Calcium supply of adolescent girls and sucrose-lactose imbalance in nutrition

• Aminet D. Tsikunib
• Aminat Kh. Alimkhanova
• Ruzanna R. Shartan
• Fatima N. Ezlyu
• Yulia A. Demchenko

Abstract

Ensuring calcium homeostasis is a complex metabolic process. Its impairment, especially in childhood and adolescence, is manifested by numerous changes in the functioning of most organism systems, which are difficult to restore in later periods of life.

The goal of this research was to study the characteristics of calcium and disaccharide consumption by adolescent girls and to identify the physiological and biochemical mechanisms of the influence of sucrose-lactose imbalance on calcium supply.

Material and methods. A multicenter cross-sectional study was conducted. In this study, teen girls aged 11–14 years without an established diagnosis of lactase insufficiency, living in urban areas, took part on a voluntary basis in the autumn period (n=136, of which 40 were Adyghes, 45 Chechens, other nationalities, mainly Russian – 51). Three-day diets were analyzed, physiological manifestations of calcium deficiency and taste sensitivity to sucrose were evaluated, the CFRt indices (sum of carious, filled and removed permanent teeth) were calculated, and calciuria was studied according to the Sulkovich test in the morning portion of urine.

Results. It has been established that the consumption of milk and dairy products by adolescents does not meet physiological standards, which leads to the 2.2 fold decrease in their contribution to calcium provision and to the risk of insufficient milk calcium consumption (RIC Ca_milk). In the nutrient status of adolescents, regardless of nationality and region of residence, the syndrome of sucrose-lactose imbalance (SLI) was revealed: the 1.4 fold excess of sucrose consumption and 2.1 fold decrease in lactose consumption compared with optimal values. For further analysis, the children were divided into groups, variable in the combination of RIC Ca_milk and SLI of varying severity: group 1LL – low RIC Ca_milk and low SLI; group 2LM – low RIC Ca_milk and moderate SLI, group 3MM – moderate RIC Ca_milk and moderate SLI; group 4MH – moderate RIC Ca_milk and high SLI, and group 5HH – high RIC Ca_milk and high SLI. The analysis of the data showed that higher levels of SLI (groups 2LM and 4MH) at the same levels of RIC Ca_milk (groups 1LL and 3MM) reduce calcium bioavailability, impair calcium metabolism and increase the prevalence and severity of physiological manifestations of calcium insufficiency by 1.5 and 1.4 fold, and dental diseases estimated using the CFRt index – by 1.2 and 1.6 fold. The prevalence of low taste sensitivity to sucrose in 5HH group was 1.4 fold higher compared to 4MH group. Against the background of excessive consumption of added sugars, calciuria didn’t significantly differ in groups with different levels of calcium intake.

Conclusion. Based on the assessment of nutrition, teen girls showed SLI syndrome and high RIC Ca_milk. SLI reduces calcium availability, increasing the prevalence of calcium insufficiency symptoms in adolescent girls with moderate and high RIC Ca_milk.

Keywords:calcium; milk calcium; girls; sucrose-lactose imbalance; calcium bioavailability; physiological manifestations of calcium insufficiency; calciuria; caries

Кальций относится к макроэлементам, выполняющим целый ряд жизненно важных физиолого-биохимических функций, необходимых для нормальной жизнедеятельности практически всех органов и систем организма, в том числе для формирования костной ткани и зубов [1, 2]. Уровень кальция в крови - одна из важнейших биохимических констант, поддержание которой в краткосрочной перспективе гораздо важнее для выживания человека, чем общий кальций в организме, и поскольку костная ткань, с одной стороны, содержит большую часть кальция в организме, а с другой - ее структура обеспечивает достаточно легкий обмен ионами кальция с окружающими тканевыми жидкостями, именно этот компартмент в первую очередь в условиях недостаточного поступления кальция с пищей или снижения его биодоступности компенсирует любое снижение внеклеточного кальция за счет минералов кости [3, 4]. В связи с этим недостаточная обеспеченность кальцием, особенно в детском и подростковом возрасте, может приводить к нарушению нормального формирования скелета, проявляющемуся, как правило, заболеваниями опорно-двигательного аппарата, а также изменениями осанки и дисгармоничным развитием [2]. Одними из первых симптомов дефицита кальция являются прогрессирующий кариес и пародонтит [5, 6]. Гипокальциемия как показатель отрицательного баланса в детском и подростковом возрасте выступает определяющим фактором риска перелома костей, особенно у женщин, что делает чрезвычайно актуальной проблему адекватной обеспеченности кальцием девочек-подростков [4, 7].

Многочисленными исследованиями установлено, что важнейшими и относительно недорогими источниками кальция для народностей, у которых эволюционно сформировалась лактазная персистенция, являются молоко и молочные продукты и показано, что уменьшение потребления именно данной группы продуктов - фактор риска недостаточности кальция в рационе питания, особенно у детей и подростков [8-10].

Причиной гипокальциемии может выступить не только недостаточное потребление кальция, но и поступление с пищей ряда нутриентов, влияющих на его биодоступность, к которым, как наиболее часто описывается в литературе, относятся витамин D и фосфор [11, 12].

Сложность интегративных реакций организма человека, направленных на поддержание кальциевого гомеостаза, с одной стороны, а с другой - существенные нарушения в структуре и качестве питания подростков, меняющие макро- и микронутриентный профиль рациона в сравнении с физиологическими нормами, делают актуальным поиск и обоснование пищевых факторов, оказывающих существенное влияние на обеспеченность кальцием.

Цель исследования - изучение особенностей потребления кальция и дисахаридов девочками-подростками и выявление физиолого-биохимических механизмов влияния сахарозо-лактозного дисбаланса (СЛД) на уровень обеспеченности кальцием.

Материал и методы

Проведено многоцентровое поперечное исследование, в котором приняли участие девочки-подростки в возрасте 11-14 лет (n=136, из них адыгеек - 40, чеченок - 45, славянских национальностей - 51), проживающие в городских условиях. Исследования проведены в осенний период.

Все процедуры, выполненные в исследовании, соответствуют этическим стандартам национального комитета по исследовательской этике и Хельсинкской декларации 1964 г. и ее последующим изменениям.

Критерии включения в исследование: возраст 11- 14 лет, женский пол, I-II группы здоровья, наличие информированного согласия родителей.

Критерии исключения: установленный диагноз лактазной недостаточности.

У девочек опросным методом оценивали частоту потребления средних порций пищевых продуктов (ежедневно, 2-3 раза в неделю, 2-3 раза в месяц и менее 1 раза в месяц), обеспечивающих наибольший уровень потребления сахарозы, лактозы и кальция. Вопросник включал 85 наименований продуктов и блюд, в том числе национальных продуктов традиционной адыгской и чеченской кухни, наиболее представленных в рационах питания подростков согласно Базе данных фактического питания различных групп населения лаборатории нутрициологии, экологии и биотехнологии Научно-исследовательского института комплексных проблем ФГБОУ ВО "Адыгейский государственный университет". Величину потребления продуктов и блюд переоценивали по сравнению с данными, полученными при анализе 3-дневных рационов питания (включая 1 выходной), представленных родителями девочек, прошедшими предварительный инструктаж по регистрации количества потребленной подростками пищи. Эксперты лаборатории обрабатывали анкеты, переводили бытовые меры массы и объема в граммы и миллилитры, по справочным таблицам [13] рассчитывали содержание в рационах питания кальция, лактозы, сахарозы и калорийность, а также долю вклада молочных продуктов в обеспечение данными нутриентами. Полученные результаты оценивали согласно рекомендациям по рациональным нормам потребления пищевых продуктов (приказ Минздрава России "Об утверждении рекомендаций по рациональным нормам потребления пищевых веществ и продуктов, отвечающих современным требованиям здорового питания" от 19.08.2016 № 614) и в сравнении с нормами физиологических потребностей в энергии и пищевых веществах для данной возрастной группы (МР 2.3.1.0253-21 "Нормы физиологических потребностей в энергии и пищевых веществах для различных групп населения Российской Федерации").

