abstract

SCOPUL: Introduceți validitatea metodei bicarbonat-uree (BU) împotriva măsurătorilor directe ale schimbului de gaze (GE) într-un calorimetru indirect al întregului corp și comparați măsurătorile BU și a apei dublu etichetate (DLW) în condiții de viață liberă în același mediu. grupuri de femei obeze.

metodei

PROPUNERE: Cheltuielile cu energia (EE) au fost estimate prin metoda BU pe o perioadă de 24 de ore în paralel cu calorimetria indirectă a întregului corp și ulterior timp de 5 zile consecutive acasă simultan cu 14 zile de DLW. Au fost studiate șase femei, indicele de masă corporală (IMC) 52,4 ± 10,4 kg/m2 (sd).

REZULTATELE: Măsurătorile cheltuielilor totale de energie (TEE) de către BU și GE în camera metabolică nu au fost semnificativ diferite (BU = 11, 79 ± 1, 89 MJ/zi și GE = 11, 64 ± 1, 86 MJ/zi; diferență medie, 0,25 ± 0,49 MJ/zi, P> 0,05). TEE sălbatic derivat din BU și DLW au fost, de asemenea, similare (13, 28 ± 1, 86 și 13, 86 ± 2, 25 MJ/zi, diferență medie 0, 17 ± 1, 33 MJ/zi, P 1 Aspect important al obezității studiu Cu toate acestea, o evaluare exactă a aportului de energie (EI) este dificilă, în special pentru persoanele obeze, din cauza raportării insuficiente semnificative, 2, 3 și, prin urmare, s-a pus un mare accent pe obținerea de venituri din măsurarea cheltuielilor totale de energie pentru locuințe folosind metode de urmărire, în special metoda cu apă dublu etichetată (DLW).

Metoda apei DLW este o metodă de diluare a izotopilor în care cheltuiala energetică este calculată din producția de CO2 endogen, care este derivat din eliminarea diferențială a izotopilor 2H și 18O din apa din piscină. 4 Metoda DLW a fost validată pe baza schimbului de gaze (GE) (considerat standardul de aur pentru estimarea cheltuielilor de energie (EE)), 5, 6, 7, 8, 9 și studii de bilanț energetic. 10, 11 Au fost observate unele diferențe între rezultatele studiilor de validare, care au fost atribuite diferitelor condiții fiziologice ale indivizilor și erorilor asociate diferitelor metode analitice efectuate de fiecare laborator. Cu toate acestea, precizia generală a estimării EE utilizând DLW este estimată la ± 3-6%. 7, 11, 12, 15, 16, 17, 18, 19 Metoda DLW este, prin urmare, considerată o metodă validă pentru estimarea vieții libere TEE și a fost aplicată unei game largi de grupuri de populație, inclusiv vârstnici. sugari, 18, 21, 22 pacienți 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29 subnutriți 30 și obezi. 15, 31

Un studiu de validare deosebit de interesant este în Ravussin și colab., 15, care a comparat DLW cu GE în întreaga cameră metabolică a corpului într-un grup de indivizi cu un indice de masă corporală (IMC) diferit. Studiul a raportat o subestimare a EE sub raportul greutății de către DLW (r = -0, 81, P 32, cu toate acestea, a estimat sinteza acizilor grași și a colesterolului în organism cu greutatea adulților stabili și a arătat puține dovezi ale erorilor în DLW -producția de CO 2 derivată, cu o subestimare medie de -0,5% producția de CO 2, sugerând că este puțin probabil ca metoda DLW să fie grav afectată. Niciun studiu nu a examinat validitatea DLW în grupul obez, deoarece studiul Ravussina și colab., 15 și alte studii care au furnizat date despre subiecți individuali, nu au susținut relația dintre adipozitate și eroarea TEE estimată în DLW 6, 7, 8, 9, 10 Există acum o nevoie urgentă de a reexamina observațiile lui Ravussin și, dacă este confirmat, examinează alte mecanisme care pot apărea.

