Mjerenje tjelesne masti metrom ili laboratorijskim testovima: Koliko je točno?

Arhitektura višekompartmentnog kriterijskog modela

Kvantifikacija sastava ljudskog tijela u laboratorijskim uvjetima oslanja se na referentne modele koji dijele tijelo na zasebne kemijske ili anatomske frakcije [16]. Iako dvokompartmentni (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 pogreške u mjerenju kod različitih sportskih i kliničkih populacija [7, 16].

Četverokompartmentni (4C) model predstavlja zlatni standard za in vivo analizu sastava tijela neovisnim mjerenjem ukupne tjelesne mase, volumena tijela (BV), ukupne tjelesne vode (TBW) i mineralnog sadržaja kostiju (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 dobiva pletizmografijom istiskivanja zraka (ADP) ili hidrostatskim vaganjem, TBW pomoću deuterijeva oksida (${\text{D}}_2\text{O}$) ili razrjeđenja ${}^{18}\text{O}$, koštani mineralni pepeo ($A$) iz BMC-a dobivenog dvoenergetskom apsorpcijometrijom rendgenskih zraka (DXA) pomnoženog s 1,0436, a Weight je ukupna tjelesna masa [7, 16]. Analiza propagacije pogreške pokazuje da pravilno izveden 4C model postiže preciznost mjerenja masne mase od približno 0,25 kg uz utvrđivanje srednjeg biološkog faktora hidracije FFM-a od $0.74\pm 0.02$ [7].

Pletizmografija istiskivanja zraka (kao što je sustav BOD POD) primjenjuje Poissonov zakon na dvjema oscilirajućim komorama za određivanje volumena tijela, što zahtijeva kalibraciju volumena u dvije točke (prazna komora i cilindar od 50 L), pripijenu odjeću kako bi se izbjegli artefakti izotermne površine te korekciju volumena plina u prsnom košu (TGV) [9]. Instrumentacija sustava BOD POD daje unutarnji koeficijent varijacije od 2,3% i opći raspon pogreške volumena od $\pm 1.0\%$ do $2.7\%$ [7, 9]. Kada se procjenjuju terenske ili zamjenske slikovne tehnike, kriterijski 4C modeli (ili 3C DXA okviri) služe kao mjerilo prema kojem se kvantificira prediktivna pogreška [1, 5, 10, 18].

Mehanika standardnih antropometrijskih formula

Terenske procjene sastava tijela često koriste opsege mjerene mjernom vrpcom zbog niske cijene i visoke dostupnosti. Najistaknutiji protokol je metoda opsega Ministarstva obrane SAD-a (DoD), koju je izvorno formulirao James Hodgdon u Istraživačkom centru za zdravlje mornarice (Navy Health Research Center) koristeći kriterijske podatke podvodnog vaganja te naknadno unakrsno validirao na osoblju iz studije sastava tijela vojske iz 1984. godine (Army Body Composition Study) [10, 14]. Matematičke formulacije (koristeći mjere 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 opsega na više mjesta izoliranjem specifičnih anatomskih omjera. Indeks tjelesne masnoće (BAI), koji su uveli Bergman i sur., procjenjuje masno tkivo iz opsega bokova i visine: $\text{BAI}=[\text{hip circumference (cm)}/(\text{height (m)}{)}^{1.5}]-18$ [21]. Slično tome, indeks relativne masne mase (RFM) i omjer struka i visine (WHtR) koriste geometriju omjera struka i visine za procjenu centralne adipoznosti i pragova visceralnog masnog tkiva (VAT) u različitim demografskim skupinama [3, 23].

