Nutrice ve vztahu k metabolismu kostí A. Kazda1, P. Broulík2 1 Ústav lékařské biochemie a laboratorní diagnostiky 1. LF UK a VFN Praha 2 3. Interní klinika 1. LF UK a VFN Praha
Vztahy mezi dietou a zdravím kosti Hypotéza vztahu mezi dietou a osteoporózou byla poprvé vyslovena v roce 1968. Následující sdělení o vztazích mezi dietou a zdravím kosti zahrnuje: • příjem bílkovin, • příjem tuků, obezita, • chronický zánět mírného stupně, jeho vztah ke stáří a ke zdraví kosti, • možnosti potlačení chronického zánětu nutricí. Z časových důvodů jsou zmíněny jen okrajově: • vegetariánství, • teplé a studené nápoje (alkohol, káva, sycené nápoje), • životní styl - kouření, • vitaminy a vícenenasycené mastné kyseliny, • acidobazické a iontové poměry.
Bílkoviny a tvorba kosti •
Přívod bílkovin potravou má zásadní význam pro tvorbu bílkovin kosti.
•
Bílkoviny mají vliv i na minerální hospodářství kosti: zvyšují hladinu cirkulujícího „inzulin-like growth faktoru“–I (IGF-I). Produkován játry, v ledvinách stimuluje produkci 1,25dihydroxyvitaminu D (1,25D). Ten zvýší absorpci Pi a Ca ve střevech a Pi v tubulech. Zvýšení hodnot Pi a Ca v ECT má pozitivní vliv na mineralizaci kostí.
•
Arginin stimuluje produkci IGF-1 v osteoblastech a spolu s lysinem vstřebávání Ca ze střevního lumen. Kalciurie po příjmu bílkovin je kryta tímto procesem. Dřívější názor, že acidóza po požití bílkovin živočišného původu je pufrována na úkor zdraví kostí, je tím korigován (dostatečný přívod Ca potravou je ovšem podmínkou).
•
Vysokoproteinová dieta + příjem Ca<400 mg/1000 kcal = vyšší riziko fraktur.
•
S věkem klesá potřeba energie, ale přívod bílkovin snižovat nelze. Vhodný přívod je 1,2 g/kg/d. Kratší studie prokázaly i příznivý vliv dávek 1,6-1,8 g/kg/d.
•
Proteinová podvýživa - pokles hustoty svalové i kostní hmoty (BMD) – riziko pádu. Bonjour et al. Protein intake and bone health. In: Nutrition and Bone Health, (ed. Holick MF) Springer, N.Y., 2015, 301-313. Mangano K. Dietary acid load is associated with lower BMD in man with low intake of dietary calcium. J Bone Min Res 2014, 29(2), 500-506. Fenton TR et al. Meta-analysis of acid-ash hypothesis of osteoporosis. J Bone Miner Res 2009, 24, 1835-40. Danger-Molina P. et al. Protein dietary acid load and the calcium….. J Bone Miner Res 2008, 23, 1915-22.
Hodnoty celotělové BMD ve vztahu k libové tělesné hmotě (LM). Vztah je znázorněn pro 4 rozsahy tělesné hmotnosti, odstupňované po 10 kg. Sloupce odleva doprava jsou hodnoty BMD v 1,2,3 a 4 kvartilu LM vždy v daném rozsahu tělesné hmotnosti. Významnost trendů: ** p pro trend < 0.001 Shin D. Importance of fat and lean mass on bone health. Osteopor.Int. 2014; 25: 467-474
Vztah mezi příjmem bílkovin a frakturou kyčelního kloubu (FKK) Prospektivní observační studie vztahu mezi příjmem bílkovin a FKK zjišťují buď ochranný efekt vyššího příjmu bílkovin nebo alespoň neprokazují jeho škodlivost. • Nízký BMI koreluje s proteinovou podvýživou, která je ve vztahu k snížení kostní i svalové hmoty. Metaanalýza, 12 multicentrických studií, celkem 60 000 mužů a žen (4 kontinenty) - průměr sledování >4 roky: nízký BMI = rizikový faktor budoucí osteoporotické fraktury. (de Laet 2005) • Nepřímý vztah příjmu bílkovin k riziku FKK prokázán na studii u 32 000 žen (Iowa), 55-69 roků. (Munger 1999) • Vyšší příjem bílkovin významně snížil riziko FKK u osob 50-69 roků (u starších tato závislost již prokázána nebyla - Utah). (Wengreen 2004) • Významná nepřímá závislost mezi frekvencí fraktur a příjmem bílkovin – ale pozor ! -závislost na nízkém příjmu Ca prokázána též u mladších žen 35-59 roků (Francie). (Dangert-Molina 2008) • Vztah proteinové podvýživy k riziku fraktur páteře a FKK (snížení IGF-1) prokázaly dvě další studie. (Garnero 2000, Sugimoto 1997) Citace detailní informace:
Bonjour et al. Protein intake and bone health. In Nutrition and Bone Health, (ed. Holick MF) Springer, N.Y.,2015, 301-313.
