Biomarcadores em Nutrição Humana

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1 Biomarcadores em Nutrição Humana Silvia M.F.Cozzolino FCF-USP 1 Sumário Evolução humana X Alimentação contemporânea Referenciais de Ingestão Biomarcadores Micronutrientes: Cálcio, Ferro, Zinco e Selênio Resultados de Estudos Conclusões 1

2 Slide 2 1 Silvia Cozzolino; 05/04/2011

3 Principais mudanças Alteração das características nutricionais: 1) Carga glicêmica; 2) Composição de ácidos graxos; 3) Composição de macronutrientes; 4) Densidade de micronutrientes; 5) Balanço ácido básico; 6) Razão sódio e potássio; 7) Conteúdo de fibras. 2

4 Nutrição Adequada? Ingestão adequada de nutrientes Referenciais de Ingestão Efeitos a curto e longo prazo Diversidades das dietas Hábitos alimentares Longevidade Qualidade de Vida Dietas atuais e riscos nutricionais Padrão alimentar atual Riscos nutricionais Alimentos altamente calóricos Alto consumo de lipídeos e AGS Baixa densidade de micronutrientes: Vitamina D e E Vitamina A Riboflavina Ômega 3 Cálcio Magnésio Zinco Selênio, etc Alto consumo de sódio 3

5 Alimentação vs. Estado Nutricional O estado nutricional de um indivíduo está relacionado com a ingestão dos nutrientes, com a biodisponibilidade dos mesmos na dieta, e da interação destes com o seu genoma Quando a alimentação não é adequada, o organismo tenta a compensação, e, se esse estado persiste, ocorre a doença com todas suas consequências Biomarcadores 4

6 Biomarcadores Em pesquisas na área de saúde há necessidade de se desenvolver estudos clínicos baseados em evidências, que sejam validados e que possam servir de base para sua aplicação em programas de políticas públicas, para manutenção da saúde e redução do risco de doença. Importância dos biomarcadores Conhecimento da Exposição ao Nutriente Avaliar o estado nutricional do indivíduo em relação ao nutriente específico Avaliar o efeito funcional Importante: Que esses biomarcadores sejam aceitos mundialmente e que haja um consenso quanto à sua aplicação. 5

7 Definições No contexto de alimentos e nutrição: 1) O que é biomarcador nutricional? 2) O que ele mede? Exposição Status Efeito (Função) 6

8 Biomarcadores Nutricionais Marcadores Nutricionais Definição Medidas bioquímicas, que indicam a quantidade do nutriente disponível ao tecido celular após sua absorção e metabolismo. Também pode ser utilizado como uma medida da mudança de dieta em estudos de intervenção alimentar ou em novos regimes alimentares. 7

9 Marcadores Nutricionais Também utilizados para validar questionários alimentares e para comparar diferentes metodologias para avaliação do consumo alimentar. Produz menos erros na avaliação do estado nutricional quando comparada por medidas apenas de consumo alimentar. Principais razões para se usar Marcadores Nutricionais Erros de medição de consumo alimentar Erros com a utilização de tabelas de composição de alimentos de outros países Biodisponibilidade dos alimentos ingeridos simultaneamente Processamento influência no conteúdo e absorção 8

10 Seleção do Biomarcador Fisiologia do Tecido e Excreção (1) Antes de selecionar o biomarcador é necessário conhecer: 1. Variação na distribuição do nutriente nos tecidos (Pode estar relacionado à idade e sexo) 2. O nível de saturação renal e dos tecidos em relação ao nutriente (Pode explicar sua absorção e excreção) 3. Transferência de nutrientes de um compartimento para outro 9

11 Fisiologia do Tecido e Excreção 4. Marcadores urinários nem sempre úteis Ex. saturação de Vit.C urina, mas não se correlaciona com a ingestão. 5. Variações no mecanismo individual de degradação 6. Outras Interferências : medicações, condição medica, álcool, diuréticos, antibióticos, etc... Indicadores e Relação Temporal Curto-Prazo: Respondem a ingestão alimentar dentro de horas. Médio-Prazo: Respondem dentro de semanas ou meses. Ex. uso de glóbulos vermelhos média dos últimos 120 dias da ingestão Longo-Prazo : Respondem dentro de meses ou anos. Ex. Cabelo ou unhas para medir conteúdo de microelementos (Estudos epidemiológicos) 10

