Резюме

ЦІЛЬ: Встановити обгрунтованість методу бікарбонат-сечовина (BU) проти прямих вимірювань газообміну (GE) в непрямому калориметрі всього тіла та порівняти вимірювання BU і води з подвійною міткою (DLW) в умовах вільного проживання в та ж група сильно страждає ожирінням жінок.

енергії

ДИЗАЙН: Витрати енергії (ЕЕ) оцінювали за методом BU протягом 24 годин одночасно з непрямою калориметрією всього тіла і, згодом, протягом 5 днів поспіль вдома разом із DLW 14 днів. Досліджено шість жінок, індекс маси тіла (ІМТ) 52,4 ± 10,4 кг/м 2 (сд).

РЕЗУЛЬТАТИ: вимірювання загальних витрат енергії (TEE) за BU та GE в метаболічній камері не суттєво відрізнялись (BU = 11,79 ± 1,89 МДж/день та GE = 11,64 ± 1,86 МДж/день; середня різниця, 0,25 ± 0,49 МДж/день, P > 0,05). ТЕЕ вільного життя, отримане від BU та DLW, також було подібним (13,28 ± 1,86 та 13,86 ± 2,25 МДж/день відповідно; середня різниця 0,17 ± 1,33 МДж/день, P 1 Важливим аспектом дослідження ожиріння є оцінка Однак точна оцінка споживання енергії (ЕІ) важка, особливо у людей із ожирінням, через недооцінку, 2, 3, і тому значний акцент був зроблений на виведенні споживання з вимірювань загальної вільноживучої енергії витрат (TEE) із використанням методів трасування, зокрема методу подвійного маркування води (DLW).

Водний метод DLW є методом ізотопного розведення, де витрати енергії розраховуються на основі ендогенного вироблення CO 2, яке отримується шляхом диференціального видалення ізотопів 2H та 18O з басейну води тіла. 4 Метод DLW затверджений на основі газообміну (GE) (вважається золотим стандартом для оцінки витрат енергії (EE)), 5, 6, 7, 8, 9 та досліджень енергетичного балансу. 10, 11 Повідомлялося про деякі варіації між результатами валідаційних досліджень, які були віднесені до різних фізіологічних станів людей та помилок, пов'язаних з різними аналітичними методами, що виконуються кожною лабораторією. 12, 13, 14 Однак загальна точність оцінки ЕЕ за допомогою DLW оцінюється в межах ± 3–6%. 7, 11, 12, 15, 16, 17, 18, 19 Отже, метод DLW вважається дійсним методом оцінки ТЕЕ вільного життя і застосовувався до цілого ряду груп населення, включаючи людей похилого віку, 20 немовлят, 18, 21, 22 хворих 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29 недоїдають 30 і страждають ожирінням. 15, 31

Валідаційне дослідження, яке представляє особливий інтерес, є дослідженням Равуссіна та співавт., Які порівнювали DLW з GE у метаболічній камері всього тіла у групи осіб з різним індексом маси тіла (ІМТ). У дослідженні повідомлялося про недооцінку ЕЕ за DLW, що було пов'язано з масою жиру (r = −0,81, P 32 оцінював синтез жирних кислот і холестерину у всьому організмі у дорослих зі стабільною вагою та показав мало доказів помилок у вмісті CO 2 виробництво, отримане від DLW, із середньою заниженою -0,5% вироблення CO 2, що припускає, що метод DLW навряд чи буде серйозно порушений. Жодні дослідження не досліджували валідність DLW у групі ожиріння, оскільки Ravussin et al 15 та інші Дослідження, що давали дані від окремих суб'єктів, не підтвердили зв'язок між ожирінням та помилкою ТЕЕ, оціненою DLW. 6, 7, 8, 9, 10. Зараз існує нагальна потреба в повторному вивченні спостережень Равуссіна і, якщо вони підтвердяться, подальше вивчення механізмів, за допомогою яких вони можуть відбуватися.

