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Jürgen König, University of Vienna, Department of Nutritional Sciences, Emerging Focus Nutrigenomics, juergen.koenig@univie.ac.at
Lernziele
• Was sind Mikronährstoffe und was ist ihre physiologische Funktion
• Kenntnisse über Vitamine: fettlösliche und wasserlösliche
• Kenntnisse über Mineralstoffe: Mengen‐ und Spurenelemente
• Kenntnisse über Sekundäre Pflanzenstoffe
• Kenntnis über die Diagnose von Mangel‐ und Überdosierungen
Erkennen und Beurteilung der Quellen von Mikronährstoffen in der menschlichen Nahrung
Kenntnisse zur Ermittlung des Ernährungsstatus an Mikronährstoffen
Kenntnisse über die Grundlagen und Anwendung von Referenzwerten für die Nährstoffzufuhr
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Literatur
• Gibney MJ, Vorster HH, Kok FJ. Introduction to Human Nutrition. Blackwell Publishing, Oxford 2002.
• Geissler C, Powers H. Human Nutrition. Elsevier Churchill Livingston, Philadelphia 2005.
• Biesalski HK, Grimm P. Taschentatlasder Ernährung. Thieme Verlag, Stuttgart, 2007.
• Institute of Medicine. DietaryReference Intakes. National AcademyPress, Washington D.C., 2007‐2011
• Deutsche Gesellschaft für Ernährung, Österreichische Gesellschaft für Ernährung, Schweizerische Gesellschaft für Ernährungsforschung, Schweizerische Vereinigung für Ernährung. Referenzwerte für die Nährstoffzufuhr. Umschau/Baus Verlag, Heidelberg, 2000.
Vorlesungseinteilung
14.10. Einführung, Referenzwerte
21.10. Allgemeines zu fett‐ und wasserlösliche Vitaminen
28.10. Vitamin A und Carotinoide, Vitamin D und Calcium/Phosphat
4.11. Vitamin E und Vitamin K
11.11. VEÖ‐Tagung
18.11. Vitamin B1, B2
25.11. Vitamin B6, Folsäure und Vitamin B12
2.12. Pantothensäure, Niacin, Biotin, Vitamin C
9.12. Mineralstoffe und Spurenelemente allgemein
16.12. Elektrolyte Na, K, Mg, Cl
23.12. Weihnachtsferien
30.12. Weihnachtsferien
6.1. Weihnachtsferien
13.1. Eisen, Selen, Kupfer, Mangan, Zink
20.1. Molybdän, Chrom, Ultraspurenelemente und Schwermetalle
27.1. Sekundäre Pflanzenstoffe
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Narbenbildung nach Xerophthalmie in Folge eines Vitamin-A-Mangels
Pellagra infolge eines Niacin-Mangels
Knochendeformationen infolge eines Vitamin-D-
Mangels (Rachitis)
Hämorrhagien infolge eines Vitamin-C-Mangels
Klinische Nährstoffmängel
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Fortschreiten der Mangelernährung
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Methoden zur Ermittlung des Nährstoffbedarfs
• epidemiologische Studien
• Mangelexperimente
• kurative Tests
• biochemische Untersuchungen
• Bilanzstudien
• Tierversuche
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Epidemiologische Studien
Nährstoffaufnahmen verschiedener Gruppen werden verglichen
z.B. Kropfentstehungbei mangelnder Jodversorgung
Zur Absicherung sind weitere Studien nötig
MangelexperimenteKurative Tests
Mangelexperimente
• der Nährstoffbedarf wurde anhand unzureichender Nährstoff‐ bzw. Nahrungszufuhr ermittelt
• an Häftlingen oder KZ‐Insassen durchgeführt
• heute weltweit verboten
Kurative Tests
• bestehender Mangel wird behoben
• Die Hälfte der Nährstoffaufnahme, die zur Behebung des Mangels nötig ist, wird dem Bedarf gleichgesetzt.