12 Biomarcadores em Nutrição Clínica (1) Um biomarcador em nutrição clínica tem uma característica biológica que pode ser medida objetivamente: Sendo indicador de: 1) processo biológico normal 2) processo patogênico 3) ou resposta a intervenções terapêuticas. Biomarcador em Nutrição Clínica (2) Pode ser caracterizado em 3 grupos: 1) os que medem características físicas ou genéticas (índices antropométricos, polimorfismos em genes) 2) os que medem agentes químicos e bioquímicos do sistema biológico (retinol no plasma, ferro e zinco) e 3) aqueles que acessam as funções fisiológicas mensuráveis (teste de visão noturna, desempenho cognitivo) ou risco clínico futuro. 11

13 Minerais Como utilizar os biomarcadores para avaliar o estado nutricional de um indivíduo relativo a micronutrientes? Como já definido um biomarcador é um indicador biológico distinto ou derivado biológicamente (ex: um metabolito bioquímico no organismo) de um processo, evento, ou condição, que possa predizer uma condição relacionada a um nutriente específico. RAITEN,D.J. AJCN;94suppl:633S-50S,

14 Exemplos de Biomarcadores para alguns minerais (Ca,Fe, Zn e Se) Cálcio 13

15 Funções do Cálcio (1) 1) Principal: sistema ósseo - sustentação ao esqueleto 2) Sistema circulatório, fluido extracelular, músculo e outros tecidos: Mediação da contração muscular Vasodilatação Transmissão nervosa Sinalização intracelular Secreção hormonal Cálcio vs. Osteoporose Osteoporose é caracterizada: < massa óssea > fragilidade dos ossos > risco de fraturas Osteoporose resulta de interações complexas de origem genética, alimentar e outros fatores ambientais e tem um longo período de latência 14

16 Cálcio: Recomendações de Ingestão IOM 2011 (1) Fases da Vida AI EAR RDA UL Crianças 0-6 meses meses anos anos Homens 9-13 anos anos anos anos anos >70 anos Cálcio: Recomendações de Ingestão (2) IOM 2011 Fases da Vida AI EAR RDA UL Mulheres 9-13 anos anos anos anos anos >70 anos Gestantes anos Lactantes anos

17 Biomarcadores para Ca Como a maior contribuição é estrutural (99%), a deficiência em nível celular é rara, dificultando a avaliação do estado nutricional. Não existe método bioquímico de rotina satisfatório para avaliação do estado nutricional relativo ao Ca. Ca soro é mantido sob controle homeostático e permanece estável na maioria das condições (8,8 a 10,6 mg/dl ou 2,2 a 2,64 mmol/l), portanto não é um parâmetro de avaliação. Níveis altos podem indicar intoxicação por vitamina D. Biomarcadores para Ca Não existe padrão ouro para medir o conteúdo mineral do osso ou a retenção de Ca. Técnicas de Balanço: limitadas DXA( dual energyx-rayabsorptiometry) mudanças no tempo (útil para crianças) Isótopo único: utilizado para adultos Traçador duplo: reconhecido como padrão atualmente Isótopos estáveis e radioativos Os parametros bioquímicos utilizados são relativamente arbitrários Atualmente se recomenda o estudo de grupos de risco da população de forma controlada para avaliar a dose resposta 16

18 Biomarcadores para Avaliação Nutricional do Indivíduo em relação ao FERRO FERRO O ferro é um nutriente essencial para todo organismo vivo Principais funções no organismo: Transporte de Oxigênio Reserva Muscular de Oxigênio Metabolismo Energético Síntese de Proteínas 17

19 Fontes de ferro na alimentação da população brasileira feijão (32%) e carnes (20%) Potencial de absorção em dietas é da ordem de 1 a 7% Fonte de ingestão animal = < 30% Alimentos fortificados Ferro e DCNC Ação Antioxidante Participando da CATALASE (ReduçãoH 2 O 2 ) Ação Pró-oxidante Fe livre reação de FENTON Fe 2+ + H 2 O 2 = OH - (radical hidroxila) riscoparaformaçãoeros peroxidaçãolipídicadas LDLs danos ao endotélio > risco DCV e também câncer(danos ao DNA) 18

