營養學/營養與遺傳的密切關係

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臨床營養學

營養與遺傳
- 營養與遺傳的密切關係
- 遺傳病的營養治療
- 營養與遺傳章節參考文獻

30.1.1　營養素與進化和遺傳

器官的功能與物質代謝與遺傳有關，這是在漫長的進化過程中形成的。水是重要的營養素，占人體體重60～70%。缺水就會影響全身組織與細胞的功能，甚至危及生命。為了保證身體不缺水，一方面通過神經肌肉的活動而喝水，另一方面通過垂體後葉（神經垂體）分泌激素作用於泌尿系統，從而增加水分的重吸收。在進化過程中，魚類、兩棲類、爬蟲類、鳥類以至哺乳類，逐漸擺動脫了時刻沉浸在水中的生活環境，轉移到陸地生活，獲得了離開水的自由，這在很大程度上與神經垂體能分泌更有效和更足量的抗利尿激素（antidiuretio hormone,ADH）有關。在脊椎動物非哺乳類，其神經垂體只能分泌精氨酸血管催產素（arginne vasotocin）。這也是由8個胺基酸殘基組成的多肽；它與血管加壓素（vasopressin）在化學結構上的差別僅僅是在第3個胺基酸以異亮氨酸置換了苯丙氨酸。在硬骨魚類、兩棲類、爬蟲類和許多鳥類的神經垂體還分泌催產素。而哺乳類，其中包括人類的神經垂體則分泌催產素和血管加壓素。比較一下各種脊椎動物神經垂體分泌抗利尿激素的異同，其對水需要的程度，就說明生物的遺傳明顯地影響了營養素——水的代謝與需要。

食草類動物胃腸道的消化酶可以將含於草中的複雜的碳水化物分子結構分解，予以利用。人類只能消化澱粉、糖原和雙糖，使之成為單糖而吸收。草含蛋白質的量少，故食草動物需有發達的胃腸道才能從草中獲取足夠的養料。人類食物營養價值高，胃腸道比較不發達。

維生素缺乏的環境因素固屬重要，但維生素的代謝過程與其缺乏所致疾病與遺傳有密切關係。魚類不能合成維生素C；兩棲類、爬蟲類、低級的鳥類和大多數哺乳類能合成維生素C；高級的鳥類和哺肊類中的靈長類、翼翅類和天竺鼠卻又失去合成維生素C的維力。人類屬於靈長類，一般需要從食物中供給維生素C。但不同的人種和個體對於維生素C的需要量有所不同。諾爾曼人和居於沙漠的部族以熟食為主食，很少吃新鮮蔬菜。雖然他們每天達到的維生素C量少於2mg，但不發生壞血病。另一例證是當Vasco da Gama在1498年率船員在好望角探險時，由於船員長期缺乏含維生素C的食物，在160名船中100人死於壞血病。其他的人生存下來，有些人並無甚症状。以上說明有些人在一定情況下也能合成維生素C，可能倉促保存了生物進化過程中合成維生素C的潛在能力。

葡萄糖轉變為丙酮酸之後，進一步進入三羧循環氧化是一個最基本的代謝過程。此代謝過程在生物中普遍存在，並需要硫胺素焦磷酸參與這一代謝過程。許多微生物都能合成維生素B₁。但高等運動卻必須從食物中獲取維生素B₁。既然微生物本來能合成維生素B₁而這種維生素在生命中又如此重要，何以許多種生物需要B₁的補充來維持生命呢？其解釋是:B₁本來是機體胞質內的組成部分，生物在進化過程中由於基因空變喪失了合成B₁的作用。這是一種後退性的進化。

鞭毛原生動物（flagellate protozoa）的眼點已有胡蘿卜素。甲殼綱和頭足綱動物的眼睛出現維生素A₁。脊椎動物淡水魚開始出現維生素A₂。以上是分子結構在進化和遺傳上的例證。在低等運物，維生素A只參與視覺功能，而在高等動物維生素A不但保證視覺，而且對於保持皮膚與粘膜的健全，動物的生長和抵抗感染的能力均有關係。比較維生素A在低等動物與高等動物的功能，可以認識到在進化與遺傳的過程中由於靶細胞起了變化，維生素A的作用也得到擴展。

