абстрактно

ЦЕЛТА: Въведете валидността на метода на бикарбонат-карбамид (BU) срещу директни измервания на газообмен (GE) в индиректен калориметър на цялото тяло и сравнете измерванията на BU и двойно маркирана вода (DLW) в условия на свободен живот в същата среда. групи затлъстели жени.

общия

ПРЕДЛОЖЕНИЕ: Разходът на енергия (EE) се изчислява по метода BU за период от 24 часа паралелно с индиректна калориметрия на цялото тяло и впоследствие за 5 последователни дни у дома едновременно с 14 дни DLW. Изследвани са шест жени, индекс на телесна маса (ИТМ) 52, 4 ± 10, 4 kg/m2 (sd).

РЕЗУЛТАТИТЕ: Измерванията на общите енергийни разходи (TEE) с използване на BU и GE в метаболитната камера не се различават съществено (BU = 11, 79 ± 1, 89 MJ/ден и GE = 11, 64 ± 1, 86 MJ/ден; средна разлика, 0,25 ± 0,49 MJ/ден, P> 0,05). Дивите TEE, получени от BU и DLW, също бяха сходни (13, 28 ± 1, 86 и 13, 86 ± 2, 25 MJ/ден, средна разлика 0, 17 ± 1, 33 MJ/ден, P 1 Важен аспект на затлъстяването проучване Въпреки това, точната оценка на енергийния прием (EI) е трудна, особено за затлъстели лица, поради значителни недостатъчни отчети, 2, 3 и следователно голям акцент е поставен върху получаването на доходи от измерване на общите енергийни разходи за живот (TEE) използване на методи за проследяване, по-специално метода с двойно етикетирана вода (DLW).

Методът DLW за вода е метод за разреждане на изотопи, при който енергийният разход се изчислява от производството на ендогенен CO2, който се получава от диференциалното елиминиране на 2H и 18O изотопи от водата в басейна. 4 Методът DLW е валидиран спрямо газообмен (GE) (считан за златен стандарт за оценка на енергийните разходи (EE)), 5, 6, 7, 8, 9 и изследвания на енергийния баланс. 10, 11 Отбелязани са някои разлики между резултатите от валидиращите проучвания, които се дължат на различните физиологични условия на индивидите и грешките, свързани с различните аналитични методи, извършвани от всяка лаборатория. Въпреки това, общата точност на оценката на ЕЕ с използване на DLW се оценява на ± 3-6%. 7, 11, 12, 15, 16, 17, 18, 19 Следователно методът DLW се счита за валиден метод за оценка на свободния живот на TEE и е приложен към широк кръг групи от населението, включително възрастните хора. кърмачета, 18, 21, 22 пациенти 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29 недохранени 30 и затлъстели. 15, 31

Особено интересно валидиращо проучване е в Ravussin et al, 15, което сравнява DLW с GE в метаболитната камера на цялото тяло при група индивиди с различен индекс на телесна маса (BMI). Проучването отчита подценяване на ЕЕ от теглото чрез DLW (r = −0, 81, P 32, обаче, оценява синтеза на мастни киселини и холестерол в организма с теглото на стабилните възрастни и показва малко доказателства за грешки в CO Производство 2, получено от DLW, със средно подценяване на производството на -0,5% CO 2, което предполага, че методът DLW вероятно няма да бъде сериозно засегнат. Нито едно проучване не изследва валидността на DLW в групата със затлъстяване, тъй като проучването Ravussina et al., 15 и други проучвания, които предоставят данни за отделни субекти, не подкрепят връзката между затлъстяването и TEE грешката, оценена в DLW 6, 7, 8, 9, 10. Сега е спешно необходимо да се преразгледат наблюденията на Ravussin и, ако се потвърдят, да се изследвайте други механизми, които могат да възникнат.

Методът BU е валидиран срещу обмен на дихателни газове при здрави слаби индивиди 34 и пациенти с рак на белия дроб. Този метод е приложен и при здрави здрави индивиди, 34 пациенти с рак на белия дроб, 35 мелойоза, 36 ХИВ инфекции 37 и хронична обструктивна белодробна болест (ХОББ). 38 Анализът на публикуваните данни показва, че методът BU подценява EE, получен от GE, само с 0,05 ± 0,31 MJ/ден и не е свързан с количеството телесни мазнини (r = 0,05, като се използват обобщени данни, базирани на две проучвания, в които общите телесни мазнини варират от 0,05 ± 0,31 MJ/ден). от 5 до 36 кг и ИТМ от 21 до 33 кг/м2 34, 35. Въпреки това, повечето участници в тези проучвания не са били със затлъстяване и са надвишавали ограничения диапазон от телесни мазнини. Първият елемент от настоящото изследване на калориметъра за цялото тяло е предназначен да разшири тези валидирания към населението със силно затлъстяване.

