Az étrend optimalizálása lineáris programozással az alacsony költségű rákmegelőzési táplálék-terv kidolgozásához kiválasztott felnőttek számára Kuala Lumpurban, Malajziában

Absztrakt

Háttér

A különféle epidemiológiai vizsgálatok során a rossz étkezési szokásokat a rák egyik kockázati tényezőjeként azonosították. Az egészséges és kiegyensúlyozott étrend fogyasztása kulcsfontosságú a rák kockázatának csökkentése érdekében. A rákmegelőzési étkezési tervnek tartalmaznia kell a megfelelő mennyiségű makrotápanyagot és mikrotápanyagot. Bár az étkezési szokások megváltoztathatók, az egészséges ételek megfizethetősége komoly gondot jelentett, mivel az egészséges ételek ára drágább, mint az egészségtelen társaik.

Mód

Ezért a lineáris programozás segítségével ez a tanulmány egy egészséges és kiegyensúlyozott menüt kíván kidolgozni, minimális költséggel, az egyéni igényeknek megfelelően, amely cserébe segíthet a rák megelőzésében. Keresztmetszeti vizsgálatot végeztek 100 felnőtt bevonásával Kuala Lumpur helyi egyeteméről 3 szakaszban. Az első szakasz az alanyok adatgyűjtése, amely magában foglalja a szocio-demográfiai, antropometriai és étrend-felidézésüket. A második szakasz egy kiegyensúlyozott étrend-modell létrehozása volt, minimális költség mellett. A harmadik és egyben utolsó szakasz a rákmegelőzési menü véglegesítése volt. Optimális és kiegyensúlyozott menük készültek a WCRF/AICR (World Cancer Research Fund/American Institute for Cancer Research) 2007, MDG (Malaysian Dietary Guidelines) 2010 és RNI (Recommended Nutrient Inake) 2017 megfelelő irányelvei alapján, minimális költséggel.

Eredmények

Az étrend felidézése alapján az alanyok többsége nem érte el az ajánlott rost, kalcium, kálium, vas, B12, folát, A-vitamin, E-vitamin, K-vitamin és béta-karotin mikrotápanyag-bevitelét. Míg a cukor (51 ± 19,8 g), (13% ± 2%) és a nátrium (2585 ± 544 g) bevitele meghaladta az ajánlottat. Az optimalizálási modellből három menüt hoztak létre, amelyek megfeleltek a rákmegelőzésre vonatkozó étrendi irányelveknek a WCRF/AICR 2007, az MDG 2010 és az RNI 2017 alapján, napi minimum 7,8, 9,2 és 9,7 RM költséggel.

Következtetés

A lineáris programozás felhasználható a táplálkozási követelmények lefordítására a kiválasztott étrendi irányelvek alapján, hogy egészséges, kiegyensúlyozott menüt lehessen elérni a rák megelőzésében, minimális költség mellett. Ezenkívül a modellek segíthetnek a fogyasztói ételválasztási döntés alakításában a rák megelőzése érdekében, különösen azok számára, akik alacsony jövedelműek, ahol az egészséges táplálkozás magas költsége jelentette az egészséges táplálkozás legfőbb visszatartó erejét.

Háttér

A kiegyensúlyozott étrend a sokféleség és az egyszerűség fogalmával kategorizálható, amely összefügg az egészséges táplálkozás felfogásával [1]. Egészséges étrendet olyan élelmiszerek fogyasztásával lehet elérni, amelyek tartalmazzák az ajánlott adag makrotápanyagokat és mikrotápanyagokat [2]. Az étrendi irányelvek adaptálhatók az egészség elősegítésére és az étrenddel összefüggő krónikus betegségek megelőzésére, ideértve a szív- és érrendszeri betegségeket, a 2-es típusú cukorbetegséget, egyes rákos megbetegedéseket és az elhízást [3]. A feljegyzett történelem során bölcs étel- és italválasztást, valamint a szokásos magatartást ajánlottak a rák és más betegségek elleni védelem, valamint a közérzet javítása érdekében. Malajziában a rák az egyik legnagyobb egészségügyi probléma [4]. Tagadhatatlanul az egyik legfontosabb nem fertőző betegség Malajziában, és hozzájárult ahhoz, hogy az összes halálozás 13,56% -a az Egészségügyi Minisztérium kórházaiban történt 2015-ben [5]. A táplálkozás és a kapcsolódó tényezők, mint például a fizikai aktivitás, az elhízás, amely vélhetően döntő mértékben járul hozzá a rák előfordulásához [6].

