膳食叶黄素和玉米黄质与老年人低认知功能的剂量-反应关系

高 蓉,栗卓倩,王 敏,高变芳,徐 玥,韩彦青,,余红梅,,(山西医科大学公共卫生学院卫生统计学教研室,太原 0000;山西医科大学附属心血管病医院神经内科;重大疾病风险评估山西省重点实验室;煤炭环境致病与防治教育部重点实验室;通讯作者,E-mail:chenhanyanqing@6.com;共同通讯作者,E-mail:yu@sxmu.edu.cn)

随着医疗水平的不断提升和人均预期寿命的不断提高,患有痴呆症和认知能力下降的人口数量在不断增加。根据《柳叶刀》的研究估计,由于人口老龄化和人口增长,全球阿尔兹海默病患者预计到2050年将增长至1.5亿[1]。《2018年全球阿尔茨海默病报告》显示,2030年在痴呆症上的总花费预计将增加为2万亿美元[2]。不幸的是,一旦诊断出痴呆症,目前几乎没有有效的治疗方法。因此,通过营养干预来延缓认知能力的下降对公共卫生具有重大意义。根据既往研究,叶黄素和玉米黄质作为可在大脑中积累的膳食类胡萝卜素,会影响老年人的认知功能[3]。Yuan等[4]的研究表明,长期摄入叶黄素和玉米黄质与老年女性主观认知功能呈正相关。尽管一些研究结果已经表明叶黄素和玉米黄质在多个领域对认知功能的重要性,但是大部分研究局限于中青年人群,基于老年人群的最新研究较少;此外常规研究由于因变量和自变量不满足线性关系[5],从而将叶黄素和玉米黄质作为分类变量纳入模型进行分析,无法观察到在叶黄素和玉米黄质的细微变化下,认知功能下降风险的变化趋势。

本文使用NHANES数据库来探索膳食叶黄素和玉米黄质摄入量与老年人认知功能的关联,通过限制立方样条回归模型研究叶黄素和玉米黄质总摄入量与认知功能下降可能的剂量-反应关系,进而为老年人膳食叶黄素和玉米黄质补充剂量提供参考。

1 材料与方法

1.1 数据来源

本研究使用的数据来自NHANES[6]。NHANES数据库是由美国疾病预防控制中心进行的一项全国性的横断面调查,旨在评估美国居民的健康和营养状况。NHANES方案得到美国国家卫生统计中心研究伦理审查委员会的批准,所有参与者都签署了知情同意书。本研究从NHANES数据库中选取2011—2012年和2013—2014年(2011年1月至2014年12月)2个调查周期中年龄≥60岁的老年人作为研究对象,剔除缺少叶黄素和玉米黄质摄入量报告者、缺乏完整神经认知功能测试数据者和缺少完整协变量者。最后,2 695例老年人被纳入本研究。

1.2 变量选取

认知功能评估由3项测试组成,包括用来评估短暂和延迟学习能力的阿尔茨海默病注册协会单词测试、用来测试语言流利性和执行功能的语言流畅性测试和用来评价注意力、处理速度和工作记忆的数字符号替代测试。将上述3项测试分数的总和作为总体认知功能评分。认知功能是否下降采用总体评分的第25百分位数为划分点判定,低于该划分点的为认知功能降低,反之为认知功能正常[7]。

叶黄素和玉米黄质摄入量:对NHANES的每个周期2个24 h饮食回忆访谈来收集参与者的饮食数据。在NHANES访问期间先进行一次面对面访谈以收集第一次24 h回忆,并在3～10 d后通过电话访谈以收集第二次24 h回忆。然后计算二次回忆期间的平均估计膳食叶黄素和玉米黄质摄入量(以mg计),如果没有第二次回忆,则取第一次回忆的值。同时记录了膳食补充剂的使用情况,叶黄素和玉米黄质总摄入量为膳食叶黄素和玉米黄质摄入量与补充剂叶黄素和玉米黄质摄入量之和。

