Methoden zur Ermittlung des Ernährungsstatus

330062 Methoden der Experimentellen Ernährungsforschung Literatur:
Shils ME, Olson JA, Shike M. Modern Nutrition in Health and Disease. Lea & Febiger, Baltimore, 1994, vol 1+2.
Forbes GB. Human Body Composition. Springer, New York, 1987. Halliwell B, Gutteridge JMC. Free Radicals in Biology and Medicine. Oxford University Press, Oxford, 1998. DGE/ÖGE/SGE/SVE. D‐A‐CH‐Referenzwerte für die Nährstoffzufuhr. Umschau, Frankfurt am Main, 2000. Institute of Medicine. Dietary Reference Intakes. National Academy Press, Washington D.C., 1997‐2000 (online unter www.nap.edu) Sauberlich HE. Laboratory Tests for the Assessment of Nutritional Status, Second Edition, CRC, 1999. Gibson R. Principles of Nutritional Assessment. Oxford University Press 2005. Fidanza F. Nutritional Status Assessment. Chapman and Hall, 1991.
Margetts BM, Nelson M. Design Concepts in Nutritional Epidemiology. Oxford University Press 1997.
330062 Methoden der Experimentellen Ernährungsforschung Kontakt:
Weitere Informationen bei:
Jürgen König
Emerging Focus Nutrigenomics, Department of
Nutritional Sciences
University of Vienna, Althanstr. 14, 1090 Vienna
phone: 0043 1 4277 54991
email: [email protected]
und unter http://www.univie.ac.at/nutrigenomics/teaching/vo_exern
f/vo_exernf.html
5
BIOMARKER, INDIKATOREN UND METHODEN ZUR ERMITTLUNG DES ERNÄHRUNGSSTATUS I
Probennahme (sampling)
• Blut
• Vollblut (whole blood)
• Plasma, Serum
• Erythrozyten (red blood cells, erythrocyte packed cells) • Leukozyten
• T‐Zellen, NK, …
• Speichel (saliva), Sputum
• Magensaft (gastric fluid)
• Organbiopsien (Muskel, Leber, Lunge, Knochen, Knochenmark)
• Haut, Haare, Nägel, Zähne
• Sputum
• Fettgewebe
6
Probennahme: Blut
• Für größere Mengen an Blut: • Venipunktion
Probennahme: Blut
• Für größere Mengen an Blut: • Venipunktion (einmalig) oder
• Katheder (venflow)
7
Probennahme: Blut
• Für größere Mengen an Blut: • Venipunktion (einmalig) oder
• Katheder (venflow)
• Für kleinere Mengen:
• Kapillarblut (aus der Fingerspitze)
Probennahme: Blut
• Für größere Mengen an Blut: • Venipunktion (einmalig) oder
• Katheder (venflow)
• Für kleinere Mengen:
• Kapillarblut (aus der Fingerspitze)
8
Probennahme: Blut
• Für größere Mengen an Blut: • Venipunktion (einmalig) oder
• Katheder (venflow)
• Für kleinere Mengen:
• Kapillarblut (aus der Fingerspitze)
Probennahme: Blut ‐ Gerinnungshemmung
• Heparinplasma (Li‐Heparin)
• EDTA‐Plasma (K2EDTA)
• Zitrat‐Plasma (3.8% Zitronensäure)
• Serum mit/ohne Trenngel
9
Probennahme: Separation von Plasma und Erythrozyten
• Zentrifugation (bei relativ niedriger g‐Zahl)
• Eventuell Waschen
• Weitere Auftrennung (Differential(ultra)zentrifugation)
Probennahme: Separation von Plasma und Erythrozyten
10
Probennahme: Auftrennung der Lipoproteine
• Differential(ultra)zentrifugation
(Ch)
Plasma
NaBrLösung
VLDL
LDL
HDL
Probennahme: Auftrennung der Lipoproteine
• Differential(ultra)zentrifugation
• Trennung aufgrund der Dichte • (Chylomikronen, VLDL, LDL, HDL)
11
Probennahme: Auftrennung der Lipoproteine
• Differential(ultra)zentrifugation
• Trennung aufgrund der Dichte • (Chylomikronen, VLDL, LDL, HDL)
Probennahme: Auftrennung der Lipoproteine
• Elektrophoretische Trennung
• Trennung aufgrund der Größe
12
Probennahme: Festphasenextraktion (solid phase extraction
SPE)
• Abtrennen von störenden Substanzen zur Probenvorbereitung für HPLC oder ähnliches
• Prinzip der Säulenchromatographie
• Mehrere Schritte zur Abtrennung, Aufreinigung bzw. Aufkonzentration
möglich
Grundsätzliche analytische Verfahren
• Mineralstoffe, Spurenelemente: Atomabsorptionsspektrometrie
(AAS)
13
Grundsätzliche analytische Verfahren
• Mineralstoffe, Spurenelemente: Atomabsorptionsspektrometrie
(AAS)
Grundsätzliche analytische Verfahren
• Mineralstoffe, Spurenelemente: Inductively Coupled Plasma (Mass
Spectrometry) ICP(‐MS)
14
Grundsätzliche analytische Verfahren
• Vitamine: HPLC mit UV/VIS‐
Detektion (Diodearraydectector
DAD), Fluoreszenz‐Detektion, Massenspektrometrie
Grundsätzliche analytische Verfahren
• Vitamine: HPLC mit UV/VIS‐
Detektion (Diodearraydectector
DAD), Fluoreszenz‐Detektion, Massenspektrometrie
15
Grundsätzliche analytische Verfahren
Grundsätzliche analytische Verfahren
• Vitamine: HPLC mit UV/VIS‐
Detektion (Diodearraydectector
DAD), Fluoreszenz‐Detektion, Massenspektrometrie
16
Grundsätzliche analytische Verfahren
• Vitamine: HPLC mit UV/VIS‐
Detektion (Diodearraydectector
DAD), Fluoreszenz‐Detektion, Massenspektrometrie
