Bewertung der Exposition gegenüber toxischen Metallen durch vegetarische/vegane, omnivore und kohlenhydratarme Ernährungsweisen in Israel.

Detaillierte Studienbeschreibung Stichprobenziehung, Teilnahmekriterien und Stichprobengröße

Die Teilnehmerrekrutierung wird durch Social-Media-Kampagnen initiiert, die sich an Studierende der Ariel University und nahegelegene akademische Einrichtungen richten. Teilnahmeberechtigt sind gesunde Erwachsene im Alter von 20-45 Jahren, die seit mindestens einem Jahr einem von drei selbstidentifizierten Ernährungsmustern folgen:

Pflanzenbasierte Ernährung (vegetarisch oder vegan; Ziel 20 % Veganer),

Allesesser-Ernährung („reguläre“ Mischkost) oder

Kohlenhydratarme Ernährung (tierbasierte Ernährungsmuster wie Paleo oder ketogen).

Das Ernährungsmuster wird mittels eines validierten Lebensmittelhäufigkeitsfragebogens (FFQ) verifiziert, der vom israelischen Gesundheitsministerium, Abteilung Ernährung, entwickelt wurde (adaptiert von Berman et al., 2023).

Ausschlusskriterien umfassen Fettleibigkeit (BMI ≥ 30 kg/m²), Untergewicht (BMI ≤ 18,5 kg/m²) oder chronische Erkrankungen, verifiziert durch Selbstauskunft und bestätigt durch einen ärztlichen Untersuchungsbericht.

Nach Einholung der Einwilligungserklärung werden die Teilnehmer den FFQ über die NutRatio®-Ernährungsanalysesoftware ausfüllen, um das Ernährungsmuster zu bestätigen. Ein kurzes Telefoninterview und ein Instruktionsvideo werden die Teilnehmer mit den Studienabläufen und Teilnahmevoraussetzungen vertraut machen.

Wir streben die Rekrutierung von insgesamt 250 Teilnehmern an, gleichmäßig verteilt auf die drei Ernährungsgruppen. Teilnehmer werden frequenzangepasst nach Alter (± 5 Jahre), BMI (± 3 kg/m²) und Raucherstatus, angesichts des bekannten Zusammenhangs zwischen Rauchen und Metallbelastung. Die Stichprobengröße basiert auf ANOVA (Cohen's f = 0,25, mittlere Effektgröße).

Messprotokoll am Untersuchungstag

Qualifizierte Teilnehmer werden für eine standardisierte Untersuchungssitzung (~2 Stunden) im MetaboLab, Department of Nutritional Sciences, Ariel University, eingeplant.

Kurzfristige Nahrungsaufnahme: Teilnehmer führen innerhalb von zwei Wochen vor ihrem Besuch ein 3-Tage-Ernährungsprotokoll (zwei Werktage + ein Wochenendtag) mit der NutRatio-Software. Das Tool integriert USDA (SR-28), israelisches Gesundheitsministerium (2017) und aktualisierte Lebensmittelkennzeichnungsdatenbanken (2024). Teilnehmer fotografieren jede Mahlzeit vor und nach dem Essen, laden Fotos beim Forschungsteam hoch und protokollieren Lebensmittel unmittelbar nach dem Verzehr. Das Team überprüft Einträge täglich, stellt Vollständigkeit und logische Richtigkeit sicher; fehlende oder unklare Daten werden am nächsten Tag telefonisch geklärt.

NutRatio quantifiziert Energie, Makronährstoffe (einschließlich Fettsäure- und Aminosäureprofile), Ballaststoffe, ausgewählte Vitamine (z.B. Folat, B-12) und Mineralstoffe (z.B. Kalzium, Eisen, Zink). Die diätetische Metallbelastung wird aus den gemeldeten Lebensmitteln unter Verwendung von NutRatio und zusätzlichen Referenzdatenbanken geschätzt. Diese Werte werden später mit internationalen toxikologischen Grenzwerten (z.B. U.S. CDC, German Environment Agency) verglichen.

Lebensmittelprobenahme für toxische Metallbewertung

Basierend auf Korrelationen zwischen gemeldeter Aufnahme und gemessenen Metallwerten in Blut oder Urin werden Lebensmittelgruppen identifiziert, die am stärksten mit jedem Metall assoziiert sind. Repräsentative Artikel werden dann für Laboranalysen beprobt.

Zum Beispiel, wenn Quecksilberwerte stark mit Fischkonsum korrelieren, werden etwa sechs Fischarten oder -marken, die am häufigsten von hochbelasteten Teilnehmern verzehrt werden, gekauft und analysiert. Die Art und Marke der Lebensmittel wird bei Bedarf durch Nachverfolgung bei Teilnehmern bestätigt.

