Examining the link between maternal nutrition, gestational weight gain, and later offspring health

Aim: The aim of this Ph.D. thesis is to enhance understanding of the relation between maternal diet, gestational weight gain (GWG), and offspring’s cardio-metabolic factors. Moreover, the objective is to identify dietary predictors for excessive GWG. Methods: This thesis comprises four research papers from two different prospective observational cohorts. Papers I-III were based on data from the observational Danish Fetal Origins Cohort (DaFO88), which was established in 1988-1989 in Aarhus (n=965), with a 20-year follow up. On the other hand, paper IV was based on recently collected data from an Icelandic pregnancy cohort, PREgnant Women of ICEland (PREWICE) (n=2113). Offspring of mothers in the DaFO88 cohort participated in a clinical examination at 20 years of age (n=434). The follow-up data included: anthropometry, blood pressure measurements, and cardiovascular biomarkers. Information regarding the maternal diet was collected in gestational week 30 with an FFQ combined with a dietary interview. Maternal markers of inflammation were also quantified in serum from week 30. Taking advantage of epidemiological findings can be difficult in clinical practice, partially because the dietary assessments used can be very detailed and time-consuming. However, the data from the Icelandic PREWICE study was collected using a short dietary screening questionnaire (40 items) to get a snapshot of the participant’s general diet (weeks 11-14 of gestation). Information on maternal weight measurements and birth outcomes was retrieved from maternal records. Data on covariates were obtained from questionnaires and maternal records. Associations were assessed using multivariable linear, Poisson log-linear and logistic regression models. Results: In the first phase of the project, the DaFO88 cohort was used to examine the relationship between maternal GWG and diet with offspring long-term outcomes. Paper I: In adjusted models, GWG was relatively strongly associated with offspring leptin and insulin levels 20 years later. Hence, a 1-kg increase in GWG was associated with 3.7% (95% CI: 1.4, 6.2) higher insulin and 10.7% (95% CI: 5.7, 15.9) higher leptin levels in male offspring. However, GWG was inversely associated with levels of total cholesterol and low-density lipoprotein (LDL) levels among female offspring. Differences in lifestyle habits may account for these sex differences. Paper II: Higher intake of protein during pregnancy, at the expense of carbohydrates, was associated with slightly higher offspring diastolic blood pressure (highest compared to the lowest quintile of protein intake: Δ=2.4 mm Hg; 95% CI: 0.4, 4.4; p=0.03 for trend). Similar differences, although not significant, were found for systolic blood pressure. Paper III: In cross-sectional analysis, both excessive GWG and high maternal protein intake were associated with higher concentrations of inflammatory factors during pregnancy. Each 1-kg increase in GWG was associated with 3% (95% CI: 1, 5) higher C-reactive protein (CRP) and 3% (95% CI: 1, 4) higher serum amyloid A (SAA) concentrations, which corre-sponded to an increase of ~18% to 25% in these inflammatory factors among women with excessive weight gain in pregnancy. With respect to diet, women in the highest compared to the lowest quintile of protein intake had 26% (95% CI: 3, 54) higher CRP concentrations. Intake of animal protein appeared to drive this increase. Paper IV: The results from the PREWICE study showed that a dietary risk score (range 0-5), characterized by a non-varied diet, inadequate fruits/vegetables, milk and whole grain intake, as well as excessive intake of sugar/artificially sweetened beverages and dairy, was associated with excessive GWG and macrosomia. Women with poor dietary habits, i.e., with a high dietary risk score (≥4 scores), had higher risk of excessive GWG (RR=1.24; 95% CI: 1.01, 1.52) and higher odds of delivering macrosomic offspring (OR=2.28; 95% CI: 1.18, 4.38), compared to women with the lowest scores (≤2 scores). Conclusion: The results indicate that maternal diet and GWG may affect levels of inflammatory factors during pregnancy and offspring cardio-metabolic factors at young adult age. Although the observed associations with offspring’s long-term outcomes were modest, we cannot exclude the possibility that these modest shifts may become more apparent later in life. The results from the PREWICE cohort also indicate that by asking simple questions about women’s dietary habits early in pregnancy, we may be able to identify women in more need of support and counseling to meet the GWG recommendations and find women at higher risk of giving birth to a macrosomic infant. Together, the studies highlight the importance of balanced diet and weight gain during pregnancy in terms of short- and long-term health.
