Συσχέτιση της κατανάλωσης βιολειτουργικών τροφίμων και συστατικών και της υιοθέτησης της μεσογειακής διατροφής με δείκτες οστικού μεταβολισμού και καρδιαγγειακών παθήσεων σε άτομα με αυξημένο κίνδυνο οστεοπόρωσης

Abstract

Introduction: In recent years, several studies that have been carried out show that some foods of the Mediterranean diet contain biofunctional compounds, through which they display potential bioactivity. In vitro experiments, epidemiological and clinical studies, in the context of a balanced diet, have focused on the importance of consuming functional foods, both for maintaining health and for preventing chronic diseases (e.g. osteoporosis, cancer, diabetes , coronary heart disease and stroke). At the same time, the promotion of the consumption of functional foods is considered important through the promotion of new nutritional policies, in the food industry, where innovative foods are introduced into human life every day, such as functional and genetically modified foods. Modern lifestyles have led to the introduction of traditional and natural functional foods and ingredients into innovative new functional foods. Despite the positive effects they have on human health there are still many reservations due to the lack of data on possible side effects that exist. In recent years there has been research interest in the study of various functional components on bone metabolism indicators, while at the same time there is an increasing need to further investigate the effect of biofunctional components, such as vitamins, on calcium metabolism.Aim: The purpose of this thesis was to evaluate, on the one hand synchronously and on the other perspectively, the effect of various natural biofunctional foods and ingredients, as well as the adoption of the Mediterranean diet, on bone metabolism indicators in people with an increased risk of osteoporosis. In addition, the objective was to investigate the possibility of creating an innovative food rich in polyphenols and to investigate the effect of its consumption on people with an increased risk of osteoporosis. The novelty of the study lies on the one hand in the fact that the interactions of various biofunctional components with calcium and bone metabolism have not been sufficiently studied, on the other hand the need to investigate the role of polyphenols in the outcome of osteoporosis.Methods: Initially, a cross-sectional study was conducted on a sample of the population (240 volunteers), men and women over 45 years of age, guided by the selection of a list of volunteers through orthopedic doctors. The volunteers completed a general and dietary habits questionnaire, a functional food frequency questionnaire (FFFQ), and a questionnaire on the degree of adoption of the Mediterranean Diet (Med-Diet-Score). Then, correlations of dietary habits, consumption of functional foods and the degree of adoption of the Mediterranean diet in recent years with anthropometric characteristics and indices of bone metabolism were carried out. A four-arm, randomized clinical trial followed. After using a sample selection program, a suitable number of 115 postmenopausal women aged 45-75 years, at increased risk of osteoporosis (t-score -1.0 to -2.5) were divided into four groups. The first group (A) received daily supplements of vitamin C, D3, Ca and Mg. The second group (B), control group, received vitamin D3, Ca and Mg supplements. The third group (C) received medication, bisphosphonates, vitamin D3, Ca and Mg supplements. The fourth group (D) received a novel food, olive