Метод BU підтверджено щодо обміну дихальними газами у здорових худорлявих осіб 34, а також у пацієнтів з раком легенів. 35 Метод також застосовувався до здорових вільноживучих осіб, 34 пацієнтів з раком легенів, 35 меліодозом, 36 ВІЛ-інфекцією, 37 та хронічною обструктивною хворобою легень (дихальних шляхів) (ХОЗЛ). 38 Аналіз опублікованих даних показує, що метод BU недооцінив ЕЕ, отриману ГЕ, лише на 0,05 ± 0,31 МДж/добу, і не пов'язаний з кількістю жиру в організмі (r = 0,05, використовуючи комбіновані дані на основі двох досліджень, в яких загальна сума жир у тілі коливався від 5 до 36 кг, а ІМТ від 21 до 33 кг/м 2 34, 35). Однак більшість випробовуваних у цих дослідженнях не страждали ожирінням і охоплювали обмежений діапазон жиру в організмі. Перший елемент поточного дослідження, в межах калориметра всього тіла, був розроблений, щоб поширити ці перевірки на надзвичайно ожиріну популяцію.

Другий елемент полягає в тому, що це дослідження перевіряє практичність методу BU в умовах вільної життєдіяльності, забезпечує перше безпосереднє порівняння методів BU та DLW у осіб, що страждають ожирінням, і забезпечує одночасне довгострокове вимірювання вироблення CO 2 двома методами з Різні метаболічні залежності, на основі яких можна дослідити спостереження Равуссіна та ін. .

Предмети та методи

Шість жінок з давньою історією захворюваності на ожиріння були набрані з амбулаторії (табл. 1). За 4 тижні до початку дослідження їх маса тіла варіювала менше ніж на 2 кг. Окрім ожиріння, усіх суб'єктів вважали задовільним станом здоров'я. Була проведена повна історія хвороби, фізичні огляди та планові вимірювання крові. Жоден із випробовуваних не страждав на цукровий діабет, але у деяких була артралгія (у суб'єкта 3 були симптоми остеоартриту) та певна ступінь задишки при навантаженні. Дослідження проводилось у Центрі клінічного харчування MRC Dunn, Кембридж, Великобританія. Дослідження було схвалено відділом харчування Данна Ради з медичних досліджень (MRC) та комісіями з питань етики лікарні Адденбрук. Інформована згода була отримана у письмовій формі від волонтерів перед початком дослідження.

Повний розмір таблиці

Введення бікарбонату при 14ºC.

Бікарбонат 14 С вводили у вигляді готової постійної інфузії. Первинне вводили за день до вимірювання (ЕГ) (день 0) і розпочинали інфузію. Інфузію (24 × 10 6 dpm/день) доставляли за допомогою міні-насоса Graseby (регулятор швидкості Graseby MS26; Graseby Medical, Ватфорд, Великобританія) та болюсу сечовини (див. Elia 39 для розрахунку дози). Детальна інформація про процедури введення підшкірної канюлі представлена ​​в іншому місці. 34 Випромінювання всього тіла від 14 С було близьким до щоденного фонового опромінення. 3. 4

Непряма калориметрія всього тіла.

Постійні вимірювання ГЕ проводили для всіх досліджуваних. Аналізатори калориметра CO2 перевіряли на лінійність протягом усього робочого діапазону. Інфузійні тести з 80% N 2 і 20% CO 2 зі швидкістю 1,25 л/хв підтвердили точність вимірювань калориметра в межах ± 1%.

