栄養と認知

相対的に言えば、脳は体の他の部分と比較して膨大な量のエネルギーを消費します。食物からニューロンへのエネルギーの伝達に関与するメカニズムは、脳機能の制御に基本的なものであると考えられます。^[1]脳を含む人間の身体機能はすべて、主要栄養素と微量栄養素の両方を必要とします。^[2]

特定のビタミンの摂取不足や特定の代謝障害は、ニューロンのエネルギー管理に関連する体内の栄養素依存プロセスを妨害することで認知プロセスに影響を及ぼす可能性があり、その結果、シナプス可塑性、つまり新しい記憶をエンコードする能力に影響を及ぼす可能性があります。^[1]

人間の脳は、その物理的構造と認知機能を発達させ維持するために、食事から得られる栄養素を必要とする。^{[1] [3] [4]}さらに、脳が機能するためには、主に主要なマクロ栄養素から得られるカロリーエネルギーが必要である。 ^{[1] [4]} 3つの主要なマクロ栄養素には、炭水化物、タンパク質、脂肪が含まれる。各マクロ栄養素は、グルコースとインスリンの代謝、神経伝達物質の作用、酸化ストレスと炎症、腸脳相関など、複数のメカニズムを通じて認知に影響を与える可能性がある。 ^{[4] [5] [6]}マクロ栄養素の摂取量や割合が不十分だと、最適な認知機能が損なわれ、長期的な健康に影響を与える可能性がある。^{[4] [6] [7] [8] [9] [10]}

消化を通じて、食事中の炭水化物は分解され、脳の唯一のエネルギー源であるブドウ糖に変換されます。 ^{[5] [8] [11]}脳の最適な機能は、炭水化物の適切な摂取に依存しており、炭水化物は脳に最も速いブドウ糖源を提供します。^[12]低血糖などのブドウ糖欠乏は、脳が利用できるエネルギーを減少させ、すべての認知プロセスとパフォーマンスを低下させます。^{[8] [12] [13]}さらに、新しいタスクの学習など、認知能力の要求が高い状況では、脳のブドウ糖利用が増加し、血糖貯蔵量が枯渇し、補給が必要になります。^[8]

複合炭水化物、特に食物繊維を多く含むものは、認知能力の向上と記憶機能の改善に関連しています。^[4]これは、繊維がグルコース代謝を調節し、インスリンの放出を遅らせ、インスリン感受性を維持するためです。^[4]グルコースとインスリンの代謝が適切に機能しないと、脳内で炎症や酸化ストレスを引き起こし、神経変性につながる可能性があるため、認知障害や一般的な代謝機能障害の主なメカニズムです。^[4]そのため、食物繊維を多く含む複合炭水化物はグルコースとインスリンの代謝を改善し、炎症と酸化ストレスを軽減し、障害、うつ病、慢性疾患の欠如、認知機能低下の減少として測定される脳の老化の改善につながります。^[4]

単純炭水化物は、全般的な認知能力の低下と関連している。^{[4]単純炭水化物は、}注意力、記憶、反応時間、視覚空間処理、精神処理速度、実行機能など、多くの重要な認知プロセスに悪影響を及ぼします。^[4]単純炭水化物は、グルコースとインスリンの代謝機能障害によって認知機能を損なうだけでなく、脳内で炎症と酸化ストレスを引き起こします。^[4]したがって、単純炭水化物の過剰または慢性的な摂取は、健康への悪影響と完全に関連しています。^{[4] [5] [11]}

消化を通じて、食物タンパク質は個々のアミノ酸に分解され、血液中に吸収されます。^{[4] [5]}必須アミノ酸の チロシンとトリプトファンは、神経伝達物質 ドーパミン、セロトニン、ノルエピネフリンの前駆体であり、これらの化学物質は神経活動を調節し、認知機能に影響を与えます。^{[4] [13]}

食事中のタンパク質は、チロシンとトリプトファンが消耗した神経伝達物質のレベルを補充するため、精神的に要求が厳しく肉体的にストレスの多い状況での反応時間と抑制制御を高め、認知能力を向上させることができます。 ^{[4] [8] [13] [14]}さらに、チロシンとトリプトファンを適切かつ継続的に摂取すると、記憶機能が向上します。^{[4] [14]チロシンは、}認知制御の向上を通じて収束的思考プロセスを改善することも示されています。^[15]