Grundsätzliche analytische Verfahren
• Vitamine: Radioimmunoassays
bzw. Enzyme Linked Immuno
Sorbent Assays (ELISA)
17
Grundsätzliche analytische Verfahren
• Fettsäuren: GC mit Flammenionisationsdetektor (FID) oder Massenspektrometriedetektor (MSD)
Grundsätzliche analytische Verfahren
• Fettsäuren: GC mit Flammenionisationsdetektor (FID) oder Massenspektrometriedetektor (MSD)
18
Ernährungsstatus
 Prinzipiell werden zwei Formen der Beurteilung des Ernährungsstatus unterschieden:
 Funktionelle Parameter
 Statische Parameter
 Abzugrenzen ist die Erhebung des Ernährungsstatus von der Erhebung der Nährstoffaufnahme
Ernährungsstatus
Unterschiede Ernährungsstatus – Nährstoffaufnahme
• Nährstoffaufnahme ermittelt die Menge an Nährstoffen aus der Nahrung, die in den Gastrointestinaltrakt gelangt (daher keine Aussage über Absorptionsrate, Bioverfügbarkeit aus dem GI‐Trakt und an der Zielzelle, Form des Nährstoffes –
z.B. Fe2+/Fe3+)
• Ernährungsstatus ermittelt die Konzentration oder die Wirkung des absorbierten und distributierten Nährstoffes im Organismus
19
Nährstoffe – Testmethoden
1. Biologische Tests: ‐
2. Mikrobiologische Tests:
Experimente am Tier; kurative, prophylaktische Untersuchungen, Mangelexperimente, Bioassays: z.B. Blutgerinnungszeiten Vitamine und Mikronährstoffe sind Wachstumsfaktoren für bestimmte Mikroorganismen (v.a. B‐Vitamine)
Nährstoffe – Testmethoden
3. Physikalisch‐chemi‐
‐
sche Tests:
4. Enzymatische Tests:
Vitamin bildet ein
fluoreszierendes oder
gefärbtes Reaktionsprodukt;
Photometrie, HPLC, AAS
Siedepunktunterschiede: GC
Bestimmtes Enzym wird
aktiviert – photometrische
Bestimmung
20
Ernährungsstatus
ECHI List:
www.healthindicators.org
Ernährungsstatus
ECHI List:
www.healthindicators.org
21
Ernährungsstatus
ECHI List:
www.healthindicators.org
Ernährungsstatus
22
Ernährungsstatus
ECHI List: Determinants of Health – Health Behaviours – Nutrition
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
% of infants breastfed at 3 months of age
% of infants breastfed at 6 months of age % of total energy available from fat % of total energy available from proteins Average amount of cereal available per person, per year (in kg)
Average amount of fruits and vegetables available per person, per year (in kg)
Average number of calories available per person per day (kcal)
Consumption/availability of additional items: eggs, milk (products), pulses, potatoe (products), nuts, juices, added lipids, sugar (products), alcoholic, non‐alcoholic beverages
Consumption/availability of bread/cereals
Consumption/availability of fish
Consumption/availability of fruit excuding juice
Consumption/availability of meat and meat products
Consumption/availability of non‐starch polysaccharides
Consumption/availability of vegetables excl. potatoes and juice
Ernährungsstatus
ECHI List: Determinants of Health – Health Behaviours – Nutrition
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
25.
26.
27.
28.
29.
30.
31.
32.
33.
Energy % from protein
Energy % from saturated fatty acids
Energy % from total fat (lipids)
Fat available per person per day (in g)
Frequency of food and drink intake
Fruit and vegetable consumption
Intake of contaminants in food
Intake of vitamin D, folate, iron, iodine, sodium
Meals taken out of home
Mineral content of typical diet
Poly‐ and mono‐unsaturated fatty acid content of typical diet
Protein available per person per day (in g)
Sugar consumption
Total calories and protein intake
Total calories intake, daily intake per capita
Total energy intake
Total fat intake
Total protein intake, daily intake per capita (grams) Vitamin content of typical diet
23
Ernährungsstatus
Aussagekraft nimmt mit höherer Spezifität zu
LDL
VLDL
Plasma
HDL
BLUT
Zellen:
Erythrocyten
Granulocyten
Lymphocyten
Isolierung der
Zellmembran
Oxidationsprodukte
spezifisches Wachstum
für Zellversuche
Materialaufwand und Genauigkeit nehmen mit höherer Spezifität zu
Ernährungsstatus
Genaue Kenntnis des Transports ist erforderlich: Bespiel Vitamin E
Ultra‐
Plasma Lipoproteine Erythrocyten Haupttransport ‐
partikel ist LDL
Enzymatik
zentifugation
Vitamin C
Harnsäure
Polyphenole
Albumin Wirkort: Zellmembran
Effekte bedingt durch Vitamin E
unspezifisch aussagekräftig Effekte bedingt durch Vitamin E
aussagekräftig 24
Ernährungsstatus
Ernährungsstatus
25
Ernährungsstatus
 Funktioneller Status
Ermittlung der Aktivität nährstoffabhängiger Funktionen in bestimmten Körperkompartimenten (Enzymaktivitäten, Stoffwechselraten, usw.)