Наступні зразки були отримані у зазначений час, коли піддослідні знаходились у калориметрі: (1) Між 09:00 та 09:15 год, у дні 1 та 2, проби крові брали через герметичні двері на калориметрі ., для вимірювання сечовини, бікарбонату крові, повного аналізу крові та тестів функції печінки. (2) О 9:00 брали зразок дихання для оцінки питомої активності CO 2. (3) Між 08:30 та 09:00 год були отримані зразки повітряного калориметра для оцінки питомої активності CO 2. CO 2 потрапляв із цих зразків повітря у флакони, що містять велику кількість гідроксиду гіаміну (~ 3,0 ммоль/флакон). Зразок (3) разом із виміряним калориметром концентрації CO 2 у повітрі дозволяв розрахувати загальну кількість 14 CO 2 у калориметрі. (4) Виміряну пропорційну пробу повітря із вихідного калориметра барботували через суміш гідроксид/фенолфталеїн протягом усього 24 години, захоплюючи як 14 CO 2, так і загальний CO2, що виходить з калориметра.

Повний збір сечі отримували протягом 5 днів поспіль з 07:01 до 09:00 і з 09:01 до 07:00 (збір 2 і 22 годин протягом кожних 24 годин), як в калориметрі, так і вдома, шляхом оцінки означають специфічну активність, що складається з сечовини.

Безкоштовні вимірювання життя

Після закінчення пробігу калориметру (09:00 год., День 2) суб'єкти отримували пероральну дозу ЗВТ (0,05 г D 2 O 100% збагачення та 1,5 г H 2 18 O 10% збагачення на кілограм маси тіла). Потім випробовувані утримувались від їжі та пиття протягом 4-годинного періоду рівноваги. Точковий зразок сечі (20 мл) отримували через 4 год після дозування. Потім випробовувані повернулися додому і попросили продовжувати звичну діяльність. Щоденні плямисті зразки сечі збирали у визначений час протягом наступних 12-14 днів для аналізу DLW, а решту сечі додавали до повних зборів до 5-го дня.

Через розмір та обмеження міні-насоса Graseby 3 дня було здійснено домашній візит, щоб замінити шприц, що містить інфузію бікарбонату 14 С, щоб інфузія могла зберігатися до кінця 5 днів.

Вагу та зріст вимірювали на початку (день 0) та наприкінці (день 15) дослідження. Венозну кров також брали на 15 день для вимірювання концентрацій бікарбонату та сечовини в циркуляції, тестів на функцію печінки та загального аналізу крові, які вимірювали згідно із стандартними лабораторними методами.

Розрахунки

ЕЕ в метаболічній камері розраховували на основі споживання O 2 та вироблення СО 2, використовуючи вираз Еліа та Лівсі: 40 ЕЕ = 15 818 O 2 + 5 176 CO 2, де O 2 та CO 2 - у літрах, а EE - у кілоджоулях.

Деталі аналізу, залученого до методу BU, включаючи титрування гідроксиду гіаміну та кількість сцинтиляції бікарбонату 14C, наведені в інших місцях. 34 Розрахунок вироблення CO 2 за методом BU проводили із застосуванням рівняння Elia та співавторів: 34 чисте виробництво CO 2 (моль/добу) = 0,95 × 0,85 × влитої dpm, поділеної на відповідну питому активність сечовини (dpm)/моль). 34 Енергетичний еквівалент CO 2 вважався рівним 535 кДж/моль, що наближається до значення для осіб, близьких до балансу поживних речовин, коли вони харчуються типовою західною дієтою. 40 Невеликі поправочні коефіцієнти для врахування змін кількості повітря в калориметрі (між 9 ранку 1-го дня та 9-ї ранку 2-го дня) та змін питомої активності запасу повітря. Сечовина також використовувалась, як описано раніше. 3. 4

Для вимірювання DLW збагачення ізотопу виражали як дельта на тисячу щодо Віденського міжнародного стандартного стандарту океанічної води (SMOW). Співвідношення ізотопів 2H/1H вимірювали за допомогою мас-спектрометра Aqua Sira (Micromass, Wythenshawe, Великобританія) з точністю 2,6 ‰ відносного SMOW при повторних вимірах. Для співвідношення 18 O/16 O зразки врівноважували CO 2. 42 зразки (3 мл) збалансували 13 мл CO 2 при 400 мбар протягом 6 год у системі Isoprep (Micromass, Wythenshawe, Великобританія), їх вимірювали по відношенню до бака для CO2, ізотопні перешкоди коригували відповідно до з Хоффманом 42 і були виражені щодо SMOW. Точність вимірювань зразків становила 0,4 ‰ rel SMOW.

