Growth Faltering, Nutrient Supplements, and Environmental Exposures Among Children at Risk for Environmental Enteric Dysfunction in Malawi

Abstract

Ympäristöperäinen suoliston toimintahäiriö (environmental enteric dysfunction, EED), oireeton häiriö, jolle on tunnusomaista krooninen suolistotulehdus ja lisääntynyt suoliston läpäisevyys, on yleinen lasten keskuudessa köyhissä olosuhteissa. EED:tä esiintyy esimerkiksi Malawissa. Tämä häiriö saattaa johtaa kasvun hidastumiseen (mukaan lukien lyhytkasvuisuus), mikä vaikuttaa yli 140 miljoonaan alle 5-vuotiaaseen lapseen maailmanlaajuisesti. Varhaislapsuuden kasvun hidastumisen estämiseksi EED-biomarkkereiden tunnistaminen voisi olla hyödyllistä. Ravitsemusintervention toteuttaminen lipidipohjaisilla ravintolisillä (LNS) ja haitallisten ympäristöaltistusten tunnistaminen voivat molemmat olla hyödyllisiä EED:n ehkäisyssä ja/tai hoidossa.

Väitöskirjassa tutkittiin, ennustaako tietty EED-biomarkkeri, regeneroiva 1B- proteiini (REG1B), kasvun hidastumista 6–30 kuukauden ikäisillä lapsilla. Lisäksi pyrittiin arvioimaan LNS:n vaikutusta EED-biomarkkereihin, mukaan lukien ulosteen alfa-1-antitrypsiini, kalprotektiini ja REG1B, sekä arvioimaan valittujen ympäristöaltistusten ja näiden biomarkkereiden välisiä yhteyksiä.

Väitöskirja perustui Malawin maaseudulla toteutetun satunnaistetun kontrolloidun tutkimuksen toissijaisiin analyyseihin. Tutkimuksessa seurattiin 790 vastasyntynyttä lasta, kunnes he olivat 30 kuukauden ikäisiä. Kuuden kuukauden iästä alkaen 243 lasta sai päivittäin 20 g LNS:ää (small quantity LNS, SQ-LNS) 12 kuukauden ajan, kun taas lapset kontrolliryhmässä eivät saaneet mitään lisäravinteita. Lasten ulostenäytteet kerättiin 6, 18 ja 30 kuukauden iässä. Aiemmin mainitut ulosteen biomarkkereiden pitoisuudet mitattiin entsyymiin sidotun immunosorbenttimäärityksen (ELISA) tekniikalla.

Antropometriset tiedot kerättiin 6, 12, 18, 24 ja 30 kuukauden ikäluokiässä. Näitä mittauksia käytettiin kasvun indikaattorien z-arvojen laskemiseen: pituus (length-for- age z-score, LAZ), paino- (weight-for-age z-score, WAZ), paino (weight-for-length z-score, WLZ), pään ympärys (head circumference z-score, HCZ) ja keskikäsivarren ympärys (mid-upper arm z-score, MUACZ). Tietoja useista ympäristöaltistuksista kerättiin kyselylomakkeilla joko rekisteröinnin yhteydessä tai ennen ulostenäytteiden ottamista.

Ulosteen REG1B-pitoisuden ja keskimääräisen LAZ:n tai WAZ:n välillä ei ollut merkittäviä yhteyksiä 6, 18 tai 30 kuukauden ikäluokissa (p>0,05). Toistuvien mittausten analyysi antoi samanlaisia tuloksia. Ulosteen REG1B pitoisuus ei myöskään liittynyt minkään kasvun indikaattorin muutokseen seuraavan 6 kuukauden aikana. Heikko yhteys ulosteen REG1B-pitoisuuden ja keskimääräisen HCZ:n välillä havaittiin 6 tai 30 kuukauden iässä (kerroin = -0,08, 95 % CI: -0,13 –-0,02; kerroin = 0,08, 95 % CI: 0,01 – 0,16).

Ulosteen alfa-1-antitrypsiinin, kalprotektiinin tai REG1B:n keskimääräiset pitoisuudet 18 kuukauden iässä eivät eronneet SQ-LNS- ja kontrolliryhmien välillä (p>0,05). Tulokset pysyivät muuttumattomina, vaikka otettiin huomioon useita tekijöitä, mukaan lukien näiden biomarkkereiden pitoisuudet 6 kuukauden iässä, lapsen sukupuoli, LAZ ja WAZ 6 kuukauden iässä, äidin immuunikatovirus (HIV) - infektio ja ikä, juomaveden lähteet, saniteettitilat ja kotitalouksien varallisuus. Vastaavasti, kun lapset olivat 30 kuukauden ikäisiä, kahden ryhmän välillä ei ollut eroja kunkin EED-biomarkkerin keskiarvoissa (p>0,05).

