A haj stabil izotópjai felfedik az étrendi fehérjeforrásokat, amelyek kapcsolatban állnak a társadalmi-gazdasági állapottal és az egészséggel

Közreműködött: James R. Ehleringer, 2020. június 17. (felülvizsgálatra elküldve: 2019. augusztus 14 .; áttekintette: Stanley H. Ambrose és Diane M. O’Brien)

Jelentőség

Amerikaként étrendünk a legmagasabb fehérjefogyasztási arányok között van, és minden korcsoportban fokozott az elhízás aránya. Itt feltárjuk, hogy a kukoricával táplált állati fehérjék fogyasztása gyakoribb az alacsonyabb társadalmi-gazdasági helyzetű populációk között, ami potenciálisan nagyobb kockázatot jelent a megnövekedett egészségügyi problémákra.

Absztrakt

Az Egyesült Államok központi és hegyvidéki régióiban 65 közösségből vett mintákban vett minták szén- és nitrogén-izotóp-aránya, valamint a Utah-i Salt Lake Valley-ben található irányítószámok intenzívebbé téve a táplálkozási eltéréseket a társadalmi-gazdasági állapothoz kapcsolódóan, megélhetési költségekkel mérve, a háztartás jövedelme és a kiigazított bruttó jövedelem. A kukoricával táplált, állati eredetű fehérjék gyakoribbak voltak az alacsonyabb társadalmi-gazdasági helyzetű populációk étrendjében, mint a növényi eredetű fehérjék, az állati eredetű fehérje-étrendek egyedi becslései akár 75% -ot is jelentettek; Az Egyesült Államok városai átlagosan 57% -ot tettek ki. Hasonló mintákat láthattunk a Salt Lake Valley-i társadalmi-gazdasági státus spektrumban. Valószínű, hogy a kukoricával táplált állati fehérjék koncentrált állattáplálási műveletekhez kapcsolódtak, ez az ipari állattenyésztés napjainkban az Egyesült Államokban bevett gyakorlat. Figyelembe véve a legutóbbi tanulmányokat, amelyek kiemelik az állati eredetű fehérjék étrendünk negatív hatásait, a haj szén-izotóp aránya megközelítést nyújthat az állati eredetű élelmiszerek és az egészségügyi kockázatok értékelésének skálájához az Egyesült Államokban élő közösségekben.

Az amerikai étrendeket egyre inkább a CAFO létesítményekben kukorica által dominált étrenden nevelt állatokból (azaz marhahúsból, baromfiból, sertéshúsból, tojásból, tejből és így tovább) nevelik (27 ⇓ ⇓ –30). Míg az iparosodott CAFO-létesítmények működése eltérhet, közös jellemzőkkel rendelkeznek. Először is, a CAFO-k történelmileg profitáltak a kukorica és a szójabab szövetségi ösztönzőiből és támogatásaiból, ami a CAFO-kat széles körben elfogadott ipari gyakorlatként eredményezte. Míg a CAFO-k hatalmas mennyiségű fehérjét termelnek emberi fogyasztásra, az állatok koncentrálása zárt terekbe negatív hatással van mind a talajvíz szennyezésére, mind az állatok egészségére (31, 32). Másodszor, a CAFO-k jellemzően 85-90% kukorica és 10-15% szójabab keverékét használják takarmányként az Egyesült Államokban (29, 30, 33 ⇓ ⇓ –36). Mivel a kukorica a C4 fotoszintetikus utat használja (33), magasabb szén-izotóp értéket kölcsönöz az állati fehérjének, amelyet a fehérjék elfogyasztása után az emberi szövetekbe visznek át (34, 35). Így a kukoricára mint takarmányra való támaszkodás az állati takarmányokban (36 ⇓ –38) lehetőséget ad arra, hogy szén-izotópokat használjon nyomjelzőként a kukoricával táplált, állati eredetű fehérje jelentőségének számszerűsítésére az egyén étrendjének fehérjefogyasztásában. gazdasági spektrumon keresztül.

