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摘要

最佳的认知能力在人生的各个阶段都至关重要。最值得注意的是，儿童和青少年时期的健康营养对大脑发育和认知表现至关重要。微量营养素是几种一般细胞功能的基本成分，也是神经活动的基本成分，如多巴胺合成、血清素和髓磷脂形成。因此，充足的膳食供应具有脑活性的微量营养素，如维生素、矿物质和欧米伽-3长链多不饱和脂肪酸，对学童有着至关重要的意义。我们将讨论以“大脑兴奋剂”为目的来提高儿童认知能力的可能性和局限性。

关键字

大脑，饮食，维生素D, n-3脂肪酸，铁，B族维生素

健康饮食:对许多学龄儿童来说是一个陌生的概念

尽管近年来开展了大量的宣传活动，但理论上的健康饮食与许多年龄组，特别是儿童和青少年的实际饮食习惯之间仍然存在很大的差距。从HELENA研究的结果来看，这一点再一次变得令人担忧，该研究在全欧洲对12.5至17.5岁的青少年进行了研究。欧洲多中心项目在10个国家进行:比利时(根特)、德国(多特蒙德)、法国(里尔)、希腊(雅典、克里特岛上的赫拉克里翁)、英国(伯明翰)、意大利(罗马)、奥地利(维也纳)、匈牙利(Pécs)、瑞典(斯德哥尔摩)和西班牙(萨拉戈萨)[1-3]。

根据HELENA的研究，欧洲年轻人平均每天摄入约160克肉，125克水果，100克蔬菜，55克蛋糕和甜糕点，25克巧克力，728毫升水，260毫升牛奶和303毫升加糖软饮料。奢侈食品和含糖软饮料的大量消费有时与每天高达3300千卡的卡路里摄入量有关(表1)[1-3]。在这种背景下，有趣的是，最近的研究结果证实，这种性质的不健康饮食加上超重与青少年大脑(如海马体)的整个区域萎缩和认知功能受损有关[4,5]。由于高能量但营养不良的摄入，大多数青少年的总能量消耗高于德国多特蒙德儿童营养研究所(FKE)推荐的适合年龄的最佳平衡饮食。例如，他们建议13到14岁的女孩每天摄入2200千卡，这个年龄的男孩每天摄入2700千卡。摄入更多的水果和蔬菜可以提供更多的维生素(如维生素C、叶酸)、矿物质(如钙、钾)、植物化学物质(如类胡萝卜素)和膳食纤维。因此，我们国家超重儿童的数量正在稳步增加，许多年轻人没有足够的必需维生素、矿物质、长链omega-3脂肪酸(如二十碳五烯酸、二十二碳六烯酸)和其他大脑营养物质的膳食供应，这并不令人惊讶。

表1。青少年的饮食习惯(HELENA研究)与FKE(儿童营养研究所)建议的适合年龄的均衡饮食的比较[1,3]。（¹年龄组别:12.5至17.5岁;²年龄组别:13至14岁。^3.耐受食物:根据FKE，耐受食物可能涵盖了总能量的10%。对于13-14岁年龄组，这意味着≤220/270千卡/天(米/f)，即每100千卡= 45克水果挞或4饼干或30克果胶或20克的巧克力或10薯片或一杯(200毫升)软饮料

食物	海伦娜的研究1	均衡的饮食(FKE)2
肉类，加工肉类(克/天)	160	65/75 (f / m [1])
水果(g /天)	125	260/300 (f / m)
蔬菜(g /天)	One hundred.	260/300 (f / m)
鱼(g /周)	20.	100/100 (f / m)
牛奶、乳制品(毫升/天)	260	425/450 (f / m)
饮料
水(毫升/天)	728	1200/1300 (f / m)
含糖软饮料(毫升/天)	303	3.
豪华的食物
巧克力(g /天)	25	3.
蛋糕和甜点(g/天)	55	3.
总能量
千卡/天	3300	2200/2700 (f / m)2

维生素D对大脑的健康发育

良好的维生素D状态[25-二羟基维生素D (25(OH)D): 40-60 ng/mL或100-150 nmol/L]对儿童的发育和成熟至关重要，特别是在怀孕和生长阶段。因此，维生素D对大脑的发育和功能尤为重要。以1,25(OH)的激素活性形式₂在神经元分化和成熟过程中，阳光维生素D通过与维生素D受体(vdr)的相互作用发挥神经类固醇的作用，从而调节神经营养因子的产生，如胶质细胞源性神经营养因子(GDNF)。1,25 (OH)₂D还具有明显的神经保护作用，因为它可以抑制神经炎症反应和氧化过程(图1)。