Tuková tkáň a zdraví kosti Mezi obezitou a kostí je dvojí vztah: 1. Je pozitivní závislost mezi množstvím tělesného tuku a obezitou k hustotě a pevnosti kosti. 2. Vliv tuku na kost je zároveň problematický, již během prvních dvou dekád života je zvýšený výskyt fraktur. Viscerální tuková tkáň je v nezávislé nepřímé úměrnosti ke kostní hmotě u obézních. Za tento vztah jsou zřejmě odpovědné adipokiny = cytokiny produkované tukovou tkání a přítomnost chronického zánětu. Tuková tkáň a chronický zánět: pozitivní bilance energie s hyperplazií tukové tkáně přitahuje makrofágy, které se spolu s monocyty stávají zdrojem zánětu. Obojí produkují zánětlivý chemokin monocyte chemo-attractant protein (MCP-1), vznikající zejména v adipocytech viscerálního tuku, v němž mají obézní vyšší hodnoty MCP-1 než neobézní. Předpokládá se také funkční propojení FFA z adipocytů a TNF-α z makrofágů podílející se na zánětu v tukové tkáni obézních. Rychlý pokles tělesné hmotnosti provázející různé nemoci přispívá ke ztrátám kostní hmoty, to platí i pro bariatrickou chirurgii. de Paula FJA et al. Fat and bone. In Nutrition and Bone Health (ed. Holick MF) Springer, N.Y. 2015, 319-329. Calder PC. Dietary factors and low-grade iflammation…Brit J Nutr 2011, 106, Suppl.S3-55. Concalves CD et al. Metabolicaly healthy obese individuals: key protective factors. Nutrition 2016, 32, 14-20.
Hodnoty celotělové BMD ve vztahu k tukové tělesné hmotě (FM). Vztah je znázorněn pro 4 rozsahy tělesné hmotnosti, odstupňované po 10 kg. Sloupce odleva doprava jsou hodnoty BMD v 1,2,3 a 4 kvartilu FM vždy v daném rozsahu tělesné hmotnosti. Významnost trendů: * p pro trend = 0.001; ** p pro trend < 0.001 Shin D. Importance of fat and lean mass on bone health. Osteopor.Int. 2014; 25: 467-474
Cirkulující lipidy a kost Práce 1. Hodnocen vztah BMD a BMC k lipidovým parametrům u osob 25-64 let: BMD je v negativně významném vztahu k cholesterolu: u mužů (n=7 137), u premenopauzálních žen (n=4 585) i pomenopauzálních žen (n=2 248) (Čína). Celotělový BMC je ve významně negativním vztahu k cholesterolu, TAG, LDL. (Hsu 2006) Práce 2. Hodnocen vztah BMD bederní páteře a kyčelního kloubu k aterogennímu lipidovému profilu (ALP) u pomenopauzálních žen. ALP: cholesterolémie ≥6,21 mmol/l nebo LDL cholesterol ≥4,14 mmol/l nebo lipoprotein (a) Lp(a) ≥62 nmol/l; ženy s těmito nálezy měly proti ženám s parametry lipidů nezvýšenými významně nižší BMD lumbální páteře (p=0,007) a krčku femuru (p=0,004) (Španělsko). (Orosco 2004) Práce 3. Nepřímé vztahy mezi lipidovými parametry séra (cholesterol, triacylglyceroly, HDL cholesterol, LDL cholesterol) a hodnotami BMD (měřeny na 6 místech skeletu) byly zjištěny také u jihokorejských premenopauzálních (n=375) i pomenopauzálních (n=355) žen. (Cui 2005) citace – detailní informace: de Paula FJA et al. Fat and bone. In Nutrition and Bone Health (ed. Holick MF) Springer, N.Y. 2015, 319-329.