Bár az étrendi választás számszerűsítésére számos megközelítés létezik, kimutatták, hogy az emberi fejbőr hajának és vérének szén (δ 13 C) és nitrogén (δ 15 N) stabil izotóparánya közvetlenül kapcsolódik az egyén táplálékfehérje-forrásaihoz (24, 25, 39 ⇓ ⇓ ⇓ –43). Azt is felismerjük, hogy a szénből származó szénhidrátok beépülhetnek a nem esszenciális aminosavakba (23 ⇓ ⇓ –26). Az emberi haj δ 13 C értékei feltárják a C3 növényekből vagy a C4 növényekből származó fehérje arányát az egyén étrendjében (16, 44 ⇓ ⇓ –47). Mivel az emberi étrendben korlátozott a szén-izotóp frakcionálás a növények és az állati fehérje, mint táplálékforrás között, az állati fehérje δ 13 C-értékei ugyanezeket a C3/C4-fogyasztási szokásokat tükrözik (34, 35, 48), de nem az elfogyasztott specifikus ételeket. . A hűvös évszakú füvek, hüvelyesek, zöldségek, cserjék és fák mind C3 növények (46), és így az ezen C3 táplálékforrásokkal etetett állatok δ 13 C értéke tükrözi a C3-szerű δ 13 C értékeket. Ezzel szemben a kukorica (kukorica, Zea mays), a meleg évszak füvei, a cirok, a köles és a cukornád fontos C4 növények (46), a CAFO műveletek során elsődleges takarmányként a kukorica szolgál (29, 49, 50). Elismerjük, hogy az Egyesült Államok déli részein elterjedt szarvasmarhák a kukoricához hasonlóan C4 jelet is közvetítenek, mivel a C4 füvek dominálják ezeket az élőhelyeket (51).

Ezzel szemben a haj δ 15 N értékeit általában arra használják, hogy megbecsüljék a növényi és állati eredetű ételek arányát az egyén étrendjéhez, ahol a magasabb δ 15 N értékek az állati eredetű fehérjék nagyobb fogyasztását jelentik (40, 47, 52 ⇓ - 54.). A nem tengeri, állati eredetű fehérjék közé tartozik a hús és a baromfi, de a tej, a sajt és a tojás is.

Vizsgálatunk δ 13 C és δ 15 N értékeket használt a fejbőr hajában három hipotézis értékeléséhez, amelyek az étrendválasztás és az SES variációival kapcsolatosak. Az 1. hipotézis szerint az emberi haj δ 13 C- és δ 15 N-értéke pozitívan korrelál, tükrözve az arányokat két elsődleges táplálékforrásban: a C4-ből származó állati fehérjében és a C3-ból származó növényi fehérjében. A 2. hipotézis szerint az étrendben a C4-eredetű állati fehérje aránya az alacsonyabb SES-területeken lesz a legnagyobb. A 3. hipotézis szerint a C4-eredetű állati fehérjék aránya az étrendben és az elhízásban pozitívan korrelál.

Azt is felismerjük, hogy a C4 cukrok, a C4 alapú italok és a tengeri fehérjeforrások kiterjedt fogyasztása megnehezítheti a 2. és 3. hipotézis értelmezését (8, 16, 23 ⇓ –25, 55).

Az 1. hipotézis feltárásához először meg kell határoznunk azokat az étrendi szélsőségeket, amelyek a haj δ 13 C és δ 15 N értékeit alkotják. A modern fogyasztók étrendi végtagjai ezek: 1) szigorú vegetáriánusok (azaz vegánok) csak növényi fehérjeforrásokat fogyasztanak; 2) húsban kiemelkedő mindenevők, amelyek elsődleges fehérjeforrása a C4-vel táplált állati fehérje, korlátozott növényi fehérjékkel; 3) húsban kiemelkedő mindenevők, akiknek elsődleges fehérjeforrása a C3-tal táplált állati fehérje, vagy tengeri növények korlátozott növényi fehérjével; és 4) hipotetikus CAFO-prominens mindenevők, kukoricával táplált forrásokból származó állati fehérjével és korlátozott növényi fehérjékkel (1. ábra).

Mi az „amerikai” fehérje?