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Biochemische Untersuchungen
Heute das Mittel der Wahl
Früherkennung von Nährstoffmangel im subklinischen Stadium
man benötigt genaue Kenntnisse über das Schicksal des Nährstoffes im Körper
Versorgungsparameter
Funktionsparameter
Bilanzstudien
Vergleich zwischen Aufnahme und Ausscheidung eines Nährstoffs
Voraussetzung: Nährstoff wird in unveränderter Form ausgeschieden oder Metabolite sind bekannt
Ausgeglichene Bilanz: Aufnahme = Ausscheidung
Positive Bilanz: Es wird mehr aufgenommen als ausgeschieden. Z.B. Wachstum, Schwangerschaft, Gewichtszunahme
Negative Bilanz: Die Ausscheidung ist größer als die Aufnahme. Z.B. Gewichtsverlust, Katabolismus
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Tierversuche
Wenn wenig Daten aus Humanstudien vorhanden sind
Rückschlüsse vom Tier auf den Menschen sind nur bedingt möglich
keine quantitativen, nur qualitative Aussagen sind möglich (z.B. Mehrbedarf an einem bestimmten Nährstoff in der Schwangerschaft)
Extrapolation ‐ Interpolation
Extrapolation
vom Nährstoffbedarf einer Gruppe wird auf eine andere Gruppe geschlossen
Z.B. aus den gut bekannten Bedarfszahlen der Säuglinge wird der Bedarf der Kleinkinder geschätzt
Interpolation
Bedarfszahlen zweier Altersgruppen sind bekannt, z.B. von Säuglingen und Erwachsenen
der Bedarf einer dritten Gruppe wird daraus ermitteltz.B. von Jugendlichen
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Nährstoffbedarf (WHO)
Grundbedarf oder Mindestbedarf = minimum requirement
Bedarf zur Gewährleistung ausreichender Speicher = normative storage requirement
Grundbedarf
Verhindert
Nährstoffmangel
(latenten und
manifesten)
Ermöglicht normales
Wachstum
Ermöglicht normale
Fortpflanzung
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normativer Speicherbedarf
Ermöglicht Nährstoffspeicher, die schnell und ohne nachfolgende Funktionseinschränkung verfügbar sind
Die Fachwelt diskutiert noch über:
Größe der Speicher undZufuhrempfehlungen
zum Erreichen der Speicher
Individueller Nährstoffbedarf
M = Median
M M Nährstoffmenge
Population%
Grundbedarf normativer Speicherbedarf
Zufuhr-empfehlung
(safe level of intake)
Der individuelle Nährstoffbedarf ist in der Regel nicht normalverteilt. Ausnahme: Energie‐ und Proteinbedarf
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Energie‐und Nährstoffbedarf der Bevölkerung
x-2sd +2sd
niedrigste Zufuhrschwelle= lowest threshold intake (LTI) Unterhalb dieser Zufuhrmenge erleiden fast alle Personen des Kollektivs Funktionsstörungen
Mittelwert = durchschnittlicher Bedarf einer Bevölkerungsgruppe= average requirement oder average intake (AI) 50 % des Kollektivs sind ausreichend mit dem Nährstoff versorgt
Bevölkerungsreferenzzufuhr = population reference intake, PRIdeckt den Bedarf praktisch aller gesunden Personen (97,5 %) einer Gruppe
-2sd +2sd
x
Durchschnittswerte für Bevölkerungs-gruppen
Vom Bedarf zu den Empfehlungen
Der durchschnittliche Bedarf einer Bevölkerungsgruppe ist die Menge, mit der 50% der ihr zugeordneten Personen ausreichend versorgt werden (x). Von diesem Wert ausgehend, werden die Empfehlungen zur Nährstoff‐ und Energiezufuhr mit Hilfe der GaußschenNormalverteilung ermittelt.
