Mjerenje tjelesne masti centimetrom naspram laboratorijskih testova: Koliko je tačno?

Arhitektura višekompartmanskih kriterijskih modela

Kvantifikacija sastava ljudskog tijela u laboratorijskim uslovima oslanja se na referentne modele koji dijele tijelo na zasebne hemijske ili anatomske frakcije [16]. Iako dvokompartmanski (2C) modeli dijele masu jednostavno na masnu masu (FM) i bezmasnu masu (FFM), oni se oslanjaju na fiksne pretpostavke o gustoći i hidraciji FFM-a koje često unose greške u mjerenju kod različitih sportskih i kliničkih populacija [7, 16].

Četverokompartmanski (4C) model predstavlja zlatni standard za in vivo analizu sastava tijela nezavisnim mjerenjem ukupne tjelesne mase, tjelesnog volumena (BV), ukupne tjelesne vode (TBW) i sadržaja minerala u kostima (BMC ili koštani pepeo) [5, 7, 16]. Klasična matematička konfiguracija 4C modela izražava se kao:

$$\text{Fat (kg)}=2.747\text{BV}-0.710\text{TBW}+1.460\text{A}-2.050\text{Weight}$$

gdje se BV dobija pletizmografijom istiskivanja zraka (ADP) ili hidrostatskim vaganjem, TBW putem razrjeđenja deuterij-oksida (${\text{D}}_2\text{O}$) ili ${}^{18}\text{O}$, koštani mineralni pepeo ($A$) iz BMC-a dobijenog dvoenergetskom apsorpcijometrijom X-zraka (DXA) pomnoženog sa 1,0436, a Weight predstavlja ukupnu tjelesnu masu [7, 16]. Analiza propagacije greške pokazuje da pravilno izveden 4C model postiže preciznost mjerenja masne mase od približno 0,25 kg uz utvrđivanje prosječnog biološkog faktora hidracije FFM-a od $0,74\pm 0,02$ [7].

Pletizmografija istiskivanja zraka (poput sistema BOD POD) primjenjuje Poissonov zakon u dvostrukim oscilirajućim komorama za određivanje tjelesnog volumena, što zahtijeva kalibraciju volumena u dvije tačke (prazna komora i cilindar od 50 L), pripijenu odjeću kako bi se izbjegli artefakti izotermne površine, te korekciju torakalnog volumena gasa (TGV) [9]. Instrumentacija BOD POD-a daje interni koeficijent varijacije od 2,3% i opći raspon greške volumena od $\pm 1,0\%$ do $2,7\%$ [7, 9]. Kada se evaluiraju terenske ili surogatne slikovne tehnike, kriterijski 4C modeli (ili 3C DXA okviri) služe kao mjerilo prema kojem se kvantificira prediktivna greška [1, 5, 10, 18].

Mehanika standardnih antropometrijskih formula

Terenske procjene sastava tijela često koriste obime izmjerene mjernom trakom zbog niske cijene i visoke dostupnosti. Najistaknutiji protokol je metoda mjerenja obima Ministarstva odbrane SAD-a (DoD), koju je prvobitno formulirao James Hodgdon u Istraživačkom centru za zdravlje mornarice (Navy Health Research Center) koristeći kriterijske podatke podvodnog vaganja, a koja je naknadno unakrsno validirana na osoblju iz studije sastava tijela vojske (Army Body Composition Study) iz 1984. godine [10, 14]. Matematičke formulacije (koristeći mjerenja u inčima) strukturirane su na sljedeći način [12]:

• Muškarci: $$\%\text{BF}=86.010\times {log}_{10}(\text{abdomen}-\text{neck})-70.041\times {log}_{10}(\text{height})+36.76$$
• Žene: $$\%\text{BF}=163.205\times {log}_{10}(\text{waist}+\text{hip}-\text{neck})-97.684\times {log}_{10}(\text{height})-78.387$$

Drugi antropometrijski indeksi pokušavaju zaobići mjerenje obima na više lokacija izolovanjem specifičnih anatomskih omjera. Indeks tjelesne adipoznosti (BAI), koji su uveli Bergman i saradnici, procjenjuje adipoznost iz obima kukova i visine: $\text{BAI}=[\text{obim kukova (cm)}/(\text{visina (m)}{)}^{1,5}]-18$ [21]. Slično tome, indeks relativne masne mase (RFM) i omjer struka i visine (WHtR) koriste geometriju odnosa struka i visine za procjenu centralne adipoznosti i pragova visceralnog masnog tkiva (VAT) u različitim demografskim grupama [3, 23].