Ernährungsstatus
Vitamine
A
D
E
K
Serum‐
konzen‐
tration (quant.)
Retinol
20‐60 µg/dl
Cholecalciferol
5 µg/dl
Tocopherole
0,8‐1,0 mg/dl
Phyllochinon
>20 µg/dl
RBP
Metaboliten
Gesamtlipide
> 0,8 mg/g
funktionell
Knochendichte
RBP
Umwand‐
lung BC‐Ret
Nacht‐
blindheit
Xeroph‐
thalmie
Hämolyserate
CK
antiox. Kapazität
Prothrombin‐
gehalt
Gerinnungs‐
zeit
26
Ernährungsstatus
Nährstoff
statisch
funktionell
Vitamin K
Phyllochinon im Plasma
Menachinon im Plasma
Blutgerinnung
g‐Carboxylaseaktivität
Thiamin
Thiamin‐Ausscheidung im U.
TPP‐Konz. im Plasma
aETK
Glucosebelastung
Riboflavin Riboflavin‐Ausscheidung
FMN/FAD‐Konz. im Plasma
aEGR
Pyridoxin
PALP‐Konz. im Plasma
a‐Transaminasen
Tryptophanbelastung
Folsäure
Folatkonzentration in Plasma
Homocystein
Folatkonzentration in Erys
Ernährungsstatus
Glutathionreduktase in Erythrocyten I (EGR)
 Riboflavin (Vitamin B2) ist Baustein des Coenzyms Flavin‐adenin‐
dinucleotid (FAD), das prosthetische Gruppe einiger Flavoproteine ist, die an Redoxvorgängen beteiligt sind.  Die Bestimmung der Glutathion‐Reduktase in Erythrocyten ist ein funktioneller Test für die Evaluation des Ernährungsstatus von Vitamin B2
27
Ernährungsstatus
Glutathionreduktase in Erythrocyten II (EGR)
 Mit der Methode wird die Aktivierbarkeit
der NADPH2‐abhängigen
Erythrozyten‐Glutathion‐Reduktase durch FAD ermittelt. Der Quotient
aus stimulierter und unstimulierter Aktivität (‐EGR) ermöglicht die
Diagnostik eines Riboflavinmangels.
 Glutathion‐Reduktase ist ein Flavoenzym mit FAD als prosthetischer
Gruppe. Bei Riboflavinmangel stimuliert die Zugabe von FAD die
enzymatische Aktivität. Dieses Phänomen wird als „FAD‐effect“
bezeichnet und gibt Auskunft, in welchem Ausmaß das Enzymprotein
ausreichend Cofaktoren zur Verfügung hat.
Ernährungsstatus
Glutathionreduktase in Erythrocyten III (EGR)
Testprinzip
Die Glutathion‐Reduktase katalysiert die Regenerationsreaktion des oxidierten Glutathion in Erythrozyten. NADPH (NADH) + H+ + GSSG  NADP+ (NAD+) + 2 GSH
Diese Reduktion ist NADPH2‐abhängig. Die NADPH2‐Abnahme wird photometrisch gemessen. Die Reaktion wird mit und ohne Zusatz von FAD durchgeführt. Je größer die prozentuale Stimulierung durch FAD ist, umso größer ist der Mangel an Vitamin B2.
28
Ernährungsstatus
Glutathionreduktase in Erythrocyten IV (EGR)
Referenzwerte:
AK = 1,00 weist auf keine Stimulation hin. Acitivity Coefficients
αEGR = (EGR stimuliert)/(EGR unstimuliert)
αEGR = (EGR + FAD)/(EGR ‐ FAD)
subjects
deficient (high risk)
marginal (medium risk)
acceptable (low risk)
all ages
1,40 (40%)
1,20‐1,40
(20‐40%)
< 1,20
(< 20%)
Ernährungsstatus
Nährstoff
statisch
Niacin
Quotient der Urinausscheidung
funktionell
an N‐Methyl‐2‐Pyridon‐5‐Carboxamid
zu N‐Methyl‐Nicotinamid
Cobalamin
Cobalamin‐Konz. im Plasma
Homocystein
Belastung mit ungerad‐
zahligen Fettsäuren
Vitamin C
Ascorbat‐Konz. im Plasma
antioxidative Kapazität
Ascorbat‐Konz. in Leukos
Immunstatus
29
Ernährungsstatus
Nährstoff
statisch
funktionell
Niacin
Quotient der Urinausscheidung an N‐Methyl‐2‐Pyridon‐5‐
Carboxamid zu N‐Methyl‐
Nicotinamid
Cobalamin
Cobalamin‐Konz. im Plasma
Homocystein
Belastung mit ungeradzahligen Fettsäuren Vitamin C
Ascorbat‐Konz im Plasma
Ascorbat‐Konz. in Leukozyten
antioxidative Kapazität
Immunstatus
30
Ernährungsstatus
Schilling‐Test
Der Test diente ursprünglich zur Abklärung eines Vitamin B12 Mangels, wird aber auch zur Überprüfung der Aufnahmefähigkeit des Dünndarms eingesetzt. Er existiert zwischenzeitlich in vielen verschiedenen Varianten. Das Prinzip ist aber immer das gleiche:
In einem ersten Versuch gibt man dem Patienten nur (radioaktiv markiertes) Vitamin B12 und überprüft, wieviel er davon aufnimmt (über die Urinausscheidung).