图1所示。VDR介导1,25(OH)2D对中枢神经系统的影响

vdr在大脑的不同部位均有表达，包括基底前脑、尾状核和壳核、小脑、外侧膝状体、扣带回、下丘脑、前额叶皮层、黑质和丘脑。25 (OH) D的酶1- -羟化酶，负责将25(OH)D转化为其激素活性形式1,25 (OH)₂在大脑的许多区域(如海马体)都能与vdr一起发现。此外，已有研究表明，VDR基因多态性与认知功能下降和神经退行性疾病(如阿尔茨海默病)的风险有关[6-8]。

今天我们假设1,25(OH)₂D与vdr相互作用，直接或间接地调节人类基因组中20488个基因中的2000多个。除了可能导致儿童佝偻病和成人骨软化症的骨矿化障碍外，维生素D缺乏(血清25(OH)D < 20ng /mL)也是许多慢性疾病的发病机制之一。这些疾病包括自身免疫疾病(如多发性硬化症)、心血管疾病(如高血压、心力衰竭)、癌症和神经退行性疾病(如阿尔茨海默病、帕金森病)。

大规模的研究结果表明，德国大多数儿童和青少年的维生素D摄入量比缺乏更严重。儿童和青少年健康调查(KIGGS)的代表性样本显示，0-2岁儿童25(OH)D的平均水平为女孩23纳克/毫升，男孩24.5纳克/毫升。尤其令人担忧的是，儿童和青少年体内的维生素D水平随着年龄的增长而下降。14-17岁的男孩和11-13岁的女孩维生素D水平最低，分别为14.2 ng/mL和13.7 ng/mL。25(OH)D水平也有明显的季节性差异。2月最低(→10.56 ng/mL)， 8月最高(→24.16 ng/mL)。有移民背景的儿童的平均水平明显低于无移民背景的儿童(13.4 ng/mL vs 16.7 ng/mL)。如果25(OH)D水平的临界值为20 ng/mL, 62%的3- 17岁非移民和76%的移民缺乏维生素D。此外，正如预期的那样，超重或肥胖的儿童和青少年体内25(OH)D水平明显低于正常体重的儿童和青少年。

全国消费调查II的结果显示，96%的14-18岁女孩和86%的男孩的每日维生素D摄入量未达到推荐值[9,10]。欧洲最近的一项研究收集了年龄在12.5到17.5岁之间的1006名青少年的25(OH)D状态数据，结果显示，39%的青少年维生素D不足(25(OH)D: 20-30 ng/mL)， 27%缺乏维生素D, 15%严重缺乏维生素D。在这项研究中，只有19%的患者具有25(OH)D≥30 ng/mL的充足维生素D状态。到目前为止，还没有关于儿童和青少年补充维生素D是否能在任何程度上改善大脑功能的研究。但我们必须假设，维生素D缺乏[25(OH)D < 20 ng/mL]的儿童从有针对性的维生素D补充中受益最大，有利于他们的智力和身体发育[8,9]。

推荐:无论如何，这些研究的结果证明，建议通过晒太阳、大量供应含维生素D的食品和维生素D补充剂等健康方式，改善儿童和青少年的25(OH)D状况是正确的。为保证免疫、代谢和神经系统的健康发展，应保证摄入良好的维生素D。健康的25(OH)D状态的特征是所有年龄组的25(OH)D水平为40-60 ng/mL或100-150 nmol/L。由于不可能通过饮食提供足够的胆钙化醇，而在德国，维生素D只能在夏季的几个月里在阳光的帮助下产生，儿童和青少年应该每天以维生素D补充剂的形式摄入每公斤体重约40- 60iu的维生素D。

大脑脂肪酸:EPA和DHA

长链多不饱和omega-3脂肪酸二十碳五烯酸(EPA)和二十二碳六烯酸(DHA)是决定每个神经细胞膜功能的基本组成部分。例如，这些脂肪酸通过增加神经元膜的流动性，增强中枢神经系统(CNS)突触的脉冲传导。此外，EPA和DHA在神经细胞分化、细胞间通讯、突触发生、神经发生和基因表达中都有重要作用。从长链omega-3脂肪酸中提取的脂质介质，如溶解蛋白和保护蛋白，具有很强的抗炎和神经保护作用。因此，在生命的所有阶段，特别是在怀孕、童年和青少年时期，EPA和DHA对大脑和智力的发展具有根本的重要性。

