Kehonkoostumus

Kehonkoostumusanalyysissä käytetyt menetelmät ja mallit (taulukko 1)

Kehonkoostumusanalyysin metodologisia näkökohtia on kuvattu laajasti (Heymsfield ym., 2005; Preedy, 2012). Antropometriset menetelmät ovat ei-invasiivisia, ja niitä käytetään edelleen väestötutkimuksissa esimerkiksi skinfoldin paksuuden (ihonalaisen FM:n arviona) ja keskikämmenen tai reiden ympärysmitan (jota voidaan käyttää luuston lihasmassan mittana ihonalaisen rasvan korjauksen jälkeen) arvioimiseksi. Tarkkaan ottaen nämä ovat paikallisia tai ainakin alueellisia kehonkoostumuksen arviointeja, jotka johtavat ”2C-malliin”, koska ne on validoitu niin sanottuja ”2C-referenssimenetelmiä” vastaan (ks. jäljempänä). Ikä- ja sukupuolikohtaiset arviot koko kehon FM:stä perustuvat algoritmeihin, jotka on luotu antropometristen mittausten ja viite- tai kultaisella standardimenetelmällä saatujen tietojen välisistä tilastollisista assosiaatioista.

Taulukko 1. Koko kehon FM:n ikä- ja sukupuolikohtaiset arviot. Kehonkoostumusanalyysissä käytettyjen yksittäisten menetelmien ominaisuudet

Menetelmät Tulokset MDC, kg Tarkkuus, %
Kultanormit MRI/CT
kokovartalo, alueellinen
AT, SAT, VAT, BAT?,MM, OM (aivot, sydän, maksa, munuaiset), ektooppinen rasva maksassa, luustolihaksessa, haimassa 0.2 1,1
4C-malli FM, FFM, FFM:n hydrataatio 1
Yksittäiset referenssimenetelmät DXA
koko keho, alueellinen
Kehon massa, FM, luumassa ja luun mineraalitiheys 1 2
LAIMENNUSMENETELMÄT
D2O, NaBr
Kehon kokonaisvesi, ekstrasellulaarinen + -sisäinen vesi, kudosten nesteytys 2 1-2 (TBW:lle)
Densitometria
ADP, vedenalainen punnitus
Kehon tilavuus ja tiheys, FM 2 2
QMR FM, vähärasvainen kudos, vapaa + kokonaisvesi 0,2 0,7
Kenttämenetelmät BIA Vastus, reaktanssi, vaihekulma, BIVA 1.5 1
ihopoimut SAT 2-3 > 5
Ultraäänitutkimus SAT, MM-paksuus, OM, maksan rasvakudos ? ?

MDC, minimaalinen havaittava muutos (rasvamassa, kg); prec’, tarkkuus (rasvamassa, %); MRI, magneettiresonanssikuvaus; CT, tietokonetomografia; DXA, kaksoisröntgenabsorptiometria; ADP, ilmasiirtymäpletysmografia; QMR, kvantitatiivinen magneettiresonanssi; BIA, biosähköinen impedanssianalyysi; TBW, kehon kokonaisvesi; AT, rasvakudos; SAT, ihonalainen rasvakudos; VAT, viskeraalinen rasvakudos; BAT, ruskea rasvakudos; MM, lihasmassa; OM, elimen massa; FM, rasvamassa; FFM, rasvaton massa.

