Vöruþróun á fjórum nýjum vörum fyrir geosilica

Transcription

1 Vöruþróun á fjórum nýjum vörum fyrir geosilica Hildur Rún Sigurðardóttir Kvaran Rafmagns- og tölvuverkfræðideild Háskóli Íslands 2017

2

3 Vöruþróun á fjórum nýjum vörum fyrir geosilica Hildur Rún Sigurðardóttir Kvaran 20 eininga ritgerð sem er hluti af Baccalaureus Scientiarum gráðu í orku- og umhverfistæknifræði Leiðbeinandi Burkni Pálsson Rafmagns- og tölvuverkfræðideild Verkfræði- og náttúruvísindasvið Háskóli Íslands Reykjavík, 22. maí 2017

4 Vöruþróun á fjórum nýjum vörum fyrir geosilica 20 eininga ritgerð sem er hluti af Baccalaureus Scientiarum gráðu í orku- og umhverfistæknifræði Höfundarréttur 2017 Hildur Rún Sigurðardóttir Kvaran Öll réttindi áskilin Rafmagns- og tölvuverkfræðideild Verkfræði- og náttúruvísindasvið Háskóli Íslands Grænásbraut Reykjanesbær Sími: Skráningarupplýsingar: Hildur Rún Sigurðardóttir Kvaran, 2017, Vöruþróun á fjórum nýjum vörum fyrir geosilica, BS ritgerð, Rafmagns- og tölvuverkfræðideild, Háskóli Íslands, 79 bls. Prentun: Svansprent Reykjavík, maí 2017

5 Útdráttur Markmið þessa verkefnis var að þróa fjórar nýjar vörur fyrir geosilica, þar sem þróun var byggð á fræðilegum rannsóknum á virkni steinefna. Vörurnar þurftu að uppfylla reglugerðir um fæðubótarefni, og þau skilyrði sem sett voru fyrir af geosilica. Vörurnar eru allar unnar út frá þeirri grunnvöru sem nú þegar er á markaði, og þurftu þær að vera þægilegar til inntöku, bæði þegar kom að bragði og áferð. Skammtastærðir voru einnig unnar út frá fræðilegum grunni, þar sem tekið var tillit til könnunar á matarræði Íslendinga, og bæði hámarks og lágmarks næringarviðmiðum. Einnig var forkönnun á fýsileika úrvinnslu valinna steinefna úr jarðhitavökva gerð, sem grunnur fyrir mögulegum frekari rannsóknum á úrvinnslu. Abstract The goal of this project was to develop four new products for geosilica, where the development was based on scientific research on the function of minerals. The products had to meet the regulations on supplements, and the requirements from geosilica. All the products will be produced from the baseproduct already on the market, and will have to be pleasant for intake, both when it comes to taste and texture. The decision on dosage was also based on scientific research, where an evaluation on the diet of the Icelandic population, and both maximum and minimum intake of minerals where taken into factor. Feasibility study was also made on the possibility of processing chosen minerals from geothermal waste water, as a base for further research.

6

7 Þessi ritgerð er tileinkuð börnunum mínum sem hafa veit mér innblástur til að klára skólann, unnusta mínum sem gaf mér styrk til að gera mitt besta, og móður minni og stjúpföður, en án þeirra hefði þetta ekki verið hægt.

8

9 Formáli Þessi ritgerð er skrifuð sem lokaverkefni til B.Sc. gráðu í orku- og umhverfistæknifræði sem kennd á vettvangi Keilis miðstöð fræða og atvinnulífs. Verkefnið er unnið í samstarfi við geosilica, sem ég hef unnið náið með í gegnum námið með fjölda verklegra verkefna. Með þessu verkefni lýk ég fjögurra ára námi sem hófst á Háskólabrú Keilis, þar sem ég stundaði nám á verk- og raunvísindadeild, og lýkur með útskrift minni úr Háskóla Íslands. Þessi fjögur ár hafa verið mjög krefjandi, en á sama tíma ánægjuleg og ógleymanleg.

10

11 Efnisyfirlit Myndir... xi Töflur... xii Þakkir... xv 1 Inngangur Skilyrði sem vörur þurfa að uppfylla Markmið Val á íbætingarefnum Almennt um efnin Magnesíum Kalsíum Sink Kopar Selen Bór Járn Hár, húð og neglur Sink Kopar Val á steinefni í vöru fyrir hár, húð og neglur Bein Kalsíum Magnesíum Bór Val á steinefni í vöru fyrir bein Liðir Selen Kopar Bór Val á steinefni í vöru fyrir liði Sport Járn Magnesíum Sink Val á steinefni í sportvöru Hentugt form á efnum til íbætingar og ákvörðun á skömmtum Val á hentugu formi efna til íbætingar Kalsíum Magnesíum Sink ix

12 3.1.4 Járn Selen Bór Ákvörðun á skömmtum Kalsíum Magnesíum Sink Járn Selen Bór Niðurstaða á formi og skömmtum steinefna Blöndun steinefna í vörur Hár, húð og neglur Efni og áhöld Framkvæmd Niðurstaða Bein Efni og áhöld Framkvæmd Niðurstöður Liðir Efni og áhöld Framkvæmd Niðurstöður Sport Efni og áhöld Framkvæmd Niðurstaða Möguleikar á vinnslu efna úr íslenskum jarðhitavökva Umræður Lokaorð Heimildir x

13 Myndir Mynd 1: Samantekt úr niðurstöðum Chapuy á samhengi milli kalsíum og D-vítamín inntöku og beinheilsu [25] xi

14 Töflur Tafla 1: Magnesíum í fæðu [6]... 4 Tafla 2: Kalsíum í fæðu [7]... 5 Tafla 3: Sink í fæðu [10]... 6 Tafla 4: Kopar í fæðu [11]... 7 Tafla 5: Selen í fæðu [13]... 7 Tafla 6: Bór í fæðu [15]... 8 Tafla 7: Járn í fæðu [17]... 9 Tafla 8: Skilgreining á hópum í rannsókn á hárlosi [21] Tafla 9: Niðurstöður rannsókna á sambandi kalsíum inntöku og beinheilsu [26] Tafla 10: Leyfileg ólífræn kalsíumefnasambönd til notkunar í fæðubótarefni [53], og þættir þeirra sem hafa áhrif á val Tafla 11: Leyfileg lífræn kalsíum efnasambönd til notkunar í fæðubótarefni sem flokkuð eru sem rot- eða þráavarnarefni [53], og þættir þeirra sem hafa áhrif á val Tafla 12: Útreiknað magn kalsíum efnasambanda sem þarf fyrir hver 100 mg af kalsíum Tafla 13: Leyfileg ólífræn magnesíumefnasambönd til notkunar í fæðubótarefni [53], og þættir þeirra sem hafa áhrif á val Tafla 14: Leyfileg ólífræn sinkefnasambönd til notkunar í fæðubótarefni [53], og þættir þeirra sem hafa áhrif á val Tafla 15: Leyfileg ólífræn járnefnasambönd til notkunar í fæðubótarefni [53], og þættir þeirra sem hafa áhrif á val Tafla 16: Leyfileg ólífræn selenefnasambönd til notkunar í fæðubótarefni [53], og þættir þeirra sem hafa áhrif á val Tafla 17: Leyfileg ólífræn bórefnasambönd til notkunar í fæðubótarefni [53], og þættir þeirra sem hafa áhrif á val Tafla 18: Næringarviðmið steinefna [63], og hámarks inntaka þeirra [64] Tafla 19: Ákvörðun á formi og skammtastærð steinefna Tafla 20: Niðurstöður úr blöndun sinksúlfats í vöru fyrir hár, húð og neglur xii

15 Tafla 21: Niðurstöður úr blöndun kalsíumasetats í vöru fyrir bein Tafla 22: Niðurstöður úr blöndun natríumselenats í vöru fyrir liði Tafla 23: Niðurstöður úr blöndun ferrósúlfats í sportvöru Tafla 24: Efnasamsetning í affallsvatni Íslenskra jarðhitavirkjanna (mg/l) [67] Tafla 25: Útreiknað magn affallsvatns sem þarf til að vinna steinefni í líter af vöru xiii

16

17 Þakkir Ég vil þakka geosilica fyrir tækifærið sem mér var gefið til að vinna þetta verkefni, en þau veittu mér einnig góða aðstöðu og greiddu fyrir allt efni sem þurfti að kaupa til að vinna rannsóknina. Sérstakar þakkir fær leiðbeinandi minn, Burkni Pálsson, en hann var alltaf innan handar þegar ég þurfti aðstoð eða ráðleggingar. Auk þess á mín nánasta fjölskylda þakkir skilið fyrir þá endalausu þolinmæði sem mér var sýnd, og þá aðstoð með börnin sem mér var veitt þegar álagið var mikið. xv

18

19 1 Inngangur GeoSilica ehf framleiðir hágæða kísilfæðubótarefni úr affallsvatni frá Hellisheiðarvirkjun [1]. Mikil eftirsókn hefur verið eftir vörunni, og er því næsta skref að þróa vöruna áfram. Markaðshópurinn er mjög breiður en kísilsteinefnið stuðlar að sterkari bandvef, og hefur þannig víðtæk áhrif á líkamann [2]. Vegna aukinnar eftirspurnar og breiðs markaðshóps hefur verið ákveðið að þróa fjórar mismunandi vörulínur út frá grunnvörunni, þar sem hver og ein vörulína einblínir á mismunandi eiginleika kísilsteinefnisins. Með því að bæta steinefnum, sem hafa að einhverju leyti áhrif á sömu þætti og kísill, í grunnvöruna er hægt að ýta enn frekar undir þá virkni sem kísillinn stendur fyrir. Vörulínurnar fjórar eru steinefnabætt kísilformúla fyrir: Hár, húð og neglur Bein Liði Íþróttir Fýsilegast væri ef hægt væri að nýta affallsvatnið sem grunnvaran er unnin úr til þess að vinna þessi bætiefni, eða í það minnsta ef hægt væri að nota affallsvatn frá öðrum jarðhitavirkjunum. 1.1 Skilyrði sem vörur þurfa að uppfylla Með þróun á nýjum vörum út frá grunnvöru geosilica er markmiðið að framleiða hnitmiðaðri vörur sem eru þægilegar til inntöku. GeoSilica setur fram nokkur skilyrði sem vörurnar þurfa að uppfylla. Hver vara má einungis innihalda eitt steinefni til viðbótar við kísilinn sem fyrir er í grunnvörunni, sem notuð er sem grunnur til að byggja vörurnar á. Þó getur verið hægt að gera undantekningu á þessu ef fræðileg rannsókn á bór skilar góðum niðurstöðum. Þá er hægt að skoða það að bæta bór í grunnvöruna sjálfa, svo bór verði hluti af öllum vörum. Mjög mikilvægt er að steinefnum sé ekki blandað í vöruna á lífrænu formi, því það myndi þýða að notast þyrfti við rotvarnarefni, en ekki stendur til boða að nota slík efni. Einnig er mikilvægt að vörurnar séu þægilegar til inntöku, og skiptir þá máli að varan sé ekki bragðvond, kornótt, botnfalli eða áferðin sé að einhverju leyti óþægileg til inntöku. 1.2 Markmið Verkefnið skiptist í fjóra hluta, og er hver hluti með eigið markmið, en heildarmarkmiðið er þó fjórar nýjar vörur tilbúnar á markað. 1

20 Fyrsti hlutinn fól í sér fræðilega rannsókn á hvaða steinefni komu til greina í hverri vöru fyrir sig, og hver virkni þess er í líkamanum. Markmið þess hluta verkefnisins var að ákvarða hvaða steinefni hentar best, og var sú ákvörðun einungis tekin með tilliti til fræðilegra athuganna. Annar hlutinn snéri að skammtastærðum og var markmiðið að finna það magn sem er hentugt, með tilliti til næringarviðmiða og meðalinntöku á hverju steinefni fyrir sig. Þriðji hlutinn fólst í íblöndun steinefna í vörurnar. Í þessum hluta var markmiðið að finna hentuga blöndu, sem uppfyllir skilyrði frá geosilica, ásamt því að vera eins nálægt því magni, sem ákvarðað hafði verið í hluta tvö, og mögulegt var. Hefði komið í ljós á þessu stigi að ómögulegt væri að nota eitthvað af þeim steinefnum sem valin voru í fyrsta hluta, hefði þurft að velja nýtt steinefni. Fjórði og síðasti hlutinn fól í sér forkönnun á því hvort fýsilegt yrði að vinna þau steinefni, sem notuð eru, úr íslensku jarðhitavatni. Markmið þessa hluta verkefnisins var að komast að því hvort skynsamlegt væri að kanna frekar hvort úrvinnsla þessara steinefna væri möguleg. 2

21 2 Val á íbætingarefnum Nokkur steinefni koma til greina sem íbætingarefni í vörurnar fjórar, en hvert þeirra spilar ákveðin hlutverk í líkamanum. Þau steinefni sem rætt verður um í eftirfarandi kafla taka að einhverju leyti þátt í þeirri virkni sem sóst er eftir í hverri vöru fyrir sig, en þau efni eru magnesíum, kalsíum, sink, kopar, selen, bór og járn. 2.1 Almennt um efnin Öll þau steinefni sem fjallað er um hér eru nauðsynleg til inntöku, þar sem líkaminn framleiðir þau ekki sjálfur. Hvert og eitt þeirra finnst í fæðu, en sé inntaka úr fæðu ekki næg er oft þörf á að taka inn viðbót á formi fæðubóta Magnesíum Magnesíum hefur táknið Mg og hefur sætistöluna 12 í lotukerfinu [3], og er eitt þeirra steinefna sem líkaminn þarf lífsnauðsynlega á að halda til að starfa eðlilega. Hraustur líkami fullorðins einstaklings inniheldur um það bil g af magnesíum, sem gerir um 0,034% af líkamsþyngd, ef miðað er við að einstaklingur vegi 70 kg [4]. Um 60% af magnesíum líkamans er í beinunum, og getur því skortur á því haft áhrif á gæði beina [5]. Upptaka á magnesíum er, við eðlilegar aðstæður, um 30-40% af innbyrtu magni en þegar skortur er til staðar getur upptakan farið allt upp í 80%. Magnesíumþörf líkamans er breytileg, og eru nokkrir áhrifaþættir sem gætu valdið því, t.d. aldur, vöxtur, líkamleg virkni, brjóstagjöf, meðganga, streita, sjúkdómar og vökva- og lyfjainntaka [4]. Magnesíum finnst víða í fæðu, einna helst í kornvörum, fiski, hnetum og fræjum, en dæmi um góða uppsprettu magnesíum úr fæðu má finna í töflu 1. 3

22 Tafla 1: Magnesíum í fæðu [6] Fæðutegund mg í 100g Hrísgrjónaklíð 781 Graskerjafræ 550 Hampfræ 483 Chiafræ 390 Kasjúhnetur 292 Möndlur 281 Dökkt súkkulaði 228 Sojabaunir, ristaðar 228 Lax 122 Þari 121 Tófú 110 Makríll 97 Spínat, eldað 87 Blaðbeðja, elduð 86 Svartar baunir 70 Magnesíumskortur veldur beinrýrð, hefur áhrif á beinmyndun (e. osteoblastic) og beineyðingu (e. osteoclastic), og getur einnig haft áhrif á kalsíum efnaskipti [5] Kalsíum Kalsíum hefur táknið Ca og hefur sætistöluna 20 í lotukerfinu [3], og er það einnig nauðsynlegt líkamanum. Kalsíum er fimmta algengasta efnið í mannslíkamanum, en líkami fullorðins einstaklings inniheldur milli g af efninu, sem gerir allt að 1,7% af líkamsþyngd. Forðabúr kalsíum er í beinunum, þar sem 99% af kalsíum líkamans er geymt, og er það um 39% þeirra efna sem byggja upp beinin. Kalsíumforðinn í beinunum sér líkamanum fyrir því kalsíum sem hann þarf á að halda, og með tæmingu úr forðanum, sem endurnýjast með inntöku úr fæðu, viðhelst kalsíumstyrkur í blóði [4]. Kalsíum upptaka líkamans er að meðaltali um það bil 10-40% af öllu kalsíum sem innbyrt er, en upptakan fer eftir því á hvaða formi það er innbyrt, og aldri einstaklinga. Líkaminn á auðveldast með að taka upp kalsíum þegar það er á uppleysanlegu formi, eða þegar það er hluti af lífrænum sameindum, en hann getur þó einnig tekið upp kalsíum á öðru formi, t.d. kemísku formi og á formi salta. Einnig er mikilvægt að taka það fram að upptakan dvínar með aldrinum [4]. Kalsíum er að finna í mismiklu magni í fæðu, en besta uppsprettan er mjólk og mjólkurvörur. Í töflu 2 má finna nokkur dæmi um kalsíummagn í fæðu. 4

