Субклінічний дефіцит кальцію у дітей раннього шкільного віку: шляхи формування та корекції.

Титуса А.В. Субклінічний дефіцит кальцію у дітей раннього шкільного віку: шляхи формування та корекції. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису.

Дисертація на здобуття ступеня доктора філософії за спеціальністю 228 – педіатрія (галузь знань 22 – охорона здоров’я). – Львівський національний медичний університет імені Данила Галицького МОЗ України, Львів, 2023.

У дитинстві одним із найважливіших харчових ризиків є погані харчові звички. Їхнє становлення забезпечується трьома основними чинниками: сім’єю, засобами масової інформації та школою. Погані харчові звички у дитячому віці включають пропуски прийому їжі, вживання великої кількості обробленої, модифікованої їжі та дотримання модних дієт. Одним із наслідків цих поганих харчових звичок є недостатнє споживання мікроелементів та вітамінів, зокрема кальцію та вітаміну D, які є такими важливими на цій стадії розвитку. Клінічні особливості дефіциту вітаміну D та кальцію у дітей молодшого шкільного віку вивчені недостатньо.

Це обумовило мету дослідження – підвищити ефективність діагностики та своєчасної корекції субклінічного дефіциту кальцію у дітей молодшого шкільного віку шляхом впровадження сучасних методів оцінки нутритивного забезпечення, оптимальних методів діагностики та впровадження ефективної корекції дефіциту кальцію та вітаміну D з використанням модифікації дієти та застосування препаратів кальцію та вітаміну D.

Для досягнення мети роботи і вирішення поставлених завдань було проведено 5 етапів дослідження.

На першому етапі нашого дослідження в 2-ох загальноосвітніх школах міста Львова було роздано 250 анкет, які містили питання щодо харчової поведінки учнів, а саме – режиму харчування і найбільш вживаних продуктів. Отримано відповіді по 190 анкетах (76 % від загальної кількості розісланих). Перший етап дослідження проводився протягом 2018-2019 років.

В опитуванні взяли участь 81 хлопчик (42,63%) та 109 дівчаток (57,36%). Діти були розділені за віком: 6-7 років (21,6 %), 8 років (20,0%), 9 років (19,0 %), 10 років (26,8 %), 11 років (12,6 %).

Згідно аналізу результатів анкетного опитування 71,1% школярів мали добрий апетит, знижений – 18,3%, поганий – 5,3%, надмірний – 5,3% дітей.  13,7 % батьків вважали, що дитина споживала недостатній об’єм їжі, 2,1% – надмірний. 14,3% батьків відзначили нерегулярність харчування дитини.

Були визначені наступні порушення харчової поведінки: 159 школярів (83,6%) їли безпосередньо перед сном, 64 дитини (33,6%) споживали їжу під час перегляду телевізора, при користуванні комп’ютером, іншими електронними гаджетами. Біля половини школярів пропускали обіди в школі (41%), часто споживали печиво (82,1%), солодощі (71%), булочки (63,7%), їжу швидкого приготування (8,4%). 11,6% школярів знаходились на різноманітних, потенційно дефіцитних дієтах.

Середній ріст дітей становив 132,99±10,32 см, маса 28,00 [24,05; 34,00] кг. Статистично значущої відмінності за ростом та вагою між дівчатами та хлопчиками виявлено не було. У всіх дітей були відсутні клінічні ознаки дефіциту кальцію та або вітаміну D.

На другому етапі нашого дослідження нами був преведений аналіз добового споживання нутрієнтів за допомогою 3 денних харчових щоденників з наступною обробкою отриманих даних ліцензованою комп’ютерною програмою Dietplan 7. Були розраховані наступні показники: добова калорійність харчування, кількість спожитих білків, жирів, вуглеводів, макроелементів, ессенціальних мікроелементів, вітамінів.

Аналіз забезпечення основними нутрієнтами школярів було виконано у 172 дітей (середній вік – 9,02 ±1,63; 42,4% хлопчиків та 57,6% дівчаток).