Оцінки виробництва CO 2 методом DLW були отримані з використанням багатоточкового методу з корекціями фракціонування, як описано Coward. 5, 17 Ця процедура також використовує спостережувані значення для просторів розподілу ізотопів замість нормованих значень. 43 Було висловлено припущення, що частка просторів розподілу ізотопів може бути збільшена у осіб, що страждають ожирінням, і важливість цього в розрахунках DLW обговорювали Coward et al. 12 Середні оцінки внутрішньої точності оцінок становили 4,35 ± 2,44%, розраховані відповідно до Ritz et al. 19

Склад тіла оцінювали за допомогою вимірювань TBW, з передбачуваним вмістом води FFM на рівні 0,73. 44 Рівні фізичної активності (PAL) розраховували як співвідношення TEE/BMR.

статистичні методи

Результати виражаються як середнє значення ± sd. Результати, отримані BU проти GE та BU проти DLW, порівнювали за допомогою парних t-тестів Стьюдента.

Випробовувані добре переносили інфузію, і, здається, міні-насос не заважав нормальній щоденній діяльності, включаючи роботу та домашні справи. Один суб'єкт, суб'єкт 4, знайшов бомбу незручною і була вилучена на 4 день за його проханням. Підшкірна інфузія не викликала місцевого запалення у жодного з суб’єктів. Випробовувані мали аналізи повноцінних клітин крові (CBF), сечовини, креатиніну та печінки (гемоглобін 13,0 ± 0,6 10 9/л; гематокрит 37,1 ± 6,5 1/1 × 100, кількість лейкоцитів 6,8 ± 3,9 10 9/л; сечовина у плазмі 4,05 ± 0,9 ммоль/л; бікарбонат плазми 25,4 ± 2,0 ммоль/л; альбумін плазми 33,5 ± 4,9 г/л; білірубін плазми 9,8 ± 6, 1 моль/л).

ЕЕ в калориметрії всього тіла

Середнє виробництво CO 2 методом калориметра та методом BU становило 22,02 ± 3,11 та 21,77 ± 3,48 моль/день відповідно (табл. 2). Середнє значення TEE в камері всього тіла становило 11,78 ± 1,66 та 11,64 ± 1,86 МДж/добу відповідно з калориметром та методом BU (табл. 2). Це дало середню різницю в групі 0,25 ± 0,49 МДж/день 45 між цими двома методами; однак це не було суттєвим (t-тест парного зразка, P> 0,28). Середній показник PAL в межах калориметра становив 1,35 ± 0,06 (діапазон 1,27–1,42). Ця мінливість PAL частково була зумовлена ​​нездатністю двох осіб пройти періоди фізичних вправ через гострий артрит та задишку (див. Індивідуальні значення PAL у таблиці 3). Не було значущої залежності між різницею в ТЕЕ між двома методами (BU-GE) та жиром в організмі, вираженим у кілограмах або відсотках, як у цьому дослідженні (r 2 = 0,035 та 0004 відповідно), так і коли дані цього дослідження була поєднана з результатами попередніх досліджень (r 2 = 0,009 та 34,35

Повний розмір таблиці

Повний розмір таблиці

Не всі суб'єкти споживали всю надану їжу. Тому середній енергетичний баланс під час вимірювань калориметра у всьому тілі був дещо негативним (-0,95 ± 1,36 МДж/добу). Споживання енергії у суб'єктів 2 та 4 було нижчим, ніж споживання ЕЕ, більш ніж на 2 МДж/день (табл. 3). Можливо, це знизило BMR нижче звичайних рівнів, але це не змінює порівняння загальної ЕЕ, виміряної за допомогою GE, та методу BU.