Im zweiten Versuch gibt man dem Patienten Vitamin B12 und den Intrinsinc‐
Faktor. Wieder überprüft man, wieviel Vitamin B12 ausgeschieden wird.
Ernährungsstatus
Schilling‐Test
Hat der Patient Vitamin B12 schon im ersten Versuch aufgenommen, dann ist die Funktion des Magens (also die Bereitstellung von Intrinsinc‐Faktor) und die Aufnahme von Vitamin B12 im Dünndarm in Ordnung. Hat der Patient beim ersten Versuch kaum Vitamin B12 aufgenommen, beim zweiten aber schon, dann hat offenbar der Intrinsinc‐Faktor gefehlt. Es lag also am Magen. Wurde auch beim zweiten Versuch kaum Vitamin B12 aufgenommen, hat also der Intrinsinc‐Faktor auch nichts genützt, könnte die Ursache des Vitamin B12
Mangels im Dünndarm liegen.
Wenn auch beim 2. Versuch kaum Vitamin B12 aufgenommen wurde, kann natürlich auch ein Problem im Dünndarm und bei der Intrinsinc‐Faktor‐
Produktion bestehen. 31
Ernährungsstatus
Schilling‐Test
Art des Tests
Messung der
Vitamin B12Ausscheidung im Harn
Ausscheidung von mehr als 8-10%
der verabreichten Menge
Gabe von Vitamin B12
und von an IntrinsincFaktor gebundenem
Vitamin B12
Es sollte von dem an Intrinsinc-Faktor
gebundenen Vitamin B12 nicht viel mehr als
von dem reinen Vitamin B12 aufgenommen
werden (Verhältnis höchstens 1.2 zu 1).
Ernährungsstatus
Nährstoff
statisch
funktionell
Na (Cl)
Na(Cl)‐Ausscheidung
Reizleitung (Nerven)
K
K‐Ausscheidung
Reizleitung (Herzmuskel)
Mg
Mg‐Ausscheidung
Reizleitung (Skelettmuskel)
Ca
Ca‐Ausscheidung
Knochendichte
32
Ernährungsstatus
Nährstoff
statisch
funktionell
Fe
Fe‐Konz. im Plasma
(freies Fe, Gesamt‐Fe)
Hb‐Konz. im Plasma
Hämatokrit
abgeleitete Faktoren
(MCH(C), MCV)
Fe‐abhängige Enzyme
Immunstatus
Ferritin
Transferrin
Trasferrinrezeptor
TIBC
oxidativer Stoffwechsel (Fe++/Fe+++, Haber‐Weiss)
Ernährungsstatus
33
Ernährungsstatus
Ernährungsstatus
34
Ernährungsstatus
Anämieformen
Eisenmangel
Folsäuremangel
hypochrom
mikrozytär
↓ Hb,
↓ Ferritin
↓ MCH
↓ MCV
B12‐Mangel
Megaloblastische Anämie
(Störung der Zellreifung)
↓ Hb,
↑ MCH
↑ MCV
perniziöse Anämie
Schilling‐Test
Ernährungsstatus
Iron Deficiency Anaemia (IDA)
35
Ernährungsstatus
Megaloblastic Anaemia (Folate, B12)
Ernährungsstatus
Nährstoff
statisch
funktionell
Cu
Cu‐Konz. im Plasma
Cu‐abh. Enzyme (SOD)
Cr
Cr‐Konz. im Plasma
Glucosetoleranz
J
Jod‐Ausscheidung im Urin
T3/T4 im Plasma
Mn
Mn‐Konz. im Plasma
Mn‐abh. Enzyme (SOD, XO)
Se
Se‐Konz. im Plasma
Se‐abh. Enzyme (GPX),
antioxidative Parameter
Zn
Zn‐Konz. im Plasma
Zn‐abh. Enzyme (SOD, Dehydrogenasen, usw.)
36
Netzwerk von Schutzsystemen gegenüber freien Radikalen
-Oxidation
Pentosephosphatzyklus
2 H2O
ROH
GSSG
6-PG
GPX
NADPH
GR
G6P-DH
ROH
G-6-P
ROOH
GSH GSHNADP+
Vit. E
Synthetase
SOD
Glu, Cys, Gly
freie Radikale
SOD
Katalase
2 e2 O2
2 –O2*
H2O2
H2O + ½ O2
2 H+
DH-Ascorbat
Vit. E
Ascorbat
-Car.
