ミトコンドリアと筋肉

ミトコンドリアと筋肉

栄養と心臓の健康

心臓の健康に有効な栄養素の図

心臓の健康は、ペットの全般的な健康の状態によって決まります。犬や猫の理想的な体調を維持することは、ペットを幸せにするための基本となります。日常的に行う臨床検査に栄養状態の評価 を組み込むことは、飼い主様がこの健康目標を達成する上で役立ちます。

心臓の健康に着目すると、心機能のサポートに栄養が重要な役目を果たす可能性があります。

具体的に、栄養素がどのようにして心臓に良い影響を与えるのでしょうか？詳しく見てみましょう。

脂肪酸の図

以下を基に改変：Lopaschuk et al., 2010 & 2017

脂肪酸

これらの栄養素はミトコンドリアにより利用される主要な基質であり、アデノシン三リン酸(ATP)の形で心臓のためのエネルギーを生み出します。

しかし、ミトコンドリアは代謝的に柔軟であるため、栄養素の使用状況、心臓の仕事量の変化、あるいは代謝状況の変化に適応して、様々な基質を利用します。 その他のエネルギー源には、グルコース、ケトン、および分枝鎖アミノ酸(BCSS)などがあります。1–3  

中鎖脂肪酸トリグリセリド

中鎖トリグリセリド（MCT）

MCT は中鎖脂肪酸（MCFA）の供給源です。短い炭素鎖を持つ MCFA は、ミトコンドリアへの取り込みの際に輸送体を必要としません。関与する代謝段階が少ないため、MCFAはより迅速に酸化されエネルギーとなります。4

研究から、MCT がミトコンドリアおよび細胞質の活性酸素種を減少させることが報告されており、これは心疾患の進行に良い影響を与えます。5–8  

オメガ 3 脂肪酸

オメガ 3 脂肪酸

研究により、長鎖オメガ 3 脂肪酸、とりわけエイコサペンタエン酸（EPA）には、心臓にとっての多数のメリットがあることが報告されており、炎症性メディエーターや酸化ストレスの減少、犬の心不整脈の安定化、血圧の低下、および心疾患における心臓リモデリングの減少に役立ちます。9–17

心臓悪液質は、うっ血性心不全の犬でよく見られ、除脂肪体重の減少は短い生存期間との間に顕著な関連性があります。18–19 炎症は、悪液質の原因または寄与因子であると考えられています。したがって、オメガ 3 脂肪酸のもう 1 つの有益性として、炎症の除脂肪体重への悪影響を減少させる可能性もあります。20–22

アミノ酸

アミノ酸：タウリン、リジン、メチオニン

タウリンは、心臓組織で最も豊富な脂肪酸です。タウリンの正確な役割はまだ明らかになっていませんが、研究から、タウリンが心筋の収縮性と恒常性の維持にとって重要であることが報告されています。23–25 猫では、タウリンは必須アミノ酸ですが、タウリン欠乏は犬・猫のいずれにおいても心筋障害につながることがあります。26  

リジンとメチオニンは、ATP 産生の際に長鎖脂肪酸をミトコンドリアへと輸送するのを助けるペプチドであるカルニチンを合成するためのアミノ酸前駆体です。27 

ビタミン E

ビタミン E

細胞の代謝の結果、活性酸素種（ROS）が産生されます。しかし、ROS が蓄積すると、酸化ストレスが増加し、細胞膜損傷、DNA 損傷、およびタンパク質の変性につながります。過剰な ROS は、心疾患の寄与因子となる一連の分子イベントを引き起こします。ビタミン E は細胞にとっての抗酸化物質であり、ROS を除去して、酸化ストレスによる損傷を防ぎます。

心不全の寄与因子となるミトコンドリア機能障害の状況下では、ROS レベルが上昇し、抗酸化物質の必要性が増します。28–32 

マグネシウム

マグネシウム

マグネシウムには、抗不整脈および抗酸化作用など、健康な心機能を維持するうえで複数の役割があります。心臓の細胞においては、ATP の輸送も助けます。ヒトにおいてマグネシウム不足は、心不全および心血管疾患のリスク上昇と相関しています。33–36

Purina の研究

Purina の研究

Purina の研究により、老化した心臓に栄養が良い影響を与える仕組みが明らかになりました。

老化した心臓は、若齢の心臓のように疾患や環境の変化に適応できません。研究から、老化の加速に関連する数々の変化の一つとして、Wnt/β-カテニンシグナル伝達経路と呼ばれる特定の分子カスケードが増加することが明らかとなっています。37–39

高齢の心臓の図

Purinaの科学者は、老化した心臓の遺伝子発現に関する公開データの収集を行いました。40, 41

この計算論的アプローチにより、高齢の心臓では、Wntシグナル伝達経路の 4 つの遺伝子がダウンレギュレーションされていることが明らかとなりました。

しかし、カロリー制限または抗酸化物質レスベラトロールのを加えた食事介入により、遺伝子発現が若齢の心臓で見られるレベルにまで回復しました。42–43

この研究により、分子レベルで老化した心臓に栄養が良い影響を与える仕組みが明らかとなり、特定の栄養素を用いて心機能をサポートまたは改善できる方法を探索する研究につながりました。

覚えておくべき重要な点

  • 多くの栄養素に、心臓の健康に対するメリットがあることが分かっています。
  • 脂肪酸は、心臓のミトコンドリアが産生する ATP の一次基質です。
  • Purina の計算論的研究により、栄養素が心臓の老化に対して良い影響を与える仕組みが 明らかとなりました。