Вимірювання ЕЕ вільного життя

Використовуючи метод DLW, було встановлено, що середнє виробництво CO 2 становить 25,93 ± 4,21 моль/день, що відповідає ЕЕ 13,86 ± 2,25 МДж/день (Таблиця 2). Виміряні просторові співвідношення, використані при розрахунку CO 2 для методу DLW, 5, 12, давали середнє співвідношення 1,03 ± 0,02, і було встановлено, що константи швидкості для 18 O і 2 H становили 0,1031 ± 0,014 та 0,0781 ± 0,012/день. відповідно, аналогічно попереднім дослідженням. 43, 13 Результати виробництва CO 2 у вільноживучому періоді бікарбонату наведені в таблиці 2. Розраховано середнє виробництво 24,87 ± 3,45 моль CO 2 порівняно з 25,93 ± 4, 21 за допомогою методу DLW та розрахунків на основі Coward та ін. 12 Це дало середню різницю 1,06 ± 2,19 моль CO 2 між двома групами. Відповідні значення загальної ЕЕ становили 13,29 ± 1,84 МДж та 13,86 ± 2,25 МДж/день для BU та DLW відповідно. Різниця середніх значень між двома методами (0,17 ± 1,33 (МДж/добу)) не була значною (t-тест парних зразків, P> 0,2). PAL (TEE/BMR), розрахований за допомогою показника BMR (GE), та оцінки TEE за методом DLW та BU становили 1,62 ± 0,14 та 1,56 ± 0,20 відповідно.

Обговорення

Це дослідження наводить докази достовірності методу BU у групі людей із ожирінням шляхом порівняння з ГЕ у цілому калориметрі. Метод BU передбачав, що TEE становитиме 99,1 ± 2,5% від показника, отриманого за допомогою непрямої калориметрії, що аналогічно значенню 102,1 ± 3,4%, отриманому у пацієнтів із 35 раками легенів та 100 ± 5% у худорлявих здорових чоловіків. 34 У цьому дослідженні також проводиться перше порівняння між методами BU та DLW (різниця −3,4 ± 8,01%, таблиця 2). Це ілюструє практичність вливання підшкірного бікарбонату в умовах вільного проживання протягом більш тривалих періодів, ніж намагалися раніше (5 днів). Як і в попередніх дослідженнях, 34, 36, 37, 38 насос добре переносився і не викликав місцевої запальної реакції. Хоча одна особа повідомила про легке подразнення, жодна особа не повідомила, що процедура перешкоджає нормальній повсякденній діяльності.

Кожен метод, що використовується для вимірювання ЕЕ, має деякі властиві помилки. Точність вимірювання CO 2 у камері всього тіла перевищує 1,0%, а методу BU - приблизно 2,5% 20, що в кращому випадку достатньо, щоб врахувати приблизно половину варіації різниці між ними. Методи (sd 3,8%). Решту відхилення можна віднести до біологічних факторів, які по-різному впливають на два методи.

Підводячи підсумок, це дослідження підтверджує достовірність методу BU проти вимірювань ЕЕ шляхом прямих вимірювань ГЕ в непрямому калориметрі всього тіла та демонструє практичне застосування методу БО протягом 5 днів, що є найдовшим застосуванням цієї методики. далеко Крім того, це перше дослідження, яке продемонструвало відповідність між методами BU та DLW для вимірювання TEE в умовах вільного проживання. Роблячи це, він протиставляє попередні звіти, вказуючи на значне систематичне недооцінювання EE DLW у людей із ожирінням.

Висловлення подяки

Ми дякуємо Дж. Дженнінгсу, штату Вашингтон Ковард та працівникам колишнього відділу харчування MRC Dunn за допомогу у проведенні цього дослідження.