Metoda BU a fost validată împotriva schimbului de gaze respiratorii la persoanele sănătoase slabe 34 și la pacienții cu cancer pulmonar. Această metodă a fost aplicată și persoanelor sănătoase sănătoase, 34 de pacienți cu cancer pulmonar, 35 de melioză, 36 de infecții cu HIV 37 și boli pulmonare obstructive cronice (BPOC). 38 Analiza datelor publicate arată că metoda BU a subestimat EE obținută de GE cu doar 0,05 ± 0,31 MJ/zi și nu a fost legată de cantitatea de grăsime corporală (r = 0,05, folosind date combinate pe baza a două studii în care grăsimea corporală totală a variat de la 0,05 ± 0,31 MJ/zi). de la 5 la 36 kg și IMC de la 21 la 33 kg/m2 34, 35. Cu toate acestea, majoritatea subiecților din aceste studii nu au fost obezi și au depășit intervalul limitat de grăsime corporală. Primul element al studiului actual al calorimetrului întregului corp a fost conceput pentru a extinde aceste validări la populația cu obezitate gravă.

Al doilea element este că acest studiu testează practicitatea metodei BU în condiții sălbatice, oferă o primă comparație directă a tehnicilor BU și DLW la subiecții obezi și oferă măsurători concurente pe termen lung ale producției de CO 2 în două moduri cu dependențe metabolice diferite, din care Ravussin și colab .

Subiecte și metode

Șase femei cu un istoric îndelungat de obezitate morbidă au fost admise de la un ambulatoriu de spital (Tabelul 1). Greutatea lor corporală s-a modificat cu mai puțin de 2 kg în timpul celor 4 săptămâni înainte de începerea studiului. Cu excepția obezității, toți subiecții au fost considerați a avea o stare de sănătate satisfăcătoare. Au fost efectuate un istoric complet, examinări fizice și măsurători de sânge de rutină. Niciunul dintre pacienți nu a avut diabet, dar unii au avut artralgie (subiectul 3 a prezentat unele simptome de osteoartrita) și un anumit grad de dispnee indusă de efort. Studiul a fost efectuat la MRC Dunn Clinical Nutrition Center, Cambridge, Marea Britanie. Studiul a fost aprobat de Consiliul de Cercetare Medicală al Unității Nutritive Dunn (MRC) și de Etica Spitalului Addenbrooke. Consimțământul informat a fost obținut în scris de la voluntari înainte de începerea studiului.

Tabel în dimensiune completă

Administrarea de bicarbonat 14C

Bicarbonatul 14C a fost administrat ca perfuzie constantă primară. Doza primară a fost administrată cu o zi înainte de măsurare (GE) (ziua 0) și perfuzia a fost începută. Infuzia (24x106 dpm/zi) a fost administrată folosind o minipompă Graseby (driver Graseby cu rată variabilă MS26; Graseby Medical, Watford, Marea Britanie) și un bolus uree prime (vezi Elia 39 pentru calcularea dozei). Detalii despre metodele de inserare a unei canule subcutanate sunt furnizate în altă parte. Expunerea întregului corp la radiații de 14 C a fost aproape de iradierea zilnică de fond. 34

Calorimetrie indirectă a întregului corp

S-au efectuat măsurători continue ale GE la toți subiecții. Analizoarele calorimetrice CO2 au fost testate pentru liniaritate pe întregul domeniu de funcționare. Testele de perfuzie cu 80% N2 și 20% CO2, la o rată de 1, 25 l/min, au confirmat acuratețea măsurătorilor calorimetrice în intervalul de ± 1%.