23 Tafla 2: Kalsíum í fæðu [7] Fæðutegund mg í 100g Ostur, Gruyere Ostur, Parmesan Sesamfræ 973 Ostur, Cheddar Sardínur 573 Möndlur 267 Tófu, þétt 201 Hnúðkál 191 Jógúrt, hreint og fituskert 183 Brauð, hvítt 152 Grænkál 134 Mjólk, fitusnauð 123 Sojamjólk 123 Rauðkál 78 Spergilkál 47 Erfitt er að greina kalsíumskort þegar hann er til staðar í styttri tíma, en auðveldara er að greina langtímaáhrif. Langtímaáhrif leiða til tæmingu kalsíum úr beinum, sem getur minnkað beinþéttni, og aukið hættuna á beinþynningu og beinbrotum. Alvarlegri skortur getur einnig verið lífshættulegur ef hann er ekki leiðréttur, og eru einkennin doði í fingrum, krampar og óregla í hjartslætti [8] Sink Sink hefur táknið Zn og hefur sætistöluna 30 í lotukerfinu [3] og er til staðar í öllum vökva og vef líkamans. Sink magn í líkamanum er á bilinu 2-4 g, og er 0,1% af því í blóðvökvanum [4]. Sink, sem snefilefni, fæst úr venjulegri fæðu [9] og er helst að finna í rauðu kjöti, sinkbættu morgunkorni, heilhveiti og rúsínum [4]. Dæmi um sinkinnihald í fæðu eru sýnd í töflu 3. 5

24 Tafla 3: Sink í fæðu [10] Fæðutegund mg í 100g Ostrur, eldaðar 78,6 Ostrur, hráar 39,3 Hveitikím, ristað 12,3 Lifur 11,2 Graskerjafræ 10,3 Sesamfræ 10,2 Vatnsmelónufræ 10,2 Bökunarsúkkulaði 9,6 Beikon 9,5 Nautakjöt, þurrkað 9,1 Nautahakk 6,9 Þang 6,4 Nautakjöt, steik 5,8 Lamakjöt 5,2 Sinkskortur er ekki mjög algengur, en þekkist þó, og eru einkennin þá meðal annars skert mótstaða gegn sýkingum, hægari sáragræðing og skertur vöxtur [4] Kopar Kopar hefur táknið Cu og hefur sætistöluna 29 í lotukerfinu [3]. Kopar er þriðja algengasta snefilefnið í líkamanum, og er magn þess í líkamanum á bilinu mg [4]. Upptaka á kopar er í beinu samhengi við inntöku, en því lægri sem inntakan er, því hærri er upptakan. Eðlileg koparupptaka er á bilinu 30-40% af innbyrtum kopar, sem á sér stað þegar inntaka er í samræmi við ráðlagðan dagsskammt [4]. Kopar finnst helst í innmat, sjávarfæðu, hnetum og fræjum [4], en dæmi um innihald þess í mismunandi fæðu er að finna í töflu 4. 6

25 Tafla 4: Kopar í fæðu [11] Fæðutegund µg í 100g Nautalifur Spírulína 6100 Sesamfræ 4082 Bökunarsúkkulaði 3233 Ostrur, hráar 2858 Kasjúhnetur 2220 Smokkfiskur 2060 Sólblómafræ 1830 Humar 1550 Graskerjafræ 1538 Shiitake sveppir 896 Avókadó 311 Helstu einkenni koparskorts lýsa sér í blóðleysi, hvítkornafæð, beinskemmdum og totur á vegg þvagblöðrunnar [12] Selen Selen hefur táknið Se og hefur sætistöluna 34 í lotukerfinu [3]. Geta líkamans til að taka upp selen er háð því á hvaða formi það er innbyrt, en sem dæmi er upptakan um 36% þegar selenite er innbyrt, en getur náð 71% úr alifuglakjöti [4]. Tafla 5 gefur dæmi um magn selens í fæðu. Tafla 5: Selen í fæðu [13] Fæðutegund µg í 100g Brasilíu hnetur 1917 Ostrur, eldaðar 154 Túnfiskur, guli 108,2 Chiafræ 99,9 Kolkrabbi 89,6 Kalkúnalifur 82,5 Túnfiskur, í dós 80,4 Sólblómafræ, ristuð 78,2 Humar 73,1 Beikon 62 Nautakjöt, steik 33 Egg, harðsoðin 30,8 Sjúkdómar tengdir hjartavöðvum og liðum eru helsta afleiðing selenskorts. Einnig getur selenskortur ýtt undir einkenni annarra sjúkdóma, t.d. astma og alnæmis, eða jafnvel valdið ungbarnadauða, hjartsláttartruflunum og hjartaáfalli [14]. 7

26 2.1.6 Bór Bór hefur táknið B og er hálfleiðari sem hefur sætistöluna 5 í lotukerfinu [3]. Bór hefur ekki verið skilgreint sem nauðsynlegt næringarefni, en rannsóknir, sem rætt verður um í seinni köflum, hafa þó sýnt fram á heilsufarslega ávinninga sem fylgja inntöku þess. Dæmi um bórinnihald í fæðu má finna í töflu 6. Tafla 6: Bór í fæðu [15] Fæðutegund mg í 100g Rúsínur 4,51 Möndlur 2,82 Heslihnetur 2,77 Apríkósur, þurrkaðar 2,11 Avókadó 2,06 Hnetusmjör 1,92 Brasilíu hnetur 1,72 Valhneta 1,63 Nýrnabaunir, rauðar 1,40 Sveskjur 1,18 Kasjúhnetur 1,15 Döðlur 1, Járn Járn hefur táknið Fe og hefur sætistöluna 26 í lotukerfinu [3]. Járn er mikilvægt steinefni sem tekur þátt í efnahvörfum líkamans, og geymslu og flutningi á súrefni. Heilbrigður einstaklingur er með mg af járni fyrir hvert kíló sem hann vegur, en járn er meðal annars að finna í blóði, vöðvum, lifur, milta og rauða beinmergnum, og í litlu magni í sumum ensímum líkamans og í hvítu blóðkornunum [16]. Járn finnst víða í fæðu, t.d. lifur, nautakjöti og járnbættu morgunkorni [4]. Járninnhald í ýmissi fæðu er sýnt í töflu 7. 8

