Focus su sicurezza d’uso e nutrizionale degli alimenti21-22 novembre 2005

MISURE BIOCHIMICHE PER LAVALUTAZIONE DELLO STATO DI NUTRIZIONE

MISURE BIOCHIMICHE PER LAVALUTAZIONE DELLO STATO DI NUTRIZIONE

Giammarioli Stefania, Sanzini Elisabetta

E’ ormai universalmente riconosciuto che l’alimentazione è in grado di in-fluenzare profondamente lo stato di salute e che l’adeguatezza della die-ta, in tutte le fasi della vita, costituisce il prerequisito essenziale per il man-tenimento di un buono stato di salute.

Esiste inoltre un largo consenso circa l’esistenza di una correlazione traalimentazione e rischio di malattie non trasmissibili in particolare per al-cune forme morbose quali le malattie cardiovascolari, alcuni tumori, il dia-bete non-insulino dipendente, l’obesità ecc.

Da queste considerazioni deriva l’importanza di avere a disposizione stru-menti idonei per la valutazione sia dell’esposizione dietetica che dello sta-to di nutrizione relativi ai diversi componenti della dieta

STATO DI NUTRIZIONE

Si può definire lo stato di nutrizione come la risultante dell’equilibriotra apporto di nutrienti e fabbisogni dell’organismo. Esprime il grado con cui sono soddisfatte le necessità fisiologiche diun soggetto in relazione ai vari nutrienti introdotti con la dieta e, men-tre costituisce un aspetto particolare dello stato di salute, condizionaaltri aspetti della salute stessa quali: resistenza alle infezioni, insor-genza di malattie degenerative, ecc

MALNUTRIZIONE

Sta ad indicare uno stato di alterazione funzionale, strutturale e di sviluppo dell’organismo conseguente alla discrepanza tra fabbiso-gni nutrizionali specifici e introito o utilizzazione dei nutrienti essen-ziali.Le malnutrizioni possono essere dovute sia a deficienza (Malnutri-zione per difetto) che a eccessiva assunzione di principi nutritivi(Malnutrizione per eccesso)

Le malnutrizioni possono essere classificate

Sulla base del fattore nutritivo implicato:Malnutrizione proteico-calorica, lipidica, vitaminica, idro-minerale

Sulla base del decorso e dell’aspetto clinico:Forme acute, appariscenti, classiche (scorbuto, rachitismo ecc)

Forme croniche, latenti o subcliniche

Sulla base dell’origine:Malnutrizioni primarie

Malnutrizioni secondarie

Malnutrizioni primarie- sono legate direttamente all’ apporto alimentare e quindi connesse a fattori che condizionano la disponibilità e il consumo di quantità ade-guate di principi nutritivi.

Malnutrizioni secondarie- prodotte da meccanismi che alterano il fabbisogno, l’assorbimento e ilmetabolismo dei diversi fattori nutritivi.Sono il corollario di particolari situazioni fisiologiche e patologiche, di trattamenti terapeutici.

• Variazioni del fabbisogno nutritivo(gravidanza, accrescimento, convalescenza, attività fisica elevata, febbre ecc)

• Anormale assorbimento di principi nutritivi(malattie gastro-intestinali, epatobiliari, terapie speciali ecc)

• Ostacolata utilizzazione di principi nutritivi(epatopatie, tumori maligni, malattie metaboliche ecc.)

Nella popolazione sana dei paesi industrializzati sono ormai poco frequen-ti i fenomeni di carenza generalizzata di tipo proteico-calorico. Permangono invece fenomeni carenziali o subcarenziali soprattutto a livel-lo di micronutrienti quali ferro, zinco, tiamina, vitamina D, folati, ecc.I gruppi di popolazione più interessati da questi fenomeni sono rappresen-tati da soggetti in specifiche condizioni fisiologiche (anziani, donne in gra-vidanza o in menopausa ecc.) o patologiche (soprattutto quelle che com-portano fenomeni di malassorbimento).Risultano inoltre sempre più frequenti squilibri dovuti ad una assunzione ec-cessiva di nutrienti, legati tra l’altro ad un progressivo allontanamento daimodelli alimentari tradizionali (dieta mediterranea).