Вторият елемент е, че това проучване тества практичността на метода на BU при диви условия, осигурява първо директно сравнение на техниките на BU и DLW при затлъстели лица и осигурява дългосрочни едновременни измервания на производството на CO 2 по два начина с различни метаболитни зависимости, от които Ravussin et al .

Предмети и методи

Шест жени с дълга история на болестно затлъстяване бяха приети от болнична амбулатория (Таблица 1). Тяхното телесно тегло се е променило с по-малко от 2 кг през 4-те седмици преди началото на проучването. С изключение на затлъстяването, всички субекти са били със задоволителен здравен статус. Извършена е пълна анамнеза, физически прегледи и рутинни кръвни измервания. Нито един от пациентите не е имал диабет, но някои са имали артралгия (субект 3 е имал някои симптоми на остеоартрит) и известна степен на диспнея при натоварване. Изследването е проведено в MRC Dunn Clinical Nutrition Center, Кеймбридж, Великобритания. Изследването е одобрено от Съвета за медицински изследвания на Dunn Nutrition Unit (MRC) и болничната етика на Аденбрук. Информираното съгласие е получено в писмена форма от доброволците преди началото на проучването.

Маса в пълен размер

Приложение на бикарбонат 14С

14С бикарбонат се прилага като първична постоянна инфузия. Първичната доза се прилага в деня преди измерването (GE) (ден 0) и инфузията започва. Инфузията (24x106 dpm/ден) се прилага с помощта на мини помпа Graseby (драйвер на Graseby с променлива скорост MS26; Graseby Medical, Watford, UK) и болус карбамид (вижте Elia 39 за изчисляване на дозата). Подробности за методите за поставяне на подкожна канюла са предоставени другаде. Излагането на цялото тяло на 14 С радиация е близо до ежедневното облъчване на фона. 34

Индиректна калориметрия на цялото тяло

Извършени са непрекъснати GE измервания на всички субекти. Анализаторите на CO2 калориметър бяха тествани за линейност през целия работен диапазон. Инфузионните тестове с 80% N2 и 20% CO 2, със скорост от 1,25 l/min, потвърдиха точността на измерванията на калориметъра в рамките на ± 1%.

Субектите са влезли в калориметъра на цялото тяло в 20:00. На ден 0. Общо 37 часа бяха прекарани в калориметричната камера, завършваща в 09:00. На ден 2. След изравняване през нощта, GE измерванията бяха записани от 9:00 сутринта на ден 1 до 9:00 сутринта на ден 2. Субектите следваха същия стандартизиран протокол в калориметър. В допълнение към двата 30-минутни тренировъчни периода (30 минути колоездене при 25 W и 30 минути педалиране и 20 см блокове при 40/min), обектите останаха седнали. Двама пациенти не успяха да изпълнят или завършат упражнения поради физическите си ограничения, диспнея (субект 6) и артритни усложнения (субект 3). Ястията се прилагат в три изоергични хранения (40% мазнини, 47% въглехидрати и 13% протеини) с коефициент на храна от 0,857. Индивидуалните диети са определени за всеки индивид при 1,35 пъти предвижданата базална скорост на метаболизма (BMR). 41 Всяка храна и напитки, които не ядат, се претеглят и записват. По време на проучването са били на разположение чай без кафе и кофеин. BMR е измерен между 08:00 и 09:00 ч в дни 1 и 2 и е осреднен. Пациентите лежат будни, но напълно в покой, при 24 ° C, 12-14 часа след хранене.

