VII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Выбор оптимальных компонентов для составления диеты школьника и их воздействие на активность головного мозга.
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение.
«Все больше и больше убедительных данных, полученных в результате длительных и рандомизированных исследований, позволяют предположить, что диета важна для здоровья головного мозга», - говорит Альберто Ашерио, доктор медицинских наук, профессор питания и эпидемиологии в Гарварде Т.Х. Школа здравоохранения Чана и профессор медицины в Медицинской школе Гарварда.
Умение обрабатывать информацию и приспосабливаться к обстоятельствам одни из важных свойств, которым обладает человеческий мозг. Причем подобная приспособляемость заставляет подозревать скрытые возможности человеческого мозга у многих «обычных» людей, а также, что на активность мозга можно влиять. Проще всего воздействовать на мозг посредствам продуктов питания. Они обладают не только питательной ценностью, но и регулируют многочисленные функции, биохимические реакции организма.
Проблема заключается в том, что головной мозг школьника работает куда активнее, чем мозг взрослого человека. Ведь ребёнок получает, обрабатывает и запоминает новую информацию ежедневно. Утром и днём - уроки в школе, вечером - домашнее задание и дополнительные занятия. Что же делать, если мысли перемешиваются уже после шестого урока, а впереди ещё два и бесчисленное количество заданий, которые необходимо выполнить дома?
Актуальностью моей работы является то, что школьникам нашего времени нужны «стимуляторы» мозговой активности, продукты питания, которые помогут легче справляться с интеллектуальными нагрузками.
Цель:
Составить школьное меню (завтрак, обед) для среднестатистического школьника с учётом продуктов, улучшающих работу головного мозга.
Задачи:
Изучить научную литературу и патентную документацию, описывающую исследования о влиянии питания на головной мозг.
Выяснить, какие микроэлементы и химические соединения способствуют улучшению состояния ЦНС.
Изучить различные диеты «для мозга», эффективность которых уже доказана.
На основе исследований составить список продуктов, которые будут использоваться в диете.
Провести экспериментальное исследование на двух группах школьников, одна из которых в течение недели будет употреблять определённые продукты питания.
Проанализировать результаты исследований и сделать выводы.
Исторический опыт:
•1980-ые – Розенберг и Миллер начали современные исследования роли питания на сознание пожилых людей.
•1997 – Грант подчеркнул возможную роль питания в развитии болезни Альцгеймера.
•1997-1999 - Исследование умственных способностей пожилых людей старше 70 лет Университетом Бергена, Университетом Осло и Норвежским Институтом Общественного Здоровья показывает, что снижение внимания, памяти, способности к обучению более выражено при низком уровне потребления рыбы (менее 10 г/день) по сравнению с более высоким уровнем потребления — 10 г/день и более.
Изучив научную литературу и патентную документацию, можно сделать вывод, что в России данный вопрос малоизучен. Было найдено очень мало материала по данной теме, практически все научные статьи и работы основываются на исследованиях зарубежных учёных.
Основная часть.
Исследования, демонстрирующие какие микро- и ультрамикроэлементы, а также химические соединения необходимы для полноценной мозговой активности.
• 2000- Фредериксон С., Сук С., Сильва Д. изучали влияние цинка на организм человека. Цинк необходим для структуры и функционирования множества белков, включая регуляторные, структурные и ферментативные. В центральной нервной системе цинк играет дополнительную роль в качестве нейросекреторного продукта или кофактора. В этой роли цинк высоко концентрируется в синаптических везикулах определенного контингента нейронов, называемых «цинксодержащими» нейронами. Цинксодержащие нейроны являются подмножеством глутаматергических нейронов. Концентрация цинка в везикулах, вероятно, превышает 1 ммоль / л и слабо координируется с любым эндогенным лигандом. Цинксодержащие нейроны обнаруживаются почти исключительно в переднем мозге, где у млекопитающих они превратились в сложную и сложную ассоциативную сеть, которая связывает большую часть церебральных кортикальных и лимбических структур.. Цинк в составе нейронов играет роль регулятора уровня глютамата, увеличивая его количество путем полимеризации и преципитации или замедляя его высвобождение. Помимо этого в мозге существует целый ряд белков, включающих рецепторы, транспортные белки, такие как, например, макроглобулин и др., для нормального функционирования которых необходим цинк. (2)
Продукты богатые цинком: орехи, тыквенные семечки, рыба, морепродукты, овощи, фрукты, рис, яйца.
Суточная норма для взрослого человека: 10-15 мг
• 2003 - Джон Л. Берд, Джейсон А. Визингер, Джеймс Коннер исследовали влияние дефицита железа в период вскармливания и после полного прекращения вскармливания молоком на заднюю 2'-3'-циклическую нуклеотид-3'-фосфогидролазу заднего мозга (ЦНФ) и концентрацию основного белка миелина (ОБМ). Активность и концентрации ЦНФ в головном мозге и заднем мозге были значительно ниже у крыс с дефицитом железа до и после отъема. Точно так же концентрации ОБМ также были снижены (25-35%) во всех трех группах железодефицитных животных. Железодефицитные животные также имели значительные изменения в составе жирных кислот отдельных фосфолипидов в заднем мозге, а также изменения в активности цитохромоксидазы. Эти исследования показывают, что постнатальный дефицит железа в течение всего лишь 10 дней может значительно изменить выработку миелина и функционирование олигодендроцитов (это вид нейроглии, их главная функция — предоставлять помощь и изоляцию аксонам нейронов, находящихся в центральной нервной системе позвоночных животных, путем создания миелиновой оболочки).(1)
Клиническими проявлениями нарушения миелинизации является снижение проводимости сигналов по нервным путям. (5)
Продукты богатые железом: курица, морепродукты, ветчина, телятина, говядина, индейка, бобовые, фрукты, орехи, грачка, хлеб ржаной и пшеничный, рыба
Суточная норма: 4.1 мг
• 2003 - Холин, соединение, присутствующее во многих продуктах, недавно было классифицировано как важное питательное вещество для человека. Исследования на животных моделях показывают, что наличие холина в пренатальном периоде влияет на нервное и когнитивное развитие. В частности, было показано, что пренатальное введение холина улучшает рабочую память и долговременную потенциация гиппокампа у взрослого потомства. Холин является источником для синтеза некоторых сигнальных молекул, нейропередачи ацетилхолина, увеличивает активность ответа нервных клеток, разветвленность пирамидных клеток гиппокампа. (3)
Продукты богатые холином: яйца, арахис, бобовые, овсяная крупа, апельсиновый сок, шпинат, картофель
Суточная потребность: 0,5-1 г в сутки.
• 2012 - группа ученых из Института здравоохранения Орегона, Университета естественных наук в Портленде и Института Линуса Полинга (университет штата Орегон) провела исследование влияния продуктов питания на ментальную деятельность, основанное не на достаточно спорных данных различных опросов, а на результатах лабораторных анализов крови.
В исследовании приняли участие 104 человека без явных факторов риска ясности мышления. Средний возраст участников составил 87 лет. Ученые провели анализ крови всех участников на 30 различных биомаркеров, а также МРТ 42 участников для оценки объема головного мозга. При анализе результатов ученые учли демографические показатели, возраст, пол, уровень образования, массу тела, показатели артериального давления, наличие вредных привычек и т.д.
В результате, ученые пришли к выводу, что наилучшие результаты ментальной активности и оценки объема головного мозга связаны с двумя факторами – высоким уровнем жирных кислот, которые обычно люди получают с морепродуктами, а также с высоким содержанием витаминов B, C, D и E.
Стабильное ухудшение результатов было связано с повышенным употреблением транс-жиров, характерных для жареных и печеных блюд, маргарина и ряда продуктов фаст-фуда.
Диеты, созданные для улучшения работы мозга, уменьшению сердечно-сосудистых заболеваний, уменьшения атрофии мозга:
• 1950-е годы - Анселом и Маргарет Кейс был введён в употребление термин «средиземноморская диета». Средиземноморская диета — не какая-то определенная система или инструкция, а собрание пищевых привычек и принципов, которым традиционно следуют люди Средиземноморья. Диета стала популярной в связи с так называемым французским парадоксом: несмотря на то, что жители юга Франции потребляют довольно большое количество жира, они имеют гораздо более низкие показатели сердечно-сосудистых заболеваний, чем жители таких стран, как США.
Как это работает: Сочетание мононенасыщенных жиров, постных белков, фруктов, овощей и цельного зерна связано с более низким уровнем холестерина липопротеинов низкой плотности (ЛПНП), который накапливает отложения в стенках артерий. Меньше холестерина ЛПНП означает более четкий путь для крови от сердца к мозгу.
Ученые точно не знают, что происходит в мозге, чтобы вызвать эти изменения, говорит Николаос Скармеас, доктор медицины, доктор медицинских наук, невролог из медицинского центра Колумбийского университета, который провел обширные исследования деменции и диеты.
Секрет может быть в том, как диета влияет на объем мозга. Шотландское исследование, опубликованное в этом году в области неврологии, показало, что пожилые люди с наименьшим соблюдением диеты в средиземноморском стиле испытывают большую степень атрофии мозга, что является одним из признаков нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера. (6)
• 2015 - Марта Клэр Моррис, доктор медицинских наук, эпидемиолог по питанию в Медицинской школе Университета Раш в Чикаго, и коллеги создали диету MIND, сочетание средиземноморской диеты и диеты DASH (диетические подходы к остановке гипертонии), которая она специально настроена, чтобы предотвратить когнитивные нарушения.
Единственными фруктами, специально рекомендованными в рационе MIND, являются черника и клубника. «Фрукты сами по себе не связаны с более медленным снижением когнитивных способностей», - объясняет доктор Моррис. «Но отдельные исследования, посвященные чернике и клубнике, которые богаты полифенолами (соединениями, которые содержатся в растениях, способных защитить клетки от повреждения), показывают, что они связаны с более медленным снижением когнитивных функций».
В чернике особенно много полифенолов антоцианов, которые обладают антиоксидантным действием. В исследованиях на мышах, которые потребляли больше антоцианов, имели более высокие уровни этого химического вещества в мозге, а те, у которых самые высокие уровни, показали лучшие результаты в тестах на память и имели больший гиппокамп, основной центр памяти, говорит доктор Моррис.(4)
• 2015 - прерывисто-постовая диета. Существует несколько вариантов «поста». В системе 5: 2 человек ест все, что хочет, пять дней в неделю; в два других дня он потребляют не более 500 калорий в день Другой - 16-часовой пост, в котором Вы едите все свои блюда между 10 утра и 6 вечера.
Большинство исследований прерывистого поста проводилось на мышах. Одно исследование из Университета Южной Калифорнии, опубликованное в разделе «Метаболизм клеток» в 2015 году, показало, что у мышей периодический голодание приводило к периоду нейрогенеза гиппокампа и улучшению когнитивных функций при возобновлении регулярного кормления.
В обзоре 2016 года, исследователи из Национального института по проблемам старения, объяснили результат тем, что когда ваше тело переводится в стрессовый режим из-за недостатка углеводов для превращения в глюкозу, система аварийного реагирования организма активируется, создавая кетоны, которые могут оказывать положительное влияние на структуры синапсов, участвующих в памяти и обучении.
Продукты, которые будут использоваться в меню:
С учётом проведённых исследований был составлен список продуктов, которые будут использоваться в меню:
Оливковое масло и оливки. Свежие овощи: помидоры, баклажаны, болгарский перец, цуккини. Чеснок, лук. Рыба и морепродукты. Зелень, например: тимьян, розмарин, орегано и базилик. Белый хлеб, макароны и рис. Курица. Ягоды. Орехи, бобы и цельное зерно. Крупы
Продукты, которых следует избегать, включают красное мясо, сливочное масло и маргарин, сыр, выпечку и сладости, а также жареную или фаст-фуд. Не употреблять блюда с большим содержанием соли.
Экспериментальное школьное меню (завтрак и обед) на 10 дней:
Меню составлено с учётом норм с САНПИН(7) с некоторыми изменениями.