Chronický systémový zánět nízkého stupně – vztah ke zdraví kostí Stárnutí je provázeno dysregulacemi imunitního systému. • Může dojít k chronickému mírnému zánětu („inflammaging“) s 2-4 násobným zvýšením prozánětlivých cytokinů, jejich solubilních receptorů a bílkovin akutní fáze. • Zvýšení sekrece prozánětlivých cytokinů bylo přijato jako obecná metabolická cesta ovlivňující ztrátu kostí. • Je prokazováno na věku závislé zvyšování hodnot IL-6, TNF-α, solubilního receptoru IL-6, antagonisty receptoru IL-1, (IL-1ra), IL-18, CRP i fibrinogenu. Protizánětlivé cytokiny klesají, např. IL-10. • Tento zánět je prokazován u řady chronických nemocí, vč. kardiovaskulárních, diabetu, artritidy, karcinomu, demence, Morbus Alzheimer, metabolického syndromu, osteoporózy, fraktur z křehkosti, sarkopenie. Daly RM. Dietary factors and chronic low-grade systemic inflamation in relation to bone health. Nutrition and Bone Health (ed. MFHolick), Springer, N.Y. 2015, 659-680 Calder PC. Dietary factors and low-grade iflammation…Brit J Nutr 2011,106,Suppl.S3-55.
Markery zánětu v séru v různých věkových skupinách (světlé body ženy, tmavé muži) Zkratky: IL-6 = interleukin-6; sIL-6r = solubilní receptorIL-6; IL-18 = interleukin 18; IL-1ra = antagonista receptoru IL-1; CRP = C-reaktivní protein. Významnost trendů: * p < 0.05; ** p< 0.01; *** p < 0.001 Ferruci et al. The origins of age.related proinflammatory state. Blood 2005; 105(6):2294-9. Daly RM. Dietary factors and chronic lowgrade inflammation. In Nutrition and bone health (ed.MF Holick) Springer N.Y.2015, p. 659-680.
Původ zánětu ve stáří Jsou uvažovány následující příčiny: • Selhání protizánětlivých mechanismů neustále aktivovaných během života. (Calder 2011) • Oxidační stres: volné radikály se podílejí na apoptóze osteoblastů, aktivaci RANKL a osteoklastogenéze. (Meng 2010) • V epidemiologické studii (n=1327, věk 20-85 let), byl ve vyšším věku významný vzestup markerů zánětu. Po korekci na morbiditu a kardiovaskulární rizikové faktory zjištěna závislost přinejmenším z části platná jen při současném výskytu chronických onemocnění. (Ferucci 2005)
Calder PC et al. Dietary factors and low grade inflammation. Br J Nutr 2011,106,(suppl.3),S5-78. Meng SJ. Oxidative stress, inflammation and sarcopenia. Intn J Mol Sci 2010, 11(4),1509-26. Ferucci L et al. The origins of age-related proinflammatory state. Blood 2005,105(6),2294-99.
Zánět, BMD a osteoporóza Prozánětlivé cytokiny ovlivňují kostní remodelaci dvojím způsobem: 1. Zvýšením produkce RANKL (receptor-activator of nuclear faktor κB ligand) v osteoblastech. Ten se váže na receptor RANK na povrchu osteoklastů, dochází ke stimulaci jejich aktivity a k zvýšení kostní resorpce. 2. Zvýšením tvorby M-CSF (faktoru stimulujícího kol. makrofágů). Ten potlačuje v osteoblastech produkci OPG (osteoprotegerin). Funkce OPG: je solubilním (slepým) receptorem pro RANKL, který ho vychytá dříve než se stačí navázat na RANK osteoklastů a resorpce kosti je snížena. Potlačení OPG cytokiny tedy dále urychlí resorpci kosti. Daly RM. Dietary factors and chronic low-grade systemic inflamation in relation to bone health. Nutrition and Bone Health (ed. MFHolick), Springer, N.Y. 2015, 659-680. Palička V. Metabolické choroby kostní. Kap. ve Vnitř. Lék.(J.Bureš). Galén 2014, 781-91.