Markmið: Markmið þessa doktorsverkefnis er að bæta vísindalega þekkingu hvað varðar tengsl næringar verðandi móður, þyngdaraukningar á meðgöngu og efnaskiptaþátta barna. Enn fremur er markmiðið að greina fæðuþætti sem hafa forspárgildi þegar kemur að óhóflegri þyngdaraukningu á meðgöngu. Aðferðir: Þessi ritgerð er byggð á fjórum vísindagreinum þar sem notast var við tvær ólíkar framvirkar ferilrannsóknir. Greinar I-III voru byggðar á gögnum frá áhorfsrannsókninni Danish Fetal Origins Cohort (DaFO88), sem hófst 1988-1989 í Árósum (n=965) og var með 20 ára eftirfylgni. Grein IV var aftur á móti byggð á nýlegum gögnum frá íslensku þýði, þ.e. PREgnant Women of ICEland (PREWICE) (n=2113). Börn mæðra í DaFO88 þýðinu tóku þátt í klínískri skoðun við 20 ára aldur. Upplýsingum var þá safnað um líkamssamsetningu, blóðþrýsting og lífvísa sem tengjast hjarta- og æðakerfinu. Fæðuval mæðranna var metið á 30. viku meðgöngu, bæði með fæðutíðnispurningalista og viðtali um fæðuvenjur. Lífvísar fyrir bólgumyndun móður voru einnig magngreindir úr sermi í 30. viku. Það getur verið erfitt að nýta niðurstöður áhorfsrannsókna í klínískum aðstæðum. Að hluta til vegna þess að aðferðir sem eru notaðar til að meta fæðuval í þessum rannsóknum eru oft mjög ítarlegar og tímafrekar. Upplýsingum um mataræði í íslensku PREWICE rannsókninni var aftur á móti safnað með því að nota stuttan skimunarlista fyrir fæðuval sem gaf mynd af almennu fæðuvali þátttakenda (á 11.-14. viku meðgöngu). Þyngdarmælingar á meðgöngu og fæðingaútkomur voru fengnar úr mæðraskrám. Upplýsingar um mögulegar skýribreytur voru fengnar úr spurningalistum og mæðraskrám. Tengsl voru metin með fjölþátta línulegri, Poisson og lógístískri aðhvarfsgreiningu. Niðurstöður: Í fyrri hluta verkefnisins var DaFO88 þýðið nýtt til að kanna tengsl þyngdaraukningar á meðgöngu, mataræðis og langtímaútkoma hjá afkvæmum. Grein I: Í leiðréttu módeli var þyngdaraukning á meðgöngu tengd við leptín- og insúlíngildi afkvæma 20 árum síðar. Það er, hvert kg af þyngdaraukningu var tengt við 3,7% (95% CI: 1,4, 6,2) hærri insúlíngildi og 10,7% (95% CI: 5,7, 15,9) hærri leptíngildi hjá karlkyns afkvæmum. Neikvæð tengsl voru aftur á móti milli þyngdaraukningar á meðgöngu og kólesteróls og lágþéttni fitupróteins (low-density lipoprotein, LDL) gilda meðal kvenkyns afkvæma. Þennan kynjamun má mögulega rekja til mismunandi lífsvenja. 8 Grein II: Hærri próteinneysla kvenna á meðgöngu, á kostnað kolvetna, var tengd við lítillega hækkaðan hlébilsþrýsting hjá afkvæmum (hæsti fimmtungur borinn saman við þann lægsta: ∆=2,4 mmHg; 95% CI: 0,4, 4,4; p-gildi =0,03 (p for trend)). Svipaðar niðurstöður, þó ekki marktækar, fengust fyrir slagbilsþrýsting. Grein III: Þversniðsgreiningar bentu til þess að óhófleg þyngdaraukning og mikil próteinneysla á meðgöngu gæti mögulega ýtt undir bólgumyndun. Hvert kg af þyngdaraukningu var þannig tengt 3% (95% CI: 1, 5) hærri C-reactive protein (CRP) og 3% (95% CI: 1, 4) hærri serum amyloid A (SAA) gildum, sem samsvaraði ~18% til 25% aukningar á þessum bólguþáttum hjá þeim konum sem þyngdust óhóflega mikið á meðgöngu. Konur sem voru í hæsta fimmtungi próteinneyslu voru með 26% (95% CI: 3, 54) hærri CRP gildi miðað við konur í lægsta fimmtungi. Þessi aukning virtist stafa af neyslu dýrapróteina. Grein IV: Niðurstöður úr PREWICE rannsókninni sýndu að áhættufæðuskor (sem var á bilinu 0-5), sem einkenndist af lítilli fjölbreytni, ónægri ávaxta-/grænmetis, mjólkur- og heilkornaneyslu, ásamt mikilli neyslu á annars vegar drykkjum sem innihalda sykur/sætuefni og hins vegar mjólkurneyslu, var tengt við aukna áhættu á þyngdaraukningu umfram ráðleggingar og auknum líkum á þungburafæðingum. Konur með óheilsusamlegasta mataræðið, það er með hátt áhættufæðuskor (≥4 stig), voru þannig í aukinni áhættu á þyngdaraukningu umfram ráðleggingar (RR=1,24; 95% CI: 1,01, 1,52) og auknar líkur voru á þungburafæðingum (OR=2,28; 95% CI: 1,18, 4,38) meðal þeirra miðað við konur með lægstu áhættufæðuskorin (≤2 stig). Ályktun: Niðurstöðurnar benda til þess að næring kvenna á meðgöngu og þyngdaraukning umfram ráðleggingar geti mögulega haft áhrif á gildi bólguþátta á meðgöngu og efnaskiptaþætti barna snemma á fullorðinsaldri. Þrátt fyrir að tengsl við langtímaútkomur barna væru hófleg, er ekki hægt að útiloka að þessar lítilvægu breytingar geti orðið greinilegri síðar á ævinni. Niðurstöðurnar frá PREWICE þýðinu benda einnig til þess að með því að spyrja einfaldra spurninga um fæðuval í upphafi meðgöngu, sé mögulega unnt að finna konur sem þurfa aukinn stuðning og ráðgjöf til að þyngjast í samræmi við ráðleggingar og finna konur í aukinni áhættu á því að fæða þungbura. Saman undirstrika rannsóknirnar mikilvægi jafnvægis þegar kemur að mataræði og þyngdaraukning
The project was funded by the Doctoral Grants of the UoI Research Fund and The Technology Development Fund / The Icelandic Centre for Research (RANNIS).