27.10.2011
Jürgen König, University of Vienna, Department of Nutritional Sciences, Emerging Focus Nutrigenomics, [email protected]
Lernziele
•
•
•
Was sind Mikronährstoffe und was ist ihre physiologische Funktion
 Erkennen und Beurteilung der Kenntnisse über Vitamine: fettlösliche und wasserlösliche
 Kenntnisse zur Ermittlung des Kenntnisse über Mineralstoffe: Mengen‐ und Spurenelemente
•
Kenntnisse über Sekundäre Pflanzenstoffe
•
Kenntnis über die Diagnose von Mangel‐ und Überdosierungen
Quellen von Mikronährstoffen in der menschlichen Nahrung
Ernährungsstatus an Mikronährstoffen
 Kenntnisse über die Grundlagen und Anwendung von Referenzwerten für die Nährstoffzufuhr
1
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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. Taschentatlas
der Ernährung. Thieme Verlag, Stuttgart, 2007.
Institute of Medicine. Dietary
Reference Intakes. National Academy
Press, 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
9.12.
21.10. Allgemeines zu fett‐ und wasserlösliche Vitaminen
16.12. Elektrolyte Na, K, Mg, Cl
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
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
25.11. Vitamin B6, Folsäure und Vitamin B12
2.12.
Pantothensäure, Niacin, Biotin, Vitamin C
Mineralstoffe und Spurenelemente allgemein
2
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Klinische Nährstoffmängel
Narbenbildung nach
Xerophthalmie in
Folge eines Vitamin-AMangels
Knochendeformationen
infolge eines Vitamin-DMangels (Rachitis)
Pellagra infolge eines
Niacin-Mangels
Hämorrhagien infolge
eines Vitamin-C-Mangels
3
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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 4
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Epidemiologische Studien
Nährstoffaufnahmen verschiedener Gruppen werden verglichen
z.B. Kropfentstehung
bei mangelnder Jodversorgung
Zur Absicherung sind weitere Studien nötig
Mangelexperimente
Kurative 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.
5
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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 ermittelt
z.B. von Jugendlichen
7
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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 Funktionseinschränk
ung verfügbar sind
Die Fachwelt diskutiert noch über:
Größe der Speicher und
Zufuhrempfehlungen zum Erreichen der Speicher
Individueller Nährstoffbedarf
Der individuelle Nährstoffbedarf ist in der Regel nicht normalverteilt. Ausnahme: Energie‐ und Proteinbedarf
Population
%
Grundbedarf
normativer Speicherbedarf
Zufuhrempfehlung
(safe level
of intake)
M
M
Nährstoffmenge
M = Median
9
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Energie‐ und Nährstoffbedarf der Bevölkerung
Durchschnittswerte
für Bevölkerungsgruppen
-2sd
-2sd
niedrigste Zufuhrschwelle
= lowest threshold intake (LTI)
Unterhalb dieser Zufuhrmenge
erleiden fast alle Personen des
Kollektivs Funktionsstörungen
x
x
+2sd
+2sd
Bevölkerungsreferenzzufuhr
= population reference intake, PRI
deckt den Bedarf praktisch aller
gesunden Personen (97,5 %) einer
Gruppe
Mittelwert = durchschnittlicher Bedarf einer Bevölkerungsgruppe
= average requirement oder average intake (AI)
50 % des Kollektivs sind ausreichend mit dem Nährstoff versorgt
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 Gaußschen
Normalverteilung ermittelt.
-2sd
x
+2sd
Empfehlungen für die
Nährstoffzufuhr
x
Empfehlungen für die
Energiezufuhr
10
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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
11
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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 Pantothensäure
Zahlenbereiche: 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
Nährstoffdichte =
Nährstoffgehalt (µg, mg, g/100g)
Brennwert (MJ/100g)
Lässt erkennen, ob ein Lebensmittel eine gute Quelle für einen Nährstoff ist
Gut geeignet, um die Nährstoffversorgung über eine Zeitspanne zu beurteilen (Tage, Wochen)
Beurteilung der Nährstoffversorgung mittels Nährstoffdichte
Summe des Nährstoffgehaltes/Zeiteinheit
Ist-Nährstoffdichte =
Energiezufuhr/Zeiteinheit in MJ
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 =
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

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 Requirement
The 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 Intake
The 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 Intake
Where 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 Requirement
The 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 Limit
Highest 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 of
occupations
PAL
1. At rest, exclusively
sedentary or lying (chairbound
or bed-bound)
Old, infirm individuals.
1.2
Unable to move around freely
or earn a living.
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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27.10.2011
Definitions adapted from FNB:IOM DRI process
PAL = Physical Activity Level
Description of lifestyle
Examples of
occupations
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
Range
Energy 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
both
both
both
both
males
2-6 months
7-11 months
1-3 years
4-8 years
9-13 years
14-18 years
>19 years
reference weight (kg)
m
f
40
64
76
7
9
13
22
40
57
61
Other Definitions for NRV
Extrapolation
Experimental 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
Extrapolation
Extrapolations from adult data to children’s
requirements were mostly done using the
formula:
EARchild = EARadult x F
where 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
Extrapolation
When 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 F
where F = (Weight 7-12 months / Weight 0-6
months)0.75
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Other Definitions for NRV
Extrapolation
When 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 the
following:
• 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 and
Application, download unter http://download.nap.edu/car
t/download.cgi?&record_id=
11537&free=1
28