富含脂肪的咸水鱼类，如青鱼、鲭鱼、鲑鱼和鳕鱼，含有特别丰富的EPA和DHA。HELENA的研究显示，欧洲12.5到17.5岁的年轻人吃的鱼不够多，远远达不到每日推荐摄入量。超过三分之一的青少年甚至没有摄入推荐量的-亚麻酸(ALA)。因此，许多青少年的日常饮食具有EPA和DHA供应不足的高风险。各种研究报告表明，定期补充DHA和EPA的学童在认知功能(如记忆、注意力)和学习成绩(如阅读、拼写)方面都有改善[10-12]。

推荐:在服用omega-3脂肪酸(如omega-3油、藻类油)时，确保有规律地摄入足够高剂量的EPA和DHA(每天每公斤体重约40-50毫克EPA/DHA)是极其重要的。一般来说，需要几个月才能看到最初的效果。就认知功能而言，饮食中缺乏omega-3脂肪酸的儿童可能从EPA/DHA补充剂中获得最大益处(例如每天3000毫克EPA/DHA)。HS-Omega-3指数测量的是红细胞细胞膜中EPA和DHA的浓度，可以用来评估个体的EPA和DHA状态(目心值:≥10%)。

铁和情报

除了作为血红蛋白分子的组成部分在氧气运输中发挥作用外，铁在核酸(DNA、RNA)和蛋白质的合成、细胞生长和分化以及基因表达中发挥着重要作用。此外，铁对于神经元和神经胶质细胞的能量代谢以及神经递质(如多巴胺、血清素)的产生、突触形成和髓鞘形成都是不可或缺的。在世界范围内，缺铁是最常见的微量元素缺乏症。在欧洲，缺铁的患病率约为10%。缺铁可能会对儿童的认知功能产生负面影响。在患有贫血症的学童中，可以观察到运动活动减少、社会意识下降和学习成绩较差。一般来说，即使没有贫血，缺铁也会导致疲劳和损害表现。青少年体内铁和维生素(如维生素D、维生素A、维生素C)的充足供应也是身体表现(如耐力、肌肉力量)的一个重要因素，因为铁是红血球色素血红蛋白的组成部分，负责向肌肉输送氧气，而维生素C等抗氧化剂在高强度训练后促进再生，维生素D通过与维生素D受体的相互作用增强肌肉力量。

在生长阶段，人们对铁的需求会增加，但不能总是通过饮食得到充分的补充。因此，在青少年中经常观察到铁摄入量不足。根据全国消费调查II的结果，在14-18岁年龄组中，58%的女孩和14%的男孩没有达到推荐的每日铁摄入量[13,14]。最近的HELENA研究也证实了这些结果，该研究调查了来自10个欧洲国家的青少年的铁元素状况。以血清铁蛋白水平(< 15µg/L)为缺铁指标，以可溶性转铁蛋白受体(sTfR)水平(> 8.5 mg/L)及铁缺失为缺铁指标。血清铁蛋白水平< 15µg/L已经是铁储备枯竭的证据。当铁蛋白水平< 50µg/L时，可能已经存在潜在的铁缺乏症，并伴有非血液病症状。由于炎症过程会影响铁的诊断调查的质量，c反应蛋白水平(CRP > 5 mg/L)较高的受试者被排除在分析之外。

对12-17岁的940名青少年(502名女孩，438名男孩)的数据进行分析:欧洲17.6%的青少年缺铁，其中21%的女孩明显高于13.8%的男孩(p < 0.05)。缺铁的女孩占5.4%，男孩占3.9%。在德国和奥地利的青少年中，分别有16%和19%的人被检测出缺铁。值得注意的是，缺铁率最高的是爱尔兰的43%的女孩和丹麦的16%的男孩。

推荐:就儿童和青少年的认知功能而言，原则上应根据FKE的最佳均衡饮食概念，确保摄入足够的含铁食物(如肉、鱼、家禽)。在进行体检并进行实验室检测(例如铁蛋白、CRP、肝功能测试、可溶性转铁蛋白受体)之后，可以建议那些处于危险群体的人定期以生物可利用形式补充铁，例如由于月经出血而需要较高铁的女孩或素食者的年轻人。