27 Tafla 7: Járn í fæðu [17] Fæðutegund mg í 100g Lifur 17,9 Sesamfræ 14,1 Ostrur, eldaðar 9,4 Graskerja- og kúrbítsfræ 7,1 Sojabaunir, eldaðar 4,7 Nautakjöt 3,5 Linsubaunir, eldaðar 3,1 Lambakjöt 2,4 Skelfiskur 2,4 Spínat 0,7 Járnskortur getur valdið ástandi sem kallast blóðleysi, skaða á meðgöngu, skerðingu á skynhreyfiþroska og vitsmunastarfsemi, ásamt því að veikja ónæmiskerfið. Blóðleysi af völdum járnskorts er einn algengasti næringarkvillinn, og er algengastur hjá konum á barneignaraldri og ungabörnum [4]. 2.2 Hár, húð og neglur Verið er að þróa vöru sem er ætluð þeim sem sækjast eftir heilbrigðara hári, húð og nöglum. Æskileg áhrif þessarar vöru er að styrkja enn frekar þann ávinning sem hlýst af kísilinntöku, sem gæti meðal annars skilað sér í minnkuðu hárlosi, sterkari nöglum, aukinni kollagen framleiðslu, auknum teygjanleika í hári svo einhver dæmi séu nefnd. Eftir skoðun á fæðubótarmarkaði kom í ljós að sink og kopar eru algeng steinefni í slíkum vörum, og því var ákveðið að einblína á þau Sink Sink hefur áhrif á yfir 300 ensím í líkamanum [18], meðal annars á metallóensím, og umritunarþætti þar sem sink spilar mikilvægt hlutverk hjálparþáttar [9]. Þau ensím sem þarfnast sinks aðstoða við ólíka starfsemi líkamans, þar á meðal vöxt, þroska, sáragræðslu og nýmyndun kollagens, svo eitthvað sé nefnt, auk þess að vera mikilvæg fyrir ónæmiskerfið [18]. Með hlutverki sínu í virkni metallóensíma, þar sem það sér fyrir svokölluðu conformational jafnvægi [19], tengist sink næstum öllum efnahvörfum líkamans, og hefur þannig meðal annars áhrif á hárvöxt [9]. Auk þeirra þátta sem nefndir eru hér að ofan hefur sink einnig áhrif á taugavirkni [19], efnaskipti kolvetna, próteina og fitu og virkni A vítamíns á keratín myndun hárs [20]. Það spilar einnig mikilvægt hlutverk í hringrás hársekkja [9] ásamt því að vernda húðina gagnvart UV geislun og vera fyrirbyggjandi gegn krabbabeini og hjarta- og æðasjúkdómum [19]. Með áhrifum sínum á efnaskipti próteina hefur sink áhrif á þau prótein sem koma að hárbyggingu, en það eru örvandi próteinmyndun ensímvirkjunnar sem innihalda súlfíðbönd sem eru mikilvæg í því samhengi [20]. Sinkskortur getur haft í för með sér alvarlegar afleiðingar, og getur fullnægjandi inntaka á sinki skilað miklum heilsufarslegum ávinningum. Sinkmagn í blóði getur gefið vísbendingu um stöðu sinkbirgða líkamans, en er ekki örugg greining [18]. Engu að síður þurfa mörkin 9

28 einhvers staðar að liggja svo hægt sé að greina klínískan skort, og er því æskilegt að styrkur sinks sé á bilinu µg/dl í blóði [20]. Rannsóknir á klínískum afleiðingum skinkskorts eru margvíslegar [19], og getur alvarlegur sinkskortur lýst sér með niðurgangi, taugafræðilegum truflunum, varaþrota, tárakirtils- og augnslímhúðarbólgu, og vaxtarskerðingu [9]. Sinkskortur hefur einnig áhrif á hár, húð og neglur, þar sem hann getur valdið húðbólgu með blöðrumyndun, slímhúðareinkennum [18] hárlosi, naglavaneldi, flösuexemi, sýkingum, sjaldgæfum sóralíkum húðbólgum og endurteknum sýkingum í húð af völdum candída albicans svepps og aureus klasakokka. Auk þess getur hárið orðið þunnt, hvítt og stökkt, og fölar yfirborðshúðfrumur verða sjáanlegar í húð ásamt strjálum frumudauða [9]. Vægari sinkskortur getur einnig haft í för með sér sýnileg einkenni í húð, en einkennin í þekjuvefjum eru þá ekki eins áberandi og þegar um alvarlegan skort er að ræða. Hrjúf húð og minnkuð geta líkamans til að græða sár hefur sést hjá einstaklingum með vægan sinkskort. Í því samhengi er ekki ólíklegt að sinkmagn í yfirhúð skipti meira máli en sinkmagn í leðurhúð, sem liggur undir yfirhúðinni, þar sem sinkmagn í yfirhúð er fimm til sexfalt meira en í leðurhúð [19]. Skortur getur annað hvort verið áunnin eða arfgengur, en ef um arfgengan sinkskort er að ræða er hann oftast af völdum acrodermatitis enteropathica, sem er sjálflitningsvíkjandi upptökuröskun sem, auk vanupptöku á sinki veldur vanupptöku á ómettuðum fitusýrum. Þessi kvilli kemur yfirleitt mjög snemma í ljós, eða á þeim tíma sem ungabarn hættir að nærast á móðurmjólk. Einkenni sinkskorts af völdum þessa kvilla eru örlítið frábrugðin þeim einkennum sem koma með áunnum skorti. Einkennin sjást meðal annars í því að þvermál hárs minnkar, og óregluleg bönd í hárinu 1 gætu verið sýnileg með smásjárrannsókn þar sem notast er við skautuð ljós [9]. Einstaklingar með þessa röskun eru dæmi um hvernig mæling á styrk sinks í blóði gæti gefið misvísandi upplýsingar, en það þekkist að slíkar mælingar skili eðlilegum niðurstöðum þrátt fyrir að skortur sé til staðar. Sé það raunin er hægt að staðfesta greiningu á einkennum með klínískri svörun þessara einstaklinga við viðbættu sinki [9]. Fleiri arfgengir kvillar bera ábyrgð á sinkskorti, en stökkbreyting á SLC39A4 geni er einn þeirra kvilla. Þetta gen kóðar fyrir sink-sérhæfð flutningsprótein, og veldur sjaldgæfum húðkvilla sem kallast acrodermatitis enteropathica [18]. Áunninn sinkskortur kemur fram hjá einstaklingum innan ýmissa hópa. Hann er sérstaklega algengur meðal aldraðra, hjá mæðrum eftir langvarandi brjóstagjöf þar sem fæðubóta var ekki neytt, hjá einstaklingum sem gengist hafa undir hjáveituaðgerð, hjá einstaklingum sem þjást af áfengissýki, lystarstoli, nýrnaskemmdum og briskirtilsbólgu, og getur einnig komið fram meðal þeirra sem innbyrða morgunkorn í miklu magni sem inniheldur fýtat [9], þar sem fýfat klóbindur sink og hindrar upptöku þess [18]. Auk þess getur sinkskortur komið fram vegna inntöku lyfja sem klóbinda sink og óhóflegrar upptöku á járni [9]. Dæmi um lyf sem lækka sinkmagn í líkamanum eru þvagræsilyf, valpróínsýra og penicillamine [18]. Mismunandi útskýringar geta verið á áunnum sinkskorti, og má til dæmis rekja sinkskort hjá ófrískum konum, einstaklingum með bruna eða sýkingu, eða þeim sem þjást af áfengissýki, krabbameini, nýrnasjúkdómum, sigðkornasjúkdómi, bandvefsjúkdómum og lystarstoli, til aukningu í bæði efnaskiptum og útskilnaði sinks [18]. Ýmsir sjúkdómar valda oxunarskemmdum í líkamanum, sem í sumum tilfellum geta leitt til sinkskorts. Slíkir sjúkdómar eru t.d. Krabbamein, skorpulifur, kransæðasjúkdómar, sykursýki og nokkrir húðsjúkdómar [19]. 1 Svipar til banda sem sjást í hári einstaklinga sem þjást af sjaldgæfum erfðasjúkdómi, sem á ensku kallast trichothiodystophy [9] 10

29 Slíkir sjúkdómar eru t.d. krabbamein, skorpulifur, kransæðasjúkdómar, sykursýki og nokkrir húðsjúkdómar. Sinkskortur, sem afleiðing sjúkdóms, er ekki einungis hægt að rekja til oxunarskemmda, heldur getur ófullnægjandi upptaka einnig verið orsök. Dæmi um sjúkdóma sem geta leitt til ófullnægjandi upptöku eru þarma- og slímseigjusjúkdómar [18]. Matarræði getur einnig valdið sinkskorti, sérstaklega ef lítið er um kjöt og fiskmeti í fæðunni. Ungabörn geta einnig þróað með sér sinkskort, þrátt fyrir að þjást ekki af acrodermatitis enteropathica, en þá kemur hann oftast fram eftir að brjóstagjöf líkur. Oft má rekja þennan sinkskort til þess að þurrmjólkur formúlur innihalda sumar hverjar lítið sink. Þessi ástæða er þó ekki algild, og gæti orsök sinkskorts verið önnur, og jafnvel gæti hann komið í ljós áður en brjóstagjöf líkur [18]. Einnig þekkist að einstaklingar, bæði börn og fullorðnir, sem fá alla sína næringu í æð geti þróað með sér sinkskort, en það er sjaldgæfara í dag þar sem búið er að leiðrétta þetta vandamál að mestu leyti [18]. Bæði er búið að rannsaka sink í tengslum við hár og húð. Rannsóknir á hárlosi hafa að mestu verið gerðar á einstaklingum með sjúklegt hárlos, en það gefur þó vísbendingu um að tengsl séu á milli hárloss, án sjúklegs ástands, og sinks. Einstaklingar með blettaskalla (e. alopecia areata (AA)) voru þátttakendur í rannsókn sem snéri að áhrifum sinks á hár. Allir þátttakendur voru með undir 70 μg/dl af sinki í blóðvatni, og var þeim gefið 50 mg af sink glúkónat á dag í 12 vikur. Í lok þessa tímabils var sinkmagn aftur mælt í blóðvatni þátttakenda, og mældist það að meðaltali 27,6 μg/dl hærra en upphafsgildi höfðu verið, auk þess sem klínískt læknandi áhrif meðferðarinnar sýndu sig hjá 60% þátttakenda [21]. Einnig hafa verið gerðar samanburðarmælingar á einstaklingum með blettaskalla og heilbrigðum einstaklingum, án þess að þeim hafa fylgt tilraunir með sinkgjöf. Þær mælingar hafa rennt stoðum undir ályktanir um að sink hafi áhrif á hárlos. Samanburður á 30 einstaklingum með blettaskalla og tíu heilbrigðum einstaklingum, sem gerður var í Kóreu, sýndi að einstaklingar með blettaskalla voru með mun minna sinkmagn í blóðvatni en þeir sem voru heilbrigðir [21]. Samskonar samanburðarmæling var framkvæmd í Indónesíu, þar sem 50 þátttakendur voru með blettaskalla og 50 voru heilbrigðir einstaklingar. Sömu niðurstöður voru að fá í þessari mælingu þegar sink var skoðað, en munur mældist á sinkmagni milli hópa [21]. Mælingar á börnum með hárlos (e. alcopecia) sem bornar voru saman við mælingar á samanburðarhóp, þar sem sinkmagn var mælt bæði í þvagi og blóði, sýndu einnig að sinkstyrkur var lægri hjá þeim sem voru með hárlos en þeim sem ekki voru með hárlos [21]. Þó hafa ekki allar mælingar sýnt fram á tengingu hárloss og sinkmagns, en í einni samanburðarmælingu var engan tölfræðilegan mun að sjá á sinkmagni milli einstaklinga með hárlos og einstakling án þess [21]. Einstakt tilvik fjögurra ára gamallar stúlku, með lágt sinkmagn, var sérstaklega skoðað, en einkennin sem voru til staðar hjá henni voru þurrt og stökkt hár, ásamt því að hún þjáðist af ágengu, útbreiddu hárlosi sem myndaði ekki ör. Sinkgjöf virtist skila árangri, en þremur vikum eftir að hún hófst hafði hárlosið hætt, og í eftirlitsskoðun fjórum mánuðum seinna voru engin sjáanleg merki um hárlos [18]. Rannsókn á einstaklingum, sem höfðu farið í magabandsaðgerð vegna sjúklegrar offitu, sýndu einnig fram á árangur viðbætts sinks. Þátttakendur voru 130, þar af 47 sem höfðu þróað með sér hárlos þrátt fyrir inntöku á viðbættum vítamínum. Þeir voru látnir taka inn viðbætt sink, og sýndu allir svörun [18]. Mjög ítarleg rannsókn var gerð á sjúklingum með hárlos í Kóreu, þar sem þátttakendur voru 312 einstaklingar sem þjáðust af hárlosi af ólíkum ástæðum. Þeim var skipt í fjóra hópa; AA hóp, MPHL hóp, FPHL hóp og TE hóp. Samanburðarhópurinn samanstóð af 32 heilbrigðum einstaklingum. Í töflu 8 má sjá hvernig þátttakendum með hárlos var skipt niður í hópa. Tíu þátttakendur uppfylltu annað hvort ekki þau skilyrði sem sett voru fyrir hópana fjóra eða 11

30 uppfylltu skilyrði tveggja eða fleiri hópa, og gátu því ekki tekið þátt í rannsókninni. Því var loka fjöldi þátttakenda með hárlos 302. Tafla 8: Skilgreining á hópum í rannsókn á hárlosi [21] Hópur AA MPHL FPHL TE Skilgreining á hóp Hópur sjúklinga með vanformað hár, þar sem það er þynnst við hársvörð, og hringlaga skallabletti án merkja um sýkingu Hópur sjúklinga sem greindir höfðu verið með annars stigs hárlos eða meira samkvæmt Hamilton- Norwood greiningu 2 Hópur sjúklinga sem greindir höfðu verið með fyrsta stigs hárlos eða meira samkvæmt Ludwig greiningu 3 Hópur sjúklinga sem hafði glímt við andlega eða líkamlega streitu undanfarna tvo til fjóra mánuði, og kom jákvætt út í prófun á hártogi Þegar allir fjórir hóparnir voru bornir saman, sem ein heild, við samanburðarhópinn var tölfræðilegan mun að sjá, þar sem meðaltal sinkstyrks í blóðvatni hjá einstaklingum með hárlos var 13 μg/dl lægri en hjá þeim sem voru í samanburðarhópnum. Meðaltalið var þó hærra en lægri mörk viðmiðunargilda sinkskorts, en mældur styrkur var 84,33 μg/dl á meðan lægri mörk viðmiðunargilda eru 70 μg/dl, eins og kom fram hér að ofan. Í kjölfar þessara mælinga voru einstaklingum með hárlos skipt í tvo hópa, með tilliti til sinkstyrks í blóði. Annar hópurinn, hér eftir kallaður hópur A, samanstóð af þeim sem mældust með styrk undir lægri mörkum viðmiðunargilda sinkskorts, og hinn hópurinn, hér eftir kallaður hópur B, af þeim sem mældust með styrk yfir lægri mörkum viðmiðunargilda sinkskorts. Hlutfall hópana fjögurra, sem talað er um í töflu 8, var skoðað í hvorum hópnum, A og B, fyrir sig. Þá var gerður tölfræðilegur samanburður á því hvaða hópar, í töflu 8, voru líklegri til þess að vera með sinkmagn í blóði sem telst klínískur sinkskortur. Niðurstaðan var sú að fleiri einstaklingar úr AA- og TE hópnum voru í hópi A en í hópi B. Þessar niðurstöður voru sambærilegar við niðurstöður úr öðrum rannsóknum, sem talað var um hér að ofan, þar sem kom fram að einstaklingar sem þjáðust af blettaskalla voru oftar en ekki með lægri styrk sinks en aðrir einstaklingar [21]. Samanburður var einnig gerður á hvernig einstaklingar úr hópum A og B skiptust niður í hópana fjóra í töflu 8. Kom þá í ljós að í hópunum sem voru með hárlos var hlutfall sjúklinga með lágan sinkstyrk í blóðvatni töluvert lægra í AA og TE hópnum en í samanburðarhópnum. Einstaklingar í FPHL- og MPHL hópunum voru flestir í hóp B, en samt sem áður með lægri sinkstyrk en samanburðarhópurinn. Af þessu niðurstöðum var hægt að draga þá ályktun að skyndilegan hármissi einstaklinga í AA- og TE hópunum mætti rekja til lágs sinkstyrks í blóðvatni, og að lágur styrkur valdi sjúkdómseinkennum. Aftur á móti ágerðist hárlos jafnt og þétt yfir einhvern tíma hjá einstaklingum í FPHL- og MPHL hópunum, þar sem orsakavaldurinn var meðal annars talinn vera hormónabreytingar vegna aldurs. Hlutfall einstaklinga úr FPHL- og MPHL hópunum, sem töldust til hóps A, var það lágt að það hafði enga tölfræðilega merkingu [21]. 2 Aðferð sem notuð er til að greina á hvaða stigi hárlos er meðal karla [22] 3 Aðferð sem notuð er til að greina á hvaða stigi hárlos er meðal kvenna [22] 12