Уровень обеспеченности девочек-подростков кальцием определяли по индексу КПУз, уровню кальциурии и комплексу симптомов недостаточности кальция [14]. Индексы КПУз рассчитывали на основании информации, представленной родителями от детского стоматолога о количестве у девочек кариозных (невылеченных) зубов (К), пломбированных (леченых) зубов (П), удаленных зубов или подлежащих удалению корней зубов (У), по формуле: индекс КПУз = К + П + У. Уровень кальциурии определяли по пробе Сулковича в утренней порции мочи, которую участницы собирали и доставляли в лабораторию согласно оговоренной ранее инструкции. Метод основан на визуальном определении помутнения, образующегося при смешивании пробы мочи, содержащей растворенные соли кальция, с реактивом Сулковича, в состав которого входит щавелевая кислота. Результаты оценивали по балльной шкале: 0 баллов (полное отсутствие помутнения) - отрицательный результат, 1-2 балла (слабое помутнение) - положительный результат (норма), 3 балла (сильное помутнение пробы) - резкоположительный результат, 4 балла (очень сильное помутнение пробы) - очень резкоположительный результат. Оценку симптомов недостаточности кальция проводили на основе разработанной экспертами лаборатории нутрициологии, экологии и биотехнологии НИИ КП ФГБОУ ВО "Адыгейский государственный университет" анкеты, включающей 11 наиболее характерных симптомов, по балльной системе: отсутствие симптома - 0 баллов, наличие симптома - 1 балл.

Уровень вкусовой чувствительности к сахарозе определяли на основе органолептической оценки шифрованных растворов сахарозы в концентрациях от 0,1 до 0,9%, при температуре 36,5 °С, способствующей наилучшему восприятию вкусовых веществ. Вначале подавали дистиллированную воду (контроль), затем растворы сахарозы в возрастающей концентрации. Участницы фиксировали в анкетах наличие вкусового возбуждения и характеризовали его качество и интенсивность. Оценку результатов проводили по следующей шкале: идентификация сладкого вкуса в растворах сахарозы с концентрацией 0,1-0,3% - высокий уровень вкусовой чувствительности к сладкому; 0,4-0,7% - нормальный; 0,8-0,9% - низкий. Также учитывались лица, которые не смогли идентифицировать сладкий вкус ни в одном из представленных растворов сахарозы.

По индексу КПУз, кальциурии, симптомам недостаточности кальция и вкусовой чувствительности сравнивались условные группы, вариабельные по сочетанию риска недостаточного потребления молочного кальция (РНП Са_мол) и синдрома СЛД разной степени выраженности (группа 1НН - низкий РНП Са_мол|низкий СЛД; группа 2НУ - низкий РНП Са_мол|умеренный СЛД, группа 3УУ - умеренный РНП Са_мол|умеренный СЛД; группа 4УВ - умеренный РНП Са_мол|высокий СЛД и группа 5ВВ - высокий РНП Са_мол|высокий СЛД).

Статистическую обработку данных проводили с использованием программы Microsoft Excel 2019. По результатам исследований рассчитывали средние величины и стандартное отклонение (M±σ) при нормальном распределении признака, медиану и квартили (Me [P25; P75]) при распределении, отличном от нормального. Для качественных данных рассчитывали частоты и проценты, достоверность различий которых оценивали по критерию Фишера (φ). Взаимосвязь переменных оценивали по коэффициенту корреляции Пирсона (r), качественную оценку показателей тесноты связи проводили с помощью коэффициентов Пирсона и Спирмена.

Результаты и обсуждение

Анализ фактических рационов питания показал, что потребление молока и молочных продуктов девочками не соответствует рекомендуемым физиологическим нормам как по кратности и структуре, так и по количеству (табл. 1).

Так, ежедневное потребление молока, кефира и йогурта вместе взятых ниже рекомендуемого в 1,9 раза, при этом на долю молока приходится 28,8%, из них более половины в составе продуктов, на долю кефира - 18,7%, а йогурта - 52,5%. Среднесуточное потребление сметаны, сыра и творога соответственно в 1,7, 1,6 и 2,8 раза ниже рекомендуемых значений, а масла сливочного, с учетом как свободно потребляемого, так и в составе продуктов, в 1,6 раза выше физиологической нормы. В целом доля молока в среднесуточном молочном рационе подростков составляет всего 20,5% от общего объема потребляемых молочных продуктов, питьевого цельного молока - 11,6%.

Рекомендуемая в суточном рационе доля вклада молочных продуктов в обеспечение потребности девочек-подростков в кальции составляет 45,0%, или 540 мг, однако низкий уровень потребления молока и молочных продуктов приводит к снижению данного показателя в их рационе в 2,2 раза (табл. 2).

В потреблении дисахаридов выявляется существенный дисбаланс: в фактически складывающихся рационах питания девочек содержание лактозы в 2,1 раза меньше, чем должно потребляться с разнообразными молочными продуктами, при условии соответствия рациона современным требованиям здорового питания, а добавленного сахара, наоборот, в 1,36 раза больше верхнего физиологического уровня. При этом медиана потребления с молочными продуктами сахарозы, не свойственного молочным продуктам дисахарида, составляет 34,4% от общего потребления добавленного сахара. Корреляционный анализ показал, чем больше в рационах сахарозы и меньше лактозы, тем меньше как общего, так и молочного кальция: коэффициент корреляции с сахарозой -0,72 и -0,63, а с лактозой - 0,59 и 0,78 соответственно.

References

1. Fischer V., Haffner-Luntzer M., Amling M., Ignatius A. Calcium and vitamin D in bone fracture healing and post-traumatic bone turnover. Eur Cell Mater. 2018; 35: 365–85. DOI: https://doi.org/10.22203/eCM.v035a25

2. Sandow S.L., Senadheera S., Grayson T.H., Welsh D.G., Murphy T.V. Calcium and endothelium-mediated vasodilator signaling. Adv Exp Med Biol. 2012; 740: 811–31. DOI: https://doi.org/10.1007/978-94-007-2888-2_36

3. Prince R.L. The physiology and cell biology of calcium transport in relation to the development of osteoporosis. Osteoporosis. 2010: 241–67.

4. Global action plan for the prevention and control of noncommunicable diseases 2013–2020. WHO, 2013: 108 p. (in Russian)

5. Cormick G., Belizán J.M. Calcium intake and health. Nutrients. 2019; 11 (7): 1606. DOI: https://doi.org/10.3390/nu11071606

6. Domenyuk D.A., Karslieva A.G., Ivancheva E.N., Gilmiyarova F.N., Bykov I.M., Kochkonyan A.S. Relation between hematological indices of calcium-phosphorus metabolism and metabolic parameters in the oral fluid in patients with dentofacial pathology. Kubanskii nauchnyi meditsinskii vestnik [Kuban Scientific Medical Bulletin]. 2015; (1): 54–65. DOI: https://doi.org/10.25207/1608-6228-2015-1-54-65 (in Russian)

7. Konstantynowicz J., Nguyen T.V., Kaczmarski M., Jamiolkowski J., Piotrowska-Jastrzebska J., Seeman E. Fractures during growth: potential role of a milk-free diet. Osteoporos Int. 2007; 18 (12): 1601–7. DOI: https://doi.org/10.1007/s00198-007-0397-x

8. Baturin A.K., Sharafetdinov Kh.Kh., Kodentsova V.M. Role of calcium in health and reducing the risk of non-communicable diseases. Voprosy pitaniia [Problems of Nutrition]. 2022; 91 (1): 65–75. DOI: https://doi.org/10.33029/0042-8833-2022-91-1-65-75 (in Russian)

9. Martinchik A.N., Keshabyants E.E., Kambarov A.O., Peskova E.V., Bryantseva C.A., Bazarova L.B., et al. Dietary intake of calcium in pre-school and school children in Russia: main food sources and eating occasions. Voprosy pitaniia [Problems of Nutrition]. 2018; 87 (2): 24–33. DOI: https://doi.org/10.24411/0042-8833-2018-10015 (in Russian)

10. Farre Rovira R. La leche y los productos lácteos: fuentes dietéticas de calcio [Milk and milk products: food sources of calcium]. Nutr Hosp. 2015; 31 (Suppl 2): 1–9. DOI: https://doi.org/10.3305/nh.2015.31.sup2.867 (in Spanish)