–O *
2
Tocopherol-HQ / -Car. + O2
Antioxidatives
Potential
Antioxidative Kapazität
Enzymatisch
SOD, KAT, GSH-Px
GSH-S-Transferase
GSSG-Reduktase
NADPH-liefernde
Enzyme
Nicht enzymatisch
Vit. C, Vit. E, -Car.,
GSH, Flavonoide, Urat
Serumproteine
ADP
ATP
Glucose
BIOMARKER
ERKRANKUNG
(Endpunktmarker)
Entstehung aktivierter Sauerstoffspezies und freier Radikale
Primäre Radikale:
1O , *-O , HOO*, OH*, H O
2
2
2 2
Sekundäre: ROOH, RO* ,ROO*
37
Entstehung von Sekundärprodukten als Folge eines schlechten Status am Beispiel von VITAMIN E:
Produkte als Folge einer Unterversorgung:
‐ Malondialdehyd, konjugierte Diene als
Oxidationsprodukte
‐ H2O2, Superoxidanionen erhöht
‐ Zellmembrane zerstört: Hämolyse erhöht ‐ Creatinausscheidung im Harn erhöht
Ernährungsstatus
Funktionsparameter – sensitive und spezifische Tests
1. in vitro Tests einer in vivo Funktion:
‐ Blutgerinnungszeit für Vit. K
‐ Homocystein für Folsäure + B12
2. Belastungstest in vivo
‐ Messung der Enzymausschüttung als Parameter wie gut der Körper versorgt ist B2 .. EGR, B6 .. EGOT
‐ Anhäufung von Metaboliten, da Coenzym für weitere
Reaktionen fehlt, Homocystein .. Folsäure, B6 oder B12
3. Spontane in vivo Reaktion
‐ Dunkeladaption für Vitamin A
‐ Nevenleitfähigkeit .. B1
38
Ernährungsstatus
Hauptanwendungen von Funktionsparametern
Methoden zur Bestimmung des Energieumsatzes
Direkte Kalorimetrie
Messung der Wärmeabgabe eines
Organismus (Strahlung, Konvektion,
Leitung und Evaporation) 
Bestimmung der Verbrennungswärme
bzw. des physikalischen Brennwertes
von Nährstoffen und Lebensmitteln
Indirekte Kalorimetrie
Messung des Sauerstoffverbrauchs
(VO2); die Menge des verbrauchten
Sauerstoffs ist proportional zur
freigesetzten Energie, die als Wärme
messbar wird
Doubly labelled water
Basiert auf der unterschiedlichen
Methode (Isotopen-Methode) Elimination (als CO2 und H20) von 2H
und 18O aus dem Körperwasser nach
Gabe dieser Isotope; Rückschluss auf
VCO2  RQ  VO2  Energieumsatz
39
ENERGY REQUIREMENTS
Factors of daily energy expenditure
ENERGY REQUIREMENTS
Estimation of EE
The most widely used formula for calculation of human
energy expenditure are those developed by Weir
(1949!!!):
EE (kJ) = 16.489 VO2 (l) + 4.628 VCO2 (l) - 9.709 N (g)
If urinary nitrogen excretion (N) is not measured but it is
assumed that protein oxidation represents around 15%
of total energy expenditure, the same formula becomes:
EE (kJ) = 16.318 VO2 (l) + 4.602 VCO2 (l)
40
ENERGY REQUIREMENTS
Formulae for the prediction of BMR
age range
(years)
regression formula for
BMR (MJ/day)
95% confidence
limits
10-17
0.074 (wt) + 2.754
± 0.88 <J/d
18-29
0.063 (wt) + 2.896
± 1.28 <J/d
30-59
0.048 (wt) + 3.653
± 1.40 <J/d
60-74
0.0499 (wt) + 2.930
N/A
75+
0.0350 (wt) + 3.434
N/A
women 10-17
0.056 (wt) + 3.434
± 0.94 <J/d
18-29
0.062 (wt) + 2.036
± 1.00 <J/d
30-59
0.034 (wt) + 3.538
± 0.94 <J/d
60-74
0.0386 (wt) + 2.875
N/A
75+
0.0410 (wt) + 2.610
N/A
men
ENERGY REQUIREMENTS
41
Physical activity level (PAL)
Arbeitsschwere
PAL
ausschließlich sitzende oder liegende
Lebensweise
1,2
Beispiele
Alte, gebrechliche
Menschen
ausschließlich sitzende Tätigkeit mit wenig oder
keiner anstrengenden Freizeitaktivität
1,4-1,5
Büroangestellte,
Feinmechaniker
Sitzende Tätigkeit, zeitweilig auch zusätzlicher
Energieaufwand für gehende und stehende
Tätigkeiten
1,6-1,7
Studierende,
Fließbandarbeiter,
Laboranten
Überwiegend gehende und stehende Arbeit
1,8-1,9
Hausfrauen, Kellner,
Verkäufer,
Handwerker
Körperliche anstrengende berufliche Arbeit
2,0-2,4
Bau-, Wald-,
Bergarbeiter,
Landwirte
ENERGY REQUIREMENTS