Nutriční přístupy – boj se zánětem ve vztahu k osteoporóze a frakturám Dietní intervence, vč. snížení hmotnosti (omezení příjmu kalorií) a dodržování zdravé diety, přispívají ke snížení systémového zánětu. Sem patří příznivý vliv středomořské diety a specifických dietních složek, vč. celozrných potravin, ovoce, zeleniny, ryb, omega-3 MK a vitaminů D, C, E. • Omezený počet intervenčních pokusů prokázal, že suplementace Ca, vitaminu D, diety s vysokých obsahem mléčných produktů i obecně s vyšším obsahem bílkovin, vitaminu K i omega-3 MK mohou snižovat cirkulující markery zánětu u osob s osteoporózou, sarkopenií či jinou chronickou nemocí. (příklad následuje) • Zda redukce těchto markerů vede k dlouhodobému prospěchu pro zdraví kostí a svalů a snížení rizika fraktur není zatím známo. • Vzhledem k nepopiratelným molekulárním a klinickým důkazům propojení zánětu s metabolismem kostí, osteoporózou, sarkopenií a frakturami jsou další intervenční pokusy žádoucí. Daly RM. Dietary factors and chronic low-grade systemic inflamation in relation to bone health. Nutrition and Bone Health (ed. MFHolick), Springer, N.Y. 2015, 659-680 Steckhan N. et al. Effect of dietary approaches on inflammatory markers in patients with metabolic syndrome. Nutrition 2016, 32, 338 – 348.
Absolutní změny v biomarkerech zánětu během 12 týdnů isoenergetické diety u nemocných s metabolickým syndromem. Krytí energie: uhlovodany 49 %, tuky 35 %, bílkoviny 16 %. Skupina A, tmavé body, mléčné produkty - obsah bílkovin 28-35 g /d. Skupina B, světlé body, mléčné produkty - obsah bílkovin 8 g/d. Významnost změn jen ve skupině A: pro TNF-α p<0.01, IL-6 p<0.02, CRP p<0.02, adiponectin p<0.01 Stanlife RA et al. Dairy attenuates inflammatoty stress. Am J Clin Nutr.2011, 94(2): 422-30
Mléčné bílkoviny - vliv na zánět • Obdobné výsledky i jiní autoři, např. pokus, 28 dní u mírně obézních: - skupina A příjem mléčných bílkovin s obsahem Ca 1200-1400 mg/l, - skupina B bílkovina ze soji s obsahem Ca 500-600 mg/d. Skupina A - významný pokles TNF-alfa, IL-6 i markerů oxidativního stresu, zvýšení adiponektinu. Snížení markerů zánětu bez ohledu na tukovou masu (nedošlo k významným změnám hmotnosti). Skupina B – efekty opačné.(Zemel 2010) • Zvýšená spotřeba mléčných produktů má příznivý vliv na plazmatické CRP i adiponektin v dalších studii u obézních. Efekt je vysvětlován přítomností peptidů. • Z kaseinu derivované peptidy snižovaly (nevýznamně) CRP u hypertenzivních osob po 10ti týdnech. Peptidy derivované z bílkovin syrovátky snižovaly CRP po 6ti týdnech v jedné studii, v další bez efektu. • Mléčné peptidy a bílkoviny, zvl. laktoferin: mají prozánětlivý efekt ve více experimentálních modelech. (Calder 2011) Závěr recentní review: pro různé metodické přístupy a omezení společně hodnotitelných parametrů nelze uzavřít, zda mléčné produkty oslabují zánět. (Labonte 2013) Zemel MB et al. Effect of dairy compared with soy on oxidative and imflam. stress in overweight subjects. Am J Clin Nutr. 2010, 91-1622 Calder PC et al. Dietary factors and low-grade inflammation…Brit J Nutr. 2011,106,Suppl. S3-S55. Labonte ME et al. Impact of dairy products on biomarker of infammation: a systematic revoew. Am J Clin Nutr. 2013,97(4),706-717.