20 Recomendações de Ferro (IOM- DRIs) Fase da Vida EAR (mg) RDA (mg) UL (mg) 1 3 anos 3,0 7, anos 4,1 10, anos 5,9 8, anos (H) 7,7 11, anos (M) 7,9 15, anos (H) 6,0 8, anos (M) 8,1 18, >70 anos (H) 6,0 8, >70 anos (M) 5,0 8,0 45 Biomarcadores para Fe Índices bioquímicos para identificar a deficiência e a magnitude Hemoglobina no sangue total: Ponto de corte <11g/L. Saturação de transferrina Fe plasmático dividido pela TIBC (Capacidade total de ligação do Fe). A saturação de transferrina normal é de 35 ± 15 %. Valores < 16% levam a inadequada eritropoiese. Ferritina sérica índice sensível para reservas de Fe. Abaixo de 12 µg /L indica deficiência de Fe. 19

21 Biomarcadores para Fe Protoporfirina eritrocitária: < no suprimento de Fe > precursor de heme. Concentração >70 µg/dl ou >1,24 µmol/l deficiência de Fe. Receptores de transferrina no soro - sugerido como método sensível e específico. Com > necessidades de Fe > a síntese do receptor. Vantagem: deficiência pode ser medida mais precocemente e não é afetada por infecções. Hepcidina reflete a homeostase do ferro. Biomarcadores para Avaliação Avaliação Nutricional do Indivíduo em relação ao ZINCO 20

22 Funções Bioquímicas e Fisiológicas As funções do zinco têm sido caracterizadas em três áreas gerais: CATALÍTICA : mais de 300 metaloenzimas ESTRUTURAL: em proteínas zinc fingers FUNÇÃO REGULATÓRIA: expressão gênica Zinco Sinais da deficiência grave de zinco Retardo do crescimento Atraso na maturação sexual e óssea Lesões da pele Diarréia Alopecia Inapetência Aumento da susceptibilidade a infecções Mudanças de comportamento 21

23 Recomendações de Zinco (DRIs) Fase da Vida EAR (mg) RDA (mg) UL (mg) 1 3 anos 2,5 3,0 7,0 4 8 anos 4,0 5,0 12, anos 7,0 8,0 23, anos (H) 8,5 11,0 34, anos (M) 7,3 9,0 34,0 > 18 anos (H) 9,4 11,0 34,0 > 18 anos (M) 6,8 8,0 34,0 Indices de estado nutricional para Zn Diagnóstico da deficiência de Zn em nivel individual é prejudicado pela falta de um biomarcador específico e sensível. Em nível populacional a medida da concentração de Zn soro ou plasma é útil para identificar subgrupos em risco de deficiência. 22

24 Biomarcadores para Zn Ingestão de Zn (WHO*, BOND***) Concentração de Zn no plasma (WHO/EURRECA** / BOND) Concentração de Zn na urina (EURRECA) Concentração de Zn no cabelo(eurreca) Prevalência de Nanismo(WHO) *WHO=World Health Organization ** EURRECA= European micronutrient Recomendations Aligned ***BOND= Biomarkers for Nutrition in Development. Outros Biomarcadores Zn Efetividade Incerta: Zn urinário(depleção) Zn saliva Zn unha SOD extracelular(no plasma) Anidrase carbônica Zn fezes Outros 23

25 Estudo depleção em adultos 29 indivíduos Valoresde Zn plasma Acrodermatiteenteropática (Dermatite, Diarreia, faringite, estomatite) 36 μg/dl Sem sintomas: 68μg/dL Basal: 82μg/dL Deficiência Zn Risco de deficiência Prevalência baixo crescimento Zn biodisponivelno suprimento alimentar Alto >20% <63% Moderado >10% <20% >63% <75% Baixo <10% >75% Hotz and Brown, Food and Nutrition Bulletin 25 (supp2): S94- S204,

26 Valoresde Ponto de Corte paradeficiênciade Zn μg/dl Emjejume horario do dia Emjejumde manhã Semjejumde manhã Crianças Mulheres> 10 anos Homens> 10 anos Tarde WHO, UNICEF, IAEA, izincg (De Benoist 2007, Hotz, 2003, izincg 2004, UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO FACULDADE DE CIÊNCIAS FARMACÊUTICAS Pós-Graduação Interunidades em Nutrição Humana Aplicada FCF/FEA/FSP ESTADO NUTRICIONAL RELATIVO AO ZINCO DE CRIANÇAS E SUA RELAÇÃO COM A EXPRESSÃO GÊNICA DAS PROTEÍNAS TRANSPORTADORAS DE ZINCO ZNT1 (SLC30A1) E ZIP4 (SLC39A4) Bruna Zavarize Reis Defesa de Mestrado Orientadora: Profa. Dra. Silvia Maria Franciscato Cozzolino 25