消化を通じて、食物脂肪は個々の脂肪酸に分解され、利用されます。脂肪酸は、飽和脂肪酸、トランス脂肪酸、一価不飽和脂肪酸、多価不飽和脂肪酸、コレステロールに分類されます。各クラスは、認知機能と健康に異なる影響を及ぼします。^[4] オメガ3多価不飽和脂肪酸は、脳の重要な細胞膜と構造成分であるため、特に重要です。 ^{[1] [4] [12]}

コレステロールは、卵、肉、乳製品によく含まれる不飽和アルコールです。食事中のコレステロールに関する研究では、全般的な認知機能にプラスとマイナスの両方の影響を与えることが示されています。^{[4]しかし、コレステロール摂取による認知への悪影響は、}エネルギー恒常性とシナプス可塑性に影響を与える身体活動と組み合わせると軽減されるようです。^[4]

飽和脂肪酸は、通常、室温で固体で、バター、チーズ、肉などによく含まれています。トランス脂肪酸は、一部の肉や乳製品に天然に含まれていますが、大部分は植物油を水素添加することで人工的に作られ、多くの加工食品に含まれています。飽和脂肪酸とトランス脂肪酸は認知機能を低下させ、特に記憶力と学習能力に影響を与えます。^{[1] [4]}

コリンは必須栄養素であり、人体における主な機能は細胞膜の合成であるが^[16]、他の機能も果たしている。コリンは神経伝達物質 アセチルコリンの前駆分子であり、運動制御や記憶など幅広い機能を果たす。コリン欠乏は、一部の肝臓疾患や神経疾患に関連している可能性がある。^[17]細胞合成における役割のため、コリンは脳の発達に寄与するため、出生前および出生後早期の子孫の発達において重要な栄養素である。^[16]男性、女性、子供の食物からのコリン摂取量は、適正摂取量を下回っている可能性がある。^[17]特に妊娠中または授乳中の女性、高齢者、乳児は、コリン欠乏症のリスクがある。^[17] 牛レバー、小麦胚芽、卵黄は、コリンを摂取する一般的な食品である。^[16]

ビタミンB群は、ビタミンB複合体とも呼ばれ、食品中に共存することが多い栄養素の相互関連グループです。この複合体は、チアミン（B ₁）、リボフラビン（B ₂）、ナイアシン（B ₃）、パントテン酸（B ₅）、ピリドキシン（B ₆）、葉酸（B ₉）、コバラミン（B ₁₂）、ビオチンで構成されています。^{[18]ビタミンBは体内で}合成されないため、食品から摂取する必要があります。ビタミンB複合体は水溶性ビタミンであるため、体内に蓄積されません。そのため、ビタミンBは継続的に補給する必要があります。^[19]特定のビタミンBは脳内の多くの重要な代謝プロセスに関与しているため、幅広い認知効果を特定することができます。 ^[2]

このビタミンはブドウ糖の利用を促進するのに重要であり、脳のエネルギー生産を確実にし、^[2]神経系、筋肉、心臓の正常な機能を維持します。^[19]チアミンは、脳や脊髄を含む哺乳類の神経組織全体に存在します。ビタミンの代謝と補酵素機能は、神経系内でチアミンが独特の機能を持つことを示唆しています。^[20]

ナイアシンとしても知られるビタミンB3_には、ニコチンアミドとニコチン酸の両方が含まれており、どちらも体内の多くの生物学的酸化還元反応で機能します。ナイアシンは、脳の生化学、そして実際には認知機能の媒介物として知られている脂肪酸とコレステロールの合成に関与しています。 ^[21]

葉酸とビタミンB12_は、ニューロンを含むすべての細胞の維持と修復に重要な役割を果たすS-アデノシルメチオニンの合成に重要な役割を果たします。 ^[22]さらに、葉酸は、セロトニンとカテコールアミン神経伝達物質の合成につながる化学反応に必要な補因子の適切な脳レベルの維持に関連付けられています。^[23]血漿葉酸濃度とホモシステイン濃度は反比例しており、食事中の葉酸が増加するとホモシステイン濃度が低下します。したがって、食事による葉酸摂取は、体内のホモシステインレベルの主な決定要因です。^[24]

葉酸レベルと精神機能の変化との関連は大きくはないが、因果関係を示唆するには十分である。^[23]葉酸欠乏は血中のホモシステイン濃度の上昇を引き起こす可能性がある。^{[24]ホモシステインの除去には葉酸に依存する酵素作用が必要であり、ビタミン}_B6と_B12もそれほどではないが必要とされる。ホモシステイン濃度の上昇は、血管イベントや認知症のリスク増加と関連している。 ^[25]

