Мерење телесни масти со сантиметар наспроти лабораториски тестови: Колку се точни?

Архитектура на критериумскиот мултикомпартментен модел

Квантифицирањето на човечкиот телесен состав во лабораториски услови се потпира на референтни модели кои го делат телото на одделни хемиски или анатомски фракции [16]. Додека двокомпартментните (2C) модели едноставно ја делат масата на масна маса (FM) и безмасна маса (FFM), тие се потпираат на фиксни претпоставки во однос на густината и хидратацијата на FFM, што често внесува грешка во мерењето кај различни спортски и клинички популации [7, 16].

Четворокомпартментниот (4C) модел претставува златен стандард за in vivo анализа на телесниот состав преку независно мерење на вкупната телесна маса, телесниот волумен (BV), вкупната телесна вода (TBW) и коскената минерална содржина (BMC или коскена пепел) [5, 7, 16]. Класичната математичка конфигурација на 4C моделот се изразува како:

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

каде што BV се добива од плетизмографија со истиснување на воздух (ADP) или хидростатичко мерење, TBW преку деутериум оксид (${\text{D}}_2\text{O}$) или разредување на ${}^{18}\text{O}$, коскената минерална пепел ($A$) од BMC преку двоенергетска рендгенска апсорпциометрија (DXA) помножена со 1,0436, а Weight е вкупната телесна маса [7, 16]. Анализата на пропагација на грешка покажува дека правилно изведен 4C модел постигнува прецизност на мерење на масната маса од приближно 0,25 kg, истовремено утврдувајќи просечен биолошки фактор на хидратација на FFM од $0.74\pm 0.02$ [7].

Плетизмографијата со истиснување на воздух (како што е системот BOD POD) го применува Поасоновиот закон низ двојни осцилирачки комори за одредување на телесниот волумен, при што бара калибрација на волуменот во две точки (празна комора и цилиндар од 50 L), тесна облека за да се избегнат артефакти од изотермална површина и корекции за торакалниот гасен волумен (TGV) [9]. Инструментацијата BOD POD дава внатрешен коефициент на варијација од 2,3% и општ опсег на грешка во волуменот од $\pm 1.0\%$ до $2.7\%$ [7, 9]. Кога се оценуваат теренски техники или сурогат-техники за снимање, критериумските 4C модели (или 3C DXA рамките) служат како репер според кој се квантифицира предиктивната грешка [1, 5, 10, 18].

Механика на стандардните антропометриски формули

Теренските проценки на телесниот состав често користат мерење на обими со мерна лента поради ниската цена и високата достапност. Најистакнатиот протокол е методот на обими на Министерството за одбрана на САД (DoD), првично формулиран од Џејмс Хоџдон во Здравствениот истражувачки центар на морнарицата со користење критериумски податоци од подводно мерење, а подоцна вкрстено валидиран врз воен персонал од Студијата за телесен состав на армијата од 1984 година [10, 14]. Математичките формулации (користејќи мерења во инчи) се структурирани на следниов начин [12]:

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

Останатите антропометриски индекси се обидуваат да ги заобиколат мерењата на повеќе обими преку изолирање на специфични анатомски соодноси. Индексот на телесна маснотија (BAI), воведен од Bergman et al., ја проценува маснотијата од обемот на колковите и висината: $\text{BAI}=[\text{hip circumference (cm)}/(\text{height (m)}{)}^{1.5}]-18$ [21]. Слично на тоа, индексот на релативна масна маса (RFM) и соодносот струк-висина (WHtR) ја користат геометријата на струк-висина за проценка на централната адипозност и праговите на висцерално масно ткиво (VAT) кај различни демографски групи [3, 23].

+-----------------------------------------------------------------------------+
|                     ХИЕРАРХИЈА НА МОДЕЛИ НА ТЕЛЕСЕН СОСТАВ                  |
|                                                                             |
|  [4-компартментен критериум]                                                |
|   ├── Вкупна телесна маса (Калибрирана вага)                                |
|   ├── Телесен волумен (ADP / BOD POD преку Поасонов закон) [9]              |
|   ├── Вкупна телесна вода (D2O / 18O изотопско разредување) [7]             |
|   └── Коскена минерална маса / пепел (DXA BMC x 1,0436) [7]                 |
|        │                                                                    |
|        ▼ Прецизност: ±0,25 kg FM [7]                                        |
|                                                                             |
|  [Сурогат лабораториски модели]                                             |
|   ├── Двоенергетска рендгенска апсорпциометрија (DXA 3C) [5, 10]            |
|   └── Варијации на 4C со волумен изведен од DXA (4C-DXA1 / 4C-DXA2) [1, 3]  |
|                                                                             |
|  [Теренски антропометриски модели]                                          |
|   ├── Равенки за обими на DoD (Абдомен, врат, струк, колк) [4, 10, 12]      |
|   ├── Индекс на телесна маснотија (BAI: колк и висина) [21]                 |
|   └── Релативни соодноси (WHtR, RFM, BMI) [3, 15, 23]                       |
+-----------------------------------------------------------------------------+

Пресечна точност и систематски отстапувања

Валидациските испитувања што директно ги споредуваат равенките за обими со лабораториски снимки и мултикомпартментни критериуми покажуваат изразени систематски отстапувања поврзани со виткоста на испитаниците, полот и дистрибуцијата на маснотиите [10].

