Marcatori dello statoMarcatori dello stato di nutrizione

Alessandro Pinto

Dipartimento di Medicina Sperimentale

Sezione di Fisiopatologia Medica, Scienza

Alessandro.pinto@uniroma1.it

dellAlimentazione ed Endocrinologia

The ability to assess the role of nutrition in disease prevention and healthpromotion is predicated on the availability of accurate and reliablebiomarkers that reflect nutrient exposure, status, and effect.

Biomarkers are essential components for clinical and communityassessment, yet confusion remains surrounding their use and application.I th t t f f d d t iti 2 ti t dIn the context of food and nutrition, 2 questions stand:

What is a nutritional biomarker?What is a nutritional biomarker?

Wh t d it ?What does it measure?

VALUTAZIONE SdN VALUTAZIONE SdN 11 composizione corporeacomposizione corporea

assunzioneassunzione CarboidratiCarboidrati CarboidratiCarboidrati

OOOO

1.1. composizione corporeacomposizione corporea

2.2. bilancio energia e nutrientibilancio energia e nutrienti

3.3. parametri fisiologiciparametri fisiologici

LipidiLipidi ProteineProteine VitamineVitamine

Mi liMi li

LipidiLipidi ProteineProteine VitamineVitamine

Mi liMi li

Sistema nervosoSistema nervoso

OO22OO22 MineraliMinerali Composti funzionaliComposti funzionali MineraliMinerali Composti funzionaliComposti funzionali

STATO DI NUTRIZIONESTATO DI NUTRIZIONE

inin

digestionedigestioneim

ento

imen

to

LM L M

asso

rbi

asso

rbi

COMPOSIZIONE CORPOREA

___________________________________________________________________________________________________

RISERVE E/N

FUNZIONE CORPOREA

___________________________________________________________________________________________________

POOL SCAMBIABILE E/N

MPGioio

L MPG

CO2CO2

ATPATPE feciE feciSCAMBIABILE E/N

VCF

G

mm

unita

rm

mun

itar

VCF

G

H2OH2O

CaloreCaloreoutoutBIOMARKERSBIOMARKERS

STATO DI SALUTESTATO DI SALUTESis

tem

a i

Sis

tem

a i

UreaUreaSTATO DI SALUTESTATO DI SALUTE

Sistema endocrinoSistema endocrino

fattori esogeni (chimici, fisici o biologici) quali nutrienti o altrebiologici), quali nutrienti o altre sostanze di origine alimentare

BIOMARKERS

Interazione con il sistema biologico

sostanze, prodotti metabolici o risposte cellulari,

dosabili/misurabili a livello di liquidi/tessuti biologici, utilizzabili come indiciutilizzabili come indici

oggettivi degli effetti prodotti (fisiologici, patogenetici o

What is a nutritional biomarker?

What does it measure? farmacologici)What does it measure?

Biomarkers Definitions Working Group. Biomarkers and surrogate endpoints: Preferred definitionsand conceptual framework. Clin Pharmacol Ther 2001;69:8995.

ILSI International Life Sciences Institute, 2002

Intake/exposure

status

function/effect

ILSI International Life Sciences Institute, 2002

CLASSIFICAZIONE DEI BIOMARKERSCLASSIFICAZIONE DEI BIOMARKERS

ReferenceReference

* Potischman N, Freudenheim JL. Biomarkers of nutritional exposure and nutritional status: an overview. J Nutr 2003 Mar;133 Suppl 3:873S 874SNutr. 2003 Mar;133 Suppl 3:873S-874S^ Arab L, Akbar J. Biomarkers and the measurement of fatty acids. Public Health Nutr. 2002 Dec;5(6A):865-71# Kuhnle GG. Nutritional biomarkers for objective dietary assessment. J Sci Food Agric. 2012 Apr;92(6):1145-99. Combs GF Jr, Trumbo PR, McKinley MC, Milner J, Studenski S, Kimura T, Watkins SM, Raiten DJ. Biomarkers in nutrition: new frontiers in research and application. Ann N Y Acad Sci. 2013 Mar;1278:1-10 http://dapa-toolkit.mrc.ac.uk/dietary-assessment/biomarkers/index.html; Dietary assessment Biomarkers p p y y(Fraser, 2003 and Livingstone & Black, 2003).