A lakosság társadalmi-gazdasági állapota kritikus szerepet játszik az étkezési szokásokban és az ételválasztásban. Számos tanulmány kimutatta, hogy az energiasűrű élelmiszerek olyan élelmiszerek, amelyeket olcsóbb ára miatt általában az alacsony társadalmi-gazdasági osztály választ ki [7], mivel a pénzügyi források korlátozottak [8,9,10,11]. Az alacsonyabb tápértékű ételek és a gyengébb minőségű étrendek általában kevesebbet fizetnek kalóriaként, és általában alacsonyabb társadalmi-gazdasági helyzetű csoportok választják őket. Számos tápanyagban sűrű étel volt elérhető alacsony áron, de az alacsony jövedelmű fogyasztó számára nem mindig volt ízletes vagy kulturális szempontból elfogadható [12]. Ezenkívül az egészséges ételek magas ára az egészséges táplálkozás egyik fő visszatartó tényezője volt az alacsonyabb jövedelműek körében [13,14,15]. Az egészséges, kiegyensúlyozott, megfizethető és ízletes étrend ösztönzése az alacsony jövedelműek körében javíthatja általános egészségi állapotukat, és végül csökkentheti Malajziában a krónikus betegségek, köztük a rák előfordulását.

A lineáris programozás felhasználható a minimálköltségű menük megfogalmazására, miközben biztosítani kell, hogy az megfeleljen az összes makrotápanyag és mikrotápanyag összes kritériumának, amelyet az étrendi irányelvek meghatároztak [16]. Az étrend problémamegoldási technikáiban olyan modell létrehozásával alkalmazzák, amely tartalmazza az étrend összes optimális ételét, költségét és minőségét. A lineáris programozás alkalmazásával a populációk többsége optimális étrendet élvezhet minimális költség mellett, ami lehetővé teszi számukra, hogy anyagi lehetőségeiken belül megfelelő napi táplálékot kapjanak.

Lineáris programozást alkalmaztak az Egyesült Államok csendes-óceáni északnyugati részén, ez volt az egyetlen tanulmány, amely bemutatja az étrendi irányelvek matematikai optimalizálási eszközeinek alkalmazását a rák megelőzésében. Hat specifikus tápláléktervet hoztak létre, amelyek mind a WCRF/AICR 2007 által kiadott, a rák megelőzésére vonatkozó legfontosabb 2007-es étrendi ajánlásoknak, mind az Orvostudományi Intézet által meghatározott DRI-knek megfelelnek [17].

Jelenleg Malajziában nem végeztek kiegyensúlyozott, optimális étrendet a rák megelőzésére lineáris programozással, minimális költség mellett. Ezért ez a tanulmány kiegyensúlyozott, ízletes és megfizethető étrend kialakítását tűzte ki célul, amely a lehető legalacsonyabb áron segít megelőzni a rákot, hogy megfizethetővé és elérhetővé tegye az alacsony jövedelműek számára.

Mód

Ezt a tanulmányt a Malajziai Nemzeti Egyetem Orvosi Kutatási Etikai Bizottsága (UKMREC) hagyta jóvá (NN-2017-128). Száz egészséges, 19 éves és idősebb felnőtt férfit és nőt vettek fel Kuala Lumpur helyi egyeteméről, munkatársait és hallgatóit véletlenszerűen, hogy részt vegyenek ebben a vizsgálatban. Az étrendi bevitel és a szocio-demográfiai adatok gyűjtése 2017. szeptember és október között történt.