+-----------------------------------------------------------------------------+
|                     HIJERARHIJA MODELA SASTAVA TIJELA                       |
|                                                                             |
|  [4-kompartmentni kriterij]                                                 |
|   ├── Ukupna tjelesna masa (kalibrirana vaga)                               |
|   ├── Volumen tijela (ADP / BOD POD putem Poissonova zakona) [9]            |
|   ├── Ukupna tjelesna voda (D2O / 18O izotopno razrjeđenje) [7]             |
|   └── Mineralna masa kostiju / pepeo (DXA BMC x 1.0436) [7]                 |
|        │                                                                    |
|        ▼ Preciznost: ±0.25 kg FM [7]                                        |
|                                                                             |
|  [Zamjenski laboratorijski modeli]                                          |
|   ├── Dvoenergetska apsorpcijometrija rendgenskih zraka (DXA 3C) [5, 10]    |
|   └── Iz DXA-a izvedene varijacije 4C volumena (4C-DXA1 / 4C-DXA2) [1, 3]   |
|                                                                             |
|  [Terenski antropometrijski modeli]                                         |
|   ├── DoD jednadžbe opsega (abdomen, vrat, struk, bokovi) [4, 10, 12]       |
|   ├── Indeks tjelesne masnoće (BAI: bokovi i visina) [21]                   |
|   └── Relativni omjeri (WHtR, RFM, BMI) [3, 15, 23]                         |
+-----------------------------------------------------------------------------+

Transverzalna točnost i sustavna pristranost

Validacijska ispitivanja koja izravno uspoređuju jednadžbe opsega s laboratorijskim slikovnim metodama i višekompartmentnim kriterijima pokazuju izražena sustavna odstupanja povezana s vitkošću ispitanika, spolom i distribucijom masti [10].

U istraživanju na 609 aktivnih pripadnika američkih marinaca (430 muškaraca, 179 žena; u dobi od 18 do 57 godina) procijenjenih u odnosu na trokompartmentni DXA, DoD jednadžbe opsega abdomena pokazale su zamjetnu usmjerenu pristranost [10]:

• Kod muškaraca je jednadžba opsega sustavno podcjenjivala postotak 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 je jednadžba sustavno precjenjivala postotak 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 proporcionalnu pristranost: metoda opsega sustavno je precjenjivala tjelesnu mast kod vitkog osoblja, dok je podcjenjivala tjelesnu mast kod pojedinaca s višom razinom masnog tkiva [10].

Za usporedbu, bioelektrična impedancijska analiza (BIA putem sustava RJL Systems 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 pogreške javljaju se i kod indeksa s jednim opsegom. U kohorti od 95 žena procijenjenih putem DXA-a, standardni BMI nadmašio je BAI u predviđanju postotka tjelesne masti (BMI: $r=0.823$, $r^2=0.678$, $\text{SEE}=3.89\%$; BAI: $r=0.702$, $\text{SEE}=4.88\%$) te je podcijenio tjelesnu mast u prosjeku za $8.7\%$ u višim rasponima adipoznosti [21]. Međutim, u zasebnoj studiji s 4C modelom na 188 mlađih odraslih osoba, BAI ($r=0.668$) i opseg struka ($r=0.194$) snažnije su korelirali s postotkom masti izvedenim iz 4C modela nego BMI ($r=0.192$) [21]. Na epidemiološkoj razini, sustavni pregled 32 studije dijagnostičke točnosti pokazao je da opseg struka ima zbirnu osjetljivost od $62.4\%$ kod muškaraca i $57.0\%$ kod žena za identificiranje pretilosti u odnosu na slikovne standarde, dok je specifičnost dosezala $88.1\%$, odnosno $94.8\%$ [15].

Longitudinalno praćenje i osjetljivost na promjene u sastavu tijela

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

U 9-mjesečnoj longitudinalnoj procjeni 21 muškog kadeta vojske (ROTC) koji su imali prosječno povećanje tjelesne mase od $+1.8\text{ kg}$, Bland-Altmanove i regresijske analize pokazale su da DoD jednadžba opsega nije uspjela pratiti promjene u sastavu [4, 14]. Izračuni opsega značajno su podcijenili promjene u postotku tjelesne masti i masne mase u usporedbi s kriterijskim mjerenjima pletizmografije istiskivanja zraka [4, 14]. Budući da mišićna hipertrofija nelinearno mijenja dimenzije vrata i abdomena u odnosu na taloženje masnog tkiva, jednadžbe temeljene na opsezima pogrešno interpretiraju promjene u morfologiji tkiva u uvjetima trenažnog procesa [4, 10].