Calculation of energy requirements from activity pattern
activity
multiple of
BMR
hours
spent in
activity
kJ expended
Example (a): a male office clerk aged 25 years, weight 65 kg,
predicted BMR = 6078 kJ/d
in bed
1.0
8
2340
at work
1.7
6
2970
household tasks
3.0
2
1760
fitness training
6.0
0.33
580
remainder
1.4
7.67
3140
total
1.54
24
10780
discretionary
42
ENERGY REQUIREMENTS
Calculation of energy requirements from activity pattern
activity
multiple of
BMR
hours
spent in
activity
kJ expended
Example (b): a rural woman in a developing country aged 35
years, weight 50 kg, predicted BMR = 5290 kJ/d
in bed
1.0
8
1780
domestic work
2.7
3
1800
agricultural work
2.8
4
2490
discretionary
2.5
2
1110
residual
1.4
7
2180
total
1.76
24
9360
ENERGY REQUIREMENTS
Factors of daily energy expenditure
Components of daily energy expenditure
components
factors of influence
physical
activity
•
•
•
•
intensity
duration
body weight
genetic factors
diet induced ~
amount and composition
adaptative thermogenesis
BMR
•
•
•
•
•
•
fat free body mass (muscle mass)
age
gender
genetical factors
hormons
activity of sympathicus
43
Ernährungsstatus
Methoden – Direkte Kalorimetrie
Energieverbrauch
 Eismantelkalorimeter nach Lavoisier (1743 – 1794)
 Bei der direkten Energieumsatzmessung wird die vom Organismus abgegebene Wärmemenge erfasst (direkte Kalorimetrie).
Ernährungsstatus
Methoden – Direkte Kalorimetrie
• Die vom Organismus aufgenommene Sauerstoffmenge wird
kontinuierlich oder diskontinuierlich mit offenen oder geschlossenen
Respirationssystemen bestimmt.
• 1 Liter Sauerstoff-Verbrauch entspricht etwa 20 kJ bzw. 4,8 kcal.
44
Ernährungsstatus
Energie
DLW‐Methode
„Doubly Labelled Water“
Ernährungsstatus
DLW‐Methode
Prinzip: Verabreichung einer definier‐ten Menge an doppelt markiertem Wasser und Messung der Elimi‐nationskinetik beider Isotopen. Die Konzentration an 2H, das nahezu vollständig in Wassermolekülen gebunden ist, sinkt als Folge der Verdünnung durch das Körperwasser von neuem, unmarkiertem Wasser (aus Lebensmitteln, Getränken, sowie der Oxidation von Nährstoffen), und in Verbindung mit dem gleich‐zeitigen Verlust an markiertem Wasser über Evaporation durch Lunge und Haut. Die Eliminationsrate ist ein Maß für die Wasserverschie‐bungen im Organismus. 45
Ernährungsstatus
DLW‐Methode
Der Großteil an 18O einer Versuchsperson wird in Form von Wasser eliminiert, aber ein bestimmter Anteil auch als CO2 nachdem dieses sich durch die Aktivität der Carboanhydrase in den Körperflüssigkeiten im Gleichgewicht mit dem Körperwasser befindet. Die Eliminationskonstante an 18O ist daher steiler als die für 2H und die Differenz der beiden repräsentiert die CO2‐Produktion. Dies ist daher ein indirekter Messwert für die metabolische Rate und kann zu Ermittlung der Produktion an Energie herangezogen werden indem bekannte oder geschätzte Daten der chemischen Zusammensetzung der oxidierten Lebensmittel eingesetzt werden. Ernährungsstatus
DLW‐Methode
Die Ermittlung der zwei Eliminationskonstanten erfordert mindestens zwei Proben an Körperflüssigkeit nach Verabreichung der Isotopen über einen Zeitraum von mehreren Wochen, abhängig vom Alter und dem Wasserkonsum. Die gewählten Isotopen 2H und 18O sind stabil, also nicht radioaktiv, und damit ungefährlich für die Versuchspersonen. 46
Ernährungsstatus
DLW‐Methode
Für die Messung der Isotopen ist ein Isotopenverhältnismassenspektrometer (IRMS) erforderlich…. Ernährungsstatus
DLW‐Methode
… und eine genaue Ermittlung des Respiratorischen Quotienten bzw. des kalorischen Äquivalent (Energy Equivalent EeqCO2).