+-----------------------------------------------------------------------------+
|                     HIJERARHIJA MODELA SASTAVA TIJELA                       |
|                                                                             |
|  [4-kompartmanski kriterij]                                                 |
|   ├── Ukupna tjelesna masa (kalibrisana vaga)                               |
|   ├── Tjelesni volumen (ADP / BOD POD putem Poissonovog zakona) [9]         |
|   ├── Ukupna tjelesna voda (izotopsko razrjeđenje D2O / 18O) [7]            |
|   └── Masa minerala kostiju / pepeo (DXA BMC x 1,0436) [7]                  |
|        │                                                                    |
|        ▼ Preciznost: ±0,25 kg FM [7]                                        |
|                                                                             |
|  [Surogatni laboratorijski modeli]                                          |
|   ├── Dvoenergetska apsorpcijometrija X-zraka (DXA 3C) [5, 10]              |
|   └── 4C varijacije volumena izvedene iz DXA-a (4C-DXA1 / 4C-DXA2) [1, 3]   |
|                                                                             |
|  [Terenski antropometrijski modeli]                                         |
|   ├── DoD jednačine obima (abdomen, vrat, struk, kukovi) [4, 10, 12]        |
|   ├── Indeks tjelesne adipoznosti (BAI: kukovi i visina) [21]               |
|   └── Relativni omjeri (WHtR, RFM, BMI) [3, 15, 23]                         |
+-----------------------------------------------------------------------------+

Transverzalna tačnost i sistematska odstupanja

Validacijska ispitivanja koja direktno upoređuju jednačine obima s laboratorijskim slikovnim metodama i višekompartmanskim kriterijima pokazuju izražena sistematska odstupanja povezana s vitkošću ispitanika, spolom i distribucijom masti [10].

U istraživanju provedenom na 609 aktivnih pripadnika američkih marinaca (430 muškaraca, 179 žena; u dobi od 18 do 57 godina) evaluiranih u odnosu na trokompartmanski DXA, DoD jednačine abdominalnog obima pokazale su značajno usmjereno odstupanje [10]:

• Kod muškaraca, jednačina obima sistematski je potcjenjivala procenat tjelesne masti uz prosječno odstupanje od $-2,6\pm 3,7\%$ (dob $\le 30$) i $-2,5\pm 3,7\%$ (dob $>30$) [10].
• Kod žena, jednačina je sistematski precjenjivala procenat tjelesne masti za $+2,3\pm 4,3\%$ (dob $\le 30$) i $+1,3\pm 4,8\%$ (dob $>30$) [10].
• Individualne regresijske analize otkrile su proporcionalno odstupanje: metoda mjerenja obima sistematski je precjenjivala tjelesnu mast kod vitkih pripadnika, dok je potcjenjivala tjelesnu mast kod pojedinaca s većom adipoznošću [10].

Poređenja radi, bioelektrična impedansna analiza (BIA putem sistema RJL Quantum IV) u istoj kohorti pokazala je manje prosječno odstupanje u odnosu na DXA (muškarci $\le 30$: $0,4\pm 3,2\%$, $>30$: $-0,5\pm 3,5\%$; žene $\le 30$: $1,4\pm 3,1\%$, $>30$: $0,0\pm 3,3\%$) [10].

Slične usmjerene greške javljaju se i kod indeksa s jednim obimom. U kohorti od 95 žena evaluiranih putem DXA-a, standardni BMI je bio uspješniji od BAI-a u predviđanju procenta tjelesne masti (BMI: $r=0,823$, $r^2=0,678$, $\text{SEE}=3,89\%$; BAI: $r=0,702$, $\text{SEE}=4,88\%$) i potcjenjivao je tjelesnu mast u prosjeku za $8,7\%$ u rasponima više adipoznosti [21]. Međutim, u zasebnoj studiji s 4C modelom na 188 mlađih odraslih osoba, BAI ($r=0,668$) i obim struka ($r=0,194$) snažnije su korelirali s procentom masti dobijenim 4C modelom u odnosu na BMI ($r=0,192$) [21]. Na epidemiološkom nivou, sistematski pregled 32 studije dijagnostičke tačnosti pokazao je da obim struka ima zbirnu osjetljivost od $62,4\%$ kod muškaraca i $57,0\%$ kod žena za identifikaciju gojaznosti u odnosu na slikovne standarde, dok je specifičnost dostigla $88,1\%$ odnosno $94,8\%$ [15].

Longitudinalno praćenje i osjetljivost na promjene sastava tijela

Iako transverzalne korelacije između antropometrije i višekompartmanskih kriterija mogu izgledati umjereno visoke, jednačine obima pokazuju izražena ograničenja pri praćenju longitudinalnih promjena u sastavu tijela [4, 14].

U devetomjesečnoj longitudinalnoj evaluaciji 21 muškog kadeta vojne obuke (ROTC) koji su imali prosječno povećanje tjelesne mase od $+1,8\text{ kg}$, Bland-Altmanove i regresijske analize pokazale su da DoD jednačina obima nije uspjela pratiti pomake u sastavu tijela [4, 14]. Izračuni na bazi obima značajno su potcijenili promjene u procentu tjelesne masti i masnoj masi u poređenju s kriterijskim mjerenjima pletizmografije istiskivanja zraka [4, 14]. Budući da mišićna hipertrofija mijenja dimenzije vrata i abdomena nelinearno u odnosu na taloženje masnog tkiva, jednačine zasnovane na obimu pogrešno interpretiraju promjene u morfologiji tkiva u trenažnim uslovima [4, 10].

Ograničenja praćenja postoje i kod surogatnih laboratorijskih metoda. U ispitivanju koje je uključivalo 27 vrhunskih džudista praćenih u odnosu na kriterijski 4C model (ADP, DXA BMC i razrjeđenje ${\text{D}}_2\text{O}$), individualne $95\%$ granice slaganja (LOA) za DXA kretale su se od $-3,7\%$ do $+5,3\%$ za relativnu masnu masu i od $-2,6\text{ kg}$ do $+3,7\text{ kg}$ za apsolutnu masnu masu [5]. Što je ključno, DXA je objasnio samo $29\%$ varijanse u promjeni relativne masne mase ($\mathrm{\Delta }\%\text{FM}$), $36\%$ promjene apsolutne masne mase ($\mathrm{\Delta }\text{FM}$) i $38\%$ promjene bezmasne mase ($\mathrm{\Delta }\text{FFM}$) uočene putem 4C modela [5].

KRITERIJSKA (4C model) naspram SUROGATNE LONGITUDINALNE OSJETLJIVOSTI

Objašnjena varijansa u longitudinalnim promjenama (vrhunski sportisti, DXA vs. 4C kriterij [5]):
Promjena relativne masne mase (%FM): [████████░░░░░░░░░░░░] 29%
Promjena apsolutne masne mase (FM):   [██████████░░░░░░░░░░] 36%
Promjena bezmasne mase (FFM):         [███████████░░░░░░░░░] 38%

Jednačine obima naspram kriterijskog ADP-a (ROTC kadeti tokom 9 mjeseci [4, 14]):
- Potcijenjen Δ%BF nakon povećanja mase od +1,8 kg
- Neuspjeh u praćenju individualnih pomaka u distribuciji masne naspram bezmasne mase

Validnost hibridnih i surogatnih višekompartmanskih modela

Kako bi premostili jaz između terenskih metoda i složenog 4C testiranja, istraživači su ispitali hibridne jednačine koje zamjenjuju procjene volumena tijela izvedene iz DXA-a u matematičke okvire 4C modela [1, 3].

McLester i saradnici evaluirali su dvije jednačine tjelesnog volumena izvedene iz DXA-a (4C-DXA1 i 4C-DXA2) u odnosu na kriterijski 4C-ADP model u različitim kategorijama indeksa tjelesne mase i obima struka [1]:

• Odrasle osobe normalne tjelesne težine (BMI $<25,0{\text{ kg/m}}^2$, $n=40$): 4C-DXA1 je značajno potcijenio procenat tjelesne masti uz konstantnu grešku (CE) od $-3,0\%$ ($p<0,001$, $\text{SEE}=2,59\%$, $95\%\text{ LOA}=\pm 5,0\%$), dok je 4C-DXA2 značajno precijenio procenat masti ($\text{CE}=+4,8\%$, $p<0,001$, $\text{SEE}=1,24\%$) [1].
• Odrasle osobe s prekomjernom težinom bez rizičnog obima struka (BMI $\ge 25,0{\text{ kg/m}}^2$, $n=40$): procenat masti prema 4C-DXA1 nije se razlikovao u prosječnoj konstantnoj grešci ($\text{CE}=-0,5\%$, $p=0,112$, $\text{SEE}=1,92\%$), ali je pokazao značajno proporcionalno odstupanje ($p=0,007$) [1].
• Odrasle osobe s prekomjernom težinom s rizičnim obimom struka (BMI $\ge 25,0{\text{ kg/m}}^2$, $\text{WC}\ge 88\text{ cm}$ za žene, $\ge 102\text{ cm}$ za muškarce, $n=35$): Obje jednačine su dale blaga prosječna precjenjivanja ($\text{CE}=+2,2\%$ i $+2,3\%$, $p<0,001$), ali 4C-DXA1 nije pokazao proporcionalno odstupanje ($p=0,183$, $\text{SEE}=1,84\%$, $95\%\text{ LOA}=\pm 3,8\%$), što ga čini jedinim surogatnim modelom koji se smatrao validnim za tu specifičnu kohortu [1].

Naknadne demografske adaptacije, poput jednačine 4C-DXANickerson, potvrdile su da specijalizovane konverzije volumena iz DXA-a mogu pružiti validne procjene tjelesnog volumena za 4C model u specifičnim grupama, uključujući hispanoameričke odrasle osobe [3]. Slično tome, kalibrisane prediktivne jednačine višefrekventne bioelektrične impedanse (mBCA) za mlade (u dobi od 10 do 17 godina) razvijene prema 4C kriterijima (koji uključuju ADP, ${\text{D}}_2\text{O}$ i DXA BMC) pokazuju visoko slaganje za FFM ($R^2=0,96$, $\text{SRMSE}=2,18\text{ kg}$) bez značajnog prosječnog odstupanja ($38,4\pm 11,4\text{ kg}$ naspram $38,9\pm 12,0\text{ kg}$) [6].

Praktični sažetak

Standardne antropometrijske jednačine obima pružaju pristupačne i jednostavne procjene procenta tjelesne masti u velikim populacijama, ali njihovo oslanjanje na krute geometrijske pretpostavke unosi sistematsku grešku [10, 14]. Kada se uporede s četverokompartmanskim kriterijskim modelima i trokompartmanskim DXA skeniranjima, jednačine obima sistematski precjenjuju procenat masti kod vitkih pojedinaca, potcjenjuju procenat masti kod osoba s većom adipoznošću i ne uspijevaju longitudinalno pratiti promjene u tkivima tokom perioda treninga ili promjene tjelesne mase [4, 10, 14]. Za ozbiljno praćenje sportista, gdje je razlikovanje između hipertrofije skeletnih mišića, promjena u ravnoteži vode i promjena u masnom tkivu od suštinskog značaja, terenske jednačine obima ne mogu zamijeniti višekompartmanske laboratorijske modele [4, 5, 7].