paste enriched with mountain tea extract, rich in polyphenols, and vitamin D3, Ca, Mg supplements. The study lasted 12 months for the first three groups and 5 months for the fourth group. The difference in time follow-up is because the food was given to a smaller sample and was introduced after the intervention of the three groups. Anthropometric indices (body composition, weight, circumferences, etc.), bone mineral density (DEXA), bone metabolism indices, and biochemical indices (blood lipids, vitamin D, blood parathyroid hormone, etc.) were assessed at the beginning and at the end of the of study. For the development of the innovative food, an in vitro study of the antioxidant properties and phenolic components of various natural functional foods-raw materials was carried out and those that were finally introduced in the production of the innovative food-olive paste with mountain tea were selected (measurements by the FRAP method and Folin-Ciocalteau method). Statistical processing was performed with the IBM-SPSS Statistics2021 program through ANOVA, paired samples t-test, chi-square test. The level of significance was p<0.05.Results:A. In vitro Study-Development of an innovative food: According to the in vitro experiments, the raw materials (green and red pepper, Kalamon olives and green olives, oregano, garlic, chamomile, mountain tea, etc.) showed antioxidant capacity in mountain tea, 5.93 (1.52), and total phenolic content, mountain tea, 8.65 (1.86). After testing, the olive paste enriched with mountain tea was selected which provided the highest total antioxidant capacity of 8.75 (0.94) mgFeSO4/g and total phenolic content of 6.79 (2.18) mg gallic acid/g.B. Cross-sectional study: Regarding the consumption of foods related to bone metabolism, it was observed that 31% and 65% of the participants consume, respectively, milk and cheese on a daily basis, while 27%, 30% and 69% consume, respectively, yogurt, dry fruits and fish 1-2 times/week. Statistically significant differences were observed in the consumption of cheese (p = 0.039) and nuts (p = 0.036) between semi-urban and urban areas, with residents of semi-urban areas having higher consumption. Individuals with increased physical activity also reported increased consumption of fish/seafood (p = 0.009) and legumes (p = 0.012). 102% of the volunteers had moderate adherence to the Mediterranean diet, 29% had low adherence to the Mediterranean diet, and only 18% had high adherence to the Mediterranean diet. A statistically significant correlation was observed between the consumption of functional foods, the degree of adoption of the Mediterranean diet and socio-economic factors, such as education, income, area of residence with indices of bone metabolism (all values p<0.05).C. Randomized clinical trial: For the intervention groups, there was an increase in parathyroid hormone (PTH) in group A, of ascorbic acid after one year, while in groups B, C, no. Also, HDL cholesterol showed an increase in group A, while the others did not. Finally, no statistically significant change was observed in the triglyceride values in group A, 106 (9.89), after one year of intervention, while they increased in groups B and C. Additionally, the difference between groups A, C at the beginning and at the end of the intervention showed a statistically significant increase in calcium (Ca) 9.63 (0.29), group A and 9.54 (0.36), group C and a decrease in triglycerides, in group C, 160.8 (93.28) (p<0.05). For magnesium (Mg), total cholesterol and LDL there were no statistically