La valutazione dello stato di nutrizione può essere condotta

con:Metodi indiretti:

-Indagini dietetiche

o conMetodi diretti:

- Metodi biochimici- Metodi antropometrici

- Metodi clinici

MARKERS BIOCHIMICI

I markers biochimici sono generalmente in grado di evidenziare preco-cemente le modificazioni dello stato di nutrizione e possono essere uti-lizzati per vari scopi:

• a livello di singoli soggetti e/o di singoli pazientiper rilevare stati di nutrizione inadeguati per difetto o per eccesso e monitora-re gli effetti di un eventuale intervento nutrizionale e/o di una terapia o come indice prognostico

• a livello di popolazione o di gruppi di popolazionecome componenti essenziali della sorveglianza e della valutazione del rischionutrizionale e del monitoraggio dell’efficacia di politiche di intervento

• come mezzi per validare strumenti di indagine dieteticaad es. Azoto urinario delle 24 h utilizzato per validare le stime di intake proteico ottenute con sistemi di rilevamento quali i questionari di frequenza

• indicatori alternativi o complementari di intake dieteticoper quelle situazioni in cui la misura dell’intake dietetico è poco affidabile (es. vitamina E) o in cui misure integrate (dietetiche e ematologiche) forniscono infor-mazioni più complete (es. carotenoidi)

Diverse considerazioni debbono essere fatte quando si vogliono utilizzare marker biochimici di stato nutrizionale e per interpretare correttamente i risultati ottenuti :E’ innanzitutto necessario conoscere con precisione

• la fisiologia dell’assorbimento, il destino metabolico del nutriente di interesse, la sua distribuzione tessutale e i meccanismi omeostaticiche ne controllano i livelli corporei

• l’eventuale influenza di altri nutrienti sul marker prescelto. Es. il Retinol Binding Protein è un marker che risente sia dello status nutrizionale di vitamina A che di quello proteico

• L’influenza di fattori diversi dalla dieta sul marker biochimico, quali particolari condizioni fisiologiche o patologiche o assunzione di farmaci. Es. la ferritina è importante marker biochimico dello stato di nutrizione del ferro, ma i suoi livelli sono condizionati anche dalla presenza di infezioni, disordini infiammatori ed altri stati patologici.

E’ necessario conoscere la relazione temporale tra il biomarker e l’intake dietetico. Esistono infatti :

- Marker a breve termine: sono quelli che rispondono all’assunzione dietetica nel giro di poche ore o pochi giorni (es. livelli ematici di vitamina C danno luogo a picchi post-prandiali per diverse ore)

- Marker a medio termine:sono quelli che rispondono in settimane o mesi (es. il contenuto di acidi grassi o di folati degli eritrociti può fornire una indicazione dell’assunzione media dei 120 giorni antecedenti)

- Marker a lungo termine:sono quelli che rispondono in termini di mesi o anni (es. i livelli di acidi grassi nel tessuto adiposo)

La scelta del campione biologico su cui misurare un determinato marker biochimico è condizionata da tutte queste considerazioni, come anche da motivi etici e pratici.

Campioni di urinasono spesso utilizzati per studiare micronutrienti idrosolubili. In alcuni casi è preferibile dosare i nutrienti in esame o loro metaboliti su campioni raccolti nelle 24 ore o esprimere i risultati permg di creatinina

Campioni ematicirappresentano la scelta di elezione per la maggior parte degli studi su larga scala che coinvolgono numerosi soggetti. La conoscenza del metabolismo e della distribuzione dei vari nutrienti può orientare la scelta della popolazione ematica più rappresentativa (plasma, eritrociti, leucociti ecc)

Capelli e unghiesono facilmente ottenibili e sono stati studiati in relazione allo stato di nutrizione degli elementi in traccia, anche se la validità delle informazioni ottenibili da questi campioni non è universalmente riconosciuta

Campioni di tessuto adipososono utili per la valutazione dello stato di nutrizione degli acidi grassi e dei costituenti dietetici lipo-solubili, ma il loro utilizzo è fortemente limitato dall’invasività del prelievo

Attualmente c’è un grande interesse nella misurazione di nutrientio di sostanze biologicamente attive, di origine dietetica, nel tessutotarget eziologicamente rilevante per specifiche patologie croniche.