Adatgyűjtés

Kérdőíveket osztottak ki az alanyok számára, hogy értékeljék társadalmi-demográfiai profiljukat. Alapvető információkat kaptak, például életkor, nem, családi állapot és iskolai végzettség, a résztvevők életmódja, például a dohányzási szokások, a testsúly és a magasság előzményei. A testtömeg-indexet (BMI) súly és magasság alkalmazásával számolták ki, és a WHO BMI besorolása alapján osztályozták felnőttek alsúlyára, normáljára, túlsúlyára és elhízására [18]. A Kuala Lumpur-i helyi egyetem férfi és női alkalmazottai, valamint hallgatói étkezési szokásait háromnapos étkezési nyilvántartások rögzítették és értékelték, ahol az alanyoknak egy hétköznapi két napon, a hétvégén pedig egy napon kellett dokumentálniuk az étkezésüket. Az alany étrendtörténeti információi alapján elkészül az élelmiszerlista, és az egyes élelmiszerek árát a Belföldi Kereskedelmi, Szövetkezeti és Fogyasztási Minisztériumtól (KPDNKK) szerezték be. Az élelmiszerárakat az adagonkénti ár alapján határozták meg.

Statisztikai analízis

Az étrendi bevitelt kezdetben a Nutritionist Pro ™ 4.0.0 verziójával elemezték, és összehasonlították a malajziai ajánlott tápanyag bevitel (RNI) 2017-el [19]. Az adatokra az energiafogyasztás kiszámításához és az étkezési szokások értékeléséhez volt szükség ahhoz, hogy olyan étrendet tervezhessenek, amely hangsúlyozza preferenciáikat. Ezután mind a szocio-demográfiai, mind az étrendi visszahívási adatokat elemeztük statisztikai termékek és szolgáltatási megoldások (SPSS) program 23.0 verziójával. Leíró elemzést alkalmaztak, amely tartalmazza az átlagot, a százalékot és a szórást, hogy megtalálja az átlagot annak szórásával. Az elkészített élelmiszerlista összes élelmiszerét Nutritionist Pro ™ szoftver és piaci felmérés segítségével elemezték a tápanyagtartalom, azaz az energia, a makrotápanyagok és a legtöbb mikroelem meghatározásához. Végül az Excel Solver programot használták fel a lineáris programozási modell elkészítéséhez.

A program futtatása előtt kitöltötték az egyes élelmiszerek makro- és mikrotápanyagainak adatait, az adagok méretére eső árakat a Microsoft Excel programba. A következő lépés a modellben az energia, a makrotápanyagok és a mikroelemek felső korlátjának (UL) és alsó határának (LB) a megszorításainak felállítása volt. Később az Excel Solver alkalmazásával meghatározták az optimális ételek adagméretét, amely a lehető legalacsonyabb költségekkel teljesítette a WCRF/AICR 2007 [20], az MDG 2010 [21] és az RNI 2017 [19] összes étrendi és tápanyag-ajánlását. A javasolt ételek adagjából később egy napi kiegyensúlyozott menüt terveztek meg. Az optimalizálási modellt többször megismételjük, hogy még két javasolt ízletes menüt állítsunk össze a lehető legalacsonyabb költségekkel.

Lineáris programozási modell fejlesztése

A legalacsonyabb költségű rákmegelőzési étrend modelleket tervezték. A lineáris programozás megfogalmazása a következő:

Az élelmiszerek adagmérete j ábrázolva van xj; aij a tápanyag mennyiségét jelöli én az élelmiszer egy adagjában j; cj az élelmiszer egy adagjának költsége volt j; bén a legnagyobb vagy legkisebb elfogadható tápanyagmennyiséget jelenti én. E modell modelljének korlátai a WCRF/AICR 2007 [20], az MDG 2010 [21] és az RNI 2017 [19] voltak. Ízlésbeli korlátozásokat is bevontak annak biztosítására, hogy a javasolt menük megfeleljenek az alanyok közös étkezési szokásainak.