参照既往研究[3,8],选取种族(墨西哥裔美国人、非西班牙裔白人、非西班牙裔黑人、其他西班牙裔或其他种族)、教育程度(低于高中学历、高中毕业和大学或更高学历)、吸烟(吸烟者、曾经吸烟者、非吸烟者)、饮酒(根据问题“每一年是否饮酒12杯?”分为饮酒和非饮酒)、体质量指数(以18.5 kg/m2、25 kg/m2和30 kg/m2划分为过瘦、正常、超重和肥胖)、糖尿病和中风作为本研究的协变量。

1.3 统计学分析

2 结果

2.1 老年人认知功能正常组和认知功能下降组基线特征比较

本研究符合条件的研究对象共2 695例,其中男性1 324例,女性1 371例,平均年龄(69.1±6.6)岁。根据总体认知功能评分的第25百分位数为划分点判定,低于该划分点的为低认知功能组,反之为认知功能正常组,其中认知功能正常组有1 629例,低认知功能组有1 066例。两组在年龄、性别、种族、教育程度、饮酒情况、糖尿病、中风、膳食叶黄素和玉米黄质摄入量以及叶黄素和玉米黄质总摄入量之间差异有统计学意义(P<0.05,见表1)。与认知功能正常组比较,低认知功能组70～79岁和80岁及以上的人群所占比例明显较高,糖尿病及中风发生比例也明显增高,此外,膳食叶黄素和玉米黄质摄入量以及叶黄素和玉米黄质总摄入量明显降低,差异有统计学意义(P<0.05);而体质量指数、吸烟状况和补充剂叶黄素和玉米黄质摄入量在两组间差异无统计学意义(P>0.05)。

表1 认知功能正常组和低认知功能组老年人基线特征比较Table 1 Comparison of baseline characteristics of the elderly between cognitive normal group and low cognitive function group

2.2 叶黄素和玉米黄质摄入量与老年人认知功能的Logistic回归分析

将认知功能是否下降作为因变量,膳食叶黄素和玉米黄质摄入量、叶黄素和玉米黄质总摄入量为自变量,分析老年人叶黄素和玉米黄质摄入量与认知功能下降风险的相关性。在调整协变量(年龄、性别、种族、教育程度和饮酒状况)后,结果显示,叶黄素和玉米黄质总摄入量为认知功能的保护因素,与最低四分位数摄入量相比,叶黄素和玉米黄质摄入量水平越高,认知功能下降风险越低(见图1)。

注:模型调整了年龄、性别、种族、教育程度和饮酒状况变量。L:叶黄素,Z:玉米黄质。根据四分位数将膳食L和Z摄入量以及膳食L和Z总摄入量分别分为4组,均用Q1、Q2、Q3、Q4表示;其中膳食L和Z摄入量:Q1(≤0.53 mg/d)、Q2(>0.53～0.94 mg/d)、Q3(>0.94～1.77 mg/d)、Q4(>1.77 mg/d);膳食L和Z总摄入量:Q1(≤0.57 mg/d)、Q2(>0.57～1.04 mg/d)、Q3(>1.04～1.92 mg/d)、Q4(>1.92 mg/d)。图1 叶黄素和玉米黄质摄入量与老年人认知功能的Logistic回归森林图Figure 1 Logistic regression forest plot of lutein and zeaxanthin intake and cognitive function in the elderly

2.3 叶黄素和玉米黄质总摄入量与认知功能下降的剂量-反应关系

以叶黄素和玉米黄质总摄入量为自变量,整体认知功能是否下降为因变量,应用样条函数与Logistic回归相结合的限制性立方样条回归模型分析两者关系,校正了性别、年龄、种族、教育程度和饮酒状况等变量后,节点数为4个。按性别分层后,结果显示,男性和女性的叶黄素和玉米黄质总摄入量与认知功能下降风险均呈“L”形非线性剂量反应关系(P非线性<0.01,见图2)。在同样“L”形趋势的情况下,叶黄素和玉米黄质总摄入量是男性认知功能下降的易感因素。由图2可知,叶黄素和玉米黄质总摄入量≤3.94 mg/d时,认知功能下降风险随摄入量的增加而减少,叶黄素和玉米黄质总摄入量>3.94 mg/d时,认知功能下降风险随摄入量的增加而变化不明显。