Jedes Lebensmittel unterliegt chemischem Aufschluss und Quantifizierung von Metallen (Cadmium, Blei, Chrom, Arsen, Quecksilber). Gemessene Konzentrationen werden mit internationalen Datensätzen verglichen, einschließlich EFSA, Codex Alimentarius, U.S. NCEH und israelisches Gesundheitsministerium (Food Control Services, 2016).

Anthropometrische und demografische Messungen

Teilnehmer erscheinen nüchtern (nur Wasser) zum Studienbesuch. Messungen umfassen:

Gewicht und Größe (standardisierte Protokolle),

Körperzusammensetzung mittels InBody 570 (Biospace, Korea), einem validierten bioelektrischen Impedanzanalysator, der Körperfett-, Muskelmasse- und Wasserkompartimentdaten liefert (Miller et al., 2016; Sirirat et al., 2020).

Fragebögen erfassen demografische Informationen, Krankengeschichte, Rauchen, berufliche Expositionen (einschließlich Militärdienst) und Lebensstilfaktoren im Zusammenhang mit Schadstoffbelastung. Diese Tools sind adaptiert von Israels nationaler Schwermetallstudie (Berman et al., 2023) und der europäischen PARC-Initiative (https://www.eu-parc.eu

).

Biologische Probenahme und chemische Analyse

Blut (Vollblut und Serum) und Urinproben werden in BPA-freien Röhrchen gesammelt und bei -20 °C bis zur Analyse gelagert, um chemischen Abbau zu verhindern. Serum wird durch kontrolliertes Auftauen (2-8 °C über Nacht), sanftes Mischen, Gerinnung (30 min), Zentrifugation (15 min, 2000 U/min) und Pipettieren abgetrennt. Vollblutproben werden durch Vortex homogenisiert.

Proben (Blut, Serum, Urin und Lebensmittel) werden mit Analysengrade-Salpetersäure und Wasserstoffperoxid in einem Mikrowellenaufschlussystem nach EPA-3052-Protokollen (Bocca et al., 2003) aufgeschlossen. Leerproben begleiten jede Charge zur Bestimmung von Nachweis- und Quantifizierungsgrenzen. Qualitätskontrolle umfasst zertifizierte Referenzmaterialien und laborübergreifende Validierung mittels geteilter Proben.

Primäranalysen erfolgen im Trace Metal Laboratory der Ariel University (Co-PI: Dr. Daniel Palchan). Zusätzliche oder bestätigende Analysen können im Labor des Gesundheitsministeriums (Dr. Tamar Berman), Hebrew University, Weizmann Institute oder Geological Survey of Israel durchgeführt werden, abhängig von Geräteverfügbarkeit.

Spurenelementquantifizierung erfolgt mittels ICP-MS nach validierten Methoden (Laur et al., 2020). Analytische Protokolle richten sich nach CDC DLS 3040.1-01. Metallkonzentrationen in Blut und Urin werden mit Referenzwerten nationaler (Berman et al., 2023) und internationaler Studien (CDC 2018; EFSA 2010; German Environment Agency 2023) verglichen.

Ergebnisse werden gegen Human-Biomonitoring-Schwellenwerte (HBM-I, HBM-II) bewertet (German Environment Agency 2023). Kreatinin wird zur Urinnormalisierung gemessen.

Datenintegration und statistische Analyse

Alle Datenquellen – FFQ, 3-Tage-Ernährungsprotokoll, anthropometrische Messungen, biologische Proben und chemische Analysen – werden in einer einheitlichen Datenbank integriert. Statistische Analysen untersuchen Beziehungen zwischen Ernährungsmuster und Biomarkerkonzentrationen mittels ANOVA, multivariabler Regression und Korrelationsanalysen. Diätetische Schätzungen der Metallbelastung werden sowohl mit gemessenen biologischen Werten als auch mit Konzentrationen in repräsentativen Lebensmittelproben verglichen.

Mögliche Störfaktoren (Alter, BMI, Rauchen, berufliche Exposition) werden in multivariaten Modellen adjustiert. Sensitivitätsanalysen untersuchen Unterschiede nach Geschlecht und zwischen veganen versus vegetarischen Untergruppen innerhalb der pflanzenbasierten Gruppe.

Pilotstudie

Eine Pilotphase mit 10 Freiwilligen geht der Hauptdatenerhebung voraus. Die Pilotstudie testet Rekrutierung, Aufklärung, FFQ-Ausfüllung, anthropometrische Bewertung, Biosprobenentnahme und Datenerfassungslogistik. Sie dient auch zur Optimierung von Probenvorbereitungsprotokollen im Trace Metal Laboratory.

Falls vollständige Analyseverfahren noch nicht implementiert werden können, werden Mock-Daten für Metallwerte generiert, um Datenbankstruktur und vorläufige statistische Pipelines zu validieren. Biologische Proben aus der Pilotstudie werden eingefroren für spätere Analysen gelagert, sobald vollständige ICP-MS-Verfahren operational sind.