31 Rannsóknir á tengingu milli sinks og húðar hafa sýnt fram á að sink hafi verndandi eiginleika gagnvart húð. Meðal þeirra eiginleika sinks sem rannsakaðir hafa verið, er hlutverk þess í verndun gegn UV-geislun. Í einni rannsókn voru húðtrefjakímfrumur ræktaðar og þær geislaðar með bæði UVA og UVB geislum. Í ljós kom að sink hefði verndandi eiginleika gagnvart frumueitrun og oxun á fituefnum. Fjöldi kirnisagna, sem er merki um stýrðan frumudauða eða frumudauða, lækkaði þegar sinki var bætt við ódauðlega frumulínu hyrnisfrumna. Auk þess sem DNA-skemmdir af völdum UVB-geislunnar minnkuðu. Þegar sink-klóbindandi efni, sem dreifst getur í frumur, var bætt við jókst hins vegar fjöldi kirnisagna, sem undirstrikaði þær niðurstöður að sink hefði verndandi áhrif á húðfumur gegn frumudauða orsökuðum af UV geislum [19]. Önnur rannsókn á sama efni var framkvæmd á músum, þar sem viðfangsefnið var UV ónæmisbæling. Lítilsháttar sólbruni var framkallaður með þremur skömmtum af UVB geislum, bæði í venjulegum músum og erfðabreyttum músum. Engin stökkbreyting var í metallóþíónsín-i og metallóþíónsín-ii genum í erfðabreyttu músunum. Ónæmisbæling gagnvart snertingar-ofurnæmi minnkaði hjá venjulegum músum þegar þeim var gefið viðbætt sink, en hjá erfðabreyttu músunum hélst hún óbreytt þrátt fyrir viðbætt sink. Ályktanir um að sinkhvötun á metallóþíonsín í húð sé verndandi gegn UV ónæmisbælingu voru því í góðu samræmi við niðurstöður þessarar rannsóknar [19]. Nákvæm virkni sinks hefur ekki verið ákvörðuð, en nægar sannanir liggja samt fyrir um að hún sé til staðar, til dæmis úr rannsóknum á hlutverki sinks sem andoxunarefnis [19] og á samhengi milli hárloss og sinkstyrks í blóðvatni [21]. Greinilegt er að sink hefur áhrif á metallóensím sem regla hárvöxt, en þó er óskýrt hvort það sé hárvöxturinn sjálfur eða efnisþættir hársins sem verða fyrir áhrifum. Líklegra þykir þó að áhrifin séu á hárvöxtinn, þar sem vísbendingar benda til þess að sink hafi hamlandi áhrif á hnignun hársekkja, og sé örvandi fyrir bata þeirra. Auk þess er sink áhrifaríkur, skammtaháður ónæmisstillir fyrir hársekki [21]. Ráðlagður dagskammtur er aukinn hjá einstaklingum sem þjást af sinkskorti, en hjá fullorðnum er mælt með mg af frumsinki við þær aðstæður og 0,5-1 mg á hvert kíló ef um barn er að ræða [9]. Eins og með mörg önnur steinefni er ekki æskilegt að innbyrða of mikið af sinki, og getur ofgnótt í inntöku leitt til kopar- og/eða kalsíumskorts, syfju og höfuðverks [9]. Rannsaka þarf betur þau áhrif sem sink hefur á einstaklinga með eðlilegt sinkmagn í blóðvatni, en sink-meðferðir hafa skilað árangri meðal þeirra. Algengt er að sink sé notað í óskilgreindum hármeðferðum hjá einstaklingum með eðlilegt sinkmagn [9]. Sem dæmi var vannært barn, sem þjáðist ekki af sinkskort, látið taka inn viðbætt sink, og minnkaði hárlos barnsins [20] Kopar Kopar sinnir mikilvægum hlutverkum í líkamanum, meðal annars í bandvefjum líkamans þar sem það verkar sem hjálparþáttur ensímsins lysýloxídasa og ákvarðar virkni þess. Oxun í framhaldi af myndun sérstakra lýsína- og hýdroxýlýsínaleifa er örvuð af lysýloxíðösum. Þannig myndast peptidýl aldehýð sem verða að virkum miðjum fyrir myndun hliðarkeðja, sem binda saman lengri keðjur (e. cross-links) kollagena og elastín [23], en myndun þessara hliðarkeðja er mikilvæg í sáragræðslu [24]. Kopar er auk þess hluti af nokkrum mikilvægum metallóensímum sem koma að framleiðslu melanín litarefna, eins og til dæmis tyrósínasa. Aðrir eiginleikar kopars eru meðal annars mikilvægi þess fyrir askorbínsýruoxidasa, hlutverkið sem það spilar í myndun og viðgerð vefja, örvandi áhrif þess á myndun hyrnisog trefjakímfrumna í einnar frumu þykkum lögum [24]. Auk þess spilar það hlutverk í oxun 13

32 þíólhópa í tvíþíó-tengi á milli trefja í gegnum amínóxýdasa, en tvíþíó-tengi eru nauðsynleg fyrir styrk keratín trefja [20] sem finnast meðal annars í hári, húð og nöglum [25]. Nýleg rannsókn sýndi einnig fram á mikilvægi kopars í þroska hársekkja, í gegnum hlutverk sitt í sérhæfingu og fjölgun húðtotufrumna [21]. Koparskortur getur haft áhrif á styrk og teygjanleika hárs, vegna fækkunar á brennisteins brúum, og þannig valdið veikara hári, sem er brothætt, krullað og gránar fyrr [20]. Einnig hættir lysýloxíðasa að virka við koparskort [23]. Munur er þó á koparskorti vegna sjúkdóma og áunnins koparskorts. Sjaldgæf sjálflitningsvíkjandi vanupptökuröskun er dæmi um sjúkdóm sem veldur koparskorti, en þessi röskun getur valdið Menkes heilkenni (e. Menkes kinky hair syndrome), sem hefur áhrif á koparmagn í líkamanum. Meðferð við þessum sjúkdóm er gjöf koparsalta í æð. Einkenni Menkes heilkennis eru vanlitað, snúið og flatt hár, hrörnun í heila, beinum og bandvef, slagæðarteppa, og föl og slöpp húð [9]. Áunnin koparskortur lýsir sér á annan veg, og eru einkenni hans vanlitað hár, dvergkornablóðleysi, hvítfrumnafæð, og mænukvilli. Þennan skort er almennt mest að finna í fyrirburum, einstaklingum sem innbyrða litla kúamjólk, einstaklingum sem fá næringu í æð, og hjá einstaklingum sem hafa gengist undir sink meðferðir til lengri tíma [9]. Fræðilega séð ætti kopar að hafa áhrif á hárlos, en erfitt hefur verið að sannreyna það. Nokkrar rannsóknir hafa verið gerðar á einstaklingum með hárlos þar sem koparmagn í blóðvatni þeirra er borið saman við koparmagn í blóðvatni samanburðarhópa. Þrátt fyrir að fræðileg tenging sé þarna á milli þá hafa niðurstöður ekki sýnt fram á neinn tölfræðilegan mun [21]. Í rannsókn á kóreubúum, sem talað var um í kaflanum hér að framan, var koparstyrkur hærri hjá þeim sem þjáðust af hárlosi heldur en samanburðarhópnum, en ekki nægilega mikið til þess að það hefði tölfræðilega þýðingu [21]. Koparstyrkur í blóðvatni þátttakenda í rannsókn sem framkvæmd var í Indónesíu var ekki lægri en hjá samanburðarhóp [21] og sömu niðurstöður fengust úr rannsókn á þeim fjórum hópum einstaklinga með hárlos sem rætt var um í töflu 8 [21]. Rannsókn meðal sjúklinga með algjört hárlos sýndi þó fram á að sjúklingarnir voru með lægri koparstyrk en samanburðarhópur, en samt ekki nóg svo um marktækan mun að ræða [21]. Ekki er búið að finna nákvæmlega út hvernig stöðugri virkni lysýloxíðasa er stjórnað af kopar, en samt sem áður er búið að finna það út að ef dýr, sem þjáist af koparskorti, fær kopar þá eykst þessi virkni í ósæðarvefjum, að því gefnu að caeruloplasmín sé til staðar [23]. Viðbættur kopar hefur í fleiri tilvikum haft í för með sér jákvæða svörun, og var til dæmis gerð tilraun á áhrifum kopars í tilraunaglasi. Niðurstöður þessarar tilraunar sýndu að auðfáanlegur kopar getur stýrt nýmyndun þroskaðs elastín og kollagens, sé próteinmyndun ekki heft [23]. Áhrif kopars á hár hefur einnig sést, en ef vara inniheldur bæði kopar og járn er getur hún aukið styrk hárs með áhrifum sínum á vöxt réttrar hárformgerðar sem líkist hornum [20] Val á steinefni í vöru fyrir hár, húð og neglur Rannsóknir sem gerðar hafa verið samtímis á kopar og sinki hafa gefið það til kynna að sink hafi meiri áhrif á hár, húð og neglur en kopar. Auk þess virðist sem sinkgildi gefi frekar vísbendingu um ástand hárs en kopargildi [21]. Þó svo að kopar ætti fræðilega séð að hafa áhrif á hárlos hafa rannsóknir ekki náð að styðja það nægilega vel. Áhrif sinks á húð og neglur hefur einnig verið rannsakað mun meira en áhrif kopars. Miðað við þessar niðurstöður hentar sink betur í vöru fyrir hár, húð og neglur. 14

