鈣和蛋白質(zhì)與兒童骨骼健康的關(guān)系

畢小藝 張倩

中國疾病預(yù)防控制中心營養(yǎng)與健康所，北京 100050

骨質(zhì)疏松癥(osteoporsis，OP)是一種全身代謝性骨骼疾病，以骨量減少，骨脆性增加，骨微觀結(jié)構(gòu)退化為特征，從而導(dǎo)致骨折的危險(xiǎn)性增加[1]。國家衛(wèi)健委《中國骨質(zhì)疏松流行病學(xué)調(diào)查報(bào)告》發(fā)現(xiàn)，65歲以上人群骨質(zhì)疏松癥患病率達(dá)到32.0%，女性更達(dá)到51.6%，遠(yuǎn)高于男性的10.7%[2]。隨著人口老齡化速度加快，骨質(zhì)疏松的防治已成為嚴(yán)重的社會(huì)問題。據(jù)《2018年國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》顯示，我國60周歲及以上人口約2.5億，占總?cè)丝诘?7.9%[3]。預(yù)計(jì)到2050年，我國老齡人口將達(dá)到總?cè)丝诘?/3，骨質(zhì)疏松骨折的總治療費(fèi)用將達(dá)到254.3億美元[4]。

降低骨質(zhì)疏松癥發(fā)病率的一種有效而經(jīng)濟(jì)的方法是在兒童和青少年時(shí)期增加骨量，以達(dá)到最佳峰值骨量(peak bone mass，PBM)[5]。研究顯示，PBM每增長10%，未來罹患骨質(zhì)疏松性骨折的風(fēng)險(xiǎn)將減少50%，骨質(zhì)疏松癥發(fā)病年齡將推遲13年[6]。兒童期和青春期是骨量增加的關(guān)鍵時(shí)期，此期骨骼迅速增長、骨密度增加、骨量積累。影響骨量的因素包括遺傳與環(huán)境因素[7]。環(huán)境因素中，營養(yǎng)與骨質(zhì)疏松的發(fā)生和防治關(guān)系密切。鈣與骨骼的強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，蛋白質(zhì)是骨有機(jī)質(zhì)合成的重要原料。有研究顯示膳食蛋白質(zhì)攝入量與骨健康之間的關(guān)系可能受到鈣攝入量的影響。本文對(duì)近年來國內(nèi)外鈣和蛋白質(zhì)與兒童骨骼關(guān)系的研究進(jìn)行綜述。

1 鈣

1.1 我國兒童、青少年鈣攝入現(xiàn)狀

我國居民鈣的攝入量一直處于較低水平，近20年來更呈現(xiàn)略有降低的趨勢。處于青春發(fā)育期的兒童青少年是鈣攝入不足的高危人群[8]。《中國6～17歲學(xué)齡兒童營養(yǎng)與健康狀況2010-2013》[9]顯示，我國大部分兒童都存在膳食鈣攝入不足的情況，98.8%的 6～17歲兒童膳食鈣攝入量低于平均需要量(estimated average requirement，EAR)，膳食鈣平均攝入量僅為291.6 mg/d，遠(yuǎn)低于《中國居民膳食營養(yǎng)素參考攝入量》推薦的1 000 mg/d或1 200 mg/d，城市兒童(328.8 mg/d)高于農(nóng)村兒童(257.6 mg/d)，男生(298.5 mg/d)略高于女生(283.8 mg/d)。

1.2 鈣對(duì)骨骼健康的影響

鈣對(duì)骨量的促進(jìn)作用在低鈣攝入的兒童中更加明顯。Ward等[10]對(duì)西非岡比亞農(nóng)村地區(qū)的80名8.0～11.9歲低鈣攝入(平均338 mg/d)的男孩進(jìn)行前瞻性隊(duì)列研究，補(bǔ)充組(n=40)接受為期1年的碳酸鈣補(bǔ)充(1 000 mg/d，5 d/周)，平均補(bǔ)鈣 714 mg/d，干預(yù)結(jié)果顯示補(bǔ)充組全身骨面積(bone area，BA)、腰椎和全髖BA、骨量(bone mineral content，BMC)均高于對(duì)照組，提示補(bǔ)鈣可促進(jìn)低鈣攝入兒童的骨骼生長。Thacher等[11]對(duì)647名12～18個(gè)月的尼日利亞兒童(鈣攝入量僅為200 mg/d)進(jìn)行鈣補(bǔ)充隨機(jī)對(duì)照干預(yù)試驗(yàn)，將兒童隨機(jī)分配至補(bǔ)鈣組(維生素A+碳酸鈣400 mg/d)、魚肉組(維生素A+磨碎魚肉10 g，含鈣約529 mg/d)，對(duì)照組(維生素A 2500 IU/d)，結(jié)果顯示干預(yù)組遠(yuǎn)端和近端1/3橈骨和尺骨的骨密度(bone mineral density，BMD)增加，提示補(bǔ)鈣可增加橈骨和尺骨的BMD。一項(xiàng)對(duì) 16 個(gè)隨機(jī)對(duì)照研究的Meta分析發(fā)現(xiàn)，補(bǔ)充鈣劑有利于兒童BMD的累積，且兒童鈣攝入量越低，補(bǔ)充鈣劑后BMD增長幅度越大[12]。