维生素B和健康的神经系统

维生素B密切合作，支持各种身体功能。维生素B₁、维生素B₂和维生素B₁₂对线粒体能量代谢很重要，作用于以ATP形式产生细胞能量。叶酸和维生素B₁₂主要参与细胞分裂和新细胞形成的过程(如血细胞、粘膜)。和维生素B一起₂和B₆叶酸和B₁₂对于神经系统和认知功能的正常运作是绝对必要的。神经递质(如血清素、多巴胺)的合成和神经纤维周围髓鞘的完整性依赖于这些维生素B的充足供应。

根据全国消费调查II的结果，在14 - 18岁的青少年中，78%的女孩和66%的男孩没有达到每日推荐的叶酸摄入量(400 μ g膳食叶酸)。年轻女性每日膳食叶酸的平均摄入量仅为252 μ g。在14-24岁的青年中，8%的男性和33%的女性没有达到每日维生素B的推荐摄入量₁₂[15]。最近一项针对1051名欧洲青少年(年龄12.5-17.5岁)的多中心研究记录了以叶酸、维生素B为基础的B族维生素膳食摄入量₆和维生素B₁₂血液和血浆中同型半胱氨酸的浓度。一般维生素B₁₂血清水平为319 pmol/L (= 432 pg/mL)。5%的人维生素B摄入量不足₁₂基于全转钴胺水平(B₁₂缺乏)，根据红细胞叶酸浓度，10%的人摄入叶酸不足，20%的人摄入维生素B不足₆如吡哆醛5-磷酸浓度所示。5%的青少年血浆同型半胱氨酸水平升高。这表明叶酸，维生素B是有风险的₆和B₁₂相当多的人由于正常饮食所提供的营养不良而导致病理性水平的不足。

血清维生素B₁₂浓度是一种较晚的、相对不敏感和非特异性的B₁₂缺乏。功能性维生素B₁₂即使浓度< 450 pg/mL，也不能排除缺乏的可能。血清B₁₂水平< 450pg /mL，非特异性神经症状B₁₂缺陷可能已经发生。相反，全转钴胺素(holoTC)，也被称为活性B₁₂，是最早揭示B的实验室参数₁₂缺乏[16]。在老年人中，维生素B导致同型半胱氨酸水平升高₁₂缺乏维生素d是神经退行性疾病(如痴呆)的一个重要危险因素，与大脑额叶、顶叶和枕叶区域的萎缩密切相关。通过服用B族维生素降低高同型半胱氨酸水平，可降低轻度认知障碍患者脑萎缩的发生率。

血浆同型半胱氨酸水平与血液中的叶酸水平成反比。其原因是在叶酸缺乏的情况下，通过5-甲基四氢叶酸(5-甲基四氢叶酸)提供甲基不足;同型半胱氨酸再甲基化为l -蛋氨酸需要这些甲基。5-甲基四氢呋喃还原酶基因多态性往往是其中的一个因素。对青少年的研究表明，体重和体重指数(BMI)与叶酸和维生素B呈负相关₁₂的地位。一项针对60名7 - 17岁儿童和青少年的研究发现，超重受试者的同型半胱氨酸水平明显高于正常体重的受试者(14.3±11.8 μmol/L vs 8.7±5.9 μmol/L, p=0.017)。在学龄前儿童短期介入研究中，叶酸、维生素B₂B₆和B₁₂补充剂降低了血浆同型半胱氨酸水平，改善了叶酸平衡。另一方面，这些孩子的认知功能并没有改善。

推荐:就青少年的认知功能而言，原则上应根据FKE的最佳均衡饮食概念，确保摄入足够的含叶酸食物(例如蔬菜、水果、豆类)。补充叶酸，维生素B₆和B₁₂对于高危人群，如定期服用口服避孕药的女孩，建议服用生理剂量的补充剂。在纯素饮食环境中长大的儿童无法获得充足的维生素B₁₂除非给他们补充营养。