Згідно аналізу харчової цінності добових раціонів було визначено, що середнє значення добового споживання кальцію становило 750,0 мг (норма 800 мг) на добу [603,0; 949,0] у хлопчиків та 646,0 мг (норма 800 мг) на добу [502,5; 744,5] у дівчат (< 0,01).

Недостатнє добове споживання кальцію було визначено у 50,7 % хлопчиків та у 70,7 % дівчат. У віковій групі 6-7 років споживання кальцію було зниженим у 76,3 %, у 8 років – у 70,3 %, у 9 років – у 35,5 %,  у віці десять років –61,4 %, у віці одинадцять років – у 63,6 % школярів.

Було встановлено, що середнє значення добового споживання вітаміну D у школярів становило 2,6 мкг  (норма 5 мкг) [1,7; 4,1] у хлопчиків та 2,0 мкг (норма 5 мкг) [1,2; 3,1] у дівчаток (< 0,01). Знижене споживання вітаміну D нами було визначено у 84,9 % хлопчиків та 96,9 % дівчат.

Крім недостатнього денного споживання кальцію та вітаміну D  для школярів початкових класів характерним був дефіцит денного споживання поліненасичених жирних кислот (66,9 %), харчових волокон (48,8 % дітей), мононенасичених жирних кислот (48,3 %), жирів (42,4 % дітей), білків (31,4 % дітей), вуглеводів (30,2 %), енергії (27,3 %). У 90,7 % школярів було визначено добовий дефіцит споживання йоду, у 80,8 % - магнію, у 69,2 % - селену, у 64,0 % - заліза, у 39,0 % - цинку. У 95,4% школярів спостерігалось недостатнє добове споживання вітаміну Е, у 92,5% - біотину, у 75,1% - ретинолу, вітаміну С у 70,9%, у 40,5% - фолатів, у 69,9% - каротину, у 54,6% - пантотенату, у 39,6% - рибофлавіну,у 36,6% - ніацину.

На третьому етапі нашого дослідження у 56 дітей із зниженим рівнем добового споживання кальцію та вітаміну D було визначено рівні загального та іонізованого кальцію та вітаміну D в сироватці крові та рівня кальцію у волоссі.

Середнє значення рівня загального кальцію у сироватці крові у дітей з добовим дефіцитом споживання кальцію та вітаміну D становило 2,39 ммоль/л, іонізованого – 1,27 ммоль/л, вітаміну D – 20,20 нг/мл.

Знижений рівень загального кальцію у крові було визначено у 2 хлопчиків (3,6 %) та у 13 дівчат (23,2 %) (p < 0,01), іонізованого кальцію – у 1 хлопчика (1,8 %) та у 8 дівчат (14,3%) (p < 0,01), вітаміну D – у 8 хлопчиків (14,3 %) та у 19 (33,9 %) дівчат (p = 0,02) цієї групи.

 За допомогою кореляційного аналізу ми визначали вплив різних факторних ознак, які можуть діяти в різних напрямках одночасно або послідовно, на результативну ознаку.

Згідно отриманих нами даних максимальні позитивні значення коефіцієнту кореляції R Спірмена спостерігались між рівнем кальцію у крові та частотою споживання молока (R = 0,58, p < 0,01), йогуртів (R = 0,56, p < 0,01). Високі значення коефіцієнта кореляції виявлені для перекусів із молочними продуктами (R = 0,55, p < 0,01), більшої частоти споживання молочних продуктів (R = 0,51, p < 0,01), споживання риби (R = 0,50, p < 0,01).

При визначенні впливу нутрієнтів на рівень кальцію у крові нами було визначено, що високий рівень кальцію у крові спостерігався при високих значеннях споживання вітаміну D (R = 0,45, p < 0,01).

Нами було встановлено, що високі значення споживання кальцію (R = 0,68, p < 0,01) та пантотенату (R = 0,51, p < 0,01) достовірно взаємопов'язані з високими значеннями вітаміну D крові.  

Натомість, нами було визначено, що низький рівень вітаміну D у крові також часто супроводжувався такими факторами, як небажання їсти молоко/сир (R = -0,48, p < 0,01), м’ясо (R = -0,48, p < 0,01) та овочі (R = -0,37, p < 0,01), а також недостатнім споживанням фруктів (R = -0,49, p < 0,01), м’яса (R = -0,39, p < 0,01), риби (R = -0,39, p < 0,01) та овочів (R = -0,36, p < 0,01).

Концентрацію кальцію зазвичай визначають у біологічних рідинах – крові та сечі, але іноді використовують придатки шкіри – волосся та нігті. Ми використовували визначення кальцію у волоссі, через здатність накопичувати в собі різні макроелементи та відображати їх уміст за тривалий проміжок часу.

Зниження рівня загального та/або іонізованого кальцію в сироватці крові спостерігалось у 24 дітей (42,9 %) дітей зі зменшеним добовим споживанням кальцію, за даними дослідження вмісту кальцію у волоссі, знижений його рівень спостерігався у 30 дітей  (53,6 %).

Рівень кальцію у волоссі залежав від кількості денного споживання кальцію у харчовому раціоні (R=0,62, p < 0,01). Низький рівень кальцію у волоссі частіше спостерігався при недостатньому вживанні молока/сиру (R = -0,41, p < 0,01), м’яса (R = -0,45, p < 0,01), риби (R = -0,47, p < 0,01) та овочів (R = -0,35, p < 0,01).

Ми також визначали вплив кількох аліментарних факторів на значення рівнів кальцію і вітаміну D у сироватці крові та кальцію у волоссі дітей молодшого шкільного віку. Так, у ході аналізу даних за методом лінійної множинної регресії було обрано 6 чинників, які при поєднанні мали вплив на рівень кальцію у крові, 5 чинників ˗ на рівень вітаміну D у крові та 10 чинників ˗ на рівень кальцію у волоссі.

За допомогою розроблених нами рівнянь лінійної регресії була розроблена математична модель залежності рівня кальцію у крові та волоссі, а також рівня вітаміну D у сироватці крові від ряду аліментарних факторів та електронна програма, яка дозволяє провести розрахунок очікуваного рівня кальцію у волоссі конкретної дитини на основі введення необхідної первинної інформації. На основі отриманих даних програма автоматично розраховує прогнозований рівень кальцію у волоссі та представляє результат у цифровому вигляді, в тому числі графічно, дозволяючи визначити ризик недостатності вмісту Са у волоссі.

На четвертому етапі нашого дослідження нами було відібрано 30 дітей, у яких був знижений рівень кальцію у волоссі (<300,0 мг/кг), і яким були проведені диференційовані заходи корекції.

Діти були розподілені на дві групи по 15 дітей:

• основну групу (вміст кальцію у волоссі був 181,5 ± 86,9 мг/кг) – яким проводилась корекція шляхом модифікації дієти та призначенням препаратів кальцію в дозі 500,0 мг та вітаміну D в дозі 5,0 мкг (200,0 МО) один  раз на добу впродовж трьох місяців;
• контрольну групу (вміст кальцію у волоссі був 164,4 ± 80,8 мг/кг) – яким корекція наявних дефіцитів проводилась лише шляхом модифікації дієти.

Модифікація дієти полягала у рекомендаціях додаткового введення продуктів, багатих на кальцій та вітамін D, таких як молоко (за умови відсутності непереносимості та алергії), кисломолочних продуктів, сиру, йогуртів, квасолі, бобів, броколі, іншої листової зелені, проростків пшениці, горіхів, кунжутного насіння, риби, сухофруктів, а також вершкового масла, яловичини, печінки, яєчних жовтків.

Через три місяці корекції нами встановлено, що у волоссі 66,70% школярів основної групи було істотне збільшення вмісту кальцію (293,6 ± 80,6 мг/кг; р < 0,01), тоді як у 20,0% школярів контрольної групи було виявлено лише тенденцію до збільшення кількості кальцію у волоссі (185,1 ± 82,4 мг/кг; р > 0,05). Рівень кальцію нормалізувався у 72,7% дівчат основої групи проти 9,1% дівчат контрольної групи.

Згідно отриманих даних, після проведеного курсу корекції комплексним препаратом кальцію й вітаміном D на фоні модифікації дієти у дітей істотно підвищився рівень кальцію у волоссі. Використання відносно невеликих доз кальцію та вітаміну D на фоні модифікацїї дієти виявилось доволі ефективним, дозволило зменшити навантаження на системи елімінації, зменшити ризик розвитку гіперкальціємічних станів.

Ключові слова: діти, діти шкільного віку, кальцій, вітамін D, дефіцит, дефіцит кальцію, дефіцит вітаміну D, вітамін D-зв'язуючий білок (VDBP), рецептор вітаміну D (VDR), харчування, харчова поведінка, порушення харчової поведінки.

 ANNOTATION

 

Tytusa A.V. Subclinical calcium deficiency in children of early school age: ways of formation and correction. – Qualifying scientific work on manuscript rights.

Dissertation for the degree of Doctor of Philosophy in specialty 228 - pediatrics (field of knowledge 22 - health care). – Danylo Halytsky Lviv National Medical University, Ministry of Health of Ukraine, Lviv, 2023.

In childhood, one of the most important nutritional risks is poor eating habits. Their formation is ensured by three main factors: family, mass media and school. Poor childhood eating habits include skipping meals, eating large amounts of processed, modified foods, and following fad diets. One of the consequences of these poor eating habits is insufficient intake of micronutrients and vitamins, particularly calcium and vitamin D, which are so important at this stage of development. The clinical features of vitamin D and calcium deficiency in children of primary school age have not been sufficiently studied.

This led to the goal of the study - to increase the effectiveness of diagnosis and timely correction of subclinical calcium deficiency in children of primary school age by implementing modern methods of nutritional assessment, optimal methods of diagnosis and effective correction of calcium and vitamin D deficiency using diet modification and the use of calcium and vitamin D preparations .

To achieve the goal of the work and solve the tasks, 5 stages of the research were conducted.

At the first stage of our research, 250 questionnaires were distributed in 2 secondary schools of the city of Lviv, which contained questions about the eating behavior of students, namely, the diet and the most consumed products. Answers were received for 190 questionnaires (76% of the total number sent out). The first stage of the research was conducted during 2018-2019.

81 boys (42.63%) and 109 girls (57.36%) took part in the survey. Children were divided by age: 6-7 years old (21.6%), 8 years old (20.0%), 9 years old (19.0%), 10 years old (26.8%), 11 years old (12.6 %).

According to the analysis of the results of the questionnaire survey, 71.1% of schoolchildren had a good appetite, 18.3% had a reduced appetite, 5.3% had a poor appetite, and 5.3% had an excessive appetite. 13.7% of parents believed that the child consumed an insufficient amount of food, 2.1% - excessive. 14.3% of parents noted the irregularity of the child's diet.

The following eating disorders were identified: 159 schoolchildren (83.6%) ate right before going to bed, 64 children (33.6%) consumed food while watching TV, using a computer, or other electronic gadgets. Almost half of the students skipped school lunches (41%), often consumed cookies (82.1%), sweets (71%), rolls (63.7%), and fast food (8.4%). 11.6% of schoolchildren were on various, potentially deficient diets.

The average growth of children was 132.99±10.32 cm, weight 28.00 [24.05; 34.00] kg. There was no statistically significant difference in height and weight between girls and boys. All children had no clinical signs of calcium and/or vitamin D deficiency.

At the second stage of our research, we analyzed the daily consumption of nutrients using 3-day food diaries, followed by data processing with the licensed computer program Dietplan 7. The following indicators were calculated: daily calorie intake, the amount of consumed proteins, fats, carbohydrates, macronutrients, essential trace elements, vitamins.

The analysis of the supply of basic nutrients to schoolchildren was performed in 172 children (average age - 9.02 ± 1.63; 42.4% boys and 57.6% girls).

According to the analysis of the nutritional value of daily rations, it was determined that the average daily calcium intake was 750.0 mg (norm 800 mg) per day [603.0; 949.0] in boys and 646.0 mg (norm 800 mg) per day [502.5; 744.5] in girls (< 0.01).

Insufficient daily calcium intake was determined in 50.7% of boys and 70.7% of girls. In the age group of 6-7 years, calcium consumption was reduced by 76.3%, at 8 years – by 70.3%, at 9 years – by 35.5%, at the age of ten – 61.4%, at the age of eleven years old - in 63.6% of schoolchildren.

It was established that the average daily intake of vitamin D among schoolchildren was 2.6 μg (norm 5 μg) [1.7; 4.1] in boys and 2.0 μg (norm 5 μg) [1.2; 3.1] in girls (< 0.01). We determined a reduced consumption of vitamin D in 84.9% of boys and 96.9% of girls.

In addition to the insufficient daily intake of calcium and vitamin D, a deficit in the daily intake of polyunsaturated fatty acids (66.9%), dietary fiber (48.8% of children), monounsaturated fatty acids (48.3%), fats (42 .4% of children), proteins (31.4% of children), carbohydrates (30.2%), energy (27.3%). 90.7% of schoolchildren were found to have a daily deficiency of iodine, 80.8% of magnesium, 69.2% of selenium, 64.0% of iron, and 39.0% of zinc. Insufficient daily intake of vitamin E was observed in 95.4% of schoolchildren, biotin in 92.5%, retinol in 75.1%, vitamin C in 70.9%, folates in 40.5%, folates in 69.9% - carotene, 54.6% - pantothenate, 39.6% - riboflavin, 36.6% - niacin.

In the third phase of our study, serum total and ionized calcium and vitamin D levels and hair calcium levels were determined in 56 children with reduced daily calcium and vitamin D intake.

The average value of the level of total calcium in blood serum in children with a daily deficiency of calcium and vitamin D intake was 2.39 mmol/l, ionized – 1.27 mmol/l, vitamin D – 20.20 ng/ml.

A decreased level of total calcium in the blood was determined in 2 boys (3.6%) and 13 girls (23.2%) (p < 0.01), ionized calcium – in 1 boy (1.8%) and in 8 girls (14.3%) (p < 0.01), vitamin D – in 8 boys (14.3%) and in 19 (33.9%) girls (p = 0.02) of this group.

With the help of correlation analysis, we determined the influence of various factor characteristics, which can act in different directions simultaneously or sequentially, on the resulting characteristic.

According to the data we obtained, the maximum positive values ​​of Spearman's R correlation coefficient were observed between the level of calcium in the blood and the frequency of consumption of milk (R = 0.58, p < 0.01), yogurts (R = 0.56, p < 0.01). High values ​​of the correlation coefficient were found for snacks with dairy products (R = 0.55, p < 0.01), higher frequency of consumption of dairy products (R = 0.51, p < 0.01), fish consumption (R = 0, 50, p < 0.01).

When determining the influence of nutrients on the level of calcium in the blood, we determined that a high level of calcium in the blood was observed with high values ​​of vitamin D consumption (R = 0.45, p < 0.01).

We found that high values ​​of calcium intake (R = 0.68, p < 0.01) and pantothenate (R = 0.51, p < 0.01) are reliably correlated with high blood vitamin D values.

On the other hand, we determined that a low level of vitamin D in the blood was also often accompanied by such factors as reluctance to eat milk/cheese (R = -0.48, p < 0.01), meat (R = -0.48 , p < 0.01) and vegetables (R = -0.37, p < 0.01), as well as insufficient consumption of fruits (R = -0.49, p < 0.01), meat (R = -0.39, p < 0.01), fish (R = -0.39, p < 0.01) and vegetables (R = -0.36, p < 0.01).