33 2.3 Bein Varan, sem verið er að þróa fyrir bein, er ætluð til að bæta beinheilsu þeirra einstaklinga sem taka hana inn. Með bættri beinheilsu er alla jafna verið að tala um sterkari bein, aukna beinþéttni og minnkaðri hættu á beinþynningu og beinbrotum. Steinefnið sem leitað er að, fyrir þessa vöru, er ætlað til að styrkja virkni vörunnar á beinin, og þarf því virkni þess í líkamanum að stuðla að sterkari beinum. Fjölmörg steinefni komu til greina, eins og kalsíum, fosfór, magnesíum, bór, kopar, kalíum og sink, svo einhver dæmi séu nefnd. Eftir lauslega könnun á virkni þeirra var ákveðið að líklegast væri að kalsíum, magnesíum og bór myndu skila árangri, og var því einblínt á þau steinefni Kalsíum Virkni kalsíum á bein hefur lengi verið þekkt, og er það eitt af þeim steinefnum sem er nauðsynlegt til inntöku fyrir eðlilegan vöxt og þroska beinagrindarinnar. Beinin eru, að stærstum hluta, gerð úr kalsíum og ef inntaka þess úr fæðu er of lítil eða daglegt kalsíumtap of mikið er ekki hægt að byggja bein eða viðhalda þéttleika þeirra. Með nægilegri kalsíum inntöku er hægt að auka hámarks beinmassann snemma í lífinu og koma í veg fyrir tap á beinmassa í seinni tíð [26]. Ráðlagður dagskammtur af kalsíum er mg fyrir fullorðna á dag, samkvæmt FDA (U.S. Food and Drug Administration) [27]. Stór hluti einstaklinga virðist ekki innbyrða ráðlagðan dagsskammt, og þá sérstaklega konur. Ef Þýskaland er tekið sem dæmi, þá var gerð rannsókn á kalsíum inntöku úr fæðu hjá 2006 einstaklingum yfir sjö daga tímabil, þar sem viðbætt kalsíum var ekki tekið inn sem fæðubótarefni. Meðal inntakan hjá karlmönnum var 753 mg og 683 mg hjá konum [4]. Þetta segir okkur að meðal kalsíum inntaka úr fæðu var um 57,9% af ráðlögðum dagskammti hjá karlmönnum og 52,5% hjá konum. Rannsóknir framkvæmdar í öðrum vestrænum löndum, eins og Austurríki, Írlandi, Hollandi og Englandi, sýna svipaðar tölur og er meðaltalið alltaf töluvert undir ráðlögðum dagskammti [4]. Rannsókn var einnig gerð á bandarískum konum, og kom þá í ljós að meðal inntaka hjá fullorðnum konum undir fertugu var undir 600 mg á dag, en inntaka unglingsstúlkna var ögn betri en þó ekki fullnægjandi, eða um 60-70% af ráðlögðum dagskammti. Það sama má segja um konur sem gengið höfðu í gegnum tíðahvörf, en meðalinntaka þeirra var um 70% af ráðlögðum dagskammti [28]. Beinheilsa, og hlutverkið sem kalsíum spilar í henni, hefur verið rannsökuð vandlega, og hafa komið fram mjög sannfærandi gögn síðastliðinn áratug sem sýna áhrif kalsíum í fæðu fyrir alla aldurshópa [29]. Þegar áhrif kalsíum á þróun og viðhald beina er skoðað þá þarf, auk kalsíummagns í fæðu, að skoða upptöku kalsíum í líkamanum. Rannsóknir á þessu geta skipt sköpum fyrir einstaklinga sem innbyrða ekki nægilegt og/eða nýta illa kalsíum úr fæðu. Þess vegna er mikil þörf á því að skilgreina fæðuþætti og/eða virk innihaldsefni í fæðu (e. functional food ingredients) sem gætu mögulega ýtt undir upptöku á kalsíum, og þannig tryggt betra lífaðgengi frá fæðu. Nokkur innihaldsefni í fæðu hafa vakið athygli í tengslum við aukna upptöku kalsíum, og má þá sérstaklega nefna mjólkursykur, laktúlósa og kaesein fosfórpeptíð, sem eru öll til staðar í mjólk [29], og einnig D-vítamín [4]. Auk þessara innihaldsefna hafa verið gerðar rannsóknir á ómeltanlegum fásykrum sem virðast geta bætt kalsíum upptöku hjá vissum aldurshópum [29]. Takmörkun á nýtingu kalsíum má rekja til fornalda, en lífeðlisfræði prímata hefur sýnt fram á að kalsíum inntaka var á þeim tíma mjög há. Líkaminn að þróaði því með sér leiðir til að takmarka upptöku til að komast hjá 15

34 kalsíumeitrun, en í dag hefur dæmið snúist við og stanslausan skortur algengari en ofgnótt [26]. Leiðirnar sem líkaminn þróaði með sér til að komast hjá þessari eitrun, voru meðal annars að takmarka uppsog í þörmum og ristli, skila stórum hluta þess kalsíum sem er innbyrt út með þvagi og svita, og einnig í nöglum, hári og dauðum húðfrumum [26]. Gengið er á kalsíumbirgðir líkamans daglega til þess að viðhalda ákjósanlegum styrk þess í blóði og utanfrumuvökva, með færslu Ca ++ jóna í og úr beinum þegar endurmótun beina fer fram [26]. Eins og áður hefur komið fram gegnir beinagrindin því hlutverki, auk því að halda líkamanum uppi, að geyma kalsíum til þess að viðhalda kalsíumstyrk þar sem inntaka úr fæðu er hvorki stöðug né jöfn [26]. Því meira kalsíum sem beinagrindin geymir, því meiri er beinþéttnin, en á sama tíma minnka kalsíumbirgðirnar ef daglegt kalsíumtap er meira en inntakan. Vandamál sem við stöndum frammi fyrir í dag er að nútímafæða inniheldur of lítið kalsíum og því er inntakan stöðugt of lág. Hlutverk beina, sem kalsíumbirgðir, er því ekki lengur að sjá líkamanum fyrir kalsíum þegar hann býr við skort öðru hvoru, heldur er stöðugt verið að ganga á birgðirnar án þess að þær séu endurnýjaðar að fullu, en það kemur á endanum niður á styrk beina. Með takmarkaðri inntöku er því erfitt að viðhalda kalsíumstyrk beina á meðan beinagrindin er að vaxa, og einnig er erfitt að endurnýja birgðirnar seinna á ævinni þegar beinagrindin er hætt að vaxa [26]. Endurnýjun kalsíumbirgðanna er flókið ferli, þar sem beineyðing og beinmyndun koma fyrir, og er takmörk fyrir því hve mikið kalsíum líkaminn getur nýtt í einu. Líkaminn getur ekki geymt umfram kalsíum, líkt og hann geymir umfram orku sem fitu, og er öllu kalsíum umfram þess magns sem líkaminn þarf á að halda hverju sinni til skilað út [26]. Líkaminn nýtir kalsíum þegar það er komið í uppleysanlegt form, sennilegast á formi jóna, en í fæðu er kalsíum á formi salta eða í flóknum samböndum við önnur innihaldsefni fæðunnar. Þegar kalsíum er komið á það form sem líkaminn á auðvelt með að vinna úr því, er það frásogað í gegnum frumur og á milli þeirra [29]. Upptaka á kalsíum á sér stað, að mestum hluta, í smáþörmum en einnig að einhverju leyti í ristlinum [29]. Hún er takmörkuð, en einungis 10% af því kalsíum sem er innbyrt frásogað [26]. Líkaminn hefur þó að einhverju leyti aðlagast þessari minnkun á kalsíuminntöku, t.d. með aukinni getu líkamans til upptöku og geymslu kalsíum, en það virðist skerðast töluvert með aldrinum og ekki eiga við hjá konum eftir tíðahvörf. Þar af leiðir er geta aldraðra til að takast á við lága inntöku skert töluvert, og er því kalsíumþörf þeirra meiri og mjög mikilvægt að tryggja fullnægjandi inntöku. Þessar aðferðir líkamans til að vinna á móti skorti eru þó takmarkaðar, og því koma þær ekki í stað þess að innbyrða fullnægjandi magn kalsíum [26]. Mikið er búið að rannsaka sambandið á milli kalsíuminntöku og beinheilsu, og eru til ótal greinar og rannsóknir um það málefni. Víðsvegar um heiminn teljast beinþynning og beinbrot tengd beinþynningu sem útbreidd heilsufarsvandamál [30]. Árið 2001 höfðu 180 skýrslur verið gefnar út um þetta efni, og þar af voru 70 byggðar á rannsakendastýrðum rannsóknum [26]. Þessi gerð af rannsóknum skilar af sér áreiðanlegri niðurstöðum en athugunarrannsóknir þar sem rannsakendur stýra inntöku þess efnis sem verið er að rannsaka, ólíkt athugunarrannsóknum þar sem rannsakendur fylgjast einungis með inntöku. Því er rannsakendastýrð rannsókn oft álitin eina örugga aðferðin til að skilgreina samhengi milli orsaka og afleiðinga [26]. Af þessum 70 rannsóknum voru 68 sem sýndu fram á beinaukningu á vaxtartímabili, minnkun á aldurstengdu beintapi og/eða minnkaðri hættu á beinbroti [26]. Einungis tvær rannsóknir sýndu ekki fram á samhengi milli aukinnar kalsíuminntöku og bætingu í beinheilsu. Önnur þeirra var framkvæmd á konum eftir tíðahvörf þar sem skortur á estrógeni hafði truflandi áhrif, og hin á karlmönnum sem fyrir voru með háa kalsíuminntöku [26]. Tafla 9 gefur yfirlit yfir niðurstöður þeirra rannsókna 16