significant differences (p>0.05). After the end of the intervention at 5 months, a statistically significant decrease in the values of calcium, magnesium, total cholesterol, LDL, and HDL cholesterol was observed for group D, with small differences, which received the innovative food supplement, while in the control group, group B, biomarker values remained in the upper normal limits. Also, for the novel food, it was observed that in the volunteers who consumed the food, bone density increased by 0.2 units on average (p=0.003) and BMI decreased by 0.07kg/m2 on average (p=0.07).No statistically significant correlations were observed between the components studied in the present study and markers of bone metabolism in volunteers with osteoporosis. Conversely, an increase in parathormone values was observed in the ascorbic acid group.Conclusions: Polyphenols in an innovative food may have a positive effect on bone metabolism. According to the present study, consuming olive paste with mountain tea for 5 months may contribute to biomarkers related to potential health effects, such as osteoporosis.The thesis aims to contribute to the extraction of research results, which aim on the one hand to mobilize the food industry for the development and creation of innovative functional foods rich in polyphenols, on the other hand to improve the quality of life through the consumption of functional foods, due to the increased risk of osteoporosis and chronic diseases. Further future research, mainly clinical and epidemiological studies, must take place, in a larger sample of the population and also at a long-term level in order to fully investigate the relationship between nutritional factors and bone metabolism indices.

Εισαγωγή: Τα τελευταία χρόνια, αρκετές μελέτες που έχουν πραγματοποιηθεί δείχνουν ότι ορισμένα τρόφιμα της μεσογειακής διατροφής περιέχουν βιολειτουργικές ενώσεις, μέσω των οποίων εμφανίζουν ενδεχόμενη βιοδραστικότητα. In vitro πειράματα, επιδημιολογικές και κλινικές μελέτες, στο πλαίσιο μιας ισορροπημένης διατροφής, έχουν εστιαστεί στη σημασία της κατανάλωσης των λειτουργικών τροφίμων, τόσο για την διατήρηση της υγείας, όσο και για την πρόληψη χρόνιων ασθενειών (π.χ. οστεοπόρωση, καρκίνος, σακχαρώδης διαβήτης, στεφανιαία νόσος και αγγειακό εγκεφαλικό επεισόδιο). Παράλληλα, η προαγωγή της κατανάλωσης λειτουργικών τροφίμων κρίνεται σημαντική μέσω της προώθησης νέων διατροφικών πολιτικών, στην βιομηχανία τροφίμων, όπου τα καινοτόμα τρόφιμα εισάγονται καθημερινά στην ζωή του ανθρώπου όπως τα λειτουργικά και τα γενετικά τροποποιημένα τρόφιμα. Ο σύγχρονος τρόπος ζωής έχει οδηγήσει στην εισαγωγή παραδοσιακών και φυσικών λειτουργικών τροφίμων και συστατικών, σε καινοτόμα, νέα λειτουργικά τρόφιμα. Παρά τις θετικές επιδράσεις που έχουν στην υγεία του ανθρώπου υπάρχουν ακόμη πολλές επιφυλάξεις λόγω έλλειψης δεδομένων για πιθανές παρενέργειες που υπάρχουν. Τα τελευταία χρόνια υπάρχει ερευνητικό ενδιαφέρον για τη μελέτη διαφόρων λειτουργικών συστατικών επί των δεικτών οστικού μεταβολισμού, ενώ παράλληλα αυξάνεται η ανάγκη περεταίρω διερεύνησης της επίδρασης βιολειτουργικών συστατικών, όπως οι βιταμίνες, στο μεταβολισμό του ασβεστίου. Σκοπός: Σκοπός της παρούσας διατριβής ήταν να αξιολογηθεί, αφενός συγχρονικά και αφετέρου προοπτικά, η επίδραση διαφόρων φυσικών βιολειτουργικών τροφίμων και συστατικών, καθώς και η υιοθέτηση της μεσογειακής διατροφής, σε δείκτες οστικού μεταβολισμού σε άτομα με αυξημένο κίνδυνο οστεοπόρωσης. Επιπλέον, στόχος ήταν η διερεύνηση της δυνατότητας δημιουργίας ενός καινοτόμου τροφίμου πλούσιου