有研究表明長期足夠的鈣攝入較短暫的鈣補(bǔ)充對(duì)增加BMD更有效。Closa-Monasterolo等[13]對(duì)參加兒童肥胖項(xiàng)目臨床試驗(yàn)(childhood obesity project clinical trial，CHOP)的兒童進(jìn)行前瞻性隊(duì)列研究，結(jié)果顯示6歲時(shí)的鈣攝入量與腰椎 BMD呈正相關(guān)(γ=0.205)；5～6歲或4～6歲階段高鈣組兒童的腰椎 BMD和全身 BMD均高于低鈣組兒童；高鈣攝入持續(xù)2年，腰椎 BMD Z值增加0.669，高鈣攝入持續(xù)3年，腰椎 BMD Z值增加0.773；高鈣攝入對(duì)全身 BMD的影響與腰椎BMD相似，提示兒童期長時(shí)間攝入足夠的鈣會(huì)增加BMD并降低骨質(zhì)疏松癥的風(fēng)險(xiǎn)。

國內(nèi)的研究也說明增加兒童、青少年膳食鈣攝入有助于獲得較高BMC和BMD。Ma等[14]對(duì)廣州地區(qū)220名12～14歲的漢族青少年(111名女生和109名男生)進(jìn)行了為期12個(gè)月的隨機(jī)干預(yù)試驗(yàn)，將受試者隨機(jī)分配至低鈣、中鈣、高鈣3個(gè)干預(yù)組中，每組的鈣補(bǔ)充量分別是300、600、900 mg/d，結(jié)果顯示高鈣組女孩股骨頸BMC增加幅度(9.7%)大于低鈣組女孩(6.4%)；高鈣組(15.7%)和中鈣組(15.8%)男孩的股骨頸BMC增加幅度也均大于低鈣組男孩(11.7%)，這提示增加鈣攝入量有助于提高青少年股骨頸骨礦物質(zhì)含量。

2 蛋白質(zhì)

2.1 我國兒童、青少年蛋白質(zhì)攝入現(xiàn)狀

與鈣攝入量較低情況不同，目前我國6～17歲兒童膳食蛋白質(zhì)攝入量基本達(dá)到推薦的范圍，平均每人每天53.6 g，城市兒童(54.4 g)高于農(nóng)村兒童(52.9 g)，男生(56.3 g)高于女生(50.5 g)，但兒童蛋白質(zhì)食物來源存在明顯的地區(qū)差別：大城市兒童蛋白質(zhì)來自動(dòng)物性食物的比例為47.7%，而貧困農(nóng)村兒童該比例僅為20.6%[9]。