ビタミンの摂取は、特に高齢者において、学習能力や記憶力の低下と関連している。 ^[23]葉酸が欠乏している高齢者は、自由想起や認識能力に障害を呈することがあり、これは葉酸レベルがエピソード記憶の有効性と関係している可能性を示唆している。^[26]神経管形成は妊娠が認識される前に完了する可能性がある ため、妊娠可能な女性は、神経管欠損のリスクを減らすために、強化食品、サプリメント、またはその両方から約400μgの葉酸を摂取することが推奨されている。^[23]神経系のこれらの重大な異常は、妊娠開始前に系統的に葉酸を補給することで85％減らすことができる。^[27]アルツハイマー病やその他の認知疾患の発症は、葉酸欠乏と緩く関連している。高齢者は病気の発症リスクを減らすために、強化食品やサプリメントから葉酸を摂取することが推奨されている。^[22]

コバラミンとしても知られるビタミンB12_は、神経機能の維持に重要です。^[28]ビタミンB12欠乏症は、低コバラミン血症としても知られ、体内への吸収に関わる合併症によって起こることが多いです。^[29]臨床的に観察可能なビタミンB12欠乏症を呈するあらゆる年齢層の人の75～90%に、さまざまな神経学的影響が観察されます_{。コバラミン欠乏症の症状は、脊髄、末梢神経、視神経、}大脳の異常として現れます。

_{吸収機能は正常であるにもかかわらずビタミンB12}が欠乏している人は、錠剤の形で少なくとも1日6μgのビタミンを経口投与することで治療できる。悪性貧血や老齢など、欠乏の不可逆的な原因​​に苦しむ人は、薬理学的用量のビタミンB12を生涯にわたって投与する必要がある_。治療戦略は、欠乏の程度と認知機能の程度によって異なる。^[29]重度の欠乏症の人の治療では、1週間は毎日、1ヶ月間は毎週、その後は生涯毎月、1000μgのビタミンB12を筋肉内に投与する_。コバラミン欠乏症の神経学的症状の進行は、一般的に緩やかである。そのため、早期診断が重要であり、さもないと不可逆的な損傷が発生する可能性がある。 ^{[28]認知症になった人は通常、ビタミン}_B12を投与しても認知機能の改善がほとんどまたは全く見られない。ビタミン_B12欠乏症の人に葉酸を投与すると、当面の問題が解決されずに貧血の症状が隠れてしまうリスクがあります。この場合、葉酸欠乏症に関連する貧血とは関連しない、ビタミン_B12欠乏症に関連する貧血に関連する神経学的欠損のリスクが依然として残ります。 ^[30]

ビタミン A は、レチノールまたはプロビタミンであるベータカロチンの形で存在する、哺乳類にとって必須の栄養素です。細胞分裂、細胞機能、遺伝子調節の調整に役立ち、免疫システムの強化にも役立ちます。また、脳機能、化学バランス、中枢神経系の成長と発達、視力にも必要です。 ^{[引用が必要]}

酸素輸送、DNA合成、ミエリン合成、酸化的リン酸化、神経伝達物質の合成と代謝はすべて鉄を必要とする生物学的プロセスですが、鉄の不均衡は神経毒性を引き起こし、脂質、タンパク質、炭水化物、DNAの酸化と修飾を引き起こす可能性があります。 ^[31]重度の貧血患者の低酸素状態は脳損傷を引き起こし、認知障害につながる可能性があります。 ^[32]脳内の鉄レベルが乱れると、神経生理学的メカニズムと認知が影響を受け、長期的な行動の変化につながる可能性があり、注意力、知性、感覚知覚機能、気分、行動に影響を与える可能性があります。^{[33] [34]} ADHD、自閉症、うつ病、不安、統合失調症、双極性障害などの神経障害は、鉄欠乏症の人に見られます。ただし、アルツハイマー病やハンチントン病などの神経変性疾患では、過剰な鉄の蓄積が見られることがあります。^[31]鉄は中枢神経系（CNS）、内分泌系、自己免疫系、脳の発達に必要です。鉄はさまざまな神経伝達物質系の発達と機能に関与しており、白質の髄鞘形成には大量の鉄が必要です。発達中の鉄欠乏による白質の異常な髄鞘形成は、青年期の精神障害の発症に関連している可能性があります。^[34]鉄濃度の低下は神経伝達物質レベルの低下につながり、髄鞘形成不良と神経成熟の遅延につながります。^[32]

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