В посочените часове бяха получени следните проби, докато субектите бяха в калориметъра: (1) Между 09:00 и 09:15 в дни 1 и 2 бяха взети кръвни проби през херметически затворен капак в двора на калориметъра. за измерване на кръвна урея, бикарбонат, кръвна картина и тестове за чернодробна функция. (2) В 09:00 Взема се проба за вдишване, за да се определи специфичната активност на CO2. (3) От 08:30 до 9:00 Взети са калориметрични въздушни проби за определяне на специфичната CO2 активност. От тези проби от въздух CO2 се улавя във флакони, съдържащи претеглено количество хиамин хидроксид (

3,0 mmol/флакон). Проба (3) заедно с измерената концентрация на CO 2 в калориметричния въздух позволяват изчисляването на общото количество от 14 CO 2 в калориметъра. (4) Измерена, пропорционална проба от изходящия калориметричен въздух се барботира със смес от амониев хидроксид/фенолфталеин през целия 24-часов период и улавя както 14 CO 2, така и общия CO 2, напускайки калориметъра.

Пълни проби от урина са получени на 5 последователни дни от 07:01 до 09:00 и от 09:01 до 07:00 (събиране 2 и 22 часа през всеки 24-часов период), както в калориметъра, така и у дома, за да се изчисли съставната средна специфична активност на уреята.

Безплатни измервания на живота

В края на калориметъра (09:00 h 2 ден) субектите получават перорална доза DLW (0,05 g D 2 O 100% обогатяване и 1,5 g H 2 O 8 10% обогатяване на килограм телесно тегло). След това субектите се въздържаха от ядене или пиене през 4-часовия период на уравновесяване. Проба от урина е получена 4 часа след дозиране (

20 ml). След това субектите бяха върнати у дома и помолени да поддържат обичайните си дейности. Ежедневни проби от урина на място се събират в определено време през следващите 12-14 дни за DLW анализ и останалата урина се добавя към пълните колекции до ден 5.

Поради размера и ограниченията на минипомпата Graseby, на 3 ден беше извършено домашно посещение, за да се замени спринцовката, съдържаща 14С бикарбонатна инфузия, така че инфузията да може да се поддържа до края на 5 дни.

Теглото и височината са измерени в началото (ден 0) и в края (ден 15) от изследването. На 15-ия ден се събира и венозна кръв за измерване на циркулиращите концентрации на бикарбонат и урея, чернодробни функционални тестове и обща кръвна картина, които се измерват съгласно стандартните лабораторни методи.

изчисления

EE в метаболитната камера се изчислява от потреблението на O2 и производството на CO2, като се използват изразите на Elia и Livesey: 40 EE = 15, 818O 2 + 5, 176CO2, където O 2 и CO 2 са в литри, а EE е в килоджаули.

Подробности за анализа, включен в метода BU, включително титруване на хиамин хидроксид и преброяване на сцинтилацията 14С бикарбонат, са предоставени другаде. 34 Изчисляването на производството на CO2 от метода BU се извършва, като се използва уравнението Elia et al: 34 нетно производство на CO 2 (мол/ден) = 0,95 × 0,85 dpm вливан, разделен на съответната специфична активност на карбамид (dpm/mol). енергийният еквивалент на CO 2 е 535 kJ/mol, което е близо до стойността за субекти, близки до хранителния баланс, когато ядат типична западна диета. Използвани са също малки корекционни коефициенти, които отчитат промените в количеството етикети в калориметричния въздух (между 09:00 часа на ден 1 и 09:00 часа на ден 2) и промените в специфичната активност на карбамидния басейн, както е описано. по-вероятно. 34

За измерванията на DLW обогатяването на изотопите се изразява като делта на хиляда, въз основа на международния стандарт Vienna Standard Middle Water Water (SMOW). 2 H/1 H съотношения на изотопи бяха измерени с помощта на мас спектрометър Aqua Sir (Micromass, Wythenshawe, UK) с точност 2,6 ‰ относително SMOW при дублирани измервания. За съотношението 18o/16O пробите се уравновесяват с CO 2. 42 проби (3 ml) се уравновесяват с 13 ml CO 2 при 400 mbar в продължение на 6 часа в система Isoprep (Micromass, Wythenshawe, UK), измерени спрямо резервоара за CO 2, коригирани за изотопни смущения на Hoffman 42 и изразени спрямо SMOW . Точността на измерване на пробите е 0,4 ‰ rel SMOW.

Оценките за производството на CO2 по метода DLW са получени с помощта на многоточков метод с фракционни корекции, както е описано от Coward. Тази процедура използва също така наблюдаваните стойности за пространства за разпределение на изотопи, а не нормализирани стойности. 43 Предполага се, че съотношението на пространствата за разпределение на изотопите може да бъде увеличено при затлъстели лица и значението на това изчисление при изчисленията на DLW беше обсъдено от Coward et al. Средните оценки на вътрешната точност на оценките са 4,35 ± 2,44%, изчислени според Ritz et al. 19.