Ad es. alcune evidenze suggeriscono che elevate assunzioni dieteti-che ed elevati livelli plasmatici di luteina e zeaxantina, sono inversa-mente associati con il rischio di degenerazione maculare connessoall’invecchiamento. Le ricerche correnti si stanno focalizzando sullamisurazione della concentrazione di questi composti nella retina, inquanto rappresenta il tessuto target di interesse per questa partico-lare patologia, in cui questi due carotenoidi si accumulano in modoselettivo.

Problematiche metodologiche

Alcune delle specie biochimiche misurate sono instabili ed è quindi necessario porre particolare attenzione alle modalità di prelevamento e di conservazione. Ad es. molte vitamine si degradano se esposte al calore, alla luce o all’ossigeno e i loro livelli diminuiscono nel corso della conservazione.E’ questo il caso della vitamina C, che richiede una rapida aggiunta di acido metafosforico al plasma, come stabilizzante, per ottenere risultati affidabili.

La necessità di ottenere dati affidabili e confrontabili tra diversi laboratori pone il problema di una efficace validazione (e controllo di qualità) delle metodologie analitiche, utilizzando ove possibile materiali di riferimento certificati.

In conclusione quando si pianifica uno studio per la valutazionedello stato di nutrizione o comunque si utilizzano markersnutrizionali è necessario avere ben chiaro lo scopo che ci si propone e individuare, tenendo conto di tutti i fattori sopra esposti, quale marker (o serie di markers) e quale campione biologico è in grado di dare la risposta migliore ai nostri quesiti.

INFLUENZA DELLA QUANTITA’ E QUALITA’ DELLE PROTEINEDELLA DIETA SULL’AMINOACIDOGRAMMA PLASMATICO

DEL LATTANTE SANO

AMINOACIDI PLASMATICI

Gli aminoacidi plasmatici sono stati studiati come indici dello stato di nutri-zione proteica, soprattutto in età pediatrica.Nella malnutrizione le concentrazioni plasmatiche e i rapporti tra amino-acidi risultano alterati (soprattutto per quanto riguarda gli aminoacidi rami-ficati, aromatici e solforati)I sistemi di regolazione omeostatica dei livelli di aminoacidi plasmatici nel-l’adulto sono estremamente efficienti e quindi le alterazioni dell’aminoaci-dogramma sono quasi sempre tardive e presenti solo nella malnutrizione proteica grave. La determinazione dell’aminoacidogramma risulta comun-que di grande interesse per la diagnosi di errori congeniti del metabolismo.

Lattanti (10 giorni – 4 mesi) alimentati con latte materno e formule a diverso contenuto proteico

0.66 ± 0.31**0.92 ± 0.181.37 ± 0.581.52 ± 0.501.43 ± 0.50Glicina/valina

1.67 ± 0.50*1.71 ± 0.19*2.42 ± 0.352.41 ± 0.652.26 ± 0.53Tot. non ess/ Tot. essenziali

0.384 ± 0.07*0.372 ± 0.03*0.336 ± 0.050.301 ± 0.060.325 ± 0.005Totale ess./Totale aa

613 ± 245**342 ± 58305 ± 104239 ± 33287 ± 106Totaleramificati

2356 ± 3501779 ± 3021926 ± 1711843 ± 3761883 ± 466Totalenon essenziali

1488 ± 420**1042 ± 161988 ± 244805 ± 143886 ± 241Totale essenziali

3844 ± 562**2828 ± 4292914 ± 3282698 ± 4142713 ± 555Totale aminoacidi

LatteVaccino dil.(2.5g/100ml)

(n=5)

Formula 3(1.9g/100ml)

(n=8)

Formula 2(1.7g/100ml)

(n=4)

Formula 1(1.5g/100ml)

(n=9)

LatteMaterno

(1.2g/100ml)(n=16)

Iponutrizione proteica: aminoacidi ramificati e rapporto essenziali/totali ↓rapporti totale non essenziali/totale essenziali e glicina/valina ↑

