分缺乏就发生痛风。患者食物应少含肉类、肝、肾、咖啡、茶等。

代谢物质缺乏:甲状腺肿性矮呆症病人不能合成甲状腺激素,发生甲状腺功能减退症。此种病有若干类型,其中有些类型是由于利用碘不足或对碘不能回收使用,故食物中含大量碘对病人有好处。肾性尿崩症患者尿量剧增时,须补充大量水分。

⑥利用维生素改善某些代谢疾病:维生素以辅酶的作用帮助物质代谢。故大量维生素可使某些代谢性疾病好转。例如大剂量维生素B6对于吡啶醇依赖性抽筋,家庭性低色素性贫血胱硫醚尿症、黄嘌呤烯酸尿症、高胱氨酸尿症高草酸尿症等有疗效。

30.1.3 遗传病的营养治疗原则

(1)多则减少例如有许多种氨基酸代谢病,由于病者体内缺乏某种酶,致使相应的氨基酸不能进行代谢,其血液浓度升高,发生毒性作用。苯丙酮尿症、枫糖尿病、精氨(基)琥珀酸尿症、组氨酸血症、高脯氨酸血症、高胱氨酸尿症、鸟氨酸氨甲酰转移酶缺乏症、瓜氨酸血症、精氨酸血症、高缬氨酸血症、异戊酸血症、丙氨酸血症、高甘氨酸血症、高赖氨酸血症、高蛋氨酸血症等都属于这一类疾病。这些疾病常有智能低下、癫痫、身体发育欠佳等症状。治疗的原则是从婴儿开始,给以含相应的氨基酸较少的食物。如有条件可以给特别制备的含该种氨基酸较少的多种氨基酸混合剂。同时给以适量的碳水化物、脂肪、矿物质与维生素。若无特制的氨基酸混合剂,则给以低蛋白饮食亦有一定效果。低氨基酸与低蛋白质饮食的控制目标是:其量刚可以保证婴儿或儿童的生长,又保证不发生相应的高氨基酸血症的毒性症状。

含蛋白质低的果子和蔬菜:苹果、香蕉、草莓、包心菜、香瓜、红萝卜、芹菜樱桃黄瓜、梅子、萝卜、柑橘、番茄、西瓜。淀粉中的玉米玉蜀黍)含苯丙氨酸量低。利用上述素食品,可构成低蛋白饮食。

上述多则减少的原则可用以治疗许多种疾病。家庭性高胆固醇血症病者应用低胆固醇饮食。血色病患者应用低铁饮食。肝豆状核性变患者应用低铜饮食。

(2)缺则补充 遗传性肠病性肢皮炎(acrodermatitis enteropathica)患者缺锌,给以含锌的药物与食物可使病情好转。肾性尿崩症患者应补充大量水分。遗传性甲状旁腺功能减退症病人宜吃含钙多的食物。

(3)不耐受者禁食蔗糖酶缺乏症是常染色体隐性遗传病,服蔗糖后腹泻,应禁用蔗糖。葡萄糖-6-磷酸脱氢酶缺乏的患儿吃蚕豆易发生溶血性贫血蚕豆黄),故不能吃蚕豆。

(4)改善代谢 维生素B1改善乳酸酸中毒(lactic acidosis)和枫糖尿病。尼克酸对Hartnup病和色氨酸尿症有疗效。维生素B12对于甲基丙二酸尿症有疗效。生物素对于高丙酸血症有疗效。维生素B6改善数种遗传病的代谢已见前述。以上治疗均需大剂量的维生素方有奏效。

(5)减轻症状 遗传性肾炎(Alport病)患者若有尿毒症水肿,应给予低蛋白,低盐饮食胱氨酸尿症(cystinuria)患者易发生胱氨酸结石,多喝水可减轻症状。囊性纤维变性(cystic fibrosis)的患者胰腺外分泌欠佳,给以胰酶及适当饮食可减轻消化道症状。

(6)妊娠时更应注意营养治疗有些遗传病在妊娠时恶化。例如糖尿病属于多基因遗传病。妊娠时糖尿病常加重,其时饮食治疗非常重要。又例如患苯丙酮尿症的若者从婴儿期就给以低苯丙氨酸的饮食,可使生长发育正常。6岁后由于酶系统逐渐代偿,可以在定期追踪复查的情况下,终止低苯丙氨酸饮食。若此女孩长大成人并结婚,于妊娠时又应恢复低苯丙氨酸饮食,以免孕妇的高苯丙氨酸血症引起胎儿神经系统的病变。

(7)营养治疗越早越好由于代谢性遗传病是与生俱来的,一些致病物质在婴儿期就引起损害。若延误治疗,病变已严重就不可能恢复。对于各种氨基酸代谢病均应在出生后开始治疗。

(8)营养治疗应注意年龄特点营养治疗与年龄的关系包括几个方面:①年龄与生长有关,例如在治疗儿童型糖尿病时,因考虑到儿童生长发育需要充足的营养这一特点,在饮食方面放宽一些,药物治疗加强一些。成人型糖尿病的饮食治疗就要严格一些;②年龄与妊娠有关,前文已述及;③年龄与发病有关。有些遗传病是从婴儿与儿童期发病的,但有些遗传病到老年才发病。例如:乳糖酶缺乏症在东方人是颇常见的。患者在婴儿时胃肠道乳糖酶正常,哺乳并无症状。但在中年之后乳糖酶逐渐减少,每吃牛乳或其制品发生腹泻。长期吃乳可引起慢性腹泻及消瘦。停服乳类后症状即好转。有一些患者给以少量可耐受量的牛乳,并且逐日递增。由于身体的适应能力,胃肠道乳糖酶逐渐增加,亦可恢复对牛乳的耐受;④年龄与病情有关。一些因代谢异常所致某种物质在体内累积的病,因年龄增长,该种物质累积渐多而病情加重。血色病患者由于铁在肝脏累积,往往于中年这后发生肝硬化。此时除驱铁疗法(包括放血疗法)之外,针对肝硬化的营养治疗就非常重要。

(9)增进健康营养疗法并非只图供给丰富的营养素,更不是要使身体越胖越好,而是在于增进健康。肥胖病属于有遗传倾向性的病。治疗以限制总热量与稍高的蛋白质为宜,同时加强身体锻炼,使体重减轻与体质增强。甲状腺功能亢进症也属于有遗传倾向性的病。因其代谢率亢进,身体消瘦,故应给以高热量及丰富的各种营养素,配合药物治疗,使体重增加,健康恢复。许多遗传病凡是身体消瘦虚弱、或缺乏某种营养时均应注意营养治疗。内经有“精不足者,补之以味”,是指阴髓枯竭、消瘦体弱应从饮食营养中使身体恢复,也是同样意思。

(10)注意喂养方法许多种遗传病具有兔唇或裂腭、或兼而有之。这使婴儿的喂养增加了困难,但必须克服。有些遗传病有抽筋或昏迷,在发生这些症状时须从静脉给予营养。有些遗传病患者智能低下,故喂养要耐心。遗传病种类繁多,症状各异,喂养要分别情况对待。

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