Ebben a tanulmányban az élelmiszerek költségei (z) az a célfüggvény, amelyet minimalizálni akarunk. Az alanyok energiaigényét még a lineáris programozási program elindítása előtt kiszámolták. Az alany ideális energiáját a Mifflin St-jeor Formula [22] segítségével számoltuk ki. A makrotápanyagok és a mikroelemek minimális és maximális értékét a WCRF/AICR 2007 [20], az MDG 2010 [21] és az RNI 2017 [19] alapján határozták meg. Ételek kiválasztása az alanyok étrendi visszahívása alapján, valamint bizonyos ételek ismétlésének vagy nagy adagjának elkerülése szintén megfontolás tárgyát képezte, hogy biztosítsuk a menü ízét.

Eredmények

Társadalmi-demográfiai adatok

Összesen 100 személy vett részt ebben a vizsgálatban a személyzet és a hallgatók részéről, a nők többsége (65%), a fennmaradó 35% -os arány férfi volt. A női alanyok átlagéletkora 24 ± 5,5 év volt, ahol a nők több mint 50% -a 19 és 29 év közötti volt. Míg a férfi alanyok átlagéletkora 25 ± 6 év volt, ahol több mint 59% 19 és 29 év közötti volt. Több mint kétharmada (79%) egyedülálló, a többi (21%) házas volt. Az eredmények alapján az összes tantárgy legalább középiskolát végzett, míg 20% -uk végzett alapképzést vagy magasabb.

Antropometriai mérések

Az alanyokból antropometrikus méréseket végeztek. Az alanyok tömegének és magasságának megszerzése után mindegyik alanyra kiszámolták a testtömeg-indexet (BMI). A vizsgált populáció többségének (48%) normál BMI-je 18,5 kg/m 2 és 24,9 kg/m 2 között volt, ami majdnem hasonló volt az egészséges malajziai felnőttek normál testtömegének 45,6% -os prevalenciájához (National Health Morbidity Survey 2015). [23]. Másrészt az alanyok 33% -ának BMI-je 25 kg/m 2 és 29,9 kg/m 2 között volt, így a túlsúlyos osztályba tartozik. Az egészséges malajziai felnőtteknél a túlsúly prevalenciája 30% volt, ami majdnem hasonló az alanyokhoz (National Health Morbidity Survey 2015) [23]. A fennmaradó 19% -ot elhízottaknak sorolták.

Étrendi bevitel

Az alanyok összes makrotápanyag átlagos bevitelét az 1. táblázat mutatja. Hasonlóképpen, az MANS 2008 szerint a makrotápanyagokból származó kalóriák aránya az egészséges étrendre vonatkozó ajánlásokon belül volt, míg a mikroelemek, például vas, kalcium és vitamin bevitele Az A az RNI körülbelül 50% -a volt, különösen nőknél [24].

A vörös és a feldolgozott hús átlagos bevitele hetente kevesebb mint 300 g, megfelel a WCRF/AICRF 2007 ajánlásainak. A feldolgozott élelmiszerek és a só bevitele azonban meghaladta az ajánlott mennyiséget. Hasonlóképpen, a MANS 2014 [25] kimutatta, hogy a sóval és fűszerekkel hozzáadott „feldolgozott élelmiszerek” fogyasztása nőtt, és megjelent a malajziai felnőttek által a tíz legtöbbet fogyasztott élelmiszer között. A vörös hús fogyasztása N-nitrozovegyületek képződésével jár. Ez növeli a vastagbélben lévő nitrogénatomok szintjét, és összefüggésben van a vastagbélsejtekben lévő DNS-adduktok képződésével. A vörös hús nagy mennyiségű bevitele a haem vas nagyobb felszívódását, nagyobb oxidatív stresszt és a DNS károsodásának lehetőségét eredményezheti. A vörös hús mellett magas az állati zsírtartalom, és energiasűrű élelmiszer. Mindezek a tényezők hozzájárulnak ahhoz, hogy a vörös és a feldolgozott húst a vastagbélrák okának tekintsük [27].