Ograničenja u praćenju postoje i kod zamjenskih laboratorijskih metoda. U ispitivanju koje je uključivalo 27 vrhunskih judaša 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 te od $-2.6\text{ kg}$ do $+3.7\text{ kg}$ za apsolutnu masnu masu [5]. Ključno je da je DXA objasnio samo $29\%$ varijance 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) vs. ZAMJENSKA LONGITUDINALNA OSJETLJIVOST

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

Jednadžbe opsega vs. kriterijski ADP (ROTC kadeti tijekom 9 mjeseci [4, 14]):
- Podcijenjena Δ%BF nakon prirasta mase od +1.8 kg
- Nisu uspjele pratiti individualne promjene u distribuciji masne naspram bezmasne mase

Valjanost hibridnih i zamjenskih višekompartmentnih modela

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

McLester i sur. procijenili su dvije jednadžbe volumena tijela izvedene iz DXA-a (4C-DXA1 i 4C-DXA2) u odnosu na kriterijski 4C-ADP model u različitim kategorijama indeksa tjelesne mase i opsega struka [1]:

• Odrasle osobe normalne tjelesne težine (BMI $<25.0{\text{ kg/m}}^2$, $n=40$): 4C-DXA1 značajno je podcijenio postotak tjelesne masti uz konstantnu pogrešku (CE) od $-3.0\%$ ($p<0.001$, $\text{SEE}=2.59\%$, $95\%\text{ LOA}=\pm 5.0\%$), dok je 4C-DXA2 značajno precijenio postotak masti ($\text{CE}=+4.8\%$, $p<0.001$, $\text{SEE}=1.24\%$) [1].
• Odrasle osobe s prekomjernom težinom bez rizičnog opsega struka (BMI $\ge 25.0{\text{ kg/m}}^2$, $n=40$): postotak masti prema 4C-DXA1 nije se razlikovao u srednjoj konstantnoj pogrešci ($\text{CE}=-0.5\%$, $p=0.112$, $\text{SEE}=1.92\%$), ali je pokazao značajnu proporcionalnu pristranost ($p=0.007$) [1].
• Odrasle osobe s prekomjernom težinom i rizičnim opsegom 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 jednadžbe dale su manja prosječna precjenjivanja ($\text{CE}=+2.2\%$ i $+2.3\%$, $p<0.001$), ali 4C-DXA1 nije pokazao proporcionalnu pristranost ($p=0.183$, $\text{SEE}=1.84\%$, $95\%\text{ LOA}=\pm 3.8\%$), čime je bio jedini zamjenski model ocijenjen valjanim za tu specifičnu kohortu [1].

Naknadne demografske prilagodbe, poput jednadžbe 4C-DXANickerson, potvrdile su da specijalizirane konverzije DXA volumena mogu pružiti valjane procjene 4C volumena tijela u specifičnim skupinama, uključujući odrasle hispanskog podrijetla [3]. Slično tome, kalibrirane prediktivne jednadžbe višefrekventne bioelektrične impedancije (mBCA) za mlade (u dobi od 10 do 17 godina) razvijene u odnosu na 4C kriterije (uključujući ADP, ${\text{D}}_2\text{O}$ i DXA BMC) daju snažno slaganje za FFM ($R^2=0.96$, $\text{SRMSE}=2.18\text{ kg}$) bez značajnog prosječnog odstupanja ($38.4\pm 11.4\text{ kg}$ u odnosu na $38.9\pm 12.0\text{ kg}$) [6].

Praktični sažetak

Standardne antropometrijske jednadžbe temeljene na opsezima pružaju pristupačne, nezahtjevne procjene postotka tjelesne masti u velikim populacijama, no njihovo oslanjanje na krute geometrijske pretpostavke unosi sustavnu pogrešku [10, 14]. Kada se usporede s 4-kompartmentnim kriterijskim modelima i 3-kompartmentnim DXA skeniranjima, jednadžbe opsega sustavno precjenjuju postotak masti kod vitkih pojedinaca, podcjenjuju postotak masti kod pojedinaca s višom razinom adipoznosti te ne uspijevaju longitudinalno pratiti promjene u tkivima tijekom razdoblja treninga ili promjene tjelesne mase [4, 10, 14]. Za ozbiljno praćenje sportaša, gdje je razlikovanje između hipertrofije skeletnih mišića, promjena u ravnoteži vode i promjena u masnom tkivu od ključne važnosti, terenske jednadžbe temeljene na opsezima ne mogu zamijeniti višekompartmentne laboratorijske modele [4, 5, 7].