2.2 鈣、蛋白質(zhì)對(duì)骨骼健康的影響

有研究顯示鈣的攝入量可影響膳食蛋白質(zhì)對(duì)兒童骨健康的作用，在攝入足夠鈣的情況下，增加膳食蛋白質(zhì)攝入可提高BMD、BMC，對(duì)骨健康具有潛在積極影響。Van den Hooven等[15]對(duì)參加西澳大利亞妊娠隊(duì)列的1024名子代進(jìn)行前瞻性隊(duì)列研究，觀察到14歲時(shí)以高蛋白質(zhì)、高鈣和高鉀攝入為特征的飲食模式的兒童，20歲時(shí)的BMD、BMC更高。薩斯喀徹溫大學(xué)兒童骨礦物質(zhì)積累研究(PNMAS)對(duì)133名學(xué)生(59名男性，74名女性)進(jìn)行縱向隊(duì)列研究，發(fā)現(xiàn)鈣攝入充足(1 247 mg/d)女性中蛋白質(zhì)攝入量可積極預(yù)測全身BMC、BMD及全身BMC凈增長，提示鈣攝入充足時(shí)，充足的蛋白質(zhì)攝入對(duì)年輕成年女性的骨量增長有利[16]。Sahni等[17]在弗雷明漢后代隊(duì)列研究中評(píng)估了1 752名男性和1 972名女性蛋白質(zhì)攝入量與髖部骨折的關(guān)系，12年隨訪中共發(fā)現(xiàn)44例髖部骨折，在鈣攝入量低于800 mg/d的人群中，最高動(dòng)物蛋白攝入人群的髖部骨折風(fēng)險(xiǎn)是最低組的2.8倍；然而在鈣攝入量高于800 mg/d的人群中，相關(guān)性被逆轉(zhuǎn)，最高蛋白質(zhì)攝入人群髖部骨折風(fēng)險(xiǎn)比最低蛋白質(zhì)消費(fèi)者低85%。結(jié)果顯示鈣攝入量大于800 mg/d時(shí)，動(dòng)物蛋白攝入量高可防止髖部骨折，而鈣攝入量較低的人效果則相反，這提示鈣改變了隊(duì)列中蛋白質(zhì)攝入和髖部骨折風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)聯(lián)。

在鈣攝入量不足時(shí)，膳食蛋白質(zhì)在體內(nèi)代謝過程中的產(chǎn)酸作用可能會(huì)對(duì)骨骼產(chǎn)生負(fù)面影響[18]。Mangano等[19]分析美國2005-2008年全國健康和營養(yǎng)檢查調(diào)查的數(shù)據(jù)，對(duì)1 218名男性和907名女性的膳食酸負(fù)荷和鈣攝入量與骨密度之間的關(guān)系進(jìn)行評(píng)估，男、女性之間存在差異：在鈣攝入量低(低于800 mg/d)的男性中觀察到膳食酸負(fù)荷(dietary acid load，DAL)與股骨近端骨密度呈負(fù)相關(guān)，在女性及鈣攝入量高于800 mg/d的男性中沒有發(fā)現(xiàn)這樣的關(guān)聯(lián)，提示膳食鈣攝入對(duì)抗DAL對(duì)骨健康的不良影響的重要性，但仍需進(jìn)一步的前瞻性研究確定低鈣攝入時(shí)DAL與骨密度之間的潛在變化關(guān)系。Zhang等[5]對(duì)北京市區(qū)757名10歲的青春期前女孩進(jìn)行了為期5年的研究，包括對(duì)干預(yù)組進(jìn)行兩年的牛奶補(bǔ)充試驗(yàn)及3年的隨訪研究，干預(yù)組的鈣和蛋白質(zhì)攝入量在補(bǔ)充期間分別達(dá)到774 mg/d和61 g/d，控制鈣和其他因素的混雜后發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)尤其是動(dòng)物蛋白攝入對(duì)全身、前臂近端及前臂遠(yuǎn)端的BMC、BA具有顯著負(fù)面影響，提示高蛋白質(zhì)攝入可能對(duì)低鈣攝入青春期女孩的骨量增加有負(fù)面影響。吳非同等[20]對(duì)北京市懷柔區(qū)342名12～16歲學(xué)生(男生170人，女生172人)進(jìn)行橫斷面研究，也有類似發(fā)現(xiàn)。此外，近年的研究大都是橫斷面研究，且研究對(duì)象多集中在老年人及絕經(jīng)期女性中，而兒童、青少年方面需要進(jìn)一步進(jìn)行隊(duì)列或干預(yù)研究加以證實(shí)。

膳食蛋白質(zhì)對(duì)骨骼健康的生理學(xué)機(jī)制尚處于探索之中。有研究提示，膳食蛋白質(zhì)不僅可通過增加腸道鈣吸收、促進(jìn)尿鈣排泄等與鈣聯(lián)合作用于骨骼，還可單獨(dú)影響骨骼健康。

有研究顯示，膳食蛋白質(zhì)可增加腸道鈣吸收，但目前仍存在爭議。Cao等[18，21]對(duì)16名絕經(jīng)期婦女進(jìn)行隨機(jī)對(duì)照蛋白質(zhì)干預(yù)試驗(yàn)，分別食用低蛋白低酸負(fù)荷膳食(LPLP；總蛋白質(zhì)：61 g/d；潛在膳食酸負(fù)荷：-48 mEq/d)和高蛋白高酸負(fù)荷膳食(HPHP；總蛋白質(zhì)：118 g/d； 潛在膳食酸負(fù)荷：33 mEq/d)，保證不同飲食模式間鈣的攝入量沒有差異，且對(duì)鈣進(jìn)行同位素標(biāo)記，結(jié)果顯示HPHP膳食組的腸道鈣吸收分?jǐn)?shù)較LPLP組增加了4%，但差異沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。然而，Heaney等[22]使用雙同位素方法對(duì)191名48歲左右的女性進(jìn)行鈣代謝平衡實(shí)驗(yàn)，沒有觀察到蛋白質(zhì)攝入影響鈣吸收。Remer等[23]認(rèn)為高蛋白膳食缺乏纖維和草酸是導(dǎo)致鈣吸收分?jǐn)?shù)增加的原因。目前缺乏兒童、青少年時(shí)期膳食蛋白質(zhì)攝入與鈣吸收關(guān)系的實(shí)驗(yàn)研究。

同時(shí)，膳食蛋白質(zhì)還是尿鈣排泄的公認(rèn)決定因素[24]。Bihuniak等[25]對(duì)10名(64.2±7)歲的絕經(jīng)后女性進(jìn)行為期10 d的乳清蛋白補(bǔ)充干預(yù)試驗(yàn)(45 g/d)，觀察到24 h尿鈣排泄量從基線(0.29±0.06) mg/mg增加至(0.35±0.06) mg/mg，提示每增加40 g膳食蛋白質(zhì)將導(dǎo)致尿鈣平均增加(4.76±1.84) mg。蛋白質(zhì)尤其是動(dòng)物蛋白是含硫氨基酸氧化產(chǎn)生硫酸的主要產(chǎn)酸成分[21]，輕度代謝性酸中毒會(huì)出現(xiàn)高鈣尿癥，減輕腎小管對(duì)鈣的再吸收，并增加破骨細(xì)胞介導(dǎo)的骨吸收和骨溶解，抑制成骨細(xì)胞介導(dǎo)的骨形成等[22]，這些因素都可能與膳食蛋白質(zhì)增加尿鈣排泄有關(guān)。但Cao等[21]對(duì)32名男性和7名女性進(jìn)行蛋白質(zhì)補(bǔ)充干預(yù)試驗(yàn)，分別提供0.8 g/(kg·d)(11名男性、2名女性)、1.6 g/(kg·d)(11名男性，3名女性)和2.4 g/(kg·d)(10名男性，2名女性)的蛋白質(zhì)，持續(xù)補(bǔ)充31 d后，發(fā)現(xiàn)膳食蛋白質(zhì)對(duì)體內(nèi)的鈣儲(chǔ)留及尿鈣排泄沒有影響，認(rèn)為短期食用高蛋白膳食不會(huì)破壞鈣穩(wěn)態(tài)且對(duì)骨骼沒有害處。以上研究僅基于對(duì)鈣穩(wěn)態(tài)的短期測量，仍需長期干預(yù)研究來評(píng)估高蛋白膳食對(duì)BMC和BMD的影響。

此外，膳食蛋白質(zhì)對(duì)骨骼健康可能具有獨(dú)立作用，目前越來越多的證據(jù)支持膳食蛋白質(zhì)可對(duì)BMC、BMD產(chǎn)生積極影響[26-27]。這與膳食蛋白質(zhì)刺激胰島素樣生長1(insulin-like growth factor 1，IGF-1)的產(chǎn)生有關(guān)，IGF-1因子可增加骨形成，刺激成骨細(xì)胞的數(shù)量和活性，限制和減少骨吸收的破骨細(xì)胞的分化[28]。此外，膳食蛋白質(zhì)還可通過提高肌肉質(zhì)量與力量，誘導(dǎo)骨骼肌合成、抑制甲狀旁腺激素等來促進(jìn)骨量增長[29-30]。

綜上所述，充足的鈣攝入不僅可單獨(dú)提高兒童骨量，還可能會(huì)抵消一部分蛋白質(zhì)對(duì)骨骼的負(fù)面作用，但其中的作用機(jī)制需要深入研究。這為探索兒童、青少年膳食中鈣與蛋白質(zhì)的合適比例以促進(jìn)骨骼健康成長、發(fā)育提供了新思路，國內(nèi)外需要更多的研究明確鈣和蛋白質(zhì)與兒童骨骼健康的關(guān)系。