Rákmegelőzési modell és menü kidolgozása minimális költséggel

A 2. táblázatban bemutatott három LP modellt tekintve a vas, a kálium és a kalcium csak a kényszerértékek alsó határát érte el. Más tápanyagok, például szénhidrát (CHO), zsír, A-vitamin és rost azonban elérték a korlátok maximálisan elfogadható értékének felső határát.

A kiválasztott élelmiszerlista főként a legmagasabb adagot tartalmazó gyümölcsökre és zöldségekre vonatkozott, mivel a teljes zöldségekben és gyümölcsökben jelenlévő fitokemikáliák komplex keverékének additív és szinergikus hatása lehet a rákellenes tevékenységekért [6]. Ezenkívül ezek az élelmiszerek alacsony energiasűrűségűek és magas rosttartalmúak, ami elegendő rostot fog biztosítani ahhoz, hogy megfeleljenek a WCRF/AICR 25 g-os rostjainak ajánlásainak, és megfeleljenek az RNI 2017 káliumra vonatkozó új ajánlásának.

A modellek javasolt élelmiszerlistájából meg lehet érteni, hogy mindegyik modell legalább két adag teljes és feldolgozatlan gabonából állt, mint például barna rizs, zab, lencse és teljes kiőrlésű kenyér, ezáltal biztosítva a magas rost- és tápanyagtartalmat. Az egyes modellek élelmiszerlistája legalább két adag gyümölcsöt és több mint kilenc adag zöldséget tartalmaz, bár a meglévő étrend enyhe eltérését eredményezte. Ennek eredményeként egy optimális rákmegelőzési menü kerül kidolgozásra egy lineáris programozási módszerrel készült modell alapján, amely megfelel a WCRF/AICR 2007, MDG 2010 és RNI 2017 táplálkozási irányelvei alapján támasztott követelményeknek.

A 3. táblázat az előállított három menüt mutatja be a nyers élelmiszerek szerint, a lehető legalacsonyabb áron, a WCRF/AICR, MDG, RNI és az LP ízének korlátozhatósága alapján. Minden menü előállítása különbözik a másiktól, mivel követi az LP-modellek szerint kiválasztott élelmiszer-összetevők listáját. Minden modell esetében a modellben szereplő összetevők minden listája kismértékben különbözik azáltal, hogy eltávolítja az előző menükben kiválasztott élelmiszereket, vagy korlátozza az azonos ételeket egy modelltől a következő modellig, hogy a mennyiségek eltérőek legyenek vagy ne a következő modell választja ki. Ezért az ár várhatóan az 1. menüből a 3. menübe emelkedik, mivel a modellek szigorúbb követelményekkel rendelkeznek, és az előző modellben a legolcsóbb táplálkozási sűrűségű ételeket választották. Ezeknek a menüknek a fejlesztése eltérő energiaszinttel rendelkezett a kcal alsó és felső határán belül (1600–2000 kcal). Az 1. modell 1802 kcal, a legalacsonyabb áron 7,8 RM (1,97 USD), a 2. modell 1680 RM9,2 (2,35 USD), a 3-as modell pedig 1889 Kcal, a legmagasabb ár pedig 9,7 RM (2,48 USD).

Vita

Azok a diéták, amelyek nagyobb hangsúlyt fektetnek a magas tápanyagtartalmú, magas élelmi rosttartalmú és alacsony energiasűrűségű növényi élelmiszerekre (nem keményítőtartalmú zöldségek és gyümölcsök), valószínűleg védenek néhány rák ellen, például: száj, garat, nyelőcső, gyomor-végbél, tüdő, hasnyálmirigy és prosztata [20]. Ezek az ételek magas antioxidáns tartalmúak (karotinoidok, béta-karotin, likopin és Allium), mint például a rózsaszínű édesburgonya, a papaya, a paradicsom, a hagyma, a fokhagyma, a mangó, a sárgarépa és a rost, amelyek alacsony energiasűrűségűek, és így elősegítik az egészséges táplálkozást súly.

