A bőr karotinoid státusa rezonancia Raman spektroszkópiával mérve, mint óvodáskorú gyermekek gyümölcs- és zöldségfogyasztásának biomarkere

Tárgyak

Absztrakt

Háttér/cél:

A gyermekek étrend-értékelése nehéz, ami arra utal, hogy objektívebb biomarkerekre van szükség a bevitelhez. Rezonancia Raman spektroszkópia (RRS) egy nem invazív, validált módszer a karotinoid állapot mérésére a bőrben, mint a gyümölcs/zöldség bevitelének biomarkere. Ennek a tanulmánynak az volt a célja, hogy megvizsgálja az RRS alkalmazásának alkalmazhatóságát óvodáskorú gyermekeknél, leírja a bőr karotinoid státusának személyek közötti variabilitását és meghatározza a biomarkerrel összefüggő tényezőket ebben a populációban.

Tantárgyak/módszerek:

Keresztmetszeti vizsgálatot végeztünk 381 gazdaságilag hátrányos helyzetű óvodás korú városban Connecticutban (USA). Összességében 85,5% volt fekete nem hispán vagy spanyol/latin, 14,1% elhízott és 16,9% volt túlsúlyos az életkor- és nemspecifikus testtömeg-index (BMI) percentilis alapján. A gyermekek bőrének karotinoid állapotát az RRS értékelte a tenyerében. A gyümölcs/zöldség fogyasztást egy rövid szülő/gondviselő által kitöltött élelmiszer-gyakorisági szűrő és egy tetszésszerű felmérés értékelte.

Eredmények:

Megfigyeltük az RRS-értékek egyének közötti eltérését, amely szinte normálisan oszlott el. A többszörös regressziós analízis során az RRS által mért magasabb karotinoid státusz pozitívan társult a gyümölcs/zöldség fogyasztással (P= 0,02) és gyümölcs/zöldség preferencia (P

Bevezetés

Az étrend értékelése eleve nehézkes, és további komplikációkkal jár a gyermekeknél. Az önbevallási módszerek torzításnak és mérési hibának vannak kitéve a jelentési problémák, az adagméret-becslés és a pontatlan visszahívás miatt. 1, 2 Az óvodásoknál az étrend értékeléséhez meghatalmazott riporter, általában szülők vagy tanárok segítsége szükséges. 3 A közvetlen megfigyelési technikák (például a lemért hulladék vagy a digitális fényképezés) a becsléseknél érvényesebb becslést kínálnak, mint a kérdőívek, 4, 5, de ezek a módszerek fáradságosak, csak kis populációkra korlátozódnak, és nem tükrözik a szokásos étrendi bevitelt. Az irodalom is támogatja az ételkedvelési/preferencia skálák használatát a bevitel értékelésére, feltételezve, hogy az egyének szokásosan azt fogyasztják, amit szeretnek, és kerülik azt, amit nem. 6, 7 A táplálkozási állapot objektívebb mércéinek invazivitása, amely általában plazmamintákat vesz igénybe a biokémiai elemzéshez, korlátozza azok megvalósíthatóságát a kisgyermekek számára. Ezért szükség van egy érvényes, gyors és nem invazív módszerre a gyermekek táplálkozási állapotának felmérésére biomarkerekkel, például karotinoid státusszal a gyümölcs- és zöldségbevitel becsléséhez.

A karotinoidok olyan növényi pigmentek, amelyek felelősek a vörös, narancssárga és sárga színért. Az antioxidánsoknak minősített karotinoidoknak javasolt szerepük van számos betegség megelőzésében, ideértve a rákot, a 8, 9, 10, 11 szívbetegségeket 12, 13, 14 és az életkorral összefüggő szembetegségeket, 15, 16, valamint a minden okból eredő mortalitást . 17 Mivel a karotinoidok nem találhatók jelentős koncentrációban más élelmiszerekben, de a gyümölcsökben és zöldségekben széles körben elterjedtek, a gyümölcs- és zöldségfogyasztás jelenlegi legjobb biomarkereinek tekintik őket. 18 A karotinoidok értékelésének hagyományos megközelítései gyakran függnek az élelmiszerek karotinoid-tartalmának becsléséhez szükséges élelmiszer-összetétel adatbázisokhoz kapcsolódó gyümölcs- és zöldségfogyasztástól. Az étrendi beavatkozási kísérletek eredményei azonban arra engedtek következtetni, hogy az ön által bejelentett karotinoid-bevitel torzítással és mérési hibával járhat. Alternatív megoldásként biokémiai elemzéseket, például nagy teljesítményű folyadékkromatográfiát lehet alkalmazni a karotinoidok plazma- vagy szövetmintákban történő mérésére. 20, 21