Ramificati

p<0,01

0

200

400

600

800

Lattematerno

Formula 1 Formula 2 Formula 3 Lattevaccino

Essenziali/Totali

p<0,05 p<0,05

00,10,20,30,40,5

Lattematerno

Formula 1 Formula 2 Formula 3 Lattevaccino

Non essenziali/Essenziali

p<0,05p<0,05

0

1

2

3

Lattematerno

Formula 1 Formula 2 Formula 3 Lattevaccino

Glicina/Valina

p<0,05p<0,01

0

0,4

0,8

1,2

1,6

Lattematerno

Formula 1 Formula 2 Formula 3 Lattevaccino

I LIVELLI SERICI DI ZINCO NELLA MALATTIA CELIACA

La patologia celiaca è una malattia dovuta ad intolleranza al glutine cheprovoca l’insorgenza di profonde alterazioni della mucosa intestinale che determinano, a loro volta, gravi fenomeni di malassorbimento.Lo scopo di questo studio è stato quello di valutare lo stato di nutrizione dialcuni minerali (calcio, ferro e zinco) in soggetti celiaci e di verificare la pos-sibilità di utilizzare i livelli di zinchemia come indice diagnostico

CalcioLa quasi totalità del calcio dell’organismo si ritrova nelle ossa sottoforma di cristal-li di fosfato di calcio. Nel plasma circa il 40% si trova legato alle proteine, un 10% sotto forma di complesso con fosfato, citrato e bicarbonato ed il rimanente 50% informa ionizzata

Calcio ionizzato nel plasma/sieroCalcio totale nel plasma/sieroIdrossiprolina urinaria (indice riassorbimento e degradazione ossea)Osteocalcina sierica (indice della sintesi ossea)

Per la valutazione delle funzioni fisiologiche viene determinata prevalentemente laforma ionizzata, mentre per la valutazione del suo ruolo metabolico a livello osseosi preferisce dosare il calcio totale.Gli altri due indici vengono utilizzati per lo studio del turnover osseo.

Ferro

E’ disponibile un range di biomarkers che in combinazione consentono una valutazione affidabile dello status del ferro e di distinguere diversi stadi carenziali:

Ferro nel plasma/sieroFerritinaTransferrina Capacità totale di legare il ferro (TIBC)Saturazione della transferrina Recettore solubile della transferrina (sTfR)Protopofirina eritrocitariaEmoglobina

La ferritina plasmatica è in equilibrio con i depositi dell’organismo ed considerata un indicatore moltosensibile della carenza di ferro, la sua concentrazione infatti cala molto precocemente durante lo svi-luppo della carenza di ferro.

Zinco

Zinco nel plasma o sieroZinco nei leucociti, negli eritrociti e nelle piastrine Zinco nei capelliMetallotioneinaMetalloenzimi (fosfatasi alcalina, SOD, nucleotidasi)

La concentrazione di zinco nel plasma o nel siero è il biomarker più correntemente accettato eutilizzato nonostante la sua relativa sensibilità e specificità.Diversi tessuti alternativi sono stati studiati, comprese diverse popolazioni cellulari ematiche, pro-teine che legano lo zinco come la metallotioneina, i capelli e i metalloenzimi contenenti zinco, magli sforzi di identificare un marker biochimico univocamente accettato non hanno avuto successo.

9%

50%

15%

21%

Albumina< 4.4 g/dl

27%

50%

16%

70%

Ferro<50 mcg/dl

53%7%19%

Gruppo IV(31)

Soggetti di controllo

10%50%41%

Gruppo III(22)

3° biopsia Challenge con

glutine

0%0%17%

Gruppo II(41)

2° biopsiaDieta senza

glutine

67%32%67%

Gruppo I (33)1° biopsiaDieta con

glutine

Calcio<8.8 mg/dl

Ferritina<15 mcg/ml

Zinco < 85 mg/dl

Gruppo

VALUTAZIONE DI ALCUNI INDICI BIOUMORALI QUALI POSSIBILIINDICATORI DI SQUILIBRI NUTRIZIONALI

Sono stati studiati soggetti in età pediatrica (età media 9-10 anni) sia normopeso che obesi e sono stati dosati i livelli ematici di:

Vitamina ABeta-carotene Vitamina EVitamina B1

Vitamina ARetinolo nel plasma/sieroRetinol-Binding Protein (RBP)

Il livello del retinolo ematico è regolato da un meccanismo omeostatico per cui viene mantenuto costante fino a che non si verifica deplezione della riserva epatica. Quasi tutto il retinolo nel sangue è associato con l’RBP per cui questa proteina può essere dosata come marker alternativo per la valutazione dello status di vitamina A.

β-caroteneβ-carotene nel plasma/sieroβ- carotene nel tessuto adiposo

I Iivelli plasmatici sono correlati alle stime dell’intake dietetico (correlazione modesta) e con i livelli nel tessuto adiposo dove i carotenoidi vengono immagazzinati. Il tessuto adiposo a differenza del plasma riflette meglio l’esposizione dietetica a lungo termine.

Vitamina EE’ costituita da una miscela di tocoferoli e tocotrienoli dei quali il più at-tivo dal punto di vista biologico è l’α-tocoferolo.

α-tocoferolo nel plasma/siero α-tocoferolo negli eritrocitiα-tocoferolo nel tessuto adiposo

L’α-tocoferolo nel plasma è prevalentemente legato alle β-lipoproteine (LDL) e i livelli plasmatici mostrano una forte correlazione con i livelli di lipidi totali e di colesterolo. I rapporti α-tocoferolo/β-lipoproteine o α-tocoferolo/colesterolo rappresentano indici migliori dello stato di nutrizione del tocoferolo da solo. I livelli plasmatici non mostrano una buona correlazione con le stime di intake dietetico e sono meglio correlati con i livelli nel tessuto adiposo.

Vitamina B1E’ presente nell’organismo umano principalmente sotto forma di tiamina-pirofosfato (TPP) negli eritrociti. Dato che non esistono riserve a lungo termine il pool corporeo è mantenuto dalle introduzioni dietetiche giornaliere.

Tiamina (prevalentemente in forma libera) nell’urina Tiamina nel sangue o meglio di TPP negli eritrociti Attività della transchetolasi eritrocitaria (ETK)

Un ridotto aumento dell’attività enzimatica in seguito all’aggiunta di un eccesso del coenzima vitaminico è indice di un buon stato vitaminico; al contrario una risposta elevata alla stimolazione coenzimatica indica uno stato nutrizionale inadeguato.

p<0,05

p<0,05

p<0,05

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

Retinolo alfa-tocoferolo(/10)

Alfa-tocoferolo/colesterolo (x10)

Beta-carotene Transchetolasi Ef fet to TPP (%) Trigliceridi Colesterolo

Soggetti normopeso (n=25) Soggetti obesi (n=85)

Il 39% dei soggetti sia normali che obesi è risultato marginalmente carente di vitamina B1

EFFECT OF HIGH INTAKES OF FRUIT AND VEGETABLES ON REDOX STATUS IN TYPE 2 ONSET DIABETES: A PILOT STUDY

Soggetti:Diabetici tipo 2 (età 49±4 anni), neodiagnosticati, non sottoposti a trattamenti farmacologiciControlli (appaiati per età, sesso, BMI, abitudine al fumo)

Trattamento dietetico:secondo raccomandazioni European Association for the Study of Diabetes+ 700-1000g /die frutta e verdura

Per monitorare l’efficacia dell’intervento dietetico e per identificare iparametri biochimici più utili allo scopo sono stati dosati:

Vitamina CVitamina AVitamina EBeta carotene Capacità antiossidante totale

Vitamina C

E’ presente come acido l-ascorbico e deidroascorbico praticamente in tutti i tessutie liquidi biologici con prevalenza nei leucociti e nel liquido cerebrospinale.

Acido ascorbico nel plasmaAcido ascorbico nei leucociti

I livelli plasmatici sembrano rispondere di più all’intake dietetico recente, mentre i livellinei leucociti riflettono più strettamente le riserve cellulari e il pool corporeo totale.

p<0,05

0

0,5

1

1,5

2

TAC Ac. Urico

p<0,05

0

20

40

60

80

Ascorbato β-carotene (x10) ret inolo α-tocoferolo α-tocoferolo/colesterolo

controllo pre-dieta dopo 3 mesi