День1:
День 2:
День 3:
День 4:
День 5:
День 6:
День 7:
День 8:
День 9:
День 10:
Эксперимент:
В эксперименте участвовали 2 группы подростков, в каждой из которых было по 10 человек в возрасте от 15 до 17 лет. Все они являются учениками 10 класса РЦ «Медицинский Сеченовский Предуниверсарий», поэтому распорядок дня и умственные нагрузки у них примерно одинаковые.
В течение одного месяца (с 10 марта по 10 апреля) первая группа питались по вышеизложенному меню, а вторая не придерживалась никакой диеты.
В начале и в конце эксперимента все участники предоставили свои средние баллы по всем предметам в школе, а также баллы IQ.
Изменения среднего балла по предметам в школе у первой группы (питались по экспериментальному меню) и второй группы (не придерживались никакой диеты):
Изменения значения IQ у первой группы (питались по экспериментальному меню) и у второй группы (не придерживались никакой диеты):
Значение IQ определялось с помощью двух разных тестов. И в связи с тем, что 2 разных по содержанию, но одинаковых по сложности теста составить невозможно, у некоторых респондентов из второй группы значение IQ могло уменьшиться. Также, именно по этой причине изменения IQ на 5 и менее пунктов засчитывались как «осталось неизменным».
Анализ итогов эксперимента:
Графики изменения среднего балла и значения IQ показывают, что группа, которая питалась по экспериментальному меню, имеет заметное превосходство по этим показателям над той, что не придерживалась никакой диеты. Средний балл у первой группы увеличился у всех респондентов, а IQ у 70%.
Некоторые участники из первой группы по окончанию эксперимента сказали, что они стали меньше уставать, а также чувствуют улучшение настроения, и лёгкость в теле.
С учётом всего вышесказанного можно сделать вывод, что экспериментальное меню эффективно. Оно благотворно влияет на состояние ЦНС и здоровье человека.
Заключение.
Выводы:
Изучена научная литературу и патентная документация, описывающая исследования о влиянии питания на головной мозг.
Изучены микроэлементы и химические соединения, способствующие улучшению состояния ЦНС.
Изучены различные диеты «для мозга».
На основе исследований составлен список продуктов, которые будут использоваться в диете.
Проведено экспериментальное исследование на двух группах школьников, одна из которых в течение месяца питалась по экспериментальному меню.
Результаты исследований проанализированы и сделаны выводы.
Список литературы
1. Beard J.L, Wieslnger JA., Connor J.R. Pre and postweaning iron deficiency alters myelination in Sptraue-Dawley rats. Dev. Neurisc. 2003; 5: 308-315.
2. Fredericson С., Suk S., Silva D. et al. Importance of zinc in the central nervous system: the zinc-containing neurons. J. Nutr. 2000; 130: 1471-1484.
3. Li Q., Guo-Ross S., Lewis D. Dietray prenatal cholin sup-plementation alters postnatal hi ppocampal structure and func-tion. J. Neurophysiol. 2003; 91: 1545–1555.
4. Morris M., Tangney C., Wang Y., Sacks F., Barnes L., Bennett D., Aggarwal N. MIND diet slows cognitive decline with aging. Alzheimer's & Dementia. 2015; 11 (9): 1015–1022.
5. Roncagliolo M., Garrido M., Walter Т. et al. Evidence of altered central nervous system development in infants with iron deficiency anemia at 6 months: delayed maturation of auditory brainstem responses. Am. J. Clin. Nutr. 1998; 68 (3): 683-690.
6. Willett WC, Sacks F, Trichopoulou A, Drescher G, Ferro-Luzzi A, Helsing E, Trichopoulos D. Mediterranean diet pyramid: a cultural model for healthy eating. 1995; 61:1402-1406.
7. Продовольственное сырье и пищевые продукты. Гигиенические требования безопасности и пищевой ценности пищевых продуктов. СанПиН 2.3.2.1078-01. - М.: Рид Групп, 2012. - 448 c.
8. https://www.ambal.ru/ - сайт, на котором составлялось меню.