BCA:lle on olemassa useita ei-invasiivisia ja tarkkoja menetelmiä. Käytössä on erilaisia vertailumenetelmiä, jotka eroavat toisistaan tekniikoiltaan, käsitteiltään ja tuloksiltaan. Koko kehon tasolla kehon tilavuuden ja siten kehon tiheyden (joka lasketaan kehon massan ja kehon tilavuuden suhteena) luotettavat ja pätevät mittaukset joko vedenalaisella punnituksella tai ilmasiirtymäpletysmografialla (Air Displacement Plethysmography, ADP) tähtäävät FM:n ja FFM:n arviointiin (Forbes, 1987). Laimennusmenetelmillä mitataan nesteytystilaa, eli D2O-laimennuksella TBW:n arvioimiseksi ja NaBr-laimennuksella ECW:n mittaamiseksi. ICW lasketaan sitten TBW:n ja ECW:n erotuksesta (Heymsfield ym., 2015). Kaksoisröntgenabsorptiometrialla (DXA) arvioidaan luun mineraalipitoisuus ja -tiheys (BMD), LST ja FM. Jalkojen ja käsivarsien LST (tai raajojen LST) voidaan ottaa luurankolihasmassan mittana (ns. appendikulaarinen luurankolihasmassa; Heymsfield ym., 1990; Gallagher ym., 1997; Kim ym., 2002). Tärkeimmät kehon alkuaineet (esim. kehon K, N, Ca jne.) kvantifioidaan koko kehon laskennalla (esim. kehon K-laskurissa kehon kokonaiskaliumina, TBK, tai neutroniaktivointianalyysillä, NAA, eri alkuaineista, esim. kehon kokonaistyppi, TBN) (Heymsfield ym., 2005). Kahta jälkimmäistä menetelmää käytetään nykyään hyvin rajoitetusti, koska ne ovat erikoislaitteita, edellyttävät korkeaa teknistä osaamista, ovat kalliita ja niiden saatavuus on hyvin rajallista. Kvantitatiivinen magneettiresonanssitekniikka (Quantitative magnetic resonance, QMR) ei ole kuvantamismenetelmä ja perustuu ydinmagneettiseen resonanssiin (NMR) (Bosy-Westphal ja Müller, 2015). QMR edellyttää pientä 67 G:n (tai 0,0067 T:n) magneettikenttää. QMR mittaa FM:ää, vähärasvaista massaa (pois lukien lähinnä luussa olevat kiinteät komponentit) ja vapaata vettä. Nykyään QMR on tarkin BCA-menetelmä (ks. taulukko 1). QMR arvioi FM:ää FFM:n kosteuspitoisuudesta riippumatta.

BCA:ssa käytetyt mallit perustuvat tiettyihin oletuksiin, joita pidetään kiinteinä (esim. FFM:n 73,2 %:n vesipitoisuus tai mittaukset ruumiinlämmössä 36 °C tai 37 °C). Lisäksi yleensä oletetaan, että yksittäisellä kehon osalla on homogeeninen koostumus. Nämä oletukset voidaan kyseenalaistaa päivittäisessä käytännössä, sillä esimerkiksi kudosten nesteytyminen vaihtelee lasten ja vanhusten sekä lihavien ja normaalipainoisten potilaiden välillä. Lisäksi FFM:n hydrataatio muuttuu painonpudotuksen myötä ja kliinisen tilan edetessä, esimerkiksi tulehduksen ja sepsiksen yhteydessä sekä maksakirroosipotilailla. Yksittäisten menetelmien puutteiden minimoimiseksi eri menetelmien tulokset yhdistetään eli DXA + ADP + D2O-laimennus, jolloin saadaan aikaan niin sanottu ”4-compartment-” tai ”4C-malli” (Fuller ym., 1992; Withers ym., 1999; Shen ym., 2005; Heymsfield ym., 2015). Näin ”4C-mallissa” vältetään oletukset FFM:n kiinteästä koostumuksesta. Sitä pidetään BCA:n kultaisena standardina.