Ebben a vizsgálatban 684 egyén hajmintáinál a párosított δ 13 C és δ 15 N értékek gyakorlatilag az összes variációját a fő étrendi végletek által meghatározott keretek között rögzítettük (1. ábra). Mintavételünk nem tartalmazza az Egyesült Államok part menti részeit, ezért korlátozott terjedelmű. Mivel a legtöbb megfigyelés nem a három szélsőség egyikén fekszik, arra a következtetésre jutunk, hogy az amerikai mindenevők a három elsődleges fehérjeforrás eltérő arányban esznek. Ezenkívül a δ 13 C és δ 15 N megfigyelések a δ 13 C és δ 15 N értékek viszonylag szerény tartományát ölelik fel. Megállapítottuk, hogy a haj δ 13 C értékeinek 96,0% -a −20,0 ‰ legalacsonyabb és −16,0 ‰ csúcs közé esett, az átlagérték pedig –17,3 ‰ (2. ábra). És a haj δ 15 N értékének 97,3% -a a 7,5 low és a 10,0 ‰ közötti mélypont közé esett, az átlagérték 9,0 ‰ (2. ábra). Hasonló értékeket figyeltek meg kisgyermekeknél is (42). Így, bár valóban voltak eltérések a haj izotópértékeiben, ezek az egyesült államokbeli hajminták a teljes lehetséges δ 13 C és δ 15 N értékek tartományának viszonylag szűk területére terjedtek ki (1. ábra).

A fejbőr hajszén és nitrogén izotóp arányának gyakorisági eloszlása az Egyesült Államokban.

Az 1. hipotézis pozitív összefüggést jósol a haj δ 13 C és δ 15 N értékei között. Valóban, minden egyes hajfigyelés során szignifikáns összefüggés volt a haj δ 13 C és δ 15 N értékei között (r = 0,475, n = 684, P 15 N értékek (1. ábra). Bár nyilvánvaló, hogy különböző egyének mind a C3, mind a C4 eredetű állati fehérjét különböző arányban fogyasztják, a haj δ 13 C és δ 15 N értékeinek meghatározó tényezője a növényi és a C4/kukoricával táplált, állati eredetű fehérjeforrások arányának változása.

Kapcsolatok a hajizotópok és a SES között

Országos szinten a haj δ 13 C értékei negatívan kapcsolódtak a megélhetési költségek indexéhez (3. ábra). A 2. hipotézis alátámasztásaként a haj δ 13 C értékének csökkenése a megélhetési költségek növekedésével a legkönnyebben azzal magyarázható, hogy a magasabb megélhetési költségekkel rendelkező régiókban a növényi fehérjék megnövekedett aránya hozzájárul az étrendhez. Az átlagos háztartási jövedelem, a második SES mutató, szintén negatívan korrelált a haj δ 13 C értékeivel (1. táblázat), az általánosabb költségéhez hasonló szignifikancia szinten (r = −0,338, n = 94, P = 0,0009). -életindex (r = −0,395, n = 94, P = 0,0001). Figyelemre méltó, hogy az ebben a felmérésben mintavételi helyek általában olyan régiók voltak, ahol a megélhetési költségek az Egyesült Államok átlagánál alacsonyabbak voltak.

Az emberi haj átlagos szén-izotóp arányának és a városokban való megélhetési költségek és az irányítószámok közötti összefüggés ábrázolása az Egyesült Államokban (r = 0,397, n = 94, P Tekintse meg ezt a táblázatot:

Soron belüli megtekintése
Felugró ablak megtekintése

Az Egyesült Államokban mintavételezett emberi haj szén-izotóp arányának összefüggései és az SES-intézkedések