A nem invazív, olcsóbb, de érzékeny optikai monitorozási technológiák alternatívája a nagy teljesítményű folyadékkromatográfia helyett az élő szövetek karotinoidjainak mérésére. Különösen a rezonancia Raman spektroszkópia (RRS) jelent meg a karotinoid állapot objektív mutatójaként. 22., 23. Újszerű, nem invazív technika a karotinoid állapotának mérésére a bőrön látható fény felhasználásával. Az RRS egy kis szondát használ egy kék hullámhosszú lézerrel (λ= 488 nm) a bőr teljes karotinoid-koncentrációjának mérésére. 24 A Raman-szórt fény egyedi molekulaszerkezetük (szén-kettős és egyszeres kötések váltakozása) és rezgési energiaszintjük alapján spektrális ujjlenyomatot készít a karotinoid molekulákról. A Raman-szkennelés egyik legkedveltebb testhelye a tenyér, mert a stratum corneum, a külső bőrszöveti réteg, ahol a karotinoidok koncentrálódnak, viszonylag vastag, és a melanin-tartalom kevésbé változó a különböző fajú és etnikumú egyének között. 23

Tantárgyak és módszerek

Vizsgálati populáció

A gazdaságilag hátrányos helyzetű gyermekek közösségi alapú mintáját hat szövetségi és állam által támogatott óvodai programból toborozták két városi központba Connecticutban, az Egyesült Államokban. 2008 augusztusában és szeptemberében 381, elsősorban fekete nem spanyol, illetve spanyol/latin etnikai hátterű, 3–5 éves óvodás korú gyermeket vontak be a mintába az RRS tesztelésére. szülőtől vagy gondozótól, és a gyermekektől orális hozzájárulást kaptak az RRS-vizsgálat előtt. Valamennyi eljárást a Yale Egyetem Orvostudományi Egyetemének és a Connecticuti Egyetem Intézményi Felülvizsgálati Testületeinek jóváhagyta.

Adatgyűjtés

A résztvevők jellemzői

A szülők kitöltöttek egy alap kérdőívet (angol és spanyol nyelven), hogy demográfiai információkat gyűjtsenek gyermekükről, ideértve a születési dátumot, a nemet, a fajt/etnikai hovatartozást, a szülő/gondozó dohányzási státuszát és a család jelenlegi részvételét az Egyesült Államok kiegészítő táplálkozási értékelési programjában ( SNAP). A gyermekek születési dátumát és nemét az iskolai felvételi nyilvántartással igazolták. A magasságot és a súlyt regisztrált dietetikus mérte platform mérleg és sztadiométer segítségével (SECA, Hanover, MD, USA). A gyerekeket cipőjükkel lemérték, hogy megfeleljenek az iskola tűzvédelmi előírásainak. Ezeket a méréseket használták a testtömeg-index (BMI), valamint az életkor- és nemspecifikus percentilisek (BMI%) kiszámítására a 2000 CDC-szabvány alapján („túlsúlyos” ⩾ 85. percentilis és „elhízott” ⩾ 95. percentilis). 31, 32

Rezonancia Raman spektroszkópia

Gyümölcs- és zöldségbevitel és preferencia

Statisztikai analízis

Leíró statisztikákat kaptunk a folyamatos válaszváltozóról, a bőr karotinoid állapotának átlagos RRS-értékeiről, valamint a demográfiai kovariátok, valamint a gyümölcs- és zöldségfogyasztás fő hatásáról a válaszváltozóhoz viszonyítva. A bőr karotinoid státusának változékonyságának becsléséhez az RRS-értékek hisztogramját (a bőr Raman-intenzitásában mérve) ábrázoltuk a teljes mintára, a három ismétlődő érték átlagának felhasználásával. RRS átlagértékeket és mediánokat becsültünk öt faji és etnikai csoportra (spanyol, fekete, nem spanyol, fehér, nem spanyol, biraciális és egyéb), és a BMI percentilis alapján a nemre és az életkorra, a súlyállapot (alsúlyú) folyamatos és kategorikus változójaként (⩾ 95. percentilis)). Varianciaelemzést végeztek annak tesztelésére, hogy a két csoport összehasonlítása az RRS átlagértékek között szignifikánsan eltér-e 0,05 szinten.