35 sem gerðar höfðu verið fram til ársins 2002, þar sem þeim er skipt í tvo flokka: rannsakendastýrðar rannsóknir annars vegar, og athugunarrannsóknir hins vegar. Tafla 9: Niðurstöður rannsókna á sambandi kalsíum inntöku og beinheilsu [26] Rannsakendastýrðar rannsóknir Niðurstöður rannsókna Ávinningur Enginn ávinningur Athugunarrannsóknir Ávinningur Enginn ávinningur Beinöflun Viðhald beina Minnkuð hætta á beinbroti Í þessum rannsóknum voru þrjú viðfangsefni: Beinöflun, viðhald beina og minnkuð hætta á beinbroti. Eins og sést voru rannsóknir sem skiluðu jákvæðum niðurstöðum, sem sýndu fram á samhengi milli kalsíum inntöku og beinheilsu, yfirgnæfandi. Sérstaklega þegar flokkur rannsakendastýrðra rannsókna er skoðaður. Hlutfall athugunarrannsókna sem sýndu ekki fram á þetta samhengi var mun hærra en rannsakendastýrðra rannsókna, eða um fjórðungur. Það má þó útskýra með þeim hætti að rannsakendur áttu erfiðara með að mæla nákvæmlega kalsíummagn í inntöku þar sem þeir stýrðu ekki inntökunni beint [26]. Rannsóknir hafa sýnt fram á að léleg kalsíuminntaka meðal fullorðinna getur valdið beinþynningu [31]. Ef inntakan er aukin svo að ráðlögðum dagsskammti sé náð er möguleiki á heilsubætingu, en sé inntakan aukin án þess að ráðlagður dagsskammtur sé uppfylltur hefur það takmörkuð áhrif [28]. Chapuy og fleiri framkvæmdu rannsókn á rúmlega 3000 frönskum konum, sem innbyrtu að meðaltali 514 mg af kalsíum á dag [26]. Þeim var handahófskennt skipt í tvo hópa, þar sem annar hópurinn fékk lyfleysu á meðan hinn hópurinn fékk fæðubót sem innihélt 1200 mg af kalsíum og 800 IU 4 af D-vítamíni á dag. Mynd 1 lýsir niðurstöðum rannsóknarinnar vel en þar kom fram, eins og sést, að hjá hópnum sem fékk fæðubót minnkaði hættan á beinbroti um 30% á innan við 18 mánuðum frá því að fæðubótargjöf hófst. Einnig varð beinaukning hjá þeim hóp á meðan >3% beintap á ári var hjá hópunum sem tók inn lyfleysu [26]. Þessar niðurstöður sýndu fram á að inntaka af um það bil 500 mg af kalsíum á dag væri ekki nægileg, tæming varð á kalsíumbirgðum þessara kvenna sem leiddi til beinbrota [26]. 4 Alþjóðleg eining (e. international unit) sem lýsir magni líffræðilega virks efnis sem notað er til að framleiða ákveðna svörun í líkamanum, oft notað sem mælieining fyrir vítamín og hormón [32]. 17

36 Mynd 1: Samantekt úr niðurstöðum Chapuy á samhengi milli kalsíum og D-vítamín inntöku og beinheilsu [26] Einhverjir hafa velt því fyrir sér hvort D-vítamínið hafi haft meira að segja en kalsíum í þessari rannsókn, og jafnvel að sömu niðurstöður höfðu fengist ef þátttakendur hefðu einungis tekið inn D-vítamín [26]. Margar rannsóknir hafa sýnt fram á að sú ályktun sé ekki rétt, og að kalsíum hafi mun meiri áhrif á beinheilsu en D-vítamín. Peacock og fleiri gerðu svipaða rannsókn og Chapuy, nema þar var þátttakendum skipt í þrjá hópa: einn samanburðarhópur sem fékk lyfleysu, einn hópur sem fékk D-vítamín og einn sem fékk kalsíum. Allir þátttakendur voru aldraðir með um tvöfalt hærri grunngildi 25(OH)D 5 en þátttakendur í rannsókn Chapuy, og svipaða inntöku á kalsíum, eða 549 mg að meðaltali á dag [26]. Talsvert beintap var hjá samanburðarhópnum, ekki mikil breyting varð á hraða beintaps hjá hópnum sem fékk viðbætt D-vítamín, en hjá hópnum sem fékk viðbætt kalsíum, 750 mg á dag, varð ekkert beintap. Sömu ályktun var því hægt að draga af þessari rannsókn og var dregin af rannsókn Chapay, að mg af kalsíum á dag er ekki nægileg til að koma í veg fyrir beintap. Auk þess sýndi rannsóknin að kalsíum hefði mun meira að segja en D-vítamín, og var það augljósast þegar samanburðarhópurinn var skoðaður, þar sem mikið beintap varð, þrátt fyrir að D-vítamín magn væri mun meira en í rannsókn Chapuy [26]. Margar fleiri rannsóknir hafa verið gerðar, þar sem beintap minnkaði við inntöku á viðbættu kalsíum og D-vítamíni, ein gerð á konum og körlum yfir 65 ára aldri þar sem áhrifin sýndu sig mest í mjöðmum hjá körlunum og hjá konum voru áhrifin svipuð og í öðrum rannsóknum [34]. Þrátt fyrir að geta dregið úr eða stöðvað aldurstengt beintap og dregið úr hættu á beinbroti, getur kalsíum og D-vítamín sjaldnast orðið til þess að beinaukning verði. Lyf, eins og bisfosfónöt (e. bisphosphonates), estrógen og raloxifene, eru gefin sem fyrirbyggjandi meðferð eða meðferð við beinþynningu fyrir konur eftir tíðahvörf. Þessi lyf geta orðið til þess að beinaukning verði, á hraðanum 0,5-1% á ári, ef tímabundnum endurnýjunarfasa beina er lokið. Til þess að beinaukning verði, þegar þessi lyf eru tekin, er þó nauðsynlegt að inntaka á kalsíum sé fullnægjandi [26]. Tengsl á milli kalsíum inntöku og virkni lyfja hafa 5 Hýdroxývítamín D í blóðvatni [33] 18