Tarkka kehonkoostumus voidaan arvioida kuvantamistekniikoilla eli koko kehon magneettikuvauksella (MRI) tai tietokonetomografialla (CT) (Müller ym., 2002; Heymsfield ym., 2005; Prado ja Heymsfield, 2014). Magneettikuvaus mahdollistaa kehon kaikkien elinten ja kudosten rekonstruktion. Poikittaiskuvat otetaan eri etäisyyksiltä (esim. 7-10 mm:n viipalepaksuus vatsaelinten osalta). Elinten poikkileikkausalueet segmentoidaan käsin tai automaattisesti validoidulla ohjelmistolla. Elinten ja kudosten tilavuuksien laskeminen perustuu pinta-alojen summaan, joka kerrotaan viipaleen paksuudella ja kuvien välisellä etäisyydellä. Tilavuuden määrittämisen tarkkuutta parannetaan käyttämällä vierekkäin otettuja kuvia. Elinten ja kudosten tilavuudet muunnetaan sitten massoiksi ottamalla huomioon niiden ominaistiheydet (esim. 0,916 rasvakudokselle, 1,0414 luurankolihakselle, 1,0298 sydämelle, 1,05 maksalle, munuaisille ja pernalle, 1,030 aivoille, 1,99 luun kuorikerrokselle, jolloin koko kehon tiheydeksi saadaan 1,07 miehillä ja 1,04 naisilla). CT:n avulla voidaan käyttää heikentymisvälejä (Hounsfieldin yksiköt; HU) yksityiskohtaiseen BCA:han elin/kudostasolla. Välit – 1001 ja 191 HU kattavat ilman, kaasut ja keuhkot, – 190 ja – 30 HU heijastavat rasvakudosta ja keltaista luumassaa, – 29 ja 151 HU kattavat pehmytkudoksen, kun taas kortikaalinen luu ja spongiosa määritellään välillä + 151 ja 2001 HU. Koko kehon ihonalaisen ja viskeraalisen rasvakudoksen (SAT, VAT) ja luurankolihaksen massan (SMM) arvioimiseksi koko kehon protokolla voidaan pelkistää mittauksiin yhdellä viipaleella lannerangan nikamasta 3 (L3; Schweitzer ym., 2015, 2016). Tämä paikka on validoitu terveille aikuisille ja vanhuksille. Kuten pitkittäishavainnoissa (esim. painonpudotuksen tai painonnousun aikana), alueellisten rasvavarastojen muutosten varianssi rajoittaa kuitenkin yhden siivun estimaatin arvoa (Schweitzer ym., 2015).

4C-mallin lisäksi myös magneettikuvausta ja tietokonekerroskuvausta pidetään BCA:n kultaisina vakiomenetelminä (Müller ym., 2002; Prado ja Heymsfield, 2014). Verrattaessa 4C-mallilla saatuja tietoja MRI:llä tai CT:llä saatuihin kehon koostumusta koskeviin arvioihin käy ilmi joitakin eroja, eli 4C-mallilla arvioitu kemiallisesti määritelty rasvamassa ei vastaa läheisesti MRI:llä mitattua rasvakudoksen tilavuutta. Näissä tiedoissa on huomattavaa yksilöiden välistä vaihtelua, sillä rasvakudoksen rasvapitoisuus vaihtelee 60-90 prosentin välillä. Näin ollen tiukasti ottaen kuvantamistekniikoilla saatuja tuloksia ei voida suoraan verrata tuloksiin, jotka saadaan käyttämällä joko yhtä vertailumenetelmää tai 4C-mallia.

Magneettiresonanssispektroskopiaa (MRS) voidaan käyttää arvioimaan rasvainfiltraatioita maksassa, haimassa ja luurankolihaksessa. Maksan rasvaa voidaan mitata myös magneettikuvauksella käyttämällä 2-piste-Dixon-menetelmää, joka laskee ”pelkkää rasvaa” ja ”pelkkää vettä” sisältävät kuvat ”in-phase”- ja ”opposite-phase”-kuvista (Ma, 2008).