Számos változót választottak ki a vizsgálatra, mint az összes bőr karotinoid státusának fő előrejelzőjét, RRS-vel mérve az óvodáskorú populációban: a szülő által jelentett FFS és tetszésmérés alapján becsült gyümölcs- és zöldségfogyasztás, a nem és az életkor BMI-percentilise, az SNAP jelenlegi részvétele ( igen/nem) és az életkor (hónap). Meghatározták az érdekes kovariátokat eleve és tartalmazta a fajt/etnikumot, a nemet (férfi/nő) és a földrajzi iskola helyét (hatszintű kategorikus változó). Az egyes prediktor változók és kovariátok fő hatását egyváltozós lineáris regressziós analízissel vizsgáltuk, hogy meghatározzuk az RRS által mért független hatásokat a teljes bőr karotinoid állapotra. Ezután egy többváltozós regressziós analízist végeztünk a karotinoid státus meghatározóinak azonosítására az óvodai mintánkban, a kovariánsok korrekciójával. Az étrendi bevitel és a tetszés mértékét külön modelleztük (például nem szerepeltek egyidejűleg ugyanazokban a modellekben), mint az RRS lehetséges előrejelzői. Az összes statisztikai számítást az SAS 9.1 (SAS Institute, Inc., Cary, NC, USA) alkalmazásával végeztük. P-A 0,05 érték statisztikailag szignifikánsnak tekinthető.

Eredmények

Összesen 381 gyermek bőrének karotinoid státusát értékelték az RRS-szel, és az étrendi kérdőíveket szülő vagy gondozó töltötte ki. A gyerekek a mérés során együttműködőek voltak, nem számítottak váratlan nehézségekre. Tekintettel az RRS használatának egyszerűségére és gyors jellegére, az 1. táblázat Resonance Raman spektroszkópiás méréseit az összesített karotinoidokra vonatkozóan az óvodai minta kiindulási jellemzői alapján legfeljebb 60 gyermeket tudtuk leolvasni (N= 381)

Az 1. ábra az RRS-értékek eloszlását mutatja, a bőr Raman-intenzitásértékeként mérve (három leolvasás átlaga) az óvodai minta esetében. Az átlagos RRS-érték 20,48 volt, szórása 6,68. Az adatok megközelítőleg normális eloszlásúak voltak, enyhe jobbra ferdítéssel (Anderson – Darling teszt a normalitáshoz), P 1.ábra

Az egyváltozós lineáris regressziós elemzést követően az RRS-vel mért teljes bőr karotinoid státuszra gyakorolt független hatások meghatározására (az adatokat nem mutatjuk be) többszörös lineáris regressziót alkalmaztunk a bőr karotinoid státusának fő előrejelzőinek azonosításához az óvodáskorú populációban, a kovariánsok kiigazításával (2. táblázat ). A kiigazított elemzések során szignifikáns pozitív összefüggést figyeltek meg a bőr teljes karotinoid státusza és a szülők által jelentett gyümölcs- és zöldségfogyasztás között, a tetszésméréssel mérve (P 2. táblázat: A bőr karotinoid státusának fő előrejelzői, a kovariánsok kiigazításával a

Vita

Az alulteljesített óvodások ebben a vizsgálatában jól elfogadtuk a technikát, és megfigyeltük a bőr karotinoid státusának megközelítőleg normális eloszlását, RRS-vel mérve. A szülők által jelentett gyümölcs- és zöldségfogyasztás mellett az életkor és a fehér nem hispán faj/etnikum is pozitívan társult a bőr karotinoid státusával óvodáskorú populációnkban, míg a szülők által jelentett SNAP részvétel és a mért BMI alacsonyabb karotinoid státuszt jósolt. Az étrendi gyümölcs- és zöldségfogyasztás mindkét mutatója (bevitel és preferencia) szignifikánsan korrelált a bőr karotinoid állapotának objektív mutatójával, annak ellenére, hogy a bevitel meglehetősen rövid és korlátozott becslések voltak.

Bár annak bizonyítéka, hogy az RRS a gyümölcs- és zöldségfogyasztás megbízható és érvényes biomarkere, egészséges felnőtteknél végzett számos tanulmányból származik, amint azt korábban tárgyaltuk, ez volt az első olyan tanulmány, amelyben az RRS-t alkalmazták a bőr karotinoid státusának változékonyságának becslésére a gyermekek nagy mintájában. Ez az erőfeszítés egy hordozható Raman szkenner használatát jelentette, amelyet kifejezetten a jelen tanulmányban való felhasználásra fejlesztettek ki. Az előző kutatásaink során használt Raman szkenner nem volt hordozható, és az itt közölt RRS-értékek más intenzitási skálát használnak, mint más általunk publikált eredmények, amelyeket egy másik műszer (például a lézer, a spektrográf és az optikai komponensek) segítségével kaptunk. . 23, 25, 35 Megfigyeltük, hogy a gyerekek együttműködőek voltak a pásztázás során, ami arra utal, hogy az RRS megvalósítható, nem invazív módszer a relatív gyümölcs- és zöldségfogyasztás értékelésére a fiatal populációkban. Az ebben a populációban észlelt egyének közötti változékonyság hasonló volt a felnőtteknél tapasztaltakhoz, és arra utal, hogy az RRS objektívebb étrend-mérőszámként alkalmazható a rossz karotinoid státuszú gyermekek azonosítására, akiket veszélyeztethet a táplálkozással összefüggő betegségek.

Lehetséges, hogy a bőr melanintartalma befolyásolhatja a karotinoid státusz RRS-mutatóit, különösen ebben a sokszínű gyermekpopulációban. Korábbi munkánk során alaposan megvizsgáltuk azoknak a résztvevőknek az RRS-adatait, akik önmagukat sötét bőrnek azonosították, összehasonlítva a világos bőrszínnel. 25 Amikor összehasonlítottuk az RRS külső kar (a legtöbb pigmentáció területe) és a tenyér (a legkevésbé pigmentált terület) arányát a sötét és világos bőr pigmentációval rendelkező résztvevők között, nem volt bizonyíték arra, hogy az RRS arányok jelentősen változtak volna a bőr pigmentációjával, amire számítani lehet, ha szűrőhatás lépett fel a lézer és a Raman szórt fényben. A melanin hatásának kimutatására azonban korlátozott erőnk volt, viszonylag kevés sötét bőrű résztvevővel. Jelen tanulmányban a tenyerét pásztáztuk, amelynek egyik oka az, hogy a tenyérben található melanin kevésbé változó a különböző fajú és etnikumú gyermekek körében. A felnőttek és gyermekek RRS-jének jövőbeni tanulmányai során azt tervezzük, hogy szisztematikusan megvizsgáljuk a melanin tartalmának az RRS-intézkedésekre gyakorolt hatását, a bőrben lévő melanin mennyiségi meghatározásának megállapított eljárásainak felhasználásával.

A jelen tanulmány egyik fő erőssége az RRS alkalmazása volt, hogy objektíven értékelje a bőr karotinoid állapotát egy óvodáskorú gyermekek közösségi alapú mintájában, ahol az étrend értékelése nehéz. Ezeket az adatokat arra használtuk, hogy megértsük a bőr karotinoid státusának populációnkénti változékonyságát, mivel jelenleg nagyon kevés ismeret áll rendelkezésre. Alacsony jövedelmű óvodai mintánkban a karotinoid státusz jelentős előrejelzőit is azonosítottuk, így célzottabb beavatkozások hozhatók létre a rossz karotinoid státuszú gyermekek táplálkozási minőségének jobb javítása érdekében. Jelenleg a mért RRS-értékek egy vizsgálaton belül érvényesek, de a külső érvényesség egy elfogadott külső szabvány használatától függ.

Összefoglalva, ennek a tanulmánynak az eredményei arra utalnak, hogy az RRS értékelése szerint a kisgyermekek körében a bőr karotinoid státusza nagyon változatos. A szülő által jelentett gyümölcs- és zöldségbevitel mellett, amely pozitívan társult a bőr karotinoid státuszához, számos demográfiai tényező is nyomon követhető a biomarkerrel, köztük olyanok, amelyek felnőtteknél végzett vizsgálatok során kimutatták, hogy nyomon követik a biomarkert (például elhízás) . Tapasztalataink szerint az RRS a gyümölcs- és zöldségbevitel megvalósítható biomarkere volt, amely megkönnyítheti a gyermekek étrendjével és egészségével kapcsolatos kutatásokat. Jövőbeli ellenőrzött intervenciós vizsgálatokra van szükség a gyermekeknél az RRS mint táplálkozási állapot biomarkere fejlesztésének folytatásához.

Hivatkozások

Livingstone MB, Robson PJ, Wallace JM: A gyermekek és serdülők étrendi bevitelének értékelésével kapcsolatos kérdések. Br J Nutr 2004; 92 (2. kiegészítés), S213 – S222.

Baranowski T, Domel SB: A gyermekek táplálékfelvételéről szóló kognitív modell. Am J Clin Nutr 1994; 59 (1 Kiegészítő), 212S – 217S.