Další vlivy nutrice (1) Vegetariánství: lakto-ovo-vegetariánské diety s vhodným příjmem Ca, vitaminu D a bílkovin se mohou vlivem na BMD rovnat dietám omnivorů. Dieta veganů (nízký příjem Ca) je ale spojena s rizikem fraktur vyšším o 30 %. Alkohol: je opakovaně prokazován pozitivní vliv mírných dávek. Např. <55 g za den pozitivní vliv na BMD, ≥55 g/d vliv negativní (Kouda 2011). Jiná práce: pivo v dávkách do 2,5 l/týden nebo víno do 820 ml/týden pozitivní vliv na BMD u pomenopauzálních žen a mužů (Tucker 2009). Nápoje: káva – negativní působení pouze při kombinaci vysoké dávky kofeinu + nízký příjem Ca. Vztah pití kávy – frekvence fraktur neprokázán. Nápoje sycené CO2 – negativní vliv na kostní hmotu, ale vztah k frakturám neprokázán. Kouření: u pomenopauzálních žen nepříznivý vliv na BMD a riziko fraktur. U mužů a žen mladších zatím vztah neprokázán. Darling AL et al, Food Groups and bone health. In Nutrition and Bone Health, (ed. Holick MF) Springer, N.Y.,2015, p.277-289. Kouda K et al, Alcohol intake and bone status in elderly Japanese men. Bone 2011, 49(2), 275-280 Tucker KL et al, Effects of beer, wine and liquor intakes on bone mineral density. Am J Clin Nutr 2009, 89(4), 1188-1196. Calder PC, Dietary factors and low grade inflammation in relation to overweight and obesity. Br J Nutr 2011, 106 Suppl, 3-55
Další vlivy nutrice (2) Vícenenasycené mastné kyseliny (PUFA), především ω3 : dosavadní výsledky nejsou považovány za dostatečné, ale chápány jako výzva k velkým, randomizovaným klinickým pokusům. Vitaminy A a K: ochranný vliv na zdraví kostí je diskutován. Natrium: spolu s Ca soutěží o stejný reabsorpční mechanismus v proximálním tubulu. Na 100-200 mmol Na+ v dietě je vyloučen 1-2 mmol Ca. Závažné je přesolování + nízký příjem Ca. Kazuistika: omezení 20 let trvajícího přesolování jídla u pomenopauzální ženy s osteoporózou a frakturami vedlo k poklesu calciurie ze 7,5 mmol/d na 2,5 mmol/d. Fosfáty: nižší BMD u žen ve vztahu k pití nápojů s kolou (zvýšení poměru P:Ca v dietním příjmu). Metabolická acidóza: i mírná, významně negativní vliv na BMC. Heaney P. Sodium, potassium, phosphorus and magnesium. In Nutrition and Bone Health, (ed. Holick MF) Springer, N.Y., 2015, p.379-393. Sahni S. Smoking, alcohol and bone health. Tamtéž p.489-504
Essential fatty acid metabolism
Zdraví kosti a více nenasycené mastné kyseliny (PUFA) ω6 a ω3 Část 1. Tvorba a resorpce kosti jsou lokálně ovlivňovány prostaglandiny a cytokiny, které jsou regulovány esenciálními MK. Vysoký příjem ω6 MK vede k vzestupu prostaglandinu E2 a prozánětlivých cytokinů, které aktivují osteoklasty a kostní resorpci. Dlouhodobý nadbytek ω6 MK v dietě je spojen s nižší BMD kyčelního kloubu u žen i mužů. Suplementace ω3 MK má naopak následující efekt:
• potlačí prozánětlivé cytokiny a kostní resorpci sníží, • zlepší resorpci Ca ve střevě a sníží jeho vylučování močí, • zvýší ukládání Ca do kostí a syntézu kostního kolagenu, • zpomaluje vývoj postmenopauzálních kostních změn, • snižuje riziko osteoporózy a následně i frekvenci fraktur .