Съставът на тялото беше определен чрез измервания на TBW, с предвидено съдържание на вода в FFM от 0,73. Нивата на физическа активност (PAL) бяха изчислени като съотношение TEE/BMR.

Статистически методи

Резултатите са изразени като средно ± SD Резултатите, получени с BU срещу GE и BU срещу DLW, са сравнени с помощта на сдвоени тестове на Student.

Изчисленията на размера на пробата за изследване на възможни разлики в EE между DLW и BU методите в свободен живот бяха извършени, както следва. Използвайки данните на Ravussin et al 15 за определяне на уравнението на регресията между несъответствието в EE (DLW-GE) и телесните мазнини (r = 0,812), беше възможно да се изчисли, че степента, до която DLW подценява EE, получена от GE, е 0,93 ден за лица с 50 кг мазнини и 1,52 MJ/ден за лица със 75 кг мазнини. Те бяха свързани със стандартни отклонения на прогнозата (prediction sd) 0, 54 респ. 0,59 MJ/ден. 45 Данни от предишни проучвания на BU, включващи пациенти с 5-36 kg мазнини, показват, че методът на BU предоставя обективни оценки на TEE, които не се променят с увеличаване на телесните мазнини. 34, 35 Използвайки горната информация, бяха извършени изчисления на размера на пробата за лица със затлъстяване с 50 и 75 кг мазнини, използвайки SPSS SamplePower2. За да се намери разликата между DLW и BU 0, 86 MJ/ден (0,93-0,05 MJ/ден) при 50 kg с изход 80% и значение P 9/l; хематокрит 37, 1 ± 6, 5 1/1 × 100, брой на белите кръвни клетки 6, 8 ± 3, 9 10 9/l; плазмен карбамид 4,05 ± 0,9 mmol/l, плазмен бикарбонат 25,4 ± 2,0 mmol/l, плазмен албумин 33,5 ± 4,9 g/l, плазмен билирубин 9,8 ± 6,1 μmol/l).

ЕЕ в калориметрията на цялото тяло

Средното производство на CO2 по калориметричен метод и BU метод е 22, 02 ± 3, 11 и 21, 77 ± 3, 48 mol/ден (Таблица 2). Средният TEE в цялата телесна камера е 11, 78 ± 1, 66 и 11, 64 ± 1, 86 MJ/ден с калориметър и BU метод (Таблица 2). Това доведе до средна групова разлика от 0,25 ± 0,49 MJ/ден 45 между двата метода; това обаче не е било значително (t-тест на сдвоени проби, P> 0,28). Средната стойност на PAL в калориметъра е 1,35 ± 0,06 (диапазон 1, 27-1, 42). Тази променливост в PAL се дължи отчасти на неспособността на двама субекти да завършат тренировъчни периоди поради остър артрит и задух (вж. Индивидуалните стойности на PAL в таблица 3). Няма значителна връзка между разликата в TEE между двата метода (BU-GE) и телесните мазнини, изразени в килограми или проценти, нито само в това проучване (r 2 = 0, 035 и 0004), нито когато данните от това Проучването е в комбинация с резултати от предишни проучвания (r 2 = 0, 009 и 34, 35

Маса в пълен размер

Маса в пълен размер

Не всички субекти консумират цялата доставена храна. По този начин средният енергиен баланс по време на измерванията на калориметъра на цялото тяло е леко отрицателен (-0,95 ± 1,36 MJ/ден). Енергийният прием при субекти 2 и 4 е по-нисък от EE с повече от 2 MJ/ден (Таблица 3). Това може да намали BMR под нормалните нива, но не променя сравнението на общото EE, измерено от GE и BU.