Во истражување на 609 американски маринци во активна служба (430 мажи, 179 жени; на возраст од 18–57 години) оценети наспроти трикомпартментен DXA, равенките за абдоминален обем на DoD покажаа забележително насочено отстапување [10]:

• Кај мажите, равенката за обем систематски го потценуваше процентот на телесни масти со просечно отстапување од $-2.6\pm 3.7\%$ (возраст $\le 30$) и $-2.5\pm 3.7\%$ (возраст $>30$) [10].
• Кај жените, равенката систематски го преценуваше процентот на телесни масти за $+2.3\pm 4.3\%$ (возраст $\le 30$) и $+1.3\pm 4.8\%$ (возраст $>30$) [10].
• Поединечните регресиски анализи открија пропорционално отстапување: методот на обими систематски ги преценуваше телесните масти кај витките лица, додека ги потценуваше телесните масти кај лицата со повисоко ниво на маснотии [10].

За споредба, биоелектричната импедансна анализа (BIA преку RJL Systems Quantum IV) во истата кохорта покажа помало просечно отстапување во однос на DXA (мажи $\le 30$: $0.4\pm 3.2\%$, $>30$: $-0.5\pm 3.5\%$; жени $\le 30$: $1.4\pm 3.1\%$, $>30$: $0.0\pm 3.3\%$) [10].

Слични насочени грешки се појавуваат и кај индексите со еден обем. Во кохорта од 95 жени проценети преку DXA, стандардниот BMI покажа подобри резултати од BAI во предвидувањето на процентот на телесни масти (BMI: $r=0.823$, $r^2=0.678$, $\text{SEE}=3.89\%$; BAI: $r=0.702$, $\text{SEE}=4.88\%$) и ги потцени телесните масти во просек за $8.7\%$ при повисоки опсези на адипозност [21]. Сепак, во посебна студија со 4C модел кај 188 млади возрасни лица, BAI ($r=0.668$) и обемот на половината ($r=0.194$) корелираа посилно со процентот на масти добиен од 4C отколку BMI ($r=0.192$) [21]. На епидемиолошко ниво, систематски преглед на 32 студии за дијагностичка точност покажа дека обемот на половината има збирна сензитивност од $62.4\%$ кај мажите и $57.0\%$ кај жените за идентификување на дебелината во однос на стандардите за снимање, со специфичност што достигнува $88.1\%$ и $94.8\%$, соодветно [15].

Лонгитудинално следење и чувствителност на промени во телесниот состав

Иако пресечните корелации помеѓу антропометријата и мултикомпартментните критериуми можат да изгледаат умерено високи, равенките за обими покажуваат изразени ограничувања при следење на лонгитудинални промени во телесниот состав [4, 14].

Во 9-месечна лонгитудинална евалуација на 21 машки кадет на Army ROTC со просечно зголемување на телесната маса од $+1.8\text{ kg}$, анализите на Bland-Altman и регресиските анализи покажаа дека равенката за обем на DoD не успеа да ги следи промените во составот [4, 14]. Пресметките базирани на обими значително ги потценија промените во процентот на телесни масти и масната маса во споредба со критериумските мерења со плетизмографија со истиснување на воздух [4, 14]. Бидејќи мускулната хипертрофија ги менува димензиите на вратот и абдоменот нелинеарно во однос на таложењето масно ткиво, равенките базирани на обими погрешно ги толкуваат промените во морфологијата на ткивата при тренажни услови [4, 10].

Ограничувања во следењето постојат и кај сурогат лабораториските методи. Во испитување кое вклучуваше 27 елитни машки џудисти следени наспроти 4C критериумски модел (ADP, DXA BMC и разредување на ${\text{D}}_2\text{O}$), индивидуалните $95\%$ граници на согласување на DXA се движеа од $-3.7\%$ до $+5.3\%$ за релативна масна маса и $-2.6\text{ kg}$ до $+3.7\text{ kg}$ за апсолутна масна маса [5]. Клучно е тоа што DXA објасни само $29\%$ од варијансата во промената на релативната масна маса ($\mathrm{\Delta }\%\text{FM}$), $36\%$ од промената на апсолутната масна маса ($\mathrm{\Delta }\text{FM}$) и $38\%$ од промената на безмасната маса ($\mathrm{\Delta }\text{FFM}$) забележани преку 4C моделот [5].

КРИТЕРИУМСКИ (4C модел) наспроти СУРОГАТ ЛОНГИТУДИНАЛНА ЧУВСТВИТЕЛНОСТ

Објаснета варијанса во лонгитудиналните промени (Елитни спортисти, DXA наспроти 4C критериум [5]):
Промена во релативна масна маса (%FM):   [████████░░░░░░░░░░░░] 29%
Промена во апсолутна масна маса (FM):    [██████████░░░░░░░░░░] 36%
Промена во безмасна маса (FFM):          [███████████░░░░░░░░░] 38%

Равенки за обими наспроти критериумски ADP (ROTC кадети во текот на 9 месеци [4, 14]):
- Го потценија Δ%BF по покачување на масата од +1,8 kg
- Потфрлија во следењето на индивидуалните промени во дистрибуцијата на масна наспроти мускулна маса

Валидност на хибридните и сурогат мултикомпартментни модели

За да го премостат јазот помеѓу теренските методи и комплексното 4C тестирање, истражувачите испитуваа хибридни равенки кои ги заменуваат проценките за телесен волумен изведени од DXA во 4C математичките рамки [1, 3].

McLester et al. оценија две равенки за телесен волумен изведени од DXA (4C-DXA1 и 4C-DXA2) наспроти критериумски 4C-ADP модел низ различни категории на индекс на телесна маса и обем на половината [1]:

• Normal-weight adults (BMI $<25.0{\text{ kg/m}}^2$, $n=40$): 4C-DXA1 significantly underpredicted body fat percentage with a constant error (CE) of $-3.0\%$ ($p<0.001$, $\text{SEE}=2.59\%$, $95\%\text{ LOA}=\pm 5.0\%$), whereas 4C-DXA2 significantly overpredicted fat percentage ($\text{CE}=+4.8\%$, $p<0.001$, $\text{SEE}=1.24\%$) [1].
• Overweight adults without at-risk waist circumference (BMI $\ge 25.0{\text{ kg/m}}^2$, $n=40$): 4C-DXA1 fat percentage did not differ in mean constant error ($\text{CE}=-0.5\%$, $p=0.112$, $\text{SEE}=1.92\%$), but exhibited significant proportional bias ($p=0.007$) [1].
• Overweight adults with at-risk waist circumference (BMI $\ge 25.0{\text{ kg/m}}^2$, $\text{WC}\ge 88\text{ cm}$ for women, $\ge 102\text{ cm}$ for men, $n=35$): Both equations yielded small mean overestimations ($\text{CE}=+2.2\%$ and $+2.3\%$, $p<0.001$), but 4C-DXA1 exhibited no proportional bias ($p=0.183$, $\text{SEE}=1.84\%$, $95\%\text{ LOA}=\pm 3.8\%$), making it the only surrogate model deemed valid for that specific cohort [1].

Подоцнежните демографски адаптации, како што е равенката 4C-DXANickerson, потврдија дека специјализираните конверзии на волумен од DXA можат да обезбедат валидни проценки на телесниот волумен за 4C кај специфични групи, вклучително и кај возрасни со хиспанско потекло [3]. Слично на тоа, калибрираните равенки за предвидување со повеќефреквентна биоелектрична импеданса (mBCA) за млади (возраст 10–17 години) развиени наспроти 4C критериуми (вклучувајќи ADP, ${\text{D}}_2\text{O}$ и DXA BMC) даваат силно согласување за FFM ($R^2=0.96$, $\text{SRMSE}=2.18\text{ kg}$) без значајно просечно отстапување ($38.4\pm 11.4\text{ kg}$ наспроти $38.9\pm 12.0\text{ kg}$) [6].

Практично резиме

Стандардните антропометриски равенки за обими овозможуваат достапни, едноставни проценки на процентот на телесни масти кај големи популации, но нивното потпирање на крути геометриски претпоставки внесува систематска грешка [10, 14]. Споредени со 4-компартментните критериумски модели и 3-компартментните DXA скенирања, равенките за обими систематски го преценуваат процентот на масти кај витките лица, го потценуваат процентот на масти кај лицата со повисока адипозност и потфрлаат во лонгитудиналното следење на промените во ткивата за време на тренажни периоди или промени во телесната тежина [4, 10, 14]. За сериозно следење кај спортисти, каде што е од суштинско значење да се направи разлика помеѓу хипертрофијата на скелетните мускули, промените во рамнотежата на течностите и промените во масното ткиво, теренските равенки за обими не можат да ги заменат мултикомпартментните лабораториски модели [4, 5, 7].