Useimmat valitut ympäristöaltistukset eivät liittyneet alfa-1-antitrypsiinin, kalprotektiinin ja REG1B:n keskimääräisiin pitoisuuksiin 18 kuukauden iässä (p>0,05). Herkkyysanalyysi, joka käsitteli puuttuvia tietoja usean imputaation avulla, antoi samanlaisia tuloksia. Poikkeuksia olivat kuitenkin vuodenajat ja asuinalue. Ulosteen kalprotektiinin keskimääräinen pitoisuus oli korkeampi sade- tai kuumalla ja kuivalla kaudella verrattuna kylmään kuivaan kauteen (sadekauden kerroin = 0,39, p = 0,003, kuuman ja kuivan kauden kerroin = 0,37, p = 0,004). Lisäksi Mangochissa asuvilla lapsilla oli alhaisempi ulosteen REG1B:n keskimääräinen pitoisuus kuin Lungwenassa asuvilla (Mangochi-kerroin = -0,45, p = 0,031).

Yhteenvetona voidaan todeta, että ulosteen REG1B-pitoisuus ei ennusta kasvun hidastumista 6–30 kuukauden ikäisillä lapsilla Malawin maaseudulla. Tässä otoksessa ravitsemusinterventio SQ-LNS ei vaikuta EED:hen 18 kuukauden iässä, eikä mikään valituista ympäristöaltistuksista liity EED:hen. Nämä havainnot tarjoavat uutta näyttöä, joka syventää ymmärrystämme EED syy-yhteyksien monimutkaisesta luonteesta.

Environmental enteric dysfunction (EED), a subclinical disorder characterized by chronic intestinal inflammation and increased intestinal permeability, is pervasive among children in resource-limited settings like Malawi. This disorder may result in growth faltering including stunting which affects more than 140 million children under 5 years old worldwide. To prevent growth faltering in early childhood, identifying predictive EED biomarkers could be beneficial. In addition, addressing concerns regarding growth faltering emphasizes the need for the prevention or treatment of EED. Delivering nutrition intervention with lipid-based nutrient supplements (LNS) and identifying adverse environmental exposures may both be beneficial in the prevention and/or treatment of EED.

The thesis aimed to investigate whether a specific EED biomarker, regenerating 1B protein (REG1B), predicts growth faltering in 6–30-month-old children. In addition, the thesis sought to assess the impact of LNS on EED biomarkers including stool alpha-1-antitrypsin, calprotectin and REG1B, and to evaluate the associations between selected environmental exposures and these biomarkers.

The thesis was based on secondary analyses of a randomized controlled trial conducted in rural Malawi. A total of 790 newborns were followed up until they were at the age of 30 months. From the age of 6 months, 243 children received daily 20 g of small-quantity LNS (SQ-LNS) for 12 months, while other children did not receive any supplements. Stool samples were collected from children at the age of 6, 18, and 30 months. Concentrations of stool biomarkers mentioned above were measured using the enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) technique.

Anthropometric data were collected at the age of 6, 12, 18, 24 and 30 months. These measurements were employed to calculate growth indicators including length- for-age z-score (LAZ), weight-for-age z-score (WAZ), weight-for-length z-score (WLZ), head circumference-for-age z-score (HCZ), and mid-upper arm circumference-for-age z-score (MUACZ). Information on multiple environmental exposures were collected using questionnaires either at enrollment or prior to the collection of stool samples.

There were no significant associations between stool REG1B concentration and mean LAZ or WAZ at 6, 18, or 30 months of age (p>0.05). Repeated measurements analysis gave similar results. Stool REG1B concentration was also not associated with the change in any growth indicator within the subsequent 6-month period. A weak association between the concentration of stool REG1B and mean HCZ was found at the age of 6 and 30 months (coefficient=-0.08, 95%CI: -0.13 to -0.02, p=0.007; coefficient=0.08, 95%CI: 0.01 to 0.16, p=0.028).

Mean concentrations of stool alpha-1-antitrypsin, calprotectin or REG1B at the age of 18 months did not differ between the SQ-LNS and control groups (p>0.05). The results were unchanged, even after adjusting for multiple factors, including concentrations of these biomarkers at the age of 6 months, child sex, LAZ and WAZ at the age of 6 months, maternal human immunodeficiency virus (HIV) infection and age, drinking water sources, sanitary facilities and household assets z-score. Analogously, when children were at the age of 30 months, there were no differences in means of each EED biomarker between two groups (p>0.05).

Most selected environmental exposures were not associated with mean concentrations of alpha-1-antitrypsin, calprotectin, and REG1B at the age of 18 months (p>0.05). The sensitivity analysis handling missing data via multiple imputation provided similar results. Nonetheless, there was an exception for seasonality and residence area. The mean concentration of stool calprotectin was higher in the rainy or hot-dry season compared to the cold-dry season (rainy season coefficient=0.39, p=0.003; hot-dry season coefficient =0.37, p=0.004). Additionally, children who lived in Mangochi had a lower mean concentration of stool REG1B than those in Lungwena (Mangochi coefficient=-0.45, p=0.031).

In summary, stool REG1B concentration does not predict growth faltering, in 6– 30-month-old children in rural Malawi. In this sample population, nutrition intervention with SQ-LNS does not have an impact on EED at the age of 18 months and no selected environmental exposures are associated with EED. These findings, contribute to new evidence for better understanding the complexity of EED causal pathways.