σε πολυφαινόλες και η διερεύνηση της επίδρασης της κατανάλωσης του σε άτομα με αυξημένο κίνδυνο οστεοπόρωσης. Η καινοτομία της μελέτης έγκειται αφενός στο ότι δεν έχουν μελετηθεί επαρκώς οι αλληλεπιδράσεις διαφόρων βιολειτουργικών συστατικών με το ασβέστιο και τον οστικό μεταβολισμό, αφετέρου η ανάγκη διερεύνησης του ρόλου των πολυφαινολών στην έκβαση της οστεοπόρωσης. Μεθοδολογία: Αρχικά διεξήχθη συγχρονική μελέτη σε δείγμα του πληθυσμού (240 εθελοντές), άνδρες και γυναίκες άνω των 45 ετών, με την καθοδήγηση επιλογής λίστας εθελοντών μέσω ορθοπεδικών ιατρών. Οι εθελοντές συμπλήρωσαν ένα ερωτηματολόγιο γενικών και διατροφικών συνηθειών, ένα ερωτηματολόγιο συχνότητας κατανάλωσης λειτουργικών τροφίμων (FFFQ), και ένα ερωτηματολόγιο για τον βαθμό υιοθέτησης της Μεσογειακής Διατροφής (Med-Diet-Score). Στη συνέχεια, πραγματοποιήθηκαν συσχετίσεις διατροφικών συνηθειών, κατανάλωσης λειτουργικών τροφίμων και του βαθμού υιοθέτησης της μεσογειακής διατροφής τα τελευταία χρόνια με ανθρωπομετρικά χαρακτηριστικά και δείκτες οστικού μεταβολισμού. Ακολούθησε μια τυχαιοποιημένη κλινική δοκιμή, τεσσάρων αξόνων. Μετά τη χρήση ενός προγράμματος επιλογής δείγματος, ένας κατάλληλος αριθμός 115 μετεμμηνοπαυσιακών γυναικών ηλικίας 45-75 ετών, με αυξημένο κίνδυνο οστεοπόρωσης (βαθμολογία t -1,0 έως -2,5) χωρίστηκε σε τέσσερις ομάδες. Η πρώτη ομάδα (Α) έλαβε καθημερινά συμπληρώματα βιταμίνης C, D3, Ca και Mg. Η δεύτερη ομάδα (Β), ομάδα ελέγχου, έλαβε συμπληρώματα βιταμίνης D3, Ca και Mg. Η τρίτη ομάδα (Γ) έλαβε φαρμακευτική αγωγή, διφωσφονικά, συμπληρώματα βιταμίνης D3, Ca και Mg. Η τέταρτη ομάδα (Δ) έλαβε ένα καινοτόμο τρόφιμο, πάστα ελιάς εμπλουτισμένη με εκχύλισμα τσαγιού του βουνού, πλούσιο σε πολυφαινόλες, και συμπληρώματα βιταμίνης D3, Ca, Mg. Η μελέτη είχε διάρκεια 12 μήνες για τις τρεις πρώτες ομάδες και 5 μήνες για την τέταρτη ομάδα. Η διαφοροποίηση στη χρονική παρακολούθηση οφείλεται στο ότι το τρόφιμο δόθηκε σε μικρότερο δείγμα και εισήχθη μετά την παρέμβαση των τριών ομάδων. Ανθρωπομετρικοί δείκτες (σύσταση σώματος, βάρος, περιφέρειες κ.α.), η οστική πυκνότητα (DEXA), δείκτες οστικού μεταβολισμού και βιοχημικοί δείκτες (λιπίδια αίματος, βιταμίνη D, παραθορμόνη στο αίμα κ.α.) αξιολογήθηκαν στην αρχή και στο τέλος της μελέτης. Για την ανάπτυξη του καινοτόμου τροφίμου έγινε in vitro μελέτη των αντιοξειδωτικών ιδιοτήτων και των φαινολικών συστατικών διαφόρων φυσικών λειτουργικών τροφίμων-πρώτων υλών και επιλέχθηκαν αυτά που τελικώς εισήχθησαν στην παραγωγή του καινοτόμου τροφίμου-πάστα ελιάς με τσάι του βουνού (μετρήσεις με τη μέθοδο FRAP και τη μέθοδο Folin-Ciocalteau). Η στατιστική επεξεργασία πραγματοποιήθηκε με το πρόγραμμα IBM-SPSS Statistics2021 μέσω ελέγχου συσχέτισης μεταβλητών, ANOVA, paired samples t-test, chi-square test. Το επίπεδο σημαντικότητας ήταν p<0,05. Αποτελέσματα: Α. Μελέτη in vitro-Ανάπτυξη καινοτόμου τροφίμου: Σύμφωνα με τα πειράματα in vitro, οι πρώτες ύλες (πράσινη και κόκκινη πιπεριά, ελιές Καλαμών και πράσινες ελιές, ρίγανη, σκόρδο, χαμομήλι, τσάι του βουνού κ.α.) εμφάνισαν αντιοξειδωτική ικανότητα στο τσάι του βουνού, 5.93 (1.52), και περιεκτικότητα σε ολικά φαινολικά συστατικά, τσάι του βουνού, 8.65 (1.86). Μετά από δοκιμές επιλέχτηκε, η πάστα ελιάς εμπλουτισμένη με τσάι του βουνού η οποία παρείχε υψηλότερη συνολική αντιοξειδωτική ικανότητα 8.75 (0.94) mgFeSO4/g και περιεκτικότητα σε ολικά φαινολικά συστατικά 6.79 (2.18) mg gallic acid/g. Β. Συγχρονική μελέτη: Αναφορικά με την κατανάλωση τροφίμων που σχετίζονται με τον οστικό μεταβολισμό, παρατηρήθηκε ότι 31%, και 65% των συμμετεχόντων