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  1. Doenst, T., Nguyen, T. D., & Abel, E. D. (2013). Cardiac metabolism in heart failure: implications beyond ATP production. Circulation Research, 113(6), 709–724.
  2. Lopaschuk, G.D., Ussher, J.R., Folmes, C.D., Jaswal, J.S., & Stanley, W.C. (2010). Myocardial fatty acid metabolism in health and disease. Physiological Reviews, 90(1), 207–258.
  3. Lopaschuk, G. (2017). Metabolic Modulators in Heart Disease: Past, Present, and Future. Canadian Journal of Cardiology, 33, 838–849.
  4. Labarthe, F., Gélinas, R., & Des Rosiers, C. (2008). Medium-chain fatty acids as metabolic therapy in cardiac disease. Cardiovascular Drugs and Therapy, 22(2), 97–106.
  5. Bach, A.C., & Babayan, V.K. (1982). Medium-chain triglycerides: an update. American Journal of Clinical Nutrition, 36(5), 950–962.
  6. Finck, B. N., Han, X., Courtois, M., Aimond, F., Nerbonne, J. M., Kovacs, A., Gross, R. W., & Kelly, D. P. (2003). A critical role for PPARalpha-mediated lipotoxicity in the pathogenesis of diabetic cardiomyopathy: modulation by dietary fat content. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 100(3), 1226–1231.
  7. Labarthe, F., Khairallah, M., Bouchard, B., Stanley, W.C., & Des Rosiers, C. (2005). Fatty acid oxidation and its impact on response of spontaneously hypertensive rat hearts to an adrenergic stress: benefits of a medium-chain fatty acid. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology, 288(3), H1425–36.
  8. Saifudeen, I., Subhadra, L., Konnottil, R., & Nair, R. R. (2017). Metabolic Modulation by Medium-Chain Triglycerides Reduces Oxidative Stress and Ameliorates CD36-Mediated Cardiac Remodeling in Spontaneously Hypertensive Rat in the Initial and Established Stages of Hypertrophy. Journal of Cardiac Failure, 23(3), 240–251.
  9. Bauer, J.E. (2006). Metabolic basis for the essential nature of fatty acids and the unique dietary fatty acid requirements of cats. Journal of the American Veterinary Medical Association, 229(11), 1729–1732.
  10. Billman, G.E., Kang, J.X., & Leaf, A. (1999). Prevention of sudden cardiac death by dietary pure omega-3 polyunsaturated fatty acids in dogs. Circulation, 99(18), 2452–2457.
  11. Freeman, L.M., Rush, J.E., Kehayias, J.J., Ross, J.N. Jr, Meydani, S.N., Brown, D.J., … Roubenoff, R. (1998). Nutritional alterations and the effect of fish oil supplementation in dogs with heart failure. Journal of Veterinary Internal Medicine, 12(6), 440–448.
  12. Freeman, L.M. (2010). Beneficial effects of omega-3 fatty acids in cardiovascular disease. Journal of Small Animal Practice, 51(9), 462–470.
  13. Laurent, G., Moe, G., Hu, X., Holub, B., Leong-Poi, H., Trogadis, J., Connelly, K., Courtman, D., Strauss, B. H., & Dorian, P. (2008). Long chain n-3 polyunsaturated fatty acids reduce atrial vulnerability in a novel canine pacing model. Cardiovascular Research, 77(1), 89–97.
  14. London, B., Albert, C., Anderson, M. E., Giles, W. R., Van Wagoner, D. R., Balk, E., … Lathrop, D. A. (2007). Omega-3 fatty acids and cardiac arrhythmias: prior studies and recommendations for future research: a report from the National Heart, Lung, and Blood Institute and Office Of Dietary Supplements Omega-3 Fatty Acids and their Role in Cardiac Arrhythmogenesis Workshop. Circulation, 116(10), e320–e335.
  15. Smith, C.E., Freeman, L.M., Rush, J.E., Cunningham, S.M., & Biourge, V. (2007). Omega-3 fatty acids in Boxer dogs with arrhythmogenic right ventricular cardiomyopathy. Journal of Veterinary Internal Medicine, 21(2), 265–273.
  16. Wall, R., Ross, R. P., Fitzgerald, G. F., & Stanton, C. (2010). Fatty acids from fish: the anti-inflammatory potential of long-chain omega-3 fatty acids. Nutrition Reviews, 68(5), 280–289.
  17. Hansen, R. A., Ogilvie, G. K., Davenport, D. J., Gross, K. L., Walton, J. A., Richardson, K. L., Mallinckrodt, C. H., Hand, M. S., & Fettman, M. J. (1998). Duration of effects of dietary fish oil supplementation on serum eicosapentaenoic acid and docosahexaenoic acid concentrations in dogs. American Journal of Veterinary Research, 59(7), 864–868.
  18. Ineson, D. L., Freeman, L. M., & Rush, J. E. (2019). Clinical and laboratory findings and survival time associated with cardiac cachexia in dogs with congestive heart failure. Journal of Veterinary Internal Medicine, 33(5), 1902–1908.
  19. Freeman, L.M. (2012). Cachexia and sarcopenia: emerging syndromes of importance in dogs and cats. Journal of Veterinary Internal Medicine, 26(1), 3–17.
