Lung health and fruit/vegetable 

consumption

Dariusz Nowak

Department of Clinical 
Physiology, Medical 
Uniwersity of Lodz 
Mazowiecka 6/8 Poland

 

Respiratory unit (respiratory 
lobule) = respiratory bronchiole, 
alveolar ducts, atria, alveoli 
( diameter ~ 0.2 mm, 300 x 10

6

 

in two lungs) Respiratory 
membrane-  0.6 µm, Diffusion 
area ~ 70 m

2 

 

Cross-sectional view of alveolar walls and 

their vascular supply.

• Lungs are exposed to

     

high concentration of oxygen (13.6% in 

alveolar air)

    air pollutions (e.g. ozone, NO

x 

,SO

2

),

    cigarette smoke

   Pulmonary cells are able to produce 

reactive oxygen species:

   

mitochondrial respiratory chain (leakage 

of 2-4% of reduced oxygen as superoxide 

radical, then it is converted to H

2

O

2

) 

    pulmonary phagocytes (alveolar 

macrophages, neutrophils)

    epithelial and endothelial cells 

   

Antioxidants are the first line of 

   defense against ROS

Enzymatic (SOD, catalase, GSH-Px)
Non-enzymatic, food-derived 
Antioxidant vitamins: C and E, 
β-carotene, lycopene,other carotenoids
Ubiquinone, selenium
Flavonoids (e.g. 

quercetin,hesperidin,kaempherol), 
polyphenols (phloretin, chlorogenic acid, 
catechin)   

• Oxidative stress occurs in variety of 

lung disorders:

• Bronchial asthma
• Emphysema
• Chronic obstructive pulmonary disease (COPD)
• Cystic fibrosis 
• Pneumonia
• Idiopathic pulmonary fibrosis 
• Adult respiratory distress syndrome
• Tuberculosis
• Lung cancer 

Lung function decline with age

(FEV

1

- forced expiratory volume in the first second)

  

COPD and fruits/vegetables  

consumption

• High fruit intake is inversely related to the COPD 

risk (3 cross-sectional studies)

• Non-citrus fruits  (apples, pears, grapes) 

consumption is associated with reduced cough with 
phlegm – cross-sectional study involved 49 140 
men in Singapore

• Solid fruits (apples, pears) inversely associated with 

prevalence of COPD symptoms (chronic cough, 
breathlessness)- 13 651 adults in Netherlands 
(aged 20-59 years). Fruits consumption> 180 g/day 
lowered the prevalence of respiratory symptoms.

• Increased vegetable consumption associated with 

reduced COPD risk (3 cross-sectional studies) . Two 
large studies – no effect on respiratory symptoms 

Soy consumption and COPD risk

 

•

Cross-sectional study: 278 patients with COPD (244 men) 

aged 50-70 years and 340 controls (272 men)

•

Spirometry – lung function, demographic data, habitual 

food consumption – structural questionnaire

•

Results : a) - significant reduction of COPD risk for highest 

daily intake of total soybean products and: 

•

b) – respiratory symptoms (breathlessness) were inversely 

associated with high consumption of soy foods

•

Beneficial  effect of isoflavones on lungs

•

Limitation of the study – low patient number  - preliminary 

results that should be confirmed in further studies

 
.  

Lung function and fruits/vegetables  

consumption

• Cross-sectional analysis:
• Individuals with high intake of 

Vitamin C, A and E have higher lung 
function  (15 studies)

• Higher magnesium intake associated 

with higher lung function and 
reduced risk of asthma (4 studies)  

     Limitations of cross-sectional 

studies:

• Numerous unrecognized confounding factors 

may affect the results

• It is unclear whether obtained associations 

represent causal effect on lung function

 
• Therefore longitudinal ( and intervention) studies 

are necessary  

• Phase I , 2512 subjects (aged 45-59 years) UK ,1979, 

interventions: FEV1, demographic data, smoking, dietary data 
by semi-quantitative food frequency questionnaire. Cross-
sectional analysis

•                             

↓ 

    

longitudinal analysis 

• Phase II 1983 year 1827 subjects (in both phases)
• Cross-sectional results: Subjects consuming 5 or more apples 

per week had FEV1 by 138 ml higher than non-consumers (for 
vitamin E difference – 39 ml)  

• Longitudinal analysis: Average apple consumption was 

significantly associated with change in lung function over 4 
year period. Consumers of ≥ 5 apples per week had lower FEV1 
decline by 74.1 ml.