11. Pushkarev K.A., Kausova G.K., Berlizeva Yu.A., Vassilchenko N.V., Kairat G. Vitamin D deficiency as a performance decrement factor in adolescents. Medicine (Almaty). 2018; 2 (188): 34–8. (in Russian)

12. Beto J.A. The role of calcium in human aging. Clin Nutr Res. 2015; 4 (1): 1–8. DOI: https://doi.org/10.7762/cnr.2015.4.1.1

13. Chemical composition of Russian foodstuffs. Edited by Skurikhin I.M., Tutelyan V.A. Moscow: DeLi print, 2002: 236 p. (in Russian)

14. Polozhentseva A.I., Shirinskiy V.A. Influence of ecological-hygienic and social-demographic factors on population dental diseases incidence. Ekologiya cheloveka [Human Ecology]. 2012; (6): 48–53. (in Russian)

15. Cochet B., Jung A., Griessen M., Bartholdi P., Schaller P., Donath A. Effects of lactose on intestinal calcium absorption in normal and lactase-deficient subjects. Gastroenterology. 1983; 84 (5 Pt 1): 935–40.

16. Areco V., Rivoira M.A., Rodriguez V., Marchionatti A.M., Carpentieri A., Tolosa de Talamoni N. Dietary and pharmacological compounds altering intestinal calcium absorption in humans and animals. Nutr Res Rev. 2015; 28 (2): 83–99. DOI: https://doi.org/10.1017/S0954422415000050

17. Romero-Velarde E., Delgado-Franco D., García-Gutiérrez M., Gurrola-Díaz C., Larrosa-Haro A., Montijo-Barrios E., et al. The importance of lactose in the human diet: outcomes of a Mexican consensus meeting. Nutrients. 2019; 11 (11): 2737. DOI: https://doi.org/10.3390/nu11112737

18. Hodges J.K., Cao S., Cladis D.P., Weaver C.M. Lactose intolerance and bone health: the challenge of ensuring adequate calcium intake. Nutrients. 2019; 11 (4): 718. DOI: https://doi.org/10.3390/nu11040718

19. Heaney R.P. Calcium, dairy products and osteoporosis. J Am Coll Nutr. 2000; 19 (2 Suppl): 83S–99S. DOI: https://doi.org/10.1080/07315724.2000.10718088

20. Abaturov A.E., Nikulina A.A. Clinical significance of excess lactose in the diet (part 2). Zdorov’e rebenka [Child`s Health]. 2016; (2): 150–7. DOI: https://doi.org/10.22141/2224-0551.2.70.2016.73840 (in Russian)

21. Matte J.J., Britten M., Girard C.L. The importance of milk as a source of vitamin B₁₂ for human nutrition // Animal Frontiers. 2014; 4 (2): 32–7. DOI: https://doi.org/10.2527/af.2014-0012

22. Andrieux C., Sacquet E., Gueguen L. Microbial flora in the digestive tract and action of lactose on mineral metabolism. Reprod Nutr Dev. 1982; 22 (2): 387–94. DOI: https://doi.org/10.1051/rnd:19820310

23. Bielik V., Kolisek M. Bioaccessibility and bioavailability of minerals in relation to a healthy gut microbiome. Int J Mol Sci. 2021; 22 (13): 6803. DOI: https://doi.org/10.3390/ijms22136803

24. Tsikunib A.D., Alimkhanova A.Kh. Correlation of sucrose excessive consumption and taste sensitivity and intestinal biorhythms in teenage girls. Ul’yanovskiy mediko-biologicheskiy zhurnal [Ulyanovsk Medico-biological Journal]. 2020; (4): 98–109. DOI: https://doi.org/10.34014/2227-1848-2020-4-98-109 (in Russian)

All articles in our journal are distributed under the CC BY-NC-ND 4.0 (Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International)

© GEOTAR-Media Publishing Group. The use of textual and illustrative content from this publication for the training of any artificial intelligence systems - including machine learning models and neural networks - is strictly prohibited without the prior written consent of the copyright holder.