RQ
Eeq (kJ/l)
O2
CO2
Fat
0.710 19.50 27.46
Protein
0.835 19.48 23.33
CHO
1.000 21.12 21.12
Alcohol
0.667 20.33 30.49
47
Respiratorischer Quotient
 Verhältnis der ausgeatmeten Menge an im Körper gebildetem Kohlendioxid zu der im gleichen Zeitraum aus der eingeatmeten Luft verbrauchten Menge an Sauerstoff
Von Blut an Lunge abgegebenes CO2‐Volumen
RQ =
Von Lunge in Blut aufgenommenes O2‐Volumen
Respiratorischer Quotient
 Abgeatmete Menge an CO2 stammt aus der „Verbrennung“ der Nährstoffe
 Verbrauchte Menge an O2 wird für diese Oxidationsprozesse benötigt
Fett
KH
Protein
CO2-Abgabe [ml/g]
1427
829
814
O2-Aufnahme [ml/g]
2019
829
996
RQ
0,7
1,0
(0,8)
48
Nährstoffaufnahme ‐ Ziele von Ernährungserhebungen
Einzelpersonen
Aktuelle Ernährung
Kürzere Zeiträume
Globale Charakterisierung der Ernährung
Gesamte Ernährung
Bevölkerungsgruppen
Zurückliegende Ernährung
Längere Zeiträume
Detail-Information von
Inhaltsstoffen
Teilaspekte der Ernährung
Nährstoffaufnahme
 Household Budget Survey (HBS):
Food Account Method
Inventurmethode
 Individuelle Ernährungserhebungen
Prospektiv Retrospektiv
49
Nährstoffaufnahme
 Individuelle Ernährungserhebungen, retrospektiv Food Frequency Questionnaire
Diet history
24‐h‐Recall
Nährstoffaufnahme
 Individuelle Ernährungserhebungen, prospektiv Schätzprotokoll
Wiegeprotokoll
Duplicate Diet
50
Problematik am Bsp. 24‐Recall
Schwierigkeiten
Abhilfe
Genauigkeit der LM‐Beschreibung
Geschulter Interviewer
Schätzung von Mengen
Möglichst genaue Beschreibung der
Vergessen von LM
Untypischer Tag
Absichtliche Falschangaben
LM
Nachfragen der Zwischenmahlzeiten, Snacks, Getränke etc.
Wiederholte Erhebungen
Wahl der richtigen Methode
Abhängig von  Ziel der Studie / Fragestellung
 Zielpopulation (Art, Größe, Bildungsniveau,...)
 Personellen Möglichkeiten
 Finanziellen Möglichkeiten
 Zeitlichen Möglichkeiten
51
Methodenvergleich,‐bewertung
Genauigkeit
Kosten
Personalaufw.
Zeitaufwand
Nahrungsbilanzen
HBS
X
XX
X
X
X
X
X
X
24-h recall
Diet history
Fragebogen
Wiegemethode
Schätzprotokoll
XX
XX
X
XXX
XX
XX
XX
X
XXX
XX
XX
XX
X
XXX
XX
X
X
X
XXX
XX
X ... Niedrig, XX ... Mittel, XXX .. Hoch
Nährstoffaufnahme
Underreporting:
CUT‐OFF 1: Klassifizierung der Energieaufnahmen in Hinblick auf die Aussagekraft zur Beschreibung des ‘üblichen Verzehrs’, ohne jedoch die möglichen individuellen oder zyklischen Schwankungen des Verzehrs zu berücksichtigen. Dieser CUT‐OFF‐1‐Wert dient primär zur Identifikation des UR bei der Bewertung von Gruppenergebnissen 52
Nährstoffaufnahme
Underreporting:
CUT‐OFF 2: nimmt auf die individuellen Variationen des Verzehrs bezug und erlaubt Bewertungen sowohl auf Gruppenebene wie auch auf der individuellen Ebene. Energieaufnahmen können niedrig sein, da sie von Tagen stammen, an denen eine niedrige Aufnahme stattgefunden hat, die jedoch völlig im Rahmen der normalen Schwankungen liegt. Die Ableitung des CUT‐OFF 2 berücksichtigt neben mittleren Variationskoeffizienten der individuellen Energieaufnahmen (CV = 23%) auch die Variationen der errechneten BMR‐Werte (CV = 8%) und der üblichen körperlichen Aktivität (Physical Activity Level ‘PAL’, CV = 12.5%). Nährstoffaufnahme
95% Vertrauensbereich
99.7%
Vertrauensbereich
n=
UR liegt vor, wenn …
EA / BMR  …
UR liegt vor, wenn …
EA / BMR  …
1
1.10
0.92
10
1.39
1.32
20
1.43
1.38
30
1.46
1.41
40
1.47
1.43
50
1.48
1.44
100
1.50
1.47
200
1.51
1.49
2.4
1.7
Cut Off 2
Over-reporting
53
Nährstoffaufnahme
Berechnung des Grundumsatzes (= Basal Metabolic Rate, BMR) nach SCHOFIELD (1985)
weiblich, BMR =
männlich, BMR =
unter 3 J.
0.068 x <kg> + 4.281 x <m> - 1.730
0.0007 x <kg> + 6.349 x <m> - 2.584
3 - unter 10 J.
0.071 x <kg> + 0.677 x <m> + 1.553
0.082 x <kg> + 0.545 x <m> + 1.736
10 - unter 18 J.
0.035 x <kg> + 1.948 x <m> + 0.837
0.068 x <kg> + 0.574 x <m> + 2.157
18 - unter 30 J.
0.057 x <kg> + 1.184 x <m> + 0.411
0.063 x <kg> + 0.042 x <m> + 2.953
30 - unter 60 J.
0.034 x <kg> + 0.006 x <m> + 3.530
0.048 x <kg> + 0.011 x <m> + 3.670
über 60 J.
