MASARYKOVA UNIVERZITA FAKULTA SPORTOVNÍCH STUDIÍ

Transkript

1 MASARYKOVA UNIVERZITA FAKULTA SPORTOVNÍCH STUDIÍ Katedra podpory zdraví Klidový energetický výdej člověka Bakalářská práce Vedoucí bakalářské práce Mgr. Michal Kumstát Vypracovala: Markéta Špručková Regenerace a výživa ve sportu Brno, 2013

2 Prohlašuji, že bakalářskou práci na téma Klidový metabolismus jsem vypracovala samostatně s použitím odborