Közvetett kalorimetria

A közvetett kalorimetria szellőztetett páraelszívó rendszerekkel népszerű alternatíva, amely jól korrelál a pihenő energiafelhasználás teljes testének mérésével, és hasznos az RMR és az ételek hőhatásainak rövid távú mérésére.

Kapcsolódó kifejezések:

  • Légzési hányados
  • Pihenő energia kiadások
  • Szőlőcukor
  • Szénhidrát
  • Fehérje
  • Kalóriabevitel
  • Energia kiadások
  • Szén-dioxid

Letöltés PDF formátumban

Erről az oldalról

Energia kiadások: Közvetett kalorimetria

Összegzés

A közvetett kalorimetria nem invazív, megbízható és értékes eszköz az energiafogyasztás és az üzemanyag szervezet általi felhasználásának felmérésére. Több tudományterület tudósa használta az energiafelhasználás mérésére, a tápanyagigény megállapítására, a fizikai erőnlét mérésére és a makrotápanyagok felhasználásának értékelésére testmozgás és pihenés közben. A klinikusok közvetett kalorimetriát alkalmaztak az anyagcsere-rendellenességek táplálkozási támogatásának optimalizálására és a betegek energiaigényének számszerűsítésére. A közvetett kalorimetriának ilyen univerzális vonzereje van, mert az állatok és az emberek a táplálkozáshoz szükséges energiát azáltal kapják, hogy a kémiai energiát az elfogyasztott tápanyagokból a légzés útján hővé alakítják, és létezésük függ az energiabevitel és a ráfordítás egyensúlyának képességétől.

Az akut vesekárosodás anyagcsere- és táplálkozási szövődményei

Energiaigények

Diétás rost: energiaérték

Teljes test kalorimetrikus mérés: Laktit mint modell

A közvetett kalorimetria (az egész testre kiterjedő kalorimetria egy olyan típusa, ahol az összes gázfogyasztást és a gáz kilégzését folyamatosan figyelemmel kísérjük) felhasználható az energiafogyasztás meghatározására a teljes O 2 -fogyasztást, a CO2-lejáratot és a vizelet nitrogénelválasztását az energiafelhasználáshoz kapcsolódó egyenletek felhasználásával. Az egyik ilyen egyenlet

A teljes energiatermelés mellett a közvetett kalorimetria a makrotápanyagok felhasználásáról nyújt információt a nem fehérje légzési hányadoson (RQ) keresztül. Az RQ a lejárt CO2 és a meghatározott időszak alatt elfogyasztott O2 aránya. Az elméleti RQ-értékek ismertek a zsír-, szénhidrát- és fehérjeoxidációról, lehetővé téve a teljes zsír-, szénhidrát- és fehérjeoxidáció meghatározását. Ha a fehérje oxidációját nitrogén kiválasztás alapján becsüljük meg, a zsír és a szénhidrát oxidációját a következőképpen lehet kiszámítani:

Óvatosan kell eljárni az üzemanyag-oxidáció becslésénél a nem fehérje RQ-értékek alapján, mivel maga az RQ is jelentősen változhat az oxidálandó zsír- és fehérje-keveréktől függően. A nem fehérje RQ értékekből a zsír- és szénhidrát-oxidáció pontos képének megszerzésének problémája mellett nem lehet megkülönböztetni a szénhidrát + zsír és a szénhidrát-fermentáció által előállított SCFA-k oxidációját. A teljes táplálék kis hányadát képviselő makrotápanyag látszólagos metabolizálható energiaértékének mérésekor nagy a hibalehetőség a makrotápanyagok oxidációs profiljának mérésekor. Az elméleti számítások azonban azt mutatják, hogy sokkal kevesebb hiba társul az energiaveszteség mérésével.

A teljesen fermentálható anyagok metabolikus energiájának mérésére a közvetett kalorimetria alkalmazására példa a laktitol, egy diszacharid-cukor-alkohol (4-O- (β-d-galaktopiranozil) - d-szorbit) nettó energiaértékének meghatározása. A teljes energiamérleget a kísérleti időszak alatt mértük a kaloriméterben. Ezután az egyes alanyok visszatartott energiáját a következőképpen számítottuk

Az energiaegyensúly fenntartásához szükséges energiát (a karbantartáshoz metabolizálható energiát; MEm) ezután meghatározhatjuk

Az 1.11-es tényező a test energia lerakódásának költségét képviseli, és egy korábbi kísérletben mérték. A szacharózzal kiegészített étrend és a laktitollal kiegészített étrend közötti MEm különbség a laktitolból elvesztett energia mértéke, és kifejezhető az egyedek metabolikus súlyához igazított MEm változásként (súly: 0,75):

és az NME ezután kiszámítható

ahol az MEpart egyenértékből származik [10], és IS az étrend-kiegészítő (laktit) bevitt tömege. Az MEm értékeket elosztjuk az anyagcsere tömegével, hogy figyelembe vegyük a metabolikus tömeg különbségeit. Ennek az eljárásnak az alkalmazásával 2,4 kcal g - 1 (10 kJ g - 1) értéket kaptunk a laktitra. Megjegyezzük, hogy ebben a kísérletben bizonyos mértékű energiafelhasználásra van szükség (egyenérték [15]). A szerzők naplókra és bokaaktométerekre támaszkodtak, és korrigálták őket az egyforma aktométerszámmal. Elismerték, hogy ez nem volt túl kielégítő; a laktitol végső nettó energiaértékében 15% -os hiba állhat fenn.

ENERGIA METABOLIZMUS

Pihentető energiafelhasználás

kalorimetria

1.ábra . Kép a nyugalmi energiafelhasználás méréséről.

Kevés tanulmány ismeretes a hipermetabolizmus prevalenciájáról a COPD-ben. Nyugalmi állapotban a hipermetabolizmust a stabil COPD-s betegek kb. 25% -ánál jelentik. A zsírmentes tömeg (FFM) mellett más tényezőkről is beszámoltak, például a légzésről, a gyógyszeres kezelésről és a szisztémás gyulladásról annak érdekében, hogy magyarázzák a CO.

Feltételezzük, hogy a COPD-ben szenvedő betegeknél a megemelkedett REE egyik fő magyarázata a légzés oxigénköltségének növekedése (OCB). Számos tanulmány vizsgálta az OCB-t COPD-ben szenvedő betegeknél, és mindegyik magasabb OCB-t talált a betegeknél az egészséges kontrollokhoz képest. Ezt az OCB-t általában a szellőzés vagy a szellőztetési erőfeszítések növelésével mérik: jól elfogadott, hogy a szellőzés növelése extra rugalmas terhelést jelent a légzőrendszerben a progresszív dinamikus hiperinfláció miatt.

A COPD-ben szenvedő betegeknél észlelt megnövekedett REE további lehetséges magyarázata lehet a farmakológiai fenntartó kezelés termogenetikai hatása a tüneti terápia részeként COPD-ként szenvedő krónikus légzőszervi betegségben szenvedő betegeknél. Hörgőtágító szereket, például teofillineket és β2-szimpatikomimetikumokat széles körben írnak fel ezeknek a betegeknek a légszomj csökkentése és a testtűrés javítása érdekében. Mindkét gyógyszer emelkedő hatást mutat a REE-re fiatalabb egészséges egyéneknél, míg a COE-ben szenvedő betegeknél a REE növekedése nagyon korlátozott (2. ábra). Végül bebizonyosodott, hogy a COPD-betegek tompított β-adrenoreceptor-közvetített termogén választ mutatnak az életkor és a testösszetétel szempontjából megfelelő kontroll alanyokhoz képest. A β-adrenerg stimulációnak a REE-re gyakorolt ​​enyhe hatása együttesen nem magyarázhatja teljes mértékben a megnövekedett REE értéket ezeknél a betegeknél.

2. ábra . A nyugalmi energiafelhasználás (y-tengely) változása 45 perc alatt (x-tengely), 5 mg β2-szimpatikomimetikus gyógyszer porlasztása után három csoportban. A felső vonal fiatal egészséges alany, az alsó sor COPD-s betegek és idős egészséges alanyok.

A hipermetabolizmus másik hozzájáruló tényezője összefüggésben lehet a szisztémás gyulladással. Az alfa polipeptid citokin tumor nekrózis faktor (TNF-a) egy proinflammatorikus mediátor, amelyet különböző sejttípusok termelnek. A TNF-a gátolja a lipoprotein lipáz aktivitást és pirogén. Ez kiváltja más citokinek felszabadulását is, amelyek maguk is közvetítik az energiafelhasználás növekedését, valamint mozgósítják az aminosavakat és az izomfehérje katabolizmust. Különböző markerek alkalmazásával számos tanulmány egyértelmű bizonyítékot szolgáltat a TNF-α-val összefüggő szisztémás gyulladás bevonására a szövetkimerülés patogenezisében. Kimutatták, hogy a nyugalmi hipermetabolizmus összefügg a plazma TNF-α koncentrációival, valamint a COPD-s betegek akut fázisú válaszának szintjével. A hipermetabolizmus prevalenciájában a megnövekedett REE-hez hozzájáruló lehetséges tényezők összefoglalását a 3. ábra mutatja .

3. ábra A COPD-ben a nyugalmi energiával kapcsolatos kiadások növekedését elősegítő lehetséges tényezők összefoglalása.

Éhezés

Az éhezés során oxidált üzemanyagok jellege és mennyisége

2. ábra . Az emberek által oxidált tüzelőanyagok jellege és mennyisége 12–14 órás böjt után. A testméret növekedésével a zsír oxidációja növekszik.

A halál bekövetkezte előtti fő üzemanyag-felhasználás abszolút minimális mértékét nem határozták meg. A zsír és fehérje oxidációjának minimális követelményét d d-1 kg −1 FFM-ben a következőképpen közelítették meg: 2,98 ± 0,21 g kg –1 d –1 FFM a zsír esetében; 0,52 ± 0,10 g kg –1 d –1 FFM fehérje esetén. A glükóz glicerid-glicerinből, aminosavakból, propionátból, valamint újrahasznosított laktátból és piruvátból származik. Körülbelül 1,91 ± 1,04 g kg –1 d –1 FFM szintetizálódik. Az éhezés során szintetizálódó glükóz nagy részét azonban laktátból és piruvátból hasznosítják (a Cori-ciklus), vagy glicerinből, alaninból és glutaminból állítják elő. A szén-dioxiddá és H2O -vá oxidálódó glükóz mennyiségét elsősorban a központi idegrendszer (CNS) glükóz katabolizmusa, kisebb mértékben a vörösvértestek határozzák meg. Ez a mennyiség nem áll szoros kapcsolatban az FFM-mel, mert az agy mérete nincs összefüggésben az FFM-mel. A glükóz terminális oxidációja 40–45 g d –1, amely elsősorban aminosavak (alanin és glutamin) és glicerin glükoneogeneziséből származik.

I. kötet

Az energiafogyasztás összehasonlítása az egyes alanyok között

A vizsgálati alanyok közötti EE változásainak bemutatásához vagy az EE-t közvetlenül meg kell mérni, vagy a súlyt és a testösszetételt kell figyelembe venni. Ezenkívül gondos PF kísérleteket kell végezni és korrelálni kell a közvetett kalorimetriával megállapított eredményekkel.

Az inzulin működésének patofiziológiája emberben

Glikolitikus fluxusok

Mind a közvetett kalorimetria, mind a nyomjelző mérések dokumentálták a csökkent glükóz-oxidációt a 2-es típusú cukorbetegeknél 17 és a nem cukorbeteg elhízottaknál 27. Ez a hiba független az együttlétező upstream hibáktól, mivel a glükóz oxidációjának tartós csökkenése akkor is megfigyelhető, ha a glükóz oxidációs sebességét a kontroll egyedek arányához illesztjük 29. A foszfofruktokináz (PFK) és a piruváltehidrogenáz (PDH) a glikolízis és a glükóz oxidáció fő szabályozói. A hiperinsulinémiás bilincs végén vett izombiopsziákban a két enzim aktivitásának meghatározása a PFK 67 mérsékelt részvételét és a PDH hibás aktiválását tárta fel (68). A PDH aktivitás hibája azonban teljesen normalizálódott az izom glükózfelvételének normalizálódása esetén a hiperglikémia 69 által. Károsodott glükóz-oxidációval egyidejűleg a nem-oxidatív glikolízis fokozódik az inzulinrezisztens 2-es típusú cukorbetegeknél, 29, 70-72, és korrelál a Cori-ciklus 29 aktivitásával. A hibás glükózoxidáció tehát a Krebs-ciklus károsodott aktivitását tükrözi, lehetővé téve, hogy több 3 szénatom vegyület visszakeringessen a májba, és korlátlan glükoneogenezist tápláljon (lásd alább).

Azt, hogy a PDH-aktivitás hibái mennyiben tekinthetők elsődlegesnek inzulinrezisztens egyénekben, azt még meg kell határozni. Az anyagcsere-változások és különösen a túlzott FFA-oxidáció, a cukorbetegségben és az elhízásban gyakori állapot másodlagosan károsíthatja a 73 enzim aktivitását. A PDH-hiba megszerzett természetével összhangban az a megfigyelés, hogy normális glükóz-oxidációról számoltak be két cukorbeteg szülő normál toleráns utódainál 54 és a 2-es típusú cukorbetegek első fokú rokonainál 74 .

Energiaigényes módszertan

2. A NYUGODT ENERGIA KIADÁSOK MÉRÉSE: KÖZVETLEN KALORIMETRIA

A közvetett kalorimetria technikája a legtöbb esetben a választott módszerré vált, amikor a REE mérésére van szükség. A közvetett kifejezés arra a tényre utal, hogy az energia (hő) termelést a hőátadás közvetlen mérése helyett az O2-fogyasztás és a CO2-termelés mérésével határozzák meg. A felszereltség változó, de a leggyakrabban szellőztetett motorháztető-rendszert alkalmazzák. Az alany feje fölé átlátszó műanyag burkolatot helyeznek, és légmentesen lezárják a nyakát (3. ábra; lásd a könyv hátoldalán található színtáblát). A közvetett kalorimetria előnye a mobilitás és az alacsony berendezésköltség, és klinikai körülmények között gyakran használják a betegek energiaigényének felmérésére. A közvetett kalorimetria kvantitatív információt nyújt az oxidált szubsztrátok típusairól is [19]. Az elővizsgálati környezet befolyásolja az RMR mérését. Kimutatták, hogy a járóbeteg-teszt kísérleti körülményei körülbelül 8% -kal túlbecsülik az RMR-t az RMR kórházi méréseihez képest [20]. Ezt a tényezőt figyelembe kell venni, amikor az eredményeket összehasonlítják a laboratóriumok között, és amikor a REE mérésein alapuló napi energiaigényt értékelik.

3. ÁBRA A nyugalmi anyagcsere sebességének mérése közvetett kalorimetriával.

I. kötet

Oxidatív és nonoxidatív glükóz metabolizmus a csontváz izomzatában