0.033 x <kg> + 1.917 x <m> + 0.074
0.038 x <kg> + 4.068 x <m> - 3.491
Alter
Vom Ernährungsprotokoll zur Nährstoffaufnahme
Auswertung über
Lebensmitteltabellen
(BLS/OeLS)
Statistische
Auswertung
54
Der Bundeslebensmittelschlüssel (BLS) bzw. der
Österreichische Lebensmittelschlüssel (OeLS)
Der Bundeslebensmittelschlüssel (BLS) ist eine Lebensmittelnährwertdatenbank,
die als Standardinstrument zur Auswertung von ernährungsepidemiologischen
Studien und Verzehrserhebungen in der Bundesrepublik Deutschland entwickelt
wurde. Im BLS sind die durchschnittlichen Nährwerte und Inhaltsstoffe (138
Angaben pro Lebensmittel) von etwa 10000 Lebensmitteln (frische Lebensmittel,
Zubereitungen, Fertiggericht, Rezepturen usw.) weitgehend erfasst.
Grundlage des BLS bilden Forschungsergebnisse der
Bundesforschungsanstalten für Ernährung und Lebensmittel und Universitäten
sowie Analysewerte von Firmen der Lebensmittelindustrie und von
internationalen Nährwerttabellen. Die Angaben dieser Untersuchungen beziehen
sich jedoch vorwiegend auf etwa 1100 unverarbeitete Basislebensmittel. Um die
Inhaltsstoffe von weiteren 9000 zusammengesetzten und bearbeiteten
Lebensmitteln zu erhalten, wurden die Nährwertdaten des BLS überwiegend
mittels Algorithmen und Verlustmodellrechnungen aus den Daten der
Basislebensmittel generiert.
Der Bundeslebensmittelschlüssel (BLS) bzw. der
Österreichische Lebensmittelschlüssel (OeLS)
Grundlegender Aufbau des BLS:
Der Aufbau des Schlüssels soll anhand des Beispiels "B111000" für
Vollkornbrot-Weizenvollkornbrot erläutert werden:
•
1. Stelle:
•
2. Stelle:
•
3. und 4. Stelle:
•
•
•
5. Stelle:
6. Stelle:
7. Stelle:
gliedert die Lebensmittel in Lebensmittelhauptgruppen,
also die Art, hier B = Brot und Kleingebäck
definiert die Lebensmitteluntergruppen,
hier 1 = Vollkornbrot
klassifiziert die Einzellebensmittel,
hier 11 = Vollkornbrot-Weizenvollkornbrot
Verarbeitung, hier = 0
Zubereitungsform, hier = 0
Gewichtsbezug, hier = 0
55
Der Bundeslebensmittelschlüssel (BLS) bzw. der
Österreichische Lebensmittelschlüssel (OeLS)
Grundlegender Aufbau des BLS:
Der Aufbau des Schlüssels soll anhand des Beispiels “G311902" für
Blumenkohl, Konserve, abgetropft erläutert werden:
•
1. Stelle:
•
2. Stelle:
•
3. und 4. Stelle:
•
•
•
5. Stelle:
6. Stelle:
7. Stelle:
gliedert die Lebensmittel in Lebensmittelhauptgruppen,
also die Art, hier G = Gemüse
definiert die Lebensmitteluntergruppen,
hier 3 = Kohlgemüse
klassifiziert die Einzellebensmittel,
hier 11 = Blumenkohl
Verarbeitung, hier = 9 (Konserve)
Zubereitungsform, hier = 0 (nicht zubereitet)
Gewichtsbezug, hier = 2 (abegetropft)
Häufigkeit
Beurteilung der Nährstoffaufnahme auf Basis der D-A-CHReferenzwerte
2 sd
durchschnittlicher
Bedarf
Empfehlung
56
Beeinflussun
g durch die
Datenverteilung
Kupferkonzentration im Plasma (mg/L)
Zusammenhang Nährstoffaufnahme Nährstoffstatus
• Bioverfügbarkeit
• Wechselwirkungen zw.:
- zweiwertigen
Elementen
- Protein
- u.a.
• Exkretion
Kupferaufnahme (mg/d)
57
Referenzwertproblematik
Normalbereich
laut Sauberlich (1999)
vorgeschlagener
Normalbereich für
Österreich:
4-9 10-19 > 65
Vitamin D-Status
in Österreich
Ernährungsepidemiologische Studien - Übersicht
BIOCHEMIE
„in vitro“
Zellkulturen
PHYSIOLOGIE
Tierversuche
Stoffwechselstudien am
Menschen
EPIDEMIOLOGIE
Studien am Gesamtorganismus
58
Ernährungsepidemiologische Studien - Übersicht
?
Physicians' Health Study – Plötzlicher Herztod
1,0
p für Trend = 0,007
Relatives Risiko PHT
0,8
0,6
0,4
0,2
0
Quartil -3-FettsäurenGehalt im Plasma
Mittlerer Anteil an
Plasmalipiden
1
2
3
4
3,58%
4,76%
5,63%
6,87%
Albert C M et al., NEJM 2002
59
Relatives Risiko
60
61
62

Download Report