3 讨论

随着人口老龄化的急速加剧,痴呆已经成为一个亟待解决的世界性问题[9]。许多营养因素与认知能力下降有关[10]。氧化应激是衰老过程中细胞损伤和神经炎症激活的一个必要因素[11]。氧化应激的特征是产生的活性氧量与抗氧化剂消除的量之间存在不平衡[12]。既往一项研究表明,水果和蔬菜摄入量的增加与认知障碍和痴呆的风险显著降低相关[13]。玉米和绿色蔬菜中含有较多的叶黄素和玉米黄质[14]。叶黄素和玉米黄质是2种比较重要的类胡萝卜素,它们既是抗氧化剂,又是抗炎剂。它们的抗氧化和抗炎作用可以减轻认知负担,维持中枢神经系统的稳态,并有助于优化神经认知环境。

既往的研究主要是通过测量视网膜或血清中的叶黄素和玉米黄质水平来发现与认知功能的关联性。Wang等[15]的一项系统综述发现叶黄素和玉米黄质膳食补充剂可能通过它们对视力的有益影响来保持更好的认知功能。Power等[16]通过血液和视网膜中类胡萝卜素测量分析得出结论,对于诊断为轻度认知障碍的患者,及时补充叶黄素和玉米黄质可能是改善认知能力的有效方法。Yuan等[17]对芝加哥地区一项927人参与的队列进行7年随访发现叶黄素和玉米黄质血浆浓度越高,阿尔兹海默病的危害越低,并且表明可能与抑制脑β淀粉样蛋白沉积和原纤维形成有关。Devore等[18]对16 010名女护士人群进行随访研究,发现长期食用富含叶黄素和玉米黄质的食物与保持认知功能之间存在潜在关系。本研究通过探讨膳食中叶黄素和玉米黄质摄入量与认知功能的关联,并且研究了叶黄素和玉米黄质总摄入量与认知功能下降的剂量-反应关系。

本研究利用NHANES两个周期的数据来分析具有代表性的老年人膳食叶黄素和玉米黄质摄入量与总体认知功能评分之间的关系,调整年龄、性别、种族、教育程度和饮酒情况后,叶黄素和玉米黄质总摄入量与总体认知功能评分呈正相关,并且在不同性别中相关性一致。在限制性立方样条回归模型结果中,调整所有潜变量后,叶黄素和玉米黄质总摄入量与总体认知功能下降风险呈负相关,两者呈现近似“L”形的非线性关系。叶黄素和玉米黄质总摄入量为3.94 mg/d时,认知功能下降风险最低。总的来说,叶黄素和玉米黄质总摄入量与认知功能下降的风险呈现近似“L”形的非线性剂量反应关系,并在性别亚组中显示了相同的关联。

叶黄素和玉米黄质作为认知功能的重要影响因素,被许多学者研究,但大部分研究多在中青年人群,本研究选取美国老年人的大规模样本,取得了更有力的统计结果。既往研究为了满足因变量和自变量的线性关系,人为地将叶黄素和玉米黄质作为分类变量进行研究,忽略了叶黄素和玉米黄质的连续性变化趋势,本研究利用限制性立方样条回归模型,可以较好地探讨叶黄素和玉米黄质总摄入量与总体认知功能下降风险的剂量-反应关系。

本研究仍存在一些局限性。首先由于是一项横断面研究,无法确定叶黄素和玉米黄质总摄入量与认知功能之间的因果关系。其次,叶黄素和玉米黄质摄入量是通过问卷调查而不是实验室检测量收集的,未来研究中需要进一步通过随机对照试验来探索叶黄素和玉米黄质摄入量与认知功能更准确的关系。

综上所述,本研究在美国大于等于60岁的老年人群中证明叶黄素和玉米黄质总摄入量达到3.94 mg/d时,认知功能下降风险最低,而且男性更敏感,但是膳食叶黄素和玉米黄质摄入量是否越高越好,仍需进一步研究。膳食叶黄素和玉米黄质摄入量是一个值得关注的饮食因素,老年人可以适当补充叶黄素和玉米黄质从而延缓认知功能的下降,以此来减轻家庭照料负担。