Измервания на свободен живот ЕЕ

Използвайки метода DLW, беше установено, че средното изчислено производство на CO2 е 25, 93 ± 4, 21 mol/ден, което съответства на EE от 13, 86 ± 2, 25 MJ/ден (Таблица 2). Измерените съотношения на пространството, използвани при изчисляването на CO 2 за метода DLW, 5, 12, дават средно съотношение 1, 03 ± 0, 02, а константите на скоростта за 18 O и 2 H са 0, 1031 ± 0, 014 и 0, 0781 ± 0, 012/ден, подобно на предишни проучвания. Резултатите от производството на 43,13 CO 2 от див бикарбонат са дадени в таблица 2. Средното производство на 24, 87 ± 3, 45 mol CO2 е изчислено в сравнение с 25, 93 ± 4, 21, използвайки метода DLW и Coward изчисления и др. 12 Това дава средна разлика от 1, 06 ± 2, 19 mol CO2 между двете групи. Съответните стойности за обща ЕЕ са 13, 29 ± 1, 84 MJ и 13, 86 ± 2, 25 MJ/ден за BU и DLW. Средната разлика между двата метода (0, 17 ± 1, 33 (MJ/ден)) не е значителна (t-тест на сдвоени проби, P> 0,2). PAL (TEE/BMR), изчислени с помощта на измерени BMR (GE) и TEE оценки, използващи DLW и BU, са съответно 1, 62 ± 0, 14 и 1, 56 ± 0, 20.

дискусия

Това проучване предоставя доказателства за валидността на метода BU при група хора със силно затлъстяване в сравнение с GE в калориметър на цялото тяло. Методът BU прогнозира, че TEE е 99,1 ± 2,5% от стойността, получена чрез индиректна калориметрия, което е подобно на стойността от 102,1 ± 3,4%, получена при пациенти с рак на белия дроб на 35 и 100 ± 5% при здрави бедни мъже. Това проучване предоставя и първо сравнение между методите BU и DLW (разлика -3,4 ± 8,01%, таблица 2). Това илюстрира практичността на вливането на подкожен бикарбонат на открито за по-дълги периоди от предишните опити (5 дни). Както в предишни проучвания, 34, 36, 37, 38, помпата се понася добре и не предизвиква локален възпалителен отговор. Въпреки че един индивид съобщава за леко дразнене, никой не съобщава, че тази процедура предотвратява нормалните ежедневни дейности.

Всеки метод, използван за измерване на ЕЕ, носи някои свои собствени грешки. Точността на измерванията на CO 2 в цялата телесна камера е по-добра от 1,0%, а методът BU до около 2,5%, 20, което в най-добрия случай е достатъчно, за да съответства на около половината от дисперсията на разликата между двете стойности. методи (sd 3, 8%). След това оставащата дисперсия може да се отдаде на биологичните фактори, влияещи по различен начин на двата метода.

Данните от предварително публикувани проучвания също могат да се използват, за да се оцени дали разликата в EE (DLW/GE × 100) е свързана с теглото на мазнините. Използвайки индивидуални резултати от три проучвания, в които се съобщава за телесни мазнини, се установи, че връзката е слаба (r 2 = 0, 10, градиент 0,51% EE/kg; n = 27), незначителна и по-скоро положителна. като отрицателен, което означава, че ако нещо друго, увеличаването на телесните мазнини има тенденция да бъде свързано с надценяване, а не с подценяване на ЕЕ. Подобни общи тенденции бяха получени, когато резултатите бяха изследвани с помощта на анализ на ковариацията (нито едно проучване не показва взаимодействия с мазнини, r2 = 0,25; градиент 0,45% EE/kg мазнини; n = 27) и когато всяко проучване беше анализирано поотделно. В допълнение,% разликата в ЕЕ с% телесни мазнини (r2 = 0,04, градиент 0,25% ЕЕ/кг мазнини; n = 27) и ИТМ (r2 = 0,082, градиент 1, 130% ЕЕ/кг мазнини; n = 27)) също бяха слаби, не изразени и положителни. Тези резултати са получени от лица с ограничен обхват на телесните мазнини (диапазон 5, 8–24, 9 kg), съдържание на телесни мазнини (8, 2–31, 0%) или ИТМ (19, 4–30, 5 kg/m 2 ), но все още не поддържат Ravussin et al. 15 показват прогресивното подценяване на EE DLW с увеличаване на телесните мазнини.

В обобщение, това проучване потвърждава валидността на метода BU срещу измерване на EE чрез директно измерване на GE в индиректен калориметър на цялото тяло и демонстрира практическото приложение на метода BU в продължение на 5 дни, което е най-продължителното приложение на тази техника досега. В допълнение, това е първото проучване, което демонстрира съгласуваността между методите BU и DLW за измерване на TEE в диви условия. Това избягва предишни доклади, предполагащи широко разпространено систематично подценяване на EE DLW при силно затлъстели индивиди.

Благодаря

Благодарим на G Jennings, WA Coward и служители на бившия отдел за хранене на MRC Dunn за тяхната помощ при това проучване.