  20. Dupont, J., Dedeyne, L., Dalle, S., Koppo, K., & Gielen, E. (2019). The role of omega-3 in the prevention and treatment of sarcopenia. Aging Clinical and Experimental Research, 31(6), 825–836.
  21. Gorjao, R., Dos Santos, C., Serdan, T., Diniz, V., Alba-Loureiro, T. C., Cury-Boaventura, M. F., Hatanaka, E., Levada-Pires, A. C., Sato, F. T., Pithon-Curi, T. C., Fernandes, L. C., Curi, R., & Hirabara, S. M. (2019). New insights on the regulation of cancer cachexia by N-3 polyunsaturated fatty acids. Pharmacology & Therapeutics, 196, 117–134.
  22. Robinson, S. M., Reginster, J. Y., Rizzoli, R., Shaw, S. C., Kanis, J. A., Bautmans, I., … Cooper, C., & ESCEO working group (2018). Does nutrition play a role in the prevention and management of sarcopenia? Clinical Nutrition (Edinburgh, Scotland), 37(4), 1121–1132.
  23. Sanderson S. L. (2006). Taurine and carnitine in canine cardiomyopathy. The Veterinary Clinics of North America. Small Animal Practice, 36(6), 1325–viii.
  24. Schaffer, S., Solodushko, V., & Azuma, J. (2000). Taurine-deficient cardiomyopathy: role of phospholipids, calcium and osmotic stress. Advances in Experimental Medicine and Biology, 483, 57–69.
  25. Schaffer, S. W., Jong, C. J., Ramila, K. C., & Azuma, J. (2010). Physiological roles of taurine in heart and muscle. Journal of biomedical science, 17, Suppl 1(Suppl 1), S2.
  26. Pion, P.D., Kittleson, M.D., Rogers, Q.R., & Morris, J.G. (1987). Myocardial Failure in Cats Associated with Low Plasma Taurine: A Reversible Cardiomyopathy. Science, 237, 764–768.
  27. Wang, Z., Liu, Y., Liu, G., Lu, H., Mao, C. (2018). L-Carnitine and heart disease. Life Sciences, 184, 88-97.
  28. Birringer, M., & Lorkowski, S. (2019). Vitamin E: regulatory role of metabolites. International Union of Biochemistry and Molecular Biology, Life, 71(4), 479–486.
  29. Michałek, M., Tabiś, A., Cepiel, A., & Noszczyk-Nowak, A. (2020). Antioxidative enzyme activity and total antioxidant capacity in serum of dogs with degenerative mitral valve disease. Canadian Journal of Veterinary Research, 84(1), 67–73.
  30. Pryor, W. A. (2000). Vitamin E and heart disease: basic science to clinical intervention trials. Free radical biology & medicine, 28(1), 141–164.
  31. Sagols, E., & Priymenko, N. (2011). Oxidative stress in dog with heart failure: the role of dietary fatty acids and antioxidants. Veterinary Medicine International, 2011, 180–206.
  32. Sozen, E., Demirel, T., & Ozer, N.K. (2019). Vitamin E: regulatory role in the cardiovascular system. International Union of Biochemistry and Molecular Biology Life, 71(4), 507–515.
  33. Del Gobbo, L.C., Imamura, F., Wu, J.H., de Oliveira Otto, M.C., Chiuve, S.E., & Mozaffarian, D. (2013). Circulating and dietary magnesium and risk of cardiovascular disease: a systematic review and meta-analysis of prospective studies. American Journal of Clinical Nutrition, 98(1), 160–173.
  34. Freeman, L.M., Rush, J.E., & Markwell, P.J. (2006). Effects of dietary modification in dogs with early chronic valvular disease. Journal of Veterinary Internal Medicine, 20, 1116–1126.
  35. Qu, X., Jin, F., Hao, Y., Li, H., Tang, T., Wang, H., Yan, W., & Dai, K. (2013). Magnesium and the risk of cardiovascular events: a meta-analysis of prospective cohort studies. PloS one, 8(3), e57720.
  36. Tardy, A.L., Pouteau, E., Marquez, D., Yilmaz, C., & Scholey, A. (2020). Vitamins and Minerals for Energy, Fatigue and Cognition: A Narrative Review of the Biochemical and Clinical Evidence. Nutrients, 12(1). pii: E228.
  37. Brack, A. S., Conboy, M. J., Roy, S., Lee, M., Kuo, C. J., Keller, C., & Rando, T. A. (2007). Increased Wnt signaling during aging alters muscle stem cell fate and increases fibrosis. Science (New York, N.Y.), 317(5839), 807–810.
  38. Liu, H., Fergusson, M. M., Castilho, R. M., Liu, J., Cao, L., Chen, J., … Finkel, T. (2007). Augmented Wnt signaling in a mammalian model of accelerated aging. Science (New York, N.Y.), 317(5839), 803–806.
  39. Marchand, A., Atassi, F., Gaaya, A., Leprince, P., Le Feuvre, C., Soubrier, F., Lompré, A. M., & Nadaud, S. (2011). The Wnt/beta-catenin pathway is activated during advanced arterial aging in humans. Aging Cell, 10(2), 220–232.
  40. Li, Q., & Hannah, S. S. (2012). Wnt/β-catenin signaling is downregulated but restored by nutrition interventions in the aged heart in mice. Archives of Gerontology and Geriatrics, 55(3), 749–754.
  41. Barger, J. L., Kayo, T., Vann, J. M., Arias, E. B., Wang, J., Hacker, T. A., Wang, Y., Raederstorff, D., … Prolla, T. A. (2008). A low dose of dietary resveratrol partially mimics caloric restriction and retards aging parameters in mice. PloS one, 3(6), e2264.