Emellett megfigyelhetjük, hogy a menü hangsúlyozza a keresztesvirágú zöldségek, például brokkoli, mustárlevelek, káposzta és karfiol bevitelét is, amelyek többféle ráktípus kockázatának csökkenésével járnak [30]. A fitoösztrogénekben gazdag hagyományos étkezési tempeh is szerepel a menüben, amint az a 3. menüben látható, mivel kiderül, hogy rengeteg különféle rákellenes hatást mutat, beleértve a proliferáció gátlását is [31]. A rákmegelőzési étrend kidolgozása kevés módosítást igényel a meglévő étrendhez képest, főleg a zöldségfélék és a gyümölcsök adagolásának növelésével.

Az ajánlott menü csak egy sónyi sót használt fel az ételek fűszerezésében, és ennek eredményeként az így kapott menü alacsony nátriummennyisége kevesebb, mint 2000 mg volt. Tanulmányok kimutatták, hogy a só és a sóban tartósított ételek valószínűleg a gyomorrák okai [32]. A másik alternatíva a természetes aromaanyag használata a só helyettesítésére: kurkuma, hagyma, fokhagyma, chili és mustárlevelek, amelyek alacsonyabb nátriumtartalommal rendelkeznek.

A menü korlátozta a hozzáadott cukor használatát és a cukros italok fogyasztását is, kivéve a gyümölcsökben és zöldségekben természetesen megtalálható cukrot. Ehelyett egészséges, magas antioxidáns tartalmú italokat javasoltak, például sárgarépát és narancslevet. Továbbá nyilvánvaló, hogy az étrendi modellek nem tartalmaznak semmilyen feldolgozott húst, gyorséttermet vagy cukros italokat; ahol a sovány fehérjék voltak az egyetlen fehérjeforrás.

A három modell zsírtartalmát megnézve láthatjuk, hogy a kevésbé telített zsírokra és a transz-zsírokra helyezi a hangsúlyt a zsírfogyasztás csökkentésével, amelyet főleg megfelelő főzési módszerekkel érnek el. A felállított menü alapján szinte minden modell minimálisan 3 evőkanál olajat használ. Ezért a menü számos főzési móddal rendelkezik, például párolás, sütés vagy grillezés. Asmaa és mtsai. [33], egészséges főzési módszerek, például gőzölés csökkentheti az élelmiszerek zsírtartalmát.

Ebben a tanulmányban azonban kevés korlátozás volt. A vizsgálat alanyai nem biztos, hogy reprezentatívak voltak, mert nem véletlenszerűen vettek mintát az általános malajziai populációból, inkább csak egy helyi egyetemi alkalmazottakra és hallgatókra korlátozódtak. Nagyobb számban különböző gazdasági és társadalmi háttérrel rendelkező alanyok voltak, ezért több élelmiszer-listát kell felvenni a modellbe, hogy a jövőbeni tanulmányokban az étkezési lehetőségek sokfélesége növekedjen.

Következtetés

Általánosságban elmondható, hogy a lineáris programozás nagyon hatékony eszköz a kiegyensúlyozott étrend előállításához, és az étrendi ajánlásokat könnyen értelmezheti a helyi piaci árakon alapuló táplálkozási modellben. Megfogalmazta a rákmegelőzés jelenlegi irányelveit azáltal, hogy kiegyensúlyozott és optimális étrendet hozott létre a rák megelőzésére, minimális költség mellett, konkrétabb részletek és pontosság mellett. Ezenkívül, mivel ez a kutatás a minimális költséggel szükséges specifikus tápanyagokra összpontosít, az elkészített menük ideálisak azok számára, akik szeretnék fenntartani az egészséges étkezési szokásokat, de pénzügyi nehézségekkel küzdenek.