抗氧化剂:维生素C、维生素E等。

特别是在儿童和青少年时期，充足的抗氧化维生素(如维生素C, E)和类胡萝卜素的营养状况是必不可少的，因为它们对细胞生长和细胞发育非常重要。此外，人们认为维生素e具有多种神经保护作用。根据第二项全国消费调查的结果，14至18岁的青少年中，29%的女孩和32%的男孩没有达到每日维生素C的推荐摄入量100毫克。此外，48%的14-24岁的年轻男性和49%的年轻女性没有达到每日推荐摄入量15毫克的维生素E。最近一项针对1054名欧洲青少年(年龄:12.5-17.5岁)的多中心研究记录了抗氧化维生素的膳食摄入量，以血液中的维生素C、维生素E、维生素A和β -胡萝卜素水平为基础。维生素E的平均浓度为23µmol/L，维生素C的平均浓度为59µmol/L。从预防的角度来看，这些抗氧化维生素的摄入可以被认为是次优的。在心血管疾病和癌症的预防中，尽量做到维生素C≥70 μ mol/L，维生素E≥30 μ mol/L。经常食用富含抗氧化剂的水果和蔬菜很容易提供这些预防性血浆浓度。此外，流行病学研究和前瞻性病例对照研究也有证据表明，多吃水果和蔬菜可以降低认知障碍的风险[18,19]。

推荐:FKE的最佳均衡饮食概念基本上认为，作为一个原则，青少年应该摄取足够的富含抗氧化剂的食物(如新鲜水果、蔬菜)。每天至少要吃300克新鲜水果和300克新鲜蔬菜。

复合维生素和学习成绩-一个选择

针对儿童和青少年的各种研究表明，通过定期服用多种维生素/矿物质补充剂，儿童和青少年的认知功能(如注意力、记忆力、注意力、非语言智力、语言学习)得到了改善(表2)。

表2。复合维生素制剂对儿童和青少年认知功能的影响-一个选择[20-25]。

年龄(±年)	数量	干预(每天)	持续时间	认知效果
14年	615	5000 IU维生素A (VA)， 1.5 mg VB1, 1.7 mg VB2, 20 mg VB3, 10 mg VB5, 2 mg VB6, 300µg生物素，400µg叶酸，6µg VB12, 60 mg VC, 400 IU VD, 30 IU VE, 50µg VK, 200 mg Ca, 2 mg Cu, 0.10 mg Cr, 18 mg Fe, 150µg I, 80 mg mg mg Mn, 0.25 mg Mo, 100µg Se, 15 mg Zn	13周	微量营养素补充对非语言智力的积极影响(RDA为100%)(p=0.01)
9.5年	30.	375µg VA, 3.9 mg VB1, 5 mg VB2, 50 mg VB3, 50 mg VB5, 12 mg VB6, 100µg生物素，100µg叶酸，10µg VB12, 500 mg VC, 3µg VD, 70 IU VE, 100µg VK;100 mg Ca, 0.2 mg Cr, 1.3 mg Fe, 50µg I, 7.6 mg mg mg, 1.5 mg Mn, 0.1 mg Mo, 10 mg Zn, 50 mg Bioflavo, 70 mg胆碱重石酸盐，30 mg肌醇，10 mg PABA	13周	微量营养素补充对非语言智力的积极影响(p = 0.02)
8.9	468	750µg VA, 0.75 mg VB1, 0.85 mg VB2, 10 mg VB3, 5 mg VB5, 1 mg VB6, 200µg叶酸，3µg VB12, 40 mg VC, 20 mg VE, 5µg VD, 50µg Cr, 1µg Cu, 9 mg Fe, 1.25µg Mn, 0.12µg Mo, 50µg Se, 7.5 mg Zn	13周	微量营养素补充对非语言智力的积极影响(2.5 IQ分;95% ci: 1.85, 2.15)
8.7	396	400µg VA, 1mg VB6, 150µg叶酸，1.5µg VB12, 45mg VC, 10mg Fe, 5mg Zn	52周	微量营养素补充对语言学习和记忆的积极影响(效应强度0.23,95% CI;0.01, 0.46)
9.2	569	270µg VA, 5mg Fe, 50µg I, 5mg Zn	31周	微量营养素补充对视觉记忆的积极影响(多0.5分;95%可信区间;0.1, 0.9)
13	167	5000 IU VA, 1.5 mg VB1, 1.7 mg VB2, 20 mg VB3, 2mg VB6, 400µg叶酸，6µg VB12, 60mg VC, 400 IU VD, 15iu VE, 1.6 mg Ca, 2mg Cu, 18mg Fe, 25mg mg mg Mn, 10mg Zn	22周	微量营养素补充对不健康饮食青少年非语言智力的积极影响(< 50% der RDA) (p < 0.02)

结论

关于学习成绩，有不健康饮食习惯的儿童和青少年将特别受益于营养补充剂。但只有在连续几周定期服用这些产品时才值得。

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