Vertailtaessa referenssimenetelmiin ja kultaisiin vakiomenetelmiin biosähköisestä impedanssianalyysistä (BIA) on tullut laajalti sovellettu kenttämenetelmä BCA:ta varten (Lukaski, 2013). Yksittäisiä BIA-laitteita on validoitu eri vertailumenetelmiä, ”4C-mallia” ja myös koko kehon magneettikuvausta vastaan (Bosy-Westphal et al., 2013b, 2017). Nämä validoinnit koskevat yksittäisiä laitteita, vertailupopulaatioita ja yksittäisiä viite- tai kultaisia standardimenetelmiä. Standardimenetelmässä impedanssi mitataan 100 mA:n virralla yhdellä 50 kHz:n taajuudella. Käyttämällä monitaajuus-BIA:ta tai biosähköistä impedanssispektroskopiaa (BIS) 1 ja 1000 kHz:n välisillä taajuuksilla kehon koostumus lasketaan koko kehon nesteen läpi kulkevan sähkövirran impedanssista. Johtava tilavuus (V, joka edustaa TBW:tä tai FFM:ää) on verrannollinen johtimen neliöpituuteen (Ht2) ja käänteisesti verrannollinen poikkipinta-alan resistanssiin (R) (V = ρ × Ht2/R, jossa ρ on johtimen ominaisresistanssi). TBW voidaan edelleen erottaa ICW:ksi ja ECW:ksi. Se erottaa ylimääräisen nesteen kehon tärkeimpien kudosten nesteytyksestä (Chamney ym., 2007).

Kokovartaloimpedanssi perustuu pääasiassa raajojen distaalisten osien impedanssiin lähellä elektrodeja. Algoritmit, joita käytetään kehonkoostumuksen laskemiseen BIA-mittauksista, perustuvat tilastollisiin suhteisiin impedanssin ja joko TBW:n tai FFM:n tai lihasmassan välillä. FM lasketaan sitten kehon painon ja FFM:n erotuksesta. Populaatiospesifisyys, BIA-algoritmin luomisessa käytetty vertailumenetelmä ja BIA-laite lisäävät tähän mennessä julkaistujen erilaisten BIA-algoritmien lähes loputtoman luettelon. Näin ollen BIA-laitteen käyttäminen kliinisessä ympäristössä edellyttää populaatiospesifisyyden ja validoinnin sekä tietyn BIA-algoritmin tuottamiseen käytetyn laitteen tarkkaa tarkastelua.

Vaihtoehtoisesti BIA-raakadatan käyttö on saavuttanut suosiota kehonkoostumustutkimuksessa (Bosy-Westphal ym., 2005, 2006). Resistanssi (R) ja reaktanssi (Xc) vakioidaan kehon pituuden mukaan biosähköisessä impedanssin vektorianalyysissä (BIVA) nesteytystilan ja kehon solumassan (BCM) kuvaamiseksi. Kliinisessä ympäristössä BIVA:ta voidaan käyttää nesteytyksen ja BCM:n muutosten ja siten aliravitsemuksen seuraamiseen (esim. hoidossa olevilla kasvainpotilailla) (Norman ym., 2015). Lisäksi vaihekulma (PA) voidaan laskea suoraan R:stä ja Xc:stä kaari-tangenttina (Xc/R) 180°/π. PA liittyy kehon solumassaan (BCM), solukalvojen eheyden muutoksiin ja nestetasapainon muutoksiin. Alhaista PA:ta käytetään aliravitsemuksen diagnosoinnissa ja kliinisessä ennusteessa. Laitekohtaista BIVA:ta ja PA:ta varten on saatavilla viitearvoja eri väestöryhmistä, jotka on kerrostettu etnisten, ikä- ja painoindeksiryhmien (BMI) mukaan. Nykyaikaiset BIA-tekniikat ovat päteviä välineitä terveiden ja euvoleemisten aikuisten kehonkoostumuksen arviointiin. Kliinisessä ympäristössä BIA:n raakatietojen käytöllä on arvoa. Sitä vastoin terveillä koehenkilöillä tuotettujen vakiomuotoisten BIA-algoritmien käyttämisessä potilaiden BCA:ssa on selviä rajoituksia.

Taulukossa 1 esitetään BCA:ssa käytettyjen eri menetelmien tarkkuus ja tulokset.

Taulukossa 1 esitetään BIA:n tarkkuus ja tulokset.

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista.