Kūno riebalų matavimas juosta ar laboratoriniai tyrimai: kiek jie tikslūs?

Daugiakomponenčio kriterijaus architektūra

Žmogaus kūno kompozicijos kiekybinis vertinimas laboratorinėmis sąlygomis remiasi etaloniniais modeliais, kurie suskaido kūną į atskiras chemines arba anatomines frakcijas [16]. Nors dviejų komponenčių (2C) modeliai masę tiesiog padalija į riebalų masę (FM) ir neriebalinę masę (FFM), jie remiasi fiksuotomis prielaidomis apie FFM tankį ir hidrataciją, o tai dažnai lemia matavimo paklaidas įvairiose sportininkų bei klinikinėse populiacijose [7, 16].

Keturių komponenčių (4C) modelis yra auksinis standartas in vivo kūno kompozicijos analizei, kadangi nepriklausomai išmatuoja bendrą kūno masę, kūno tūrį (BV), bendrą kūno vandenį (TBW) ir kaulų mineralinį turinį (BMC arba kaulų pelenus) [5, 7, 16]. Klasikinė matematinė 4C modelio konfigūracija išreiškiama taip:

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

kur BV gaunamas oro išstūmimo pletizmografija (ADP) arba hidrostatinio svėrimo būdu, TBW – deuterio oksido (${\text{D}}_2\text{O}$) arba ${}^{18}\text{O}$ praskiedimo metodu, kaulų mineraliniai pelenai ($A$) – iš dvigubos energijos rentgeno spindulių sugerties (DXA) BMC, padauginto iš 1,0436, o Svoris yra bendra kūno masė [7, 16]. Paklaidų sklaidos analizė rodo, kad tinkamai atliktas 4C modelis pasiekia maždaug 0,25 kg riebalų masės matavimo tikslumą ir nustato vidutinį biologinį FFM hidratacijos koeficientą $0.74\pm 0.02$ [7].

Oro išstūmimo pletizmografija (pavyzdžiui, „BOD POD“ sistema) taiko Puasono dėsnį dviejose osciliuojančiose kamerose kūno tūriui nustatyti. Tam reikalingas dviejų taškų tūrio kalibravimas (tuščia kamera ir 50 l cilindras), prigludusi apranga, padedanti išvengti izoterminių paviršiaus ploto artefaktų, bei krūtinės ląstos dujų tūrio (TGV) korekcijos [9]. „BOD POD“ aparatūra pasižymi 2,3% vidiniu variacijos koeficientu ir bendra tūrio paklaidos rėžiu nuo $\pm 1.0\%$ iki $2.7\%$ [7, 9]. Vertinant lauko sąlygų ar alternatyvius vaizdinimo metodus, 4C etaloniniai modeliai (arba 3C DXA struktūros) tarnauja kaip atskaitos taškas, pagal kurį kiekybiškai įvertinama prognostinė paklaida [1, 5, 10, 18].

Standartinių antropometrinių formulių mechanika

Lauko sąlygomis atliekamiems kūno kompozicijos vertinimams dažnai naudojami matavimo juosta išmatuoti kūno apimtys dėl mažos kainos ir didelio prieinamumo. Žinomiausias protokolas yra Jungtinių Valstijų gynybos departamento (DoD) apimčių metodas, kurį iš pradžių sukūrė Jamesas Hodgdonas Karinio jūrų laivyno sveikatos tyrimų centre, naudodamas povandeninio svėrimo etaloninius duomenis, o vėliau kryžmiškai validavo su personalu iš 1984 m. Armijos kūno kompozicijos tyrimo [10, 14]. Matematinės formulės (naudojant matavimus coliais) yra struktūruotos taip [12]:

• Vyrams: $$\%\text{BF}=86.010\times {log}_{10}(\text{pilvas}-\text{kaklas})-70.041\times {log}_{10}(\text{ūgis})+36.76$$
• Moterims: $$\%\text{BF}=163.205\times {log}_{10}(\text{talija}+\text{klubai}-\text{kaklas})-97.684\times {log}_{10}(\text{ūgis})-78.387$$

Kiti antropometriniai indeksai bando apeiti kelių vietų apimčių matavimus, išskirdami konkrečius anatominius santykius. Kūno riebumo indeksas (BAI), kurį pasiūlė Bergmanas ir kt., riebalų kiekį apskaičiuoja pagal klubų apimtį ir ūgį: $\text{BAI}=[\text{klubų apimtis (cm)}/(\text{ūgis (m)}{)}^{1.5}]-18$ [21]. Panašiai santykinės riebalų masės (RFM) indeksas ir liemens bei ūgio santykis (WHtR) naudoja liemens ir ūgio geometriją, kad įvertintų centrinį nutukimą bei visceralinio riebalinio audinio (VAT) slenksčius įvairiose demografinėse grupėse [3, 23].

+-----------------------------------------------------------------------------+
|                     KŪNO KOMPOZICIJOS MODELIŲ HIERARCHIJA                   |
|                                                                             |
|  [4-komponenčių kriterijus]                                                 |
|   ├── Bendra kūno masė (kalibruotos svarstyklės)                            |
|   ├── Kūno tūris (ADP / BOD POD pagal Puasono dėsnį) [9]                    |
|   ├── Bendras kūno vanduo (D2O / 18O izotopų praskiedimas) [7]             |
|   └── Kaulų mineralinė masė / pelenai (DXA BMC x 1.0436) [7]                |
|        │                                                                    |
|        ▼ Tikslumas: ±0.25 kg FM [7]                                         |
|                                                                             |
|  [Alternatyvūs laboratoriniai modeliai]                                     |
|   ├── Dvigubos energijos rentgeno spindulių sugertis (DXA 3C) [5, 10]       |
|   └── Iš DXA gauto tūrio 4C variacijos (4C-DXA1 / 4C-DXA2) [1, 3]           |
|                                                                             |
|  [Lauko antropometriniai modeliai]                                          |
|   ├── DoD apimčių lygtys (pilvas, kaklas, talija, klubai) [4, 10, 12]       |
|   ├── Kūno riebumo indeksas (BAI: klubai ir ūgis) [21]                      |
|   └── Santykiniai rodikliai (WHtR, RFM, KMI) [3, 15, 23]                    |
+-----------------------------------------------------------------------------+

Skerspjūvio tikslumas ir sisteminės paklaidos

Validavimo tyrimai, kuriuose apimčių lygtys tiesiogiai lyginamos su laboratoriniais vaizdinimo ir daugiakomponenčiais kriterijais, rodo ryškias sistemines paklaidas, susijusias su tiriamųjų lieknumu, lytimi ir riebalų pasiskirstymu [10].

Tyrime su 609 aktyviosios tarnybos JAV jūrų pėstininkais (430 vyrų, 179 moterys; 18–57 metų amžiaus), lygintais su trijų komponenčių DXA, DoD pilvo apimčių lygtys parodė pastebimą kryptingą paklaidą [10]:

• Vyrams apimčių lygtis sistemiškai nepakankamai įvertino kūno riebalų procentą: vidutinė paklaida siekė $-2.6\pm 3.7\%$ (amžius $\le 30$) ir $-2.5\pm 3.7\%$ (amžius $>30$) [10].
• Moterims lygtis sistemiškai pervertino kūno riebalų procentą: $+2.3\pm 4.3\%$ (amžius $\le 30$) ir $+1.3\pm 4.8\%$ (amžius $>30$) [10].
• Individualios regresinės analizės atskleidė proporcinę paklaidą: apimčių metodas sistemiškai pervertino lieknų asmenų kūno riebalų kiekį, tačiau per mažai įvertino asmenų, turinčių didesnį riebalų kiekį, riebalus [10].

Palyginimui, bioelektrinio impedanso analizė (BIA naudojant „RJL Systems Quantum IV“) toje pačioje kohortoje parodė mažesnę vidutinę paklaidą lyginant su DXA (vyrai $\le 30$: $0.4\pm 3.2\%$, $>30$: $-0.5\pm 3.5\%$; moterys $\le 30$: $1.4\pm 3.1\%$, $>30$: $0.0\pm 3.3\%$) [10].

Panašios kryptingos paklaidos būdingos ir vienos apimties indeksams. 95 moterų kohortoje, vertintoje naudojant DXA, standartinis KMI pranoko BAI prognozuojant kūno riebalų procentą (KMI: $r=0.823$, $r^2=0.678$, $\text{SEE}=3.89\%$; BAI: $r=0.702$, $\text{SEE}=4.88\%$) ir esant didesniam riebalų kiekiui kūno riebalus nepakankamai įvertino vidutiniškai $8.7\%$ [21]. Tačiau kitame 4C modelio tyrime su 188 jaunais suaugusiaisiais BAI ($r=0.668$) ir liemens apimtis ($r=0.194$) stipriau koreliavo su 4C metodu gautu riebalų procentu nei KMI ($r=0.192$) [21]. Epidemiologiniu lygmeniu, 32 diagnostinio tikslumo tyrimų sisteminė apžvalga parodė, kad liemens apimties bendras jautrumas nustatant nutukimą, lyginant su vaizdinimo standartais, yra $62.4\%$ vyrams ir $57.0\%$ moterims, o specifiškumas siekia atitinkamai $88.1\%$ ir $94.8\%$ [15].

Išilginis stebėjimas ir jautrumas kūno kompozicijos pokyčiams

Nors skerspjūvio koreliacijos tarp antropometrijos ir daugiakomponenčių kriterijų gali atrodyti vidutiniškai stiprios, apimčių lygtys rodo ryškius trūkumus stebint išilginius kūno kompozicijos pokyčius [4, 14].

9 mėnesių trukmės išilginiame tyrime su 21 vyru armijos ROTC kadetu, kurių vidutinė kūno masė padidėjo $+1.8\text{ kg}$, Blando-Altmano ir regresinė analizė parodė, kad DoD apimčių lygtis nesugebėjo fiksuoti kompozicijos pokyčių [4, 14]. Apimčių skaičiavimai reikšmingai nepakankamai įvertino kūno riebalų procento ir riebalų masės pokyčius, lyginant su oro išstūmimo pletizmografijos etaloniniais matavimais [4, 14]. Kadangi raumenų hipertrofija keičia kaklo ir pilvo matmenis netiesiškai riebalų kaupimosi atžvilgiu, apimtimis pagrįstos lygtys klaidingai interpretuoja audinių morfologijos pokyčius treniruočių metu [4, 10].

Stebėjimo apribojimai egzistuoja ir taikant alternatyvius laboratorinius metodus. Tyrime su 27 elitiniais dziudo sportininkais vyrais, stebėtais lyginant su 4C etaloniniu modeliu (ADP, DXA BMC ir ${\text{D}}_2\text{O}$ praskiedimas), individualios DXA $95\%$ sutapimo ribos svyravo nuo $-3.7\%$ iki $+5.3\%$ santykinei riebalų masei ir nuo $-2.6\text{ kg}$ iki $+3.7\text{ kg}$ absoliučiai riebalų masei [5]. Svarbiausia, kad DXA paaiškino tik $29\%$ santykinės riebalų masės pokyčio ($\mathrm{\Delta }\%\text{FM}$), $36\%$ absoliučios riebalų masės pokyčio ($\mathrm{\Delta }\text{FM}$) ir $38\%$ neriebalinės masės pokyčio ($\mathrm{\Delta }\text{FFM}$) dispersijos, nustatytos 4C modeliu [5].

KRITERIJUS (4C modelis) vs. ALTERNATYVUS IŠILGINIS JAUTRUMAS

Paaiškinta išilginių pokyčių dispersija (elito sportininkai, DXA vs. 4C kriterijus [5]):
Santykinių kūno riebalų (%FM) pokytis:  [████████░░░░░░░░░░░░] 29%
Absoliučios riebalų masės (FM) pokytis: [██████████░░░░░░░░░░] 36%
Neriebalinės masės (FFM) pokytis:       [███████████░░░░░░░░░] 38%

Apimčių lygtys vs. etaloninė ADP (ROTC kadetai per 9 mėnesius [4, 14]):
- Nepakankamai įvertino Δ%BF po +1.8 kg masės prieaugio
- Nepavyko užfiksuoti individualių riebalų ir liesosios masės pasiskirstymo poslinkių

Hibridinių ir alternatyvių daugiakomponenčių modelių validumas

Siekdami sumažinti atotrūkį tarp lauko metodų ir sudėtingų 4C tyrimų, mokslininkai ištyrė hibridines lygtis, kurios į 4C matematines formules įtraukia iš DXA gautus kūno tūrio įverčius [1, 3].

McLesteris ir kt. įvertino dvi iš DXA gautas kūno tūrio lygtis (4C-DXA1 ir 4C-DXA2), palyginti su etaloniniu 4C-ADP modeliu, skirtingose kūno masės indekso ir liemens apimties kategorijose [1]:

• Normalaus svorio suaugusieji (KMI $<25.0{\text{ kg/m}}^2$, $n=40$): 4C-DXA1 reikšmingai per mažai prognozavo kūno riebalų procentą su pastoviąja paklaida (CE) $-3.0\%$ ($p<0.001$, $\text{SEE}=2.59\%$, $95\%\text{ LOA}=\pm 5.0\%$), tuo tarpu 4C-DXA2 riebalų procentą reikšmingai pervertino ($\text{CE}=+4.8\%$, $p<0.001$, $\text{SEE}=1.24\%$) [1].
• Antsvorio turintys suaugusieji be rizikos liemens apimties (KMI $\ge 25.0{\text{ kg/m}}^2$, $n=40$): 4C-DXA1 riebalų procentas nesiskyrė vidutine pastoviąja paklaida ($\text{CE}=-0.5\%$, $p=0.112$, $\text{SEE}=1.92\%$), tačiau demonstravo reikšmingą proporcinę paklaidą ($p=0.007$) [1].
• Antsvorio turintys suaugusieji su rizikos liemens apimtimi (KMI $\ge 25.0{\text{ kg/m}}^2$, $\text{WC}\ge 88\text{ cm}$ moterims, $\ge 102\text{ cm}$ vyrams, $n=35$): abi lygtys lėmė nedidelius vidutinius pervertinimus ($\text{CE}=+2.2\%$ ir $+2.3\%$, $p<0.001$), tačiau 4C-DXA1 neturėjo proporcinės paklaidos ($p=0.183$, $\text{SEE}=1.84\%$, $95\%\text{ LOA}=\pm 3.8\%$), todėl buvo vienintelis alternatyvus modelis, pripažintas tinkamu šiai konkrečiai kohortai [1].

Vėlesnės demografinės adaptacijos, tokios kaip 4C-DXANickerson lygtis, patvirtino, kad specializuotos DXA tūrio konversijos gali pateikti validžius 4C kūno tūrio įverčius konkrečiose grupėse, įskaitant ispanakalbius suaugusiuosius [3]. Panašiai kalibruotos daugiafazio bioelektrinio impedanso (mBCA) prognozavimo lygtys jaunuoliams (10–17 metų amžiaus), sukurtos pagal 4C kriterijus (apimančius ADP, ${\text{D}}_2\text{O}$ ir DXA BMC), rodo stiprų FFM sutapimą ($R^2=0.96$, $\text{SRMSE}=2.18\text{ kg}$) be reikšmingos vidutinės paklaidos ($38.4\pm 11.4\text{ kg}$ vs. $38.9\pm 12.0\text{ kg}$) [6].

Praktinė santrauka

Standartinės antropometrinės apimčių lygtys suteikia prieinamus, mažai resursų reikalaujančius kūno riebalų procento įverčius didelėms populiacijoms, tačiau jų priklausomybė nuo griežtų geometrinių prielaidų sukelia sisteminę paklaidą [10, 14]. Lyginant su 4 komponenčių etaloniniais modeliais ir 3 komponenčių DXA skenavimais, apimčių lygtys sistemiškai pervertina riebalų procentą liekniems asmenims, nepakankamai įvertina riebalų procentą asmenims, turintiems didesnį riebalų kiekį, ir nesugeba tiksliai stebėti audinių pokyčių bėgant laikui treniruočių ar svorio svyravimų metu [4, 10, 14]. Siekiant profesionalaus sportinio stebėjimo, kur itin svarbu atskirti skeleto raumenų hipertrofiją, vandens balanso pokyčius ir riebalinio audinio dinamiką, lauko sąlygomis taikomos apimčių lygtys negali pakeisti daugiakomponenčių laboratorinių modelių [4, 5, 7].