Subiecții au intrat în calorimetrul întregului corp la ora 20:00. În ziua 0. Un total de 37 de ore au fost petrecute în camera calorimetrică, încheindu-se la ora 09:00. În ziua 2. După echilibrarea peste noapte, măsurătorile GE au fost înregistrate de la ora 9:00 în ziua 1 până la ora 9:00 în ziua 2. Subiecții au urmat același protocol standardizat într-un calorimetru. Cu excepția a două perioade de antrenament de 30 de minute (30 de minute de mers cu bicicleta la 25 W și 30 de minute de pedalare și blocuri de 20 cm la 40/min), subiecții au rămas așezați. Doi pacienți nu au reușit să efectueze sau să efectueze exerciții fizice din cauza limitărilor lor fizice, dispneei (subiectul 6) și complicațiilor artritice (subiectului 3). Mesele au fost administrate în trei mese izoergice (40% grăsimi, 47% carbohidrați și 13% proteine) cu un coeficient alimentar de 0,857. Dietele individuale au fost determinate pentru fiecare individ la 1,35 ori rata metabolică bazală prevăzută (BMR). 41 Orice mâncare și băutură pe care nu au mâncat-o a fost cântărită și înregistrată. Ceaiul și cafeaua decofeinizate au fost disponibile în timpul studiului. BMR a fost măsurat între 08:00 și 09:00 h în zilele 1 și 2 și a fost calculat în medie. Pacienții stau treji, dar complet odihniți, la 24 ° C, 12-14 ore după masă.

La orele indicate, s-au obținut următoarele probe în timp ce subiecții se aflau în calorimetru: (1) Între orele 09:00 și 09:15 în zilele 1 și 2, probele de sânge au fost prelevate printr-un capac etanș în curtea calorimetrului. pentru măsurarea ureei din sânge, a bicarbonatului, a numărului de sânge integral și a testelor funcției hepatice. (2) La 09:00 A fost prelevată o probă de respirație pentru a determina activitatea specifică a CO2. (3) De la 08:30 la 9:00 Au fost prelevate probe calorimetrice de aer pentru a determina activitatea specifică de CO2. Din aceste probe de aer, CO2 a fost capturat în flacoane care conțin o cantitate cântărită de hidroxid de hidamină (

3,0 mmol/flacon). Proba (3) împreună cu concentrația măsurată de CO 2 a aerului calorimetric a permis calcularea cantității totale de 14 CO 2 în calorimetru. (4) O probă măsurată, proporțională a aerului calorimetric de ieșire a fost barbotată cu un amestec de hidroxid de amoniu/fenolftaleină pe parcursul perioadei de 24 de ore și a captat atât 14 CO 2, cât și CO 2 total care părăsea calorimetrul.

Probele complete de urină au fost obținute în 5 zile consecutive de la 07:01 la 09:00 și de la 09:01 la 07:00 (colectare 2 și 22 ore în fiecare perioadă de 24 de ore), atât în ​​calorimetru, cât și acasă., pentru a estima activitatea specifică medie compusă a ureei.

Măsurători gratuite de viață

La sfârșitul calorimetrului (09:00 h 2 zi), subiecții au primit o doză orală de DLW (0,05 g D 2 O la 100% îmbogățire și 1,5 g H 2 O 8 10% îmbogățire pe kilogram corp). Subiecții s-au abținut apoi să mănânce sau să bea în timpul perioadei de echilibrare de 4 ore. O probă de urină a fost obținută la 4 ore după administrare (

20 ml). Subiecții au fost apoi întorși acasă și li s-a cerut să-și mențină activitățile obișnuite. Probele zilnice de urină spot au fost colectate la un moment definit în următoarele 12-14 zile pentru analiza DLW și urina rămasă a fost adăugată la colecțiile complete până în ziua 5.

Datorită dimensiunii și limitărilor minipompei Graseby, a fost efectuată o vizită la domiciliu în ziua 3 pentru a înlocui seringa care conține perfuzia de bicarbonat 14C astfel încât perfuzia să poată fi menținută până la sfârșitul celor 5 zile.

Greutatea și înălțimea au fost măsurate la începutul (ziua 0) și la sfârșitul (ziua 15) a studiului. În ziua 15, sângele venos a fost, de asemenea, colectat pentru a măsura concentrațiile circulante de bicarbonat și uree, testele funcției hepatice și numărul total de sânge, care au fost măsurate conform metodelor standard de laborator.

calcule

EE în camera metabolică a fost calculată din consumul de O2 și producția de CO2 utilizând expresia Elia și Livesey: 40 EE = 15, 818O 2 + 5, 176CO2, unde O 2 și CO 2 sunt în litri și EE este în kilojuli.

