野菜と果物の摂取量のバイオマーカーとしての皮膚カロテノイド状態の光学評価

共鳴ラマン分光法（RRS）および反射分光法（RS）は、ヒト皮膚のカロテノイドの非侵襲的検出に適用される光学的方法です。RRSはより古く、より徹底的に検証された方法ですが、RSはより新しいものであり、いくつかの利点があります。集団皮膚カロテノイドレベルは、植物性と果物の摂取のバイオマーカーとして機能するため、どちらの方法でも、食事介入の評価と皮膚カロテノイドと健康と疾患の結果の間の相関のための便利なスクリーニングツールとして有望です。この原稿では、最新の最適化されたデバイス構成について説明し、さまざまな臨床およびフィールド設定での使用を比較します。RRSとRSデバイスの両方が、被験者間で広範囲の皮膚カロテノイドレベルを生成します。これは、バイオマーカーの重要な機能です。メソッドの再現性は、被験者の皮膚カロテノイドレベルと局所分布の均一性に応じて3〜15％です。眼科クリニックから募集された54人の被験者について、最初に生化学血清カロテノイド測定を介して比較的新しいRS方法論の妥当性を確認しました。RS皮膚と血清HPLCカロテノイドレベルの間の高い相関が確立されました（r = 0.81; P <0.001）。また、RSとRRSの皮膚レベルの間に高い相関が見つかりました（r = 0.94 P <0.001）。多様な年齢層と民族の皮膚カロテノイド測定のその後の比較には、569人の成人、サンフランシスコの24日間のケアセンターで2〜5歳の947人の子供が含まれ、主に屋外ヘルスフェアイベントでスクリーニングされたヒスパニック系の成人49人が含まれていました。特定の被験者グループに応じて、RRSメソッドとRSメソッド間の相関係数はR〜0.80とR〜0.96の範囲でした。日本のスクリーニングの分析により、平均して、皮膚のカロテノイドレベルは男性と比較して女性で高く、皮膚レベルは年齢に依存せず、タバコの喫煙者は非喫煙者よりもレベルが低下していることが示されました。メラニンレベルが大きく異なる最も民族的に多様な2つのグループについては、RSおよびRRS皮膚カロテノイドレベルに対する皮膚メラニンの効果を調査しました。分析により、皮膚カロテノイドレベルの大きな変動は、特定のメラニン指数とは無関係に検出可能なままであることが明らかになりました。この挙動は、機器構成で生成された皮膚カロテノイドレベルに対するメラニン効果の欠如と一致しています。RSメソッドは、その比較的単純さにおいてRRSよりも利点があります。近くのUVからIRに近い幅の広いスペクトル範囲での皮膚反射の検出により、主要な組織発色団のそれぞれを定量化し、皮膚カロテノイドレベルの導出においてそれらを考慮に入れるユニークな能力があります。

Resonance Raman spectroscopy (RRS) and reflection spectroscopy (RS) are optical methods applicable to the non-invasive detection of carotenoids in human skin. RRS is the older, more thoroughly validated method, whereas RS is newer and has several advantages. Since collective skin carotenoid levels serve as a biomarker for vegetable and fruit intake, both methods hold promise as convenient screening tools for assessment of dietary interventions and correlations between skin carotenoids and health and disease outcomes. In this manuscript, we describe the most recent optimized device configurations and compare their use in various clinical and field settings. Both RRS and RS devices yield a wide range of skin carotenoid levels between subjects, which is a critical feature for a biomarker. Repeatability of the methods is 3-15% depending on the subject's skin carotenoid level and the uniformity of its local distribution. For 54 subjects recruited from an ophthalmology clinic, we first checked the validity of the relatively novel RS methodology via biochemical serum carotenoid measurements, the latter carried out with high performance liquid chromatography (HPLC). A high correlation between RS skin and serum HPLC carotenoid levels was established (R = 0.81; p < 0.001). Also, a high correlation was found between RS and RRS skin levels (R = 0.94 p < 0.001). Subsequent comparisons of skin carotenoid measurements in diverse age groups and ethnicities included 569 Japanese adults, 947 children with ages 2-5 screened in 24 day care centers in San Francisco, and 49 predominantly Hispanic adults screened at an outdoor health fair event. Depending on the particular subject group, correlation coefficients between the RRS and RS methods ranged between R ∼0.80 and R ∼0.96. Analysis of the Japanese screening showed that, on average, skin carotenoid levels are higher in women compared to men, skin levels do not depend on age, and tobacco smokers have reduced levels versus non-smokers. For the two most ethnically diverse groups with widely varying melanin levels, we investigated the effect of dermal melanin on RS and RRS skin carotenoid levels. The analysis revealed that large variations in skin carotenoid levels remain detectable independent of the particular melanin index. This behavior is consistent with the absence of melanin effects on the skin carotenoid levels generated with the instrument configurations. The RS method has an advantage over RRS in its relative simplicity. Due to its detection of skin reflection over a wide spectral range from the near UV to the near IR, it has the unique ability to quantify each of the major tissue chromophores and take them into account in the derivation of skin carotenoid levels.