27 INTRODUÇÃO 20,0% ingestão inadequada de zinco 7,0% déficit estatura/idade BRASIL, 2009 BRASIL, 2011 INTRODUÇÃO Porto Velho (RO) 90,0%(39 crianças de 3-9 anos) (Bueno, 2009) Avaliação bioquímica da deficiência em zinco 26

28 INTRODUÇÃO Ilhéus (BA) 15,0%(45 crianças de 1-12 anos) (Dorea et al., 1982) Paraíba 16,2%(235 crianças 3-5 anos) (Pedraza et al., 2011) Ingestão inadequada: 24% (BRASIL, 2011) Avaliação bioquímica da deficiência em zinco INTRODUÇÃO SERGIPE Ingestão inadequada de zinco 57% 84 crianças 3-9 anos (Vieira et al., 2011) Déficit estatura/idade 21,7% 1257 escolares 7-10 anos (Petroski et al., 2008) 27

29 METODOLOGIA 139 crianças idade entre 32 e 76 meses, matriculadas em creches filantrópicas de Aracaju-SE Avaliação antropométrica Avaliação do consumo alimentar Caracterização socioeconômica Avaliação bioquímica RESULTADOS Ingestão alimentar Zinco e Fitato Nutrientes Meninos Meninas (n=63) (n=75) p Zinco (mg/dia) 6,1 ± 1,3 5,9 ± 1,2 0,873 Fitato (mg/dia) 848,8 ± 122,1 872,8 ± 87,8 0,221 Razão molar fitato:zinco 14,5 ± 3,6 15,2 ± 3,9 0,652 28

30 RESULTADOS Classificação do zinco plasmático e eritrocitário < 65 µg/dl 65 µg/dl Zinco plasmático < 40 µgzn/g Hb 40 µgzn/g Hb Zinco eritrocitário Se Biomarcadores para Avaliação Nutricional do Indivíduo em relação ao Selênio 29

31 Selênio Funções biológicas conhecidas: Defesa contra estresse oxidativo Regulação da ação do hormônio da tireóide Ação anticancerígena (?) Potencialização do sistema imune Destoxificação do organismo contra metais pesados e xenobióticos Favorecimento da síntese da metionina a partir da homocisteína o risco para DCV Selênio em Alimentos Castanha do Brasil (15 to 120µg/g) Produtos marinhos (0.4 to 1.5 µg/g) Carnes (0.1 to 0.4 µg/g) Cereais integrais (< 0.1 to 0.8 µg/g) Leite e derivados (< 0.1 to 0.3 µg/g) Frutas e verduras (<0.1 µg/g) Dependência Geográfica 30

32 Composição Centesimal da Castanha do Brasil Nutrientes Umidade % 0,44 0,72 1,8 9,8 Proteína % 16,0 16,1 15,4 15,5 Lipidios % 69,5 71,3 70,7 58,4 Carboidratos % 10,8 8,3 9,2 6,7 Cinzas % 3,3 3,1 3,2 2,7 Fibra % ,7 Selênio µg/g 115,5 74,3 58,1 22,7 Energia- kcal 732,5 743,6 733,5 622,0 Biomarcadores Se Conc. Plasma ou sangue total GPx plasma GPx eritrócito Atividade selenoperoxidases em celulas sangue (plaquetas, linfócitos,neutrófilos) Selenoproteína P Concentração hormonios tireóide 31

33 Valores propostos Se Concentraçãode Se (μmol/l) Prevenção da Doença Keshan > 0,25 Atividade ótima das IDIs (iodotironina 5 desiodinases) > 0,82 Maximização da GPx e SePP > 1,00-1,20 Proteção contra alguns tipos câncer > 1,50 Thomson,EJCN 58; ,2004a Recomendações de Ingestão de Se Idade EAR (µg) RDA(µg) UL (µg) 0-6 meses 15 (AI) meses 20 (AI) anos anos anos anos anos ou >