Detalii despre analiza inclusă în metoda BU, inclusiv titrarea hidroxidului de hidamină și numărarea scintilației de bicarbonat 14C, sunt furnizate în altă parte. 34 Calculul producției de CO2 din metoda BU a fost efectuat folosind ecuația Elia și colab: 34 producția netă de CO 2 (mol/zi) = 0,95 × 0,85 dpm infuzat împărțit la activitatea specifică ureei corespunzătoare (dpm/mol). echivalentul energetic al CO 2 este de 535 kJ/mol, care este aproape de valoarea pentru subiecții apropiați de echilibrul nutrienților atunci când se ia o dietă tipică occidentală. Mici factori de corecție care iau în considerare modificările cantității de etichetare în aerul calorimetric (între 09:00 în ziua 1 și 09:00 în ziua 2) și modificările activității specifice bazinului de uree au fost, de asemenea, utilizați așa cum a fost descris. mai probabil. 34

Pentru măsurătorile DLW, îmbogățirea izotopilor a fost exprimată ca delta la mie, pe baza standardului internațional Vienna Standard Middle Ocean Water (SMOW). Rapoartele izotopului 2 H/1 H au fost măsurate folosind un spectrometru de masă Aqua Sir (Micromass, Wythenshawe, Marea Britanie) cu o precizie de 2,6 ‰ SMOW relativ în măsurători duplicate. Pentru raportul 18o/16O, probele au fost echilibrate cu CO 2. Probele (3 ml) au fost echilibrate cu 13 ml de CO 2 la 400 mbar timp de 6 ore într-un sistem Isoprep (Micromass, Wythenshawe, Marea Britanie), măsurate în raport cu rezervorul de CO 2, corectate pentru interferența izotopului Hoffman 42 și exprimate în raport cu SMOW. Precizia de măsurare a probelor a fost de 0,4 ‰ rel SMOW.

Estimările producției de CO2 prin metoda DLW au fost obținute utilizând metoda multipunct cu corecții fracționare, așa cum este descris de Coward. Această procedură utilizează, de asemenea, valorile observate pentru spațiile de distribuție a izotopilor, mai degrabă decât valorile normalizate. 43 Se presupune că raportul dintre spațiile de distribuție a izotopilor poate fi crescut la subiecții obezi, iar semnificația acestui calcul în calculele DLW a fost discutată de Coward și colab. Estimările medii ale acurateții interne a estimărilor au fost de 4,35 ± 2,44%, calculate conform lui Ritz și colab. 19

Compoziția corpului a fost determinată prin măsurători TBW, cu un conținut de apă prevăzut în FFM de 0,73. Nivelurile de activitate fizică (PAL) au fost calculate ca raport TEE/BMR.

metode statistice

Rezultatele sunt exprimate ca medie ± SD Rezultatele obținute cu BU vs GE și BU vs DLW au fost comparate folosind testele pereche ale Studentului.

Calculele dimensiunii eșantionului pentru a investiga posibilele diferențe în EE între metodele DLW și BU în viața liberă au fost efectuate după cum urmează. Folosind datele lui Ravussin și colab. 15 pentru a determina ecuația de regresie între discrepanța dintre EE (DLW-GE) și grăsimea corporală (r = 0,812), a fost posibil să se calculeze că măsura în care DLW a subestimat EE obținută de GE a fost de 0,93 zi pentru persoanele cu 50 kg de grăsime și 1,52 MJ/zi pentru persoanele cu 75 kg de grăsime. Acestea au fost asociate cu abateri standard ale predicției (predicție sd) 0, 54 resp. 0,59 MJ/zi. 45 Datele din studiile anterioare privind BU cu subiecți cu 5-36 kg grăsime arată că metoda BU oferă estimări obiective ale TEE care nu se modifică odată cu creșterea grăsimii corporale. 34, 35 Folosind informațiile de mai sus, s-au efectuat calcule ale mărimii eșantionului pentru persoanele obeze cu 50 și 75 kg grăsime folosind SPSS SamplePower2. Pentru a găsi diferența dintre DLW și BU 0,86 MJ/zi (0,93-0,05 MJ/zi) la 50 kg cu o putere de 80% și o semnificație de P 9/l; hematocrit 37, 1 ± 6, 5 1/1 × 100, număr de globule albe 6, 8 ± 3, 9 10 9/l; uree plasmatică 4,05 ± 0,9 mmol/l, bicarbonat de plasmă 25,4 ± 2,0 mmol/l, albumină plasmatică 33,5 ± 4,9 g/l, bilirubină plasmatică 9,8 ± 6,1 μmol/l).

EE în calorimetria întregului corp

Producția medie de CO2 prin metoda calorimetrică și metoda BU a fost de 22, 02 ± 3, 11 și 21, 77 ± 3, 48 mol/zi (Tabelul 2). Media TEE în întreaga cameră a corpului a fost de 11, 78 ± 1, 66 și 11, 64 ± 1, 86 MJ/zi cu calorimetru și metoda BU (Tabelul 2). Acest lucru a dus la o diferență medie de grup de 0,25 ± 0,49 MJ/zi 45 între cele două metode; totuși, acest lucru nu a fost semnificativ (testul t eșantion asociat, P> 0,28). Valoarea medie a PAL în calorimetru a fost de 1,35 ± 0,06 (interval 1, 27-1, 42). Această variabilitate în PAL s-a datorat parțial incapacității a doi subiecți de a finaliza perioadele de exercițiu, din cauza artritei acute și a dificultății de respirație (vezi valorile PAL individuale în Tabelul 3). Nu a existat o relație semnificativă între diferența de TEE între cele două metode (BU-GE) și grăsimea corporală exprimată în kilograme sau procente, fie doar în acest studiu (r 2 = 0, 035 și 0004), sau când datele din acest studiile au fost în combinație cu rezultatele studiilor anterioare (r 2 = 0, 009 și 34, 35

Tabel în dimensiune completă

Tabel în dimensiune completă

Nu toți subiecții au consumat toată mâncarea care a fost livrată. Balanța medie a energiei în timpul măsurătorilor calorimetrului întregului corp a fost astfel ușor negativă (-0,95 ± 1,36 MJ/zi). Aportul de energie la subiecții 2 și 4 a fost mai mic decât EE cu mai mult de 2 MJ/zi (Tabelul 3). Acest lucru poate reduce BMR sub nivelurile normale, dar nu modifică comparația EE total măsurată de GE și BU.

Măsurători ale vieții libere EE

Folosind metoda DLW, s-a constatat că producția medie estimată de CO2 este de 25, 93 ± 4, 21 mol/zi, corespunzând unui EE de 13, 86 ± 2, 25 MJ/zi (Tabelul 2). Rapoartele de spațiu măsurate utilizate în calculul CO 2 pentru metoda DLW, 5, 12 au dat un raport mediu de 1, 03 ± 0, 02, iar constantele de viteză pentru 18 O și 2 H au fost 0, 1031 ± 0, 014 și 0, 0781 ± 0, 012/zi, similar studiilor anterioare. Rezultatele producției de 43,13 CO 2 din bicarbonat sălbatic sunt date în tabelul 2. Producția medie de 24, 87 ± 3, 45 mol CO2 a fost calculată comparativ cu 25, 93 ± 4, 21 folosind metoda DLW și Coward calcule și colab. 12 Aceasta oferă o diferență medie de 1,06 ± 2, 19 mol CO2 între cele două grupuri. Valorile corespunzătoare pentru EE totală au fost 13, 29 ± 1, 84 MJ și 13, 86 ± 2, 25 MJ/zi pentru BU și DLW. Diferența medie între cele două metode (0, 17 ± 1, 33 (MJ/zi)) nu a fost semnificativă (test per t eșantion pereche, P> 0,2). PAL (TEE/BMR) calculat utilizând estimările BMR (GE) măsurate și TEE folosind DLW și BU au fost 1, 62 ± 0, 14 și 1, 56 ± 0, 20, respectiv.

discuţie

Acest studiu oferă dovezi pentru validitatea metodei BU într-un grup de indivizi cu obezitate severă, comparativ cu GE într-un calorimetru pentru tot corpul. Metoda BU a prezis că TEE a fost de 99,1 ± 2,5% din valoarea obținută prin calorimetrie indirectă, care este similară cu valoarea de 102,1 ± 3,4% obținută la pacienții cu cancer pulmonar 35 și 100 ± 5% la bărbații săraci sănătoși. Acest studiu oferă, de asemenea, o primă comparație între metodele BU și DLW (diferență -3,4 ± 8,01%, Tabelul 2). Acesta ilustrează caracterul practic al perfuziei bicarbonatului subcutanat în aer liber pentru perioade mai lungi decât s-a încercat anterior (5 zile). Ca și în studiile anterioare, 34, 36, 37, 38, pompa a fost bine tolerată și nu a provocat un răspuns inflamator local. Deși o persoană a raportat o iritare ușoară, nimeni nu a raportat că această procedură a împiedicat activitățile zilnice normale.

Fiecare metodă utilizată pentru a măsura EE poartă unele dintre propriile erori. Precizia măsurătorilor de CO 2 în întreaga cameră a corpului este mai bună de 1,0%, iar metoda BU până la aproximativ 2,5%, 20, care este cel mai bine suficientă pentru a corespunde cu aproximativ jumătate din varianța diferenței dintre cele două valori. metode (sd 3, 8%). Varianța rămasă poate fi apoi atribuită factorilor biologici care afectează cele două metode în moduri diferite.

Datele din studiile publicate anterior pot fi, de asemenea, utilizate pentru a evalua dacă diferența în EE (DLW/GE × 100) este legată de greutatea grăsimilor. Utilizând rezultatele individuale din trei studii în care a fost raportată grăsimea corporală, relația sa dovedit a fi slabă (r 2 = 0, 10, gradient 0,51% EE/kg; n = 27), nu semnificativă și destul de pozitivă. ca negativ, ceea ce înseamnă că, dacă este ceva, o creștere a grăsimii corporale tinde să fie asociată cu o supraestimare, mai degrabă decât cu o subestimare a EE. Tendințe generale similare au fost obținute atunci când rezultatele au fost examinate utilizând analiza covarianței (niciun studiu nu a arătat interacțiuni grase, r2 = 0,25; gradient 0,45% EE/kg grăsime; n = 27) și când fiecare studiu a fost analizat separat. În plus, diferența% în EE cu% grăsime corporală (r2 = 0,04, gradient 0,25% EE/kg grăsime; n = 27) și IMC (r2 = 0,082, gradient 1, 130% EE/kg grăsime; n = 27)) au fost, de asemenea, slabe, nu pronunțate și pozitive. Aceste rezultate au fost derivate de la indivizi cu un domeniu limitat de grăsime corporală (interval 5, 8-24, 9 kg), conținut de grăsime corporală (8, 2-31, 0%) sau IMC (19, 4-30, 5 kg/m 2 ), dar încă nu acceptă Ravussin și colab. 15 arată subestimarea progresivă a EE DLW pe măsură ce grăsimea corporală crește.

Pe scurt, acest studiu confirmă validitatea metodei BU împotriva măsurării EE prin măsurarea directă a GE într-un calorimetru indirect al întregului corp și demonstrează aplicarea practică a metodei BU timp de 5 zile, care este cea mai lungă aplicare a acestei tehnici de departe. În plus, este primul studiu care demonstrează coerența dintre metodele BU și DLW pentru măsurarea TEE în condiții sălbatice. Acest lucru evită rapoartele anterioare care sugerează o subestimare sistematică pe scară largă a EE DLW la persoanele cu obezitate severă.

Mulțumiri

Mulțumim lui G Jennings, WA Coward și angajaților fostei unități de nutriție MRC Dunn pentru ajutorul acordat cu acest studiu.