Högström M et al. Am J Clin Nutr 2007, 85, 803-807. Weis LA et al. Am J Clin Nutr 2005, 81, 934-8. El-Khayat, Maced J Med Sci 2010; 3(1):9-16. Sawicki Osteopor Intern 2010; 21(Suppl 1): S 203.
Zdraví kosti a více nenasycené mastné kyseliny (PUFA) ω6 a ω3 Část 2. Optimální poměr příjmu ω6 MK a ω3 MK je v dietě 2-3:1. V západní dietě je vyšší, dosahuje hodnot 8-12:1. Výše tohoto poměru se může podílet na vývoji chronického zánětu lehkého stupně a tím na patogenéze obezity i osteoporózy. Možné principy pozitivního vlivu ω3 MK na zdraví kostí. 1.Aktivace nukleárního faktoru kappa B cytokiny je provázena následným zvýšení resorpce kostí a útlumem jejich formování. V experimentu prokázán ochranný vliv ω3 MK na tuto aktivaci. 2.Inhibice transkripčního faktoru „peroxisome proliferator activator receptor gama“ (PPAR gama); ten umožňuje přeměnu preosteoblastů na adipocyty. Výsledkem jeho působení je pokles tvorby osteoblastů a snížení formace kosti. ( Mangano 2014) Závěr review randomizovaných, kontrolovaných pokusů na téma vliv přívodu ω3 MK na osteoporózu: hodnoceno 9 prací, 4 studie prokázaly příznivý vliv ω3 MK na BMD a parametry kostního metabolismu. Ve 3 z nich současně vysoký obsah Ca v jídlech nebo suplementech, 5 studií nezjistilo vliv žádný. Ré: není dost důkazů pro pozitivní vztah mezi přívodem ω3 MK a prevencí nebo léčením osteoporózy. Účelné zvýšení jejich vlivu: podávat je jako součást potravy s vysokým obsahem Ca. (Orchard 2012) Prospěch lze čekat především při zvýšení markerů zánětu. (Daly 2015) Daly LM. Dietary factor and chronic low-grade systemic inflammation in Holick FM. Nutr Bone Health, 2015 S659-680 Mangano KM et al. An investigation of the assoc. between omega-3 FA and BMD… Osteopor Int 2014, 25,1033-1041 Orchard T et al. Systemic review of omega-3 fatty acid and osteoporosis. Br J Nutr 2012,107(2),253-260
Závěr Ve vývoji a udržování struktury kostí má nutrice významnou úlohu. • Veřejnost se orientuje na jídlo, nikoli na nutrienty v něm obsažené. Je vhodné doporučovat zastoupení skupin potravin: 1. chléb, další potraviny z obilí a brambory 35 %; 2. ovoce a zelenina 30 %; 3. maso a ryby 15 %; 4. mléko a výrobky z mléka 15 %; 5. tuk a sladká jídla 5 %. • Poznatky velkých studií: převaha jídel smažených s vysokým podílem masa a moučníků vede k úbytku kostní hmoty a naopak mléko a mléčné produkty zajišťující více než 50 % celkového Ca v dietě spolu s ovocem a zeleninou jsou prospěšné pro zdraví kostí bez ohledu na věk. • Příjem bílkovin je vedle příjmu Ca a vitaminu D další klíčovou složkou nutrice ve spojení s tělesnou aktivitou. To platí od dětství do stáří. • Příjem tuku a obezita jsou hodnoceny ze 2 hledisek: pozitivní závislost k hustotě a pevnosti kostí a zároveň nepřímá závislost mezi množstvím tukové tkáně, především viscerální a kostní hmotou u obézních. • Mírný chronický zánět provázející stárnutí je v nepřímé závislostí ke zdraví kostí. V širším rozsahu je zkoumáno, zda vhodná skladba diety může projevy chronického zánětu a jeho vliv na zdraví kostí příznivě ovlivnit.