-2sd x +2sdEmpfehlungen für die Nährstoffzufuhr
x
Empfehlungen für die Energiezufuhr
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Vom Bedarf zu den Empfehlungen
Nährstoffbedarf in der Schwangerschaft und Stillzeit
Energiebedarf steigt
Proteinbedarf steigt
Fettbedarf bleibt gleich (genügend essentielle FS)
Bedarf an den meisten Vitaminen und Mineralstoffen steigt, vor allem Folsäure, Calcium, Eisen und Jod
Empfohlen wird ausreichende Ballaststoffaufnahme
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Nährstoffbedarf des Säuglings (verglichen mit Erwachsenen)
Höherer Energiebedarf
Höherer Bedarf an Fett und essentiellen FS
Höherer Proteinbedarf
Höherer Bedarf an essentiellen AS (auch Cystein und Tyrosin)
Oligosaccharide in Muttermilch –Darmflora ‐ Reifung des Immunsystems?
Kritische Nährstoffe im Säuglingsalter: Eisen, Vitamin D und Vitamin K
Nährstoffbedarf während des Wachstums
Hoher Energiebedarf (vor allem bei Wachstumsschüben)
Etwas höherer Proteinbedarf als bei Erwachsenen
Kritische Nährstoffe: Calcium, Eisen und Zink
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Nährstoffbedarf von älteren Menschen
Energiebedarf sinkt (durch sinkenden GU)
Bedarf an essentiellen Nährstoffen bleibt gleich
Referenzwerte
Empfehlungen
Schätzwerte
Richtwerte
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Empfehlungen
Werden durch experimentelle und klinische Studien ermittelt.
Wenn nicht anders möglich, werden auch Schlussfolgerungen aus Erhebungen und epidemiologischen Studien herangezogen
Schätzwerte
Geben Hinweise auf eine angemessene und gesundheitlich unbedenkliche Zufuhr
Die ermittelten Werte sind durch experimentelle Untersuchungen gestützt, aber nicht genügend abgesichert.
Zahlenwerte: n‐3 Fettsäuren, Vitamin E, Vitamin K und PantothensäureZahlenbereiche: Kupfer, Mangan, Selen, Chrom, Molybdän, β‐Carotin und Biotin
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Richtwerte
Orientierungshilfe
Für Nährstoffe, die bei mangelnder
oder überhöhter Zufuhr
problematisch sind
Mindestzufuhrempfehlung: Wasser,
Fluorid und Ballaststoffe
Höchstzufuhrempfehlung: Fett,
Cholesterin, Alkohol und Speisesalz
Upper Level, UL
genauer „tolerable upper intake level“
Der UL‐Wert wird definiert als die Grenze der dauernden Nährstoffaufnahme, unterhalb derer keine schädlichen Effekte zu erwarten sind.
Berücksichtigt wird die Aufnahme aus allen Quellen (lebensmitteleigen, zugesetzt im Rahmen der Anreicherung und als Supplement)
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Nährstoffdichte
Lässt erkennen, ob ein Lebensmittel eine gute Quelle für einen Nährstoff ist
Gut geeignet, um die Nährstoffversorgung über eine Zeitspanne zu beurteilen (Tage, Wochen)
Nährstoffdichte =Nährstoffgehalt (µg, mg, g/100g)
Brennwert (MJ/100g)
Beurteilung der Nährstoffversorgung mittels Nährstoffdichte
Ist‐Nährstoffdichte z.B.:
Tatsächliche Folsäureaufnahme anhand Ernährungsprotokoll = 365 µg Folat‐Äquivalente/Tag
Tatsächliche Energiezufuhr anhand Ernährungsprotokoll = 7,2 MJ/Tag
Ist‐NSD = 365/7,2 = 50,7 µg/MJ
Soll‐Nährstoffdichte z.B.:
Empfohlene Nährstoffzufuhr laut D‐A‐CH Referenzwerten = 400 µg Folat‐Äquivalente/Tag
Empfohlene Energiezufuhr laut D‐A‐CH Referenzwerten = 8,1 MJ/Tag
Soll‐NSD = 400/8,1 = 49,4 µg/MJ
Ist-Nährstoffdichte =Summe des Nährstoffgehaltes/Zeiteinheit
Energiezufuhr/Zeiteinheit in MJ
Soll-Nährstoffdichte =Summe des empfohlenen Nährstoffgehaltes/Zeiteinheit
Empfohlene Energiezufuhr/Zeiteinheit in MJ
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References
Institute of Medicine (U.S.). Food and Nutrition Board. Dietary Reference Intakes
• for Energy, Carbohydrate, Fiber, Fat, Fatty Acids, Cholesterol, Protein, and Amino Acids (Macronutrients)
• for Thiamin, Riboflavin, Niacin, Vitamin B6, Folate, Vitamin B12, Pantothenic Acid, Biotin, and Choline
• for Vitamin C, Vitamin E, Selenium, and Carotenoids • for Water, Potassium, Sodium, Chloride, and Sulfate• for Calcium, Phosphorus, Magnesium, Vitamin D, and
Fluoride • for Vitamin A, Vitamin K, Arsenic, Boron, Chromium,
Copper, Iodine, Iron, Manganese, Molybdenum, Nickel, Silicon, Vanadium, and Zinc
References
Institute of Medicine (U.S.). Food and Nutrition Board. Dietary Reference Intakes
• A Risk Assessment Model for Establishing Upper Intake Levels for Nutrients
• Applications in Dietary Planning• Proposed Definition and Plan for Review of Dietary
Antioxidants and Related Compounds• Proposed Definition of Dietary Fiber• Guiding Principles for Nutrition Labeling and Fortification• Applications in Dietary Assessment
All at: www.nap.edu
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Definitions adapted from FNB:IOM DRI process
EAR = Estimated Average RequirementThe EAR is the median usual intake estimated to meet the requirement of half the healthy individuals in a life stage/gender group.
Definitions adapted from FNB:IOM DRI process
RDI = Recommended Dietary IntakeThe RDI is the average daily dietary intake level sufficient to meet the nutrient requirements of nearly all healthy individuals (97-98%) in a life stage/gender group.If the requirement for the nutrient is normally distributed and the standard deviation of the EAR is available, the RDI = EAR + 2 SDEAR. If data about variability are insufficient to calculate an SD, a coefficient of variation of 10% is assumed and used to estimate SD (CVEAR=SDEAR/EAR). Thus the RDI=1.2 x EAR. When nutrient requirements are not normally distributed, transformations can be used or Monte Carlo simulations summing components of the variability.
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Definitions adapted from FNB:IOM DRI process
AI = Adequate IntakeWhere an EAR (and therefore an RDI) for the nutrient cannot be determined because of limited or inconsistent data then an Adequate Intake (AI) is determined. The AI can be used as a goal for individual intake but is based on experimentally derived intake levels or approximations of observed mean nutrient intakes by a group of apparently healthy people maintaining a defined nutritional state.
Definitions adapted from FNB:IOM DRI process
EER = Estimated Energy RequirementThe average dietary energy intake that is predicted to maintain energy balance in a healthy adult of defined age, gender, weight, height and level of physical activity, consistent with good health. In children and pregnant and lactating women, the EER is taken to include the needs associated with the deposition of tissues or the secretion of milk at rates consistent with good health.
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Definitions adapted from FNB:IOM DRI process
UIL = Upper Intake LimitHighest level of continuing daily nutrient intake likely to pose no adverse health effects in almost all individuals.
Definitions adapted from FNB:IOM DRI process
EERM = Estimated Energy Requirement Estimated Energy Requirement for Maintenance (EERM, or actual energy requirement) is the dietary energy intake that is predicted to maintain energy balance (plus extra needs for pregnancy, lactation and growth) in healthy (i.e., no chronic illness) individuals or groups of individuals at current levels of body size and level of physical activity
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Definitions adapted from FNB:IOM DRI process
DERM = Desirable Energy Requirement The Desirable Estimated Energy Requirement (DEER, or energy “reference value”) is the dietary energy intake that is predicted to maintain energy balance (plus extra needs for pregnancy, lactation and growth) in healthy individuals or groups of individuals of a defined gender, age, weight, height and level of physical activity consistent with good health and/or development.
Definitions adapted from FNB:IOM DRI process
PAL = Physical Activity Level
Description of lifestyle Examples ofoccupations
PAL
1. At rest, exclusively sedentary or lying (chairbound or bed-bound)
Old, infirm individuals. Unable to move around freely or earn a living.