BIOMARKERS IN NUTRITION

1) Intake/e

1) Biomarkers indicators of dietary exposure ^ #

BM

exposure

1b) Biomarkers for validation of dietary assessment instrument or compliance ^ #

2) Biomarkers as integrated measures of nutritional status for a nutrient *

3) BM

3a) Biomarkers relates to the site of action (molecular target)

M function

3b) Biomarkers of pre-clinical disease ^

nal effects

3c) Biomarkers of susceptibility ^ or disease development biomarkers

3d)) Biomarkers associated with surrogate endpoints in nutrition interventions 3d)) Biomarkers associated with surrogate endpoints in nutrition intervention studies

1a) Biomarkers indicators of dietary exposure

BM dellintake/exposure

biasmetodologici

databaseabitudini

databaseincompleti di

composizione degli alimenti

voluttuarie (fumo,

sedentariet)

tecniche di assessmentdietetico (food

frequencyti i FFQquestionnaire - FFQ,

24h-recall, diario alimentare e storia

dietetica)

variabilit della concentrazione di nutrienti/altri

composti e della biodisponibilit

nellambito della i

microbiotaintestinale

stessa categoria merceologica

differenze intra-e interindividuali di assorbimento,

trasporto e utilizzazione

fattori genetici(per es.

folati/MTHFR gene, vitamina D/VDR gene e

ferro/HFE gene)ferro/HFE gene)

I BM dellintake/exposure rappresentano una possibile soluzione.

recovery BM (composti per i quali riconosciuta una l i i i di d i d

ure

relazione quantitativa, tempo dipendente, tra assunzione ed escrezione; per es. lacqua doppiamente marcata per lapporto energetico, lazoto e il potassio urinari come marker, rispettivamente, dellintake proteico e di potassio)

xpos

u rispettivamente, dell intake proteico e di potassio)

concentration BM (dosati direttamente in campioni biologici,

ke/e

x ( p g ,quali siero, plasma, saliva e urine; per es. vitamine e lipidi sierici, elettroliti urinari, ecc.);

inta

k

predictive BM (simili ai recovery, ma caratterizzati da un minore livello di escrezione; per es. il saccarosio ed il fruttosio

i i d ll 24h tili ti h l lid i di

dell urinari delle 24h; sono utilizzati, anche, per la validazione di strumenti di assessment dietetico);

BM

replacement o surrogate BM (composti per i quali i database di composizione degli alimenti sono incompleti, per es le aflatossine i fitoestrogeni ecc )es. le aflatossine, i fitoestrogeni, ecc.).

I BM dellintake in funzione dellintervallo di tempo intercorso dallassunzione p(dipendente anche dal tipo di campione

biologico utilizzato):

BM BM BMBMa breve termine

riflettono lintake nelle

BM a medio termine

riflettono lintake nelle

BMa lungo termine

riflettono lintake neiriflettono l intake nelle ore/giorni precedenti

(ad es., concentrazione l ti di it C

riflettono l intake nelle settimane/mesi

precedenti (ad es., idi i i f l ti

riflettono l intake nei mesi/anni precedenti

(ad es. concentrazione d ll di l i diplasmatica di vit. C

caratterizzata da picchi post-prandiali, che la

acidi grassi o i folatinegli eritrociti indicano il livello di assunzione

delle diverse classi di acidi grassi nel tessuto

adiposo) rendono un buon indice di intake ma non per la valutazione dello SdN)

nei 120 giorni precedenti)

valutazione dello SdN)

Nutritional biomarkers also offer the possibility of an objective indicator of compliance with a particular dietary regimen in randomized controlled trials investigating the health effects of dietary modifications.

A systematic review of biomarkers of fruit and vegetable intake in human intervention studies.These studies showed that a panel of biomarkers (- and -carotene, vitamin C, lutein, zeaxanthin, and -cryptoxanthin) had value as indicators of compliance in fruit and vegetable intervention trials. The review also pointed to the need for more doseresponse data to elucidate the natures of the doseresponse relationships of specificthe need for more dose response data to elucidate the natures of the dose response relationships of specific biomarkers. McKinley pointed to ongoing work involving novel use of panels of biomarkers, including plasma vitamin C, carotenoids, and possibly flavonoids to develop algorithms predictive of fruit and vegetable intake.She concluded that a more global consideration of a panel of potential biomarkers is likely to be more useful than single compounds.

BIOMARKERS IN NUTRITION1a) Biomarkers 1a) Biomarkers 1a) Biomarkers indicators of dietary exposure indicators of dietary exposure indicators of dietary exposure ^ ^ ^ ###

1) BM

1) BM

1) BM

Intake/expIntake/expIntake/exp

# # # recovery biomarkersrecovery biomarkersrecovery biomarkers # # # concentration markersconcentration markersconcentration markers # # # predictive biomarkerspredictive biomarkerspredictive biomarkers * * * surrogate indicators of dietary intakesurrogate indicators of dietary intakesurrogate indicators of dietary intakeMMMosure

osureosure 1b) Biomarkers 1b) Biomarkers 1b) Biomarkers for validation of dietary assessment instrument or compliance for validation of dietary assessment instrument or compliance for validation of dietary assessment instrument or compliance

^ ^ ^ ###

* * * ^ ^ ^ a means of validation of dietary instrumentsa means of validation of dietary instrumentsa means of validation of dietary instruments ^ biomarkers of compliance^ biomarkers of compl