• Adjustment for confounders: by 47.7 ml and lost significance 

(p= 0.098).

•  No association with vitamins.
• Possible effect of flavonoids (Quercetin) 

   

Butland BK et al. Thorax 2000,55,102-108

                                       

• Phase I , 2633 adults (aged 18-70 years) UK 1991 

year, interventions: FEV1, respiratory symptoms, 

demographic data, smoking, dietary intake semi-

quantitative food frequency questionnaire (Vit. C,A,E, 

magnesium,) skin reactivity to common inhaled 

allergens. Cross-sectional analysis

•                     

↓ 

  

(nine years)  longitudinal analysis

 

• Phase II 2000 year, 1346 subjects, cross-sectional 
• Cross-sectional results (1991 and 2000) higher intake 

of Vit C and magnesium was associated with higher 

FEV1 values.

• Longitudinal analysis: decline in FEV1 between 1991 

and 2000 was lower in persons with higher vit. C 

intake by 50.8 ml per 100 g vit C per day (no relation 

with vit. A and E and magnesium)

• Diet rich in the foods that provide vit. C is likely to be 

beneficial for lungs   

• Mc Keever TM et al.. Am.J.Respir.Crit Care Med. 2002,165,1299-1303

  

Lung cancer and fruits/vegetables  

consumption

• Epidemiological studies (prospective and 

retrospective) : high consumption of fruits or 
vegetables (or both) reduces the risk of lung cancer 
by ~ 25%

• Flavonoids ? , β-carotene ?
• Prospective study , 29 133 heavy smoking men, aged 

50-69 years (Finland); intervention – 50 mg α-
tocopherol or 20 mg β-carotene , both, or placebo 

• After 5-8 years of supplementation  with carotene 

alone or with combination with tocopherol : 

    significant 18% increase in lung cancer and 8% 

increase in overall mortality  

Lung cancer and fruits/vegetables  

consumption

• Another prospective study with β-carotene: 18 341 

heavy smokers or asbestos workers (USA) , 
randomization : 30 mg β-carotene daily and 25 000 IU 
retinyl palmitate (Vit A) for 4 years 

• Results: supplementation group : 28% more lung 

cancer  and 17% more deaths than group 
without supplementation  

• Explanation: high doses of β-carotene can down 

regulate tumor suppressor genes or up-regulate cell 
proliferation genes especially in cigarette smokers 

• Other studies: Dietary intake of β-carotene  

reduces risk of lung cancer !!! – Other factors can 
protect : fibers ?, polyphenols ?, ….?

•   

Lung cancer and fruits/vegetables  

consumption

• Aberrant promoter methylation of tumor suppressor genes 

[(e.g. p16 (CDKN2A), O6-methylguanine-DNA 

methyltransferase (MGMT), ras effector homologue 1]  is 

higher in patients with lung cancer – screening approach 

(sputum samples) for early cancer detection (?)

• 1101 cigarette smokers , food questionnaire, sputum 

analysis for promoter gene methylation 

• Results – consumption of leafy green vegetables (and 

usage of multivitamin) protected against methylation 

•

Stidley CA et al. Cancer Res 2010,70,568

  

 

Apples consumption and lung cancer 

risk

• Apples- significant source of flavonoids (phenolics) 

in people’s diet in Europe and USA

• Nurses’ Health Study and Health Professionals’ 

Follow-up Study (72 000 women and 47 000 men) – 
fruit and vegetable intake was associated with 21% 
reduced risk in lung cancer in women (this was not 
seen in men !)

• Apples  as a one of individual fruits associated with 

decreased risk of lung cancer – one apple per day 
was protective 

• Other 2 studies also revealed protective effect of 

flavonoids intake against lung cancer   

Apples  and lung health

 

• Apples contain: quercetin-3-

galactoside, quercetin-3-
glucoside,quercetin-3-rhamnoside, 
catechin, epicatechin, procyanidin, 
cyanidin-3-galactoside, coumaric 
acid, chlorogenic acid, gallic acid, 
and phloridzin

   Further longitudinal, with 

randomized intervention  studies are 
necessary to establish the impact of 
fruit/vegetables intake on the 
incidence and evolution of lung 
diseases