1.2
2. Exclusively sedentary activity/seated work with little or no strenuous leisure activity
Office employees, precision mechanics
1.4-1.5
3. Sedentary activity/seated work with some requirement for occasional walking and standing but little or no strenuous leisure activity
Laboratory assistants, drivers, students, assembly line workers
1.6-1.7
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Definitions adapted from FNB:IOM DRI process
PAL = Physical Activity Level
Description of lifestyle Examples ofoccupations
PAL
4. Predominantly standing or walking work
Housewives, salespersons, waiters, mechanics, traders
1.8-1.9
5. Heavy occupational work or highly active leisure
Construction workers, farmers, forest workers, miners, high performance athletes
2.0-2.4
6. Significant amounts of sport or strenuous leisure activity in addition to 2, 3 or 4 above
Laboratory assistants, drivers, students, assembly line workers
add extra units*
* for sports and strenuous leisure activities (30–60 minutes, 4–5 times per week) add 0.3 PAL units per day, or work out how much extra PAL to add from data in Chapter 12 of US/Canadian DRI report
Definitions adapted from FNB:IOM DRI process
AMDR = Acceptable Macronutrient Distribution RangeEnergy contribution of carbohydrates, fats, and protein to total intake in % of energy
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Definitions adapted from FNB:IOM DRI process
Reference Weight
Gender Age reference weight (kg)m f
both 2-6 months 7both 7-11 months 9both 1-3 years 13both 4-8 years 22males 9-13 years 40 40
14-18 years 64 57>19 years 76 61
Other Definitions for NRV
ExtrapolationExperimental data is often only available for a limited age/gender group. In order to set recommendations for other groups data may have to be extrapolated. This is sometimes done in relation to energy requirements but more commonly on a metabolic body weight basis. In extrapolating data from one group to another, unless otherwise indicated in the text, the processes and formulae used were those developed by the US:Canadian DRI panels.
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Other Definitions for NRV
ExtrapolationExtrapolations from adult data to children’s requirements were mostly done using the formula:
EARchild = EARadult x Fwhere F = (Weight child/Weight/adult) 0.75 x (1+ growth factor).The growth factors used were 0.3 from 7 months to 3 years of age and 0.15 for 4-13 years of age for both genders. For boys aged 14-18 years, the growth factor used was 0.15 but for girls of this age the growth factor was set at zero.
Other Definitions for NRV
ExtrapolationWhen extrapolating from younger infants aged 0-6 months, to older infants aged 7-12 months, the formula used was:AI7-12 months = AI0-6 months x Fwhere F = (Weight 7-12 months / Weight 0-6 months)0.75
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Other Definitions for NRV
ExtrapolationWhen estimating the Upper Intake Limit for children, the UIL was extrapolated down from the adults UIL using the formula:UILchild = UILadult x Weightadult/Weightchild
This allows for both body mass and metabolic differences between adults and children to be incorporated as necessary. For more details please refer to the methodology sections of the United States/Canadian FNB:IOM reports.
Applying the DRI
When assessing and planning diets, it is important to be mindful of the limitations in the data that underpin the DRIs and their application, which include thefollowing:• The Estimated Average Requirements (EARs) may
be based on data from a limited number of individuals.
• For most nutrients, the precise variation in requirements is not known but is approximated.
• In the absence of evidence to the contrary, variation in individual requirements is assumed to follow a normal distribution.
• The EAR is often extrapolated from one population group to another.
• The degree of uncertainty associated with the EAR has not been specified
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Applying the DRI
Applying the DRI
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Applying the DRI
Applying the DRI
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KEY POINTS FOR WORKING WITH GROUPS
• The goal of assessing nutrient intakes of groups is to determine the prevalence of inadequate (or excessive) nutrient intakes within a particular group of individuals.
• Assessment of groups should always be performed using intakes that have been adjusted to represent a usual intake distribution.
• The probability approach and the EAR cut‐point method are two statistical methods of determining the prevalence of inadequacy in a group. The EAR cut‐point method is a simple method derived from the probability approach.
Hausaufgabe
• Durcharbeiten von Part I: Development andApplication, download unter http://download.nap.edu/cart/download.cgi?&record_id=11537&free=1
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