καταναλώνουν, αντίστοιχα, γάλα και τυρί σε ημερήσια συχνότητα, ενώ το 27%, 30% και 69% καταναλώνουν, αντίστοιχα, γιαούρτι, ξηρούς καρπούς και ψάρια 1-2 φορές/ εβδομάδα. Στατιστικά σημαντικές διαφορές παρατηρήθηκαν στην κατανάλωση τυριού (p = 0,039) και ξηρών καρπών (p = 0,036) μεταξύ ημιαστικών και αστικών περιοχών, με τους κατοίκους τον ημιαστικών περιοχών να έχουν υψηλότερη κατανάλωση. Άτομα με αυξημένη φυσική δραστηριότητα δήλωσαν και αυξημένη κατανάλωση ψαριών/θαλασσινών (p = 0,009) και οσπρίων (p = 0,012). Το 102% των εθελοντών είχε μέτρια προσκόλληση στη μεσογειακή διατροφή, το 29% είχε χαμηλή προσκόλληση στη μεσογειακή διατροφή και μόνο το 18% είχε υψηλή προσκόλληση στη μεσογειακή διατροφή. Παρατηρήθηκε στατιστικά σημαντική συσχέτιση ανάμεσα στην κατανάλωση λειτουργικών τροφίμων, στο βαθμό υιοθέτησης της μεσογειακής διατροφής και σε κοινωνικοοικονομικούς παράγοντες, όπως εκπαίδευση, εισόδημα, περιοχή κατοικίας με δείκτες οστικού μεταβολισμού (όλες οι τιμές p<0.05). Γ. Τυχαιοποιημένη κλινική δοκιμή: Για τις ομάδες παρέμβασης, παρουσιάστηκε αύξηση στην παραθορμόνη (PTH) στην ομάδα Α, του ασκορβικού οξέος μετά από ένα χρόνο, ενώ στις ομάδες Β, Γ, όχι. Επίσης, η HDL χοληστερόλη παρουσίασε αύξηση στην ομάδα Α, ενώ στις άλλες όχι. Τέλος, δεν παρατηρήθηκε στατιστικά σημαντική μεταβολή στις τιμές των τριγλυκεριδίων στην ομάδα Α, 106 (9.89), μετά από ένα χρόνο παρέμβασης, ενώ αυξήθηκαν στις ομάδες Β και Γ. Επιπρόσθετα, η διαφορά των ομάδων Α, Γ στην αρχή και στο τέλος της παρέμβασης έδειξε στατιστικώς σημαντική αύξηση στο ασβέστιο (Ca) 9.63 (0.29), ομάδα Α και 9.54 (0.36), ομάδα Γ και μείωση στα τριγλυκερίδια, στην ομάδα Γ, 160.8 (93.28) (p<0.05). Για το μαγνήσιο (Mg), την ολική χοληστερόλη και την LDL δεν υπήρχαν στατιστικά σημαντικές διαφορές (p>0.05). Έπειτα από το πέρας της παρέμβασης στους 5 μήνες, παρατηρήθηκε στατιστικά σημαντική μείωση των τιμών του ασβεστίου, μαγνησίου, ολικής χοληστερόλης, LDL, και HDL χοληστερόλης για την ομάδα Δ, με μικρές διαφορές, που έλαβε συμπληρωματικά το καινοτόμο τρόφιμο, ενώ στην ομάδα ελέγχου, ομάδα Β, οι τιμές των βιοδεικτών παρέμειναν στα ανώτερα φυσιολογικά όρια. Επίσης για το καινοτόμο τρόφιμο, παρατηρήθηκε ότι στους εθελοντές που κατανάλωσαν το τρόφιμο, η οστική πυκνότητα, αυξήθηκε κατά 0.2 μονάδες κατά μέσο όρο (p=0.003) και ο ΔΜΣ μειώθηκε κατά 0.07kg/m2 κατά μέσο όρο (p=0.07).Δεν παρατηρήθηκαν στατιστικά σημαντικές συσχετίσεις μεταξύ των συστατικών που μελετήθηκαν στην παρούσα μελέτη και των δεικτών οστικού μεταβολισμού σε εθελοντές με οστεοπόρωση. Αντίθετα, παρατηρήθηκε αύξηση στις τιμές της παραθορμόνη στην ομάδα του ασκορβικού οξέος.Συμπεράσματα: Οι πολυφαινόλες σε ένα καινοτόμο τρόφιμο, πιθανόν να έχουν επίδραση θετική στον οστικό μεταβολισμό. Σύμφωνα με την παρούσα μελέτη, η κατανάλωση πάστας ελιάς με τσάι του βουνού για 5 μήνες πιθανόν να συμβάλει σε βιοδείκτες που σχετίζονται με πιθανές επιπτώσεις στην υγεία, όπως η οστεοπόρωση. Η διατριβή έχει στόχο να συμβάλει στην εξαγωγή ερευνητικών αποτελεσμάτων, τα οποία στοχεύουν αφενός στην κινητοποίηση της βιομηχανίας τροφίμων για την ανάπτυξη και δημιουργία καινοτόμων λειτουργικών τροφίμων πλούσιων σε πολυφαινόλες, αφετέρου στη βελτίωση της ποιότητας ζωής μέσω της κατανάλωσης λειτουργικών τροφίμων, λόγω του αυξημένου κινδύνου οστεοπόρωσης και χρόνιων νοσημάτων. Περαιτέρω μελλοντικές έρευνες, κυρίως κλινικές και επιδημιολογικές μελέτες, πρέπει να λάβουν χώρα, σε μεγαλύτερο δείγμα του πληθυσμού αλλά και σε μακροπρόθεσμο επίπεδο ώστε να διερευνηθεί πλήρως η σχέση διατροφικών παραγόντων και των δεικτών οστικού μεταβολισμού.