Calcium concentration is usually determined in biological fluids - blood and urine, but sometimes skin appendages - hair and nails are used. We used the determination of calcium in hair, due to its ability to accumulate various macroelements and reflect their content over a long period of time.

A decrease in the level of total and/or ionized calcium in the blood serum was observed in 24 children (42.9%) of children with reduced daily calcium intake, according to the research of the calcium content in hair, its decreased level was observed in 30 children (53.6%).

The level of calcium in the hair depended on the amount of daily calcium intake in the diet (R=0.62, p < 0.01). A low level of calcium in hair was more often observed with insufficient consumption of milk/cheese (R = -0.41, p < 0.01), meat (R = -0.45, p < 0.01), fish (R = -0.47, p < 0.01) and vegetables (R = -0.35, p < 0.01).

We also determined the influence of several nutritional factors on the values ​​of calcium and vitamin D levels in blood serum and calcium in hair of elementary school children. Thus, in the course of data analysis using the method of linear multiple regression, 6 factors were selected that, when combined, had an effect on the level of calcium in the blood, 5 factors on the level of vitamin D in the blood, and 10 factors on the level of calcium in the hair.

With the help of linear regression equations developed by us, a mathematical model of the dependence of the level of calcium in the blood and hair, as well as the level of vitamin D in the blood serum from a number of nutritional factors, and an electronic program that allows you to calculate the expected level of calcium in the hair of a specific child based on the input of the necessary primary information. Based on the received data, the program automatically calculates the predicted level of calcium in the hair and presents the result digitally, including graphically, allowing to determine the risk of insufficient Ca content in the hair.

At the fourth stage of our study, we selected 30 children who had a reduced level of calcium in their hair (<300.0 mg/kg) and who underwent differentiated corrective measures.

The children were divided into two groups of 15 children each:

• the main group (calcium content in hair was 181.5 ± 86.9 mg/kg) - which was corrected by modifying the diet and prescribing calcium preparations in a dose of 500.0 mg and vitamin D in a dose of 5.0 μg (200, 0 IU) once a day for three months;
• the control group (calcium content in the hair was 164.4 ± 80.8 mg/kg) - in which the correction of existing deficiencies was carried out only by modifying the diet.

The modification of the diet consisted of recommendations for the additional introduction of foods rich in calcium and vitamin D, such as milk (provided there is no intolerance and allergy), sour milk products, cheese, yogurt, beans, broccoli, other leafy greens, wheat germ, nuts, sesame seeds, fish, dried fruits, as well as butter, beef, liver, egg yolks.

After three months of correction, we found that the hair of 66.70% of schoolchildren in the main group had a significant increase in calcium content (293.6 ± 80.6 mg/kg; p < 0.01), while in 20.0% of schoolchildren in the control group, only a tendency to increase the amount of calcium in the hair was found (185.1 ± 82.4 mg/kg; p > 0.05). The level of calcium normalized in 72.7% of the girls of the main group against 9.1% of the girls of the control group.

According to the obtained data, after a course of correction with a complex preparation of calcium and vitamin D against the background of diet modification, the level of calcium in the hair of children increased significantly. The use of relatively small doses of calcium and vitamin D against the background of diet modification turned out to be quite effective, it made it possible to reduce the load on the elimination systems and reduce the risk of developing hypercalcemic conditions.

ЕЦП: https://drive.google.com/file/d/1AY-dv7Z0nKkZu8Xvl84AqBqxjK7ih0Vf/view?usp=share_link

 

Key words: children, school-age children, calcium, vitamin D, deficiency, calcium deficiency, vitamin D deficiency, vitamin D-binding protein (VDBP), vitamin D receptor (VDR), nutrition, eating behavior, eating behavior disorders.