Figyelemre méltó, hogy a hajszén izotópjait földrajzi elhelyezkedés is befolyásolta. A 29 ° -tól 48 ° -ig terjedő szélességi tartományt lefedve az átlagos haj δ 13 C értékek egy városban vagy irányítószámban negatívan korreláltak a szélességgel (r = −0,334, n = 94, P = 0,001). A haj δ 13 C értékeinek szélességi fokú variációinak iránya megegyezett az északi hűvösebb éghajlaton és a déli melegebb éghajlaton domináns C3 ökoszisztémák dokumentált mintáival (51, 67). A látszólagos szélességi hatás valószínűbb magyarázata azonban nem ökológiai, hanem sokkal valószínűbb a SES észak-déli földrajzi gradiense az Egyesült Államok középső és déli államaiban, ahol a mintavétel nagy részét elvégezték (SI függelék) ). Az Egyesült Államok déli részei alacsonyabb SES-értékkel rendelkeztek, mint több északi állam (68 ⇓ ⇓ –71). A SES paraméterek és a hair δ 13 C értékek közötti kölcsönhatások vizsgálatához többszörös lineáris regressziót hajtottunk végre (2. táblázat). Itt megfigyeltük, hogy mind a megélhetési költségek (P = 0,0232), mind a regionális elhelyezkedés az Egyesült Államokban (szélesség, P = 0,0175) jelentős tényezők voltak, amelyek befolyásolták a haj δ 13 C értékeinek SES-értelmezését.

Több lineáris összefüggés a szén-izotóp arányok között az emberi haj mintáiban az Egyesült Államok városaiban (n = 94), a SES-mérések és a földrajzi szélesség mint a földrajzi elhelyezkedés mérőszáma

A földrajzi elhelyezkedést általános tényezőnek tekintettük, amely országosan befolyásolta az állati fehérjék δ 13 C-értékeit, és hogy a SES-tényezők tulajdonképpen a haj δ 13 C-értékeinek regionális variációit mozogták. A földrajzi szélesség tényezőként való kizárása érdekében az irányítószám szintjén a haj δ 13 C értékek variációit vizsgáltuk egyetlen nagyvárosi területen: A Utah-i Salt Lake Valley (SLV), amelynek népessége ~ 1.1 millió.

Megállapítottuk, hogy az SLV-n belül az egyes haj δ 13 C értékek nagymértékben változtak, −21,3 ‰ és –14,7 ‰ között. Ez a tartomány nem volt megkülönböztethető az Egyesült Államokban korábban (72) és az SLV-n belüli gyermekek körében megfigyelt haj-δ 13 C-értékek tartományától (42). Így ezen a nagyvárosi skálán a haj δ 13 C értékei nem különböztethetők meg a stabil izotóp tartományoktól országos szinten. Az Egyesült Államokban mintavételezett egyes városok között azonban nem figyeltünk meg ilyen nagy eltéréseket, elsősorban a korlátozott mintanagyság miatt (n = 4-6 egyéni hajminta városonként). Az SLV 29 irányítószámának későbbi SES-értékeléséhez az egyes haj δ 13 C értékeket átlagoltuk, mivel ezekről a mintákról nem állt rendelkezésre személyes információ.

Az SLV nagyvárosi régióban a haj δ 13 C értékei negatívan kapcsolódtak a megélhetési költségekhez, hasonlóan az országos trendhez, de nagyobb magyarázóképességgel (4. ábra) (r = −0,725, n = 29; P 13 C értékek ( 3. táblázat: E három SES paraméter relatív hozzájárulásának értékeléséhez többszörös lineáris regressziót hajtottunk végre (4. táblázat). A megélhetési költségek továbbra is szignifikáns tényezők (P = 0,026), valamint a korrigált bruttó jövedelmek (P = 0,019). A háztartások jövedelme nem volt szignifikáns (P = 0,068). Bár mind a három SES paraméter összefügg egymással, különböző tényezőket mértek, és így kombinálva magasabb R 2 értéket (R 2 = 0,648) eredményeznek, mint amit a egyfaktoros elemzések (3. táblázat).

Az emberi fejbőr haj átlagos szén-izotóp arányának és az irányítószámokban való megélhetési költségek összefüggésének diagramja az SLV-n belül (r = 0,725, n = 29, P Tekintse meg ezt a táblázatot:

Soron belüli megtekintése
Felugró ablak megtekintése

Az SLV-n keresztül mintavételezett emberi haj szén-izotóp arányának összefüggései és az SES mértékei