34 Resultados de Estudos com Selênio Selenium Status in São Paulo and Amazonas Bortoli, M, Cozzolino, SMF, 2009 Plasma Se São Paulo (n = 70) Plasma Se Amazonas (n = 55) Erythrocyte Se São Paulo (n = 70) Erythrocyte Se Amazonas (n = 55) Mean 81,7 (*) 101,8 (*) 86,3 (**) 199,8 (**) Median 79,9 91,3 79,5 171,2 Maximum 123,6 319,9 201,9 640,2 Minimum 45,6 31,2 21,9 72,5 SD 18,8 50,9 34,7 104,4 (*) p = 0,013 (**) p = 0,000 33

35 Selenium Status in São Paulo and Amazonas (GPx Activity) Bortoli, M, Cozzolino, SMF, 2009 São Paulo n = 70 Amazonas n = 55 Mean 37,1* 73,3* Median 36,0 73,3 Maximum 74,6 129,8 Minimum 9,8 30,1 SD 12,2 16,8 * p = 0,000 Selênio 34

36 Selênio 37 mulheres obesas Suplementação: 1 nóz/dia (58,1 ± 3,0µg/g) 8 semanas Variável Pré-Suplementação Pós- Suplementação Se plasmático (µg/l) 55.7 ± ± 34.9 Se eritrocitário (µg/l) 60.5 ± ± 42.0 Atividade da GPx (μg/g Hb level) 36.6 ± ± 20.4 Selênio 37 mulheres obesas Suplementação: 1 nóz/dia (58,1 ± 3,0µg/g) 8 semanas Variável Pré-Suplementação Pós- Suplementação Colesterol total (mg/dl) ± ± 26.6 HDL-c(mg/dL) 37.6 ± ± 13.4 LDL-c (mg/dl) ± ± 22.8 Triglicérides (mg/dl) ± ± 41.5 Índice de Castelli I 5.0 ± ± 1.1 Índice de Castelli II 3.4 ± ±

37 Selênio Interação Gene - Nutriente Genômicanutricional = associações importantes entre a presença de polimorfismos com o consumo de nutrientes. Melhor compreensão de como a nutrição pode influenciar nas vias de homeostase metabólica e diminuir risco de doenças. Polimorfismos na região codificadora dos genes de selenoproteínaspodem alterar a incorporação de Se e influenciar sua capacidade antioxidante. Selênio Características do Estudo 37 mulheres obesas mórbidas suplementadas com 1 nóz de castanha do Brasil que forneceu cerca de 290υg de Se por dia, durante 8 semanas. 36

38 Selênio Genótipos GPx1 códon 198 n (%) Pro/Pro 18 (48.7%) Pro/Leu 14 (37.8%) Leu/Leu 5 (13.5%) Selênio Resultados 37

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40 77 Selênio Conclusões Estima-se que de meio a um bilhão de pessoas em todo o mundo possam sofrer de deficiência de selênio 39

41 Análise de risco aplicada a fortificação de alimentos Existe algum risco para os indivíduos com a fortificação ou a suplementação? Os micronutrientes podem ser classificados de acordo com o intervalo observado entre a ingestão recomendada e o UL. UL = Tolerable Upper Intake Level Ingestão Recomendada EAR, RDA e AI Análise de risco aplicada a alimentos Public Health Nutr. 2003, 6 (3): Os nutrientes podem ser classificados em categorias: Categoria A - nutrientes com pequena margem de segurança. ( UL < 5 vezes a recomendação) (ex. retinol, vitamina D, niacina, folato e todos minerais). 40

42 Análise de risco aplicada a alimentos Public Health Nutr. 2003, 6 (3): Categoria B inclui nutrientes com uma margem de segurança intermediária, (ex. p.ex. vitamina E, B 6, B 12 e C) Análise de risco aplicada a alimentos Public Health Nutr. 2003, 6 (3): Categoria C: nutrientes que não têm apresentado efeitos adversos em quantidades superiores a 100 vezes a recomendação. Ex. vitamina K, tiamina, riboflavina, ácido pantotênico e biotina 41

43 Suplementação com bioativos? Doses? Efeito demonstrado cientificamente? Efeito do composto bioativo no veículo? Efeitos adversos? OBS: Ainda não há respostas destes aspectos para a maioria dos compostos estudados! 42

44 Faculdade Ciências Farmacêuticas-USP Av. Lineu Prestes 580, Bloco 14 Laboratório de Nutrição - Minerais 43