綜上所述，營養物質的需要、代謝、功能和缺乏所引致的疾病與遺傳有關。

30.1.2　基因、酶與物質代謝

（1）基因突變引致代謝異常遺傳的物質基礎是基因。基因由脫氧核糖核酸（DNA）以雙螺旋帶的形式排列而成。DNA由脫氧核糖、磷酸基、嘌呤和嘧啶鹼基組成。基因中的鹼基排列順序決定了蛋白質合成時胺基酸排列的順序。酶是屬於蛋白質，其生物合成也決定於相應的基因。染色體是基因的攜帶者。因此，染色體畸變或基因突變都可引起遺傳物質基礎的改變。基因突變若引起相應的酶的變化就導致代謝的改變，發生遺傳性代謝疾病。新陳代謝的物質基礎就是各種營養素，故遺傳性代謝疾病的本質是營養素的代謝紊亂。例如，精氨（基）琥珀酸尿症（argininosuccinic aciduria）是一種常染色體隱性遺傳性疾病，由於缺乏精氨（基）琥珀酸裂解酶（argininosuccinatelyase）與精氨（基）琥珀酸酶（argininosuc-cinase），因而病人尿中精氨（基）琥珀酸增加、血氨有時增加。臨床表現為身體與智能發育遲緩，肝腫大、皮膚病變、頭髮脆而呈結節且在熒光照射下呈紅色反應、癲癇和發作性昏迷。減少食物中蛋白質含量可減輕症状。

（2）利用營養素改善代謝有些遺傳疾病的發病機制是營養素在吸收、轉化和排泄過程的障礙，因而某些營養素在體內缺乏、累積或代謝產物過多，導致病變。利用營養療法可以改善某些遺傳病的症状。

①消化道轉動系統缺陷:例如腸單糖酶缺乏症（intestinal monosaccharidase deficiency）的患者之腸道不能轉動（吸收）葡萄糖和半乳糖，故又稱葡萄糖-半乳糖吸收不良症。病人進食葡萄糖、半乳糖後發生腹瀉；進食蔗糖或乳糖後因經腸道消化後亦產生葡萄糖或半乳糖故亦不能耐受。長期腹瀉亦導致蛋白質、脂肪和維生素的缺乏，病兒消瘦、發育不良。治療時只要食物中不含上述糖類好可使症状好轉。患者對果糖與木糖卻可耐受和吸收。

②體內酶的缺陷引起營養素不能代謝:這一類缺陷在遺傳性代謝病中最為多見，屬於此類的疾病病種極多。例如遺傳性果糖不耐受症（果糖血症）是屬於常染色體隱性遺傳性疾病。患兒出生時良好，哺母乳亦佳；斷奶後因食物中加入食糖（蔗糖），就不能耐受。食物中的蔗糖經消化後產生果糖，或食物中含果糖（水果）以致引起病兒嘔吐、營養不良和低血糖，而血中果糖增高。發病機制是由於肝臟缺乏果糖-1-磷酸醛縮酶（fructose-1-phos-phate aldolase），不能利用果糖-1-PO₄。果糖-1-PO₄在血中升高，在肝與腎累積而引起症状。治療原則是從嬰兒期開始，食物中禁用果糖與蔗糖，可使患者健康。

③代謝產物的累積:前述體內酶的缺陷引致營養素不難代謝，可以有四種不良的後果。其一是能量供給不足。其二是形成某種組織器官結構原料的缺乏。其三是代謝產物的毒性作用。其四是累積於某些器官影響了器官的發育與功能。某種營養素代謝障礙可同時發生上述幾種不良後果，或只發生一種不良後果。其中代謝產物的累積是許多遺傳性代謝病的重要發病機制。

例如尿黑酸尿症（alcaptonuria）是一種常染色體隱性遺傳病，缺乏尿黑酸氧化酶（homogentisc acid oxidase）。當食物中的蛋白質被消化後其中的酪氨酸被吸收入體內，酪氨酸轉化為對羥苯丙酮酸，後者再轉化為尿黑酸（homogentisic acid）。尿黑酸的進一步代謝則需要尿黑酸氧化酶，如其缺乏可導致尿黑酸累積。病者的尿放置後變成黑色，故名尿黑酸尿症。尿黑酸在血中濃度增高，沉積於軟骨，分子聚合形成一種棕褐色物質，使軟骨及關節呈棕褐色和變性。累積於心臟而發生心肌病和心肌梗塞。治療原則應是低蛋白質或低酪氨酸的飲食。

④代謝產物過多呈現毒性:次黃嘌呤-鳥嘌呤轉磷酸核糖基酶缺乏症［hypoxanthine-guanine phosphoribosyltransferase(HGPRT)deficiency］的病者血中尿酸過多，引起四肢麻痹、棄攣、智能發育不全。由於痙攣而不自主地咬傷唇、舌、指等，故又名自毀容貌症候群。若此酶部分缺乏就發生痛風。患者食物應少含肉類、肝、腎、咖啡、茶等。

⑤代謝物質缺乏:甲狀腺腫性矮呆症病人不能合成甲狀腺激素，發生甲狀腺功能減退症。此種病有若干類型，其中有些類型是由於利用碘不足或對碘不能回收使用，故食物中含大量碘對病人有好處。腎性尿崩症患者尿量劇增時，須補充大量水分。

⑥利用維生素改善某些代謝疾病:維生素以輔酶的作用幫助物質代謝。故大量維生素可使某些代謝性疾病好轉。例如大劑量維生素B₆對於吡啶醇依賴性抽筋，家庭性低色素性貧血、胱硫醚尿症、黃嘌呤脲烯酸尿症、高胱氨酸尿症和高草酸尿症等有療效。

30.1.3　遺傳病的營養治療原則

（1）多則減少例如有許多種胺基酸代謝病，由於病者體內缺乏某種酶，致使相應的胺基酸不能進行代謝，其血液濃度升高，發生毒性作用。苯丙酮尿症、楓糖尿病、精氨（基）琥珀酸尿症、組氨酸血症、高脯氨酸血症、高胱氨酸尿症、鳥氨酸氨甲醯轉移酶缺乏症、瓜氨酸血症、精氨酸血症、高纈氨酸血症、異戊酸血症、丙氨酸血症、高甘氨酸血症、高賴氨酸血症、高蛋氨酸血症等都屬於這一類疾病。這些疾病常有智能低下、癲癇、身體發育欠佳等症状。治療的原則是從嬰兒開始，給以含相應的胺基酸較少的食物。如有條件可以給特別製備的含該種胺基酸較少的多種胺基酸混合劑。同時給以適量的碳水化物、脂肪、礦物質與維生素。若無特製的胺基酸混合劑，則給以低蛋白飲食亦有一定效果。低胺基酸與低蛋白質飲食的控制目標是:其量剛可以保證嬰兒或兒童的生長，又保證不發生相應的高胺基酸血症的毒性症状。

含蛋白質低的果子和蔬菜:蘋果、香蕉、草莓、包心菜、香瓜、紅蘿卜、芹菜、櫻桃、黃瓜、梅子、蘿卜、柑橘、番茄、西瓜。澱粉中的玉米（玉蜀黍）含苯丙氨酸量低。利用上述素食品，可構成低蛋白飲食。

上述多則減少的原則可用以治療許多種疾病。家庭性高膽固醇血症病者應用低膽固醇飲食。血色病患者應用低鐵飲食。肝豆狀核性變患者應用低銅飲食。

（2）缺則補充遺傳性腸病性肢皮炎（acrodermatitis enteropathica）患者缺鋅，給以含鋅的藥物與食物可使病情好轉。腎性尿崩症患者應補充大量水分。遺傳性甲狀旁腺功能減退症病人宜吃含鈣多的食物。

（3）不耐受者禁食蔗糖酶缺乏症是常染色體隱性遺傳病，服蔗糖後腹瀉，應禁用蔗糖。葡萄糖-6-磷酸脫氫酶缺乏的患兒吃蠶豆易發生溶血性貧血（蠶豆黃），故不能吃蠶豆。

（4）改善代謝維生素B₁改善乳酸酸中毒（lactic acidosis）和楓糖尿病。尼克酸對Hartnup病和色氨酸尿症有療效。維生素B₁₂對於甲基丙二酸尿症有療效。生物素對於高丙酸血症有療效。維生素B₆改善數種遺傳病的代謝已見前述。以上治療均需大劑量的維生素方有奏效。

（5）減輕症状遺傳性腎炎（Alport病）患者若有尿毒症和水腫，應給予低蛋白，低鹽飲食。胱氨酸尿症（cystinuria）患者易發生胱氨酸結石，多喝水可減輕症状。囊性纖維變性（cystic fibrosis）的患者胰腺外分泌欠佳，給以胰酶及適當飲食可減輕消化道症状。

（6）妊娠時更應注意營養治療有些遺傳病在妊娠時惡化。例如糖尿病屬於多基因遺傳病。妊娠時糖尿病常加重，其時飲食治療非常重要。又例如患苯丙酮尿症的若者從嬰兒期就給以低苯丙氨酸的飲食，可使生長發育正常。6歲後由於酶系統逐漸代償，可以在定期追蹤複查的情況下，終止低苯丙氨酸飲食。若此女孩長大成人並結婚，於妊娠時又應恢復低苯丙氨酸飲食，以免孕婦的高苯丙氨酸血症引起胎兒神經系統的病變。

（7）營養治療越早越好由於代謝性遺傳病是與生俱來的，一些致病物質在嬰兒期就引起損害。若延誤治療，病變已嚴重就不可能恢復。對於各種胺基酸代謝病均應在出生後開始治療。

（8）營養治療應注意年齡特點營養治療與年齡的關係包括幾個方面:①年齡與生長有關，例如在治療兒童型糖尿病時，因考慮到兒童生長發育需要充足的營養這一特點，在飲食方面放寬一些，藥物治療加強一些。成人型糖尿病的飲食治療就要嚴格一些；②年齡與妊娠有關，前文已述及；③年齡與發病有關。有些遺傳病是從嬰兒與兒童期發病的，但有些遺傳病到老年才發病。例如:乳糖酶缺乏症在東方人是頗常見的。患者在嬰兒時胃腸道乳糖酶正常，哺乳並無症状。但在中年之後乳糖酶逐漸減少，每吃牛乳或其製品發生腹瀉。長期吃乳可引起慢性腹瀉及消瘦。停服乳類後症状即好轉。有一些患者給以少量可耐受量的牛乳，並且逐日遞增。由於身體的適應能力，胃腸道乳糖酶逐漸增加，亦可恢復對牛乳的耐受；④年齡與病情有關。一些因代謝異常所致某種物質在體內累積的病，因年齡增長，該種物質累積漸多而病情加重。血色病患者由於鐵在肝臟累積，往往於中年這後發生肝硬化。此時除驅鐵療法（包括放血療法）之外，針對肝硬化的營養治療就非常重要。

（9）增進健康營養療法並非只圖供給豐富的營養素，更不是要使身體越胖越好，而是在於增進健康。肥胖病屬於有遺傳傾向性的病。治療以限制總熱量與稍高的蛋白質為宜，同時加強身體鍛煉，使體重減輕與體質增強。甲狀腺功能亢進症也屬於有遺傳傾向性的病。因其代謝率亢進，身體消瘦，故應給以高熱量及豐富的各種營養素，配合藥物治療，使體重增加，健康恢復。許多遺傳病凡是身體消瘦虛弱、或缺乏某種營養時均應注意營養治療。內經有「精不足者，補之以味」，是指陰髓枯竭、消瘦體弱應從飲食營養中使身體恢復，也是同樣意思。

（10）注意餵養方法許多種遺傳病具有兔唇或裂齶、或兼而有之。這使嬰兒的餵養增加了困難，但必須克服。有些遺傳病有抽筋或昏迷，在發生這些症状時須從靜脈給予營養。有些遺傳病患者智能低下，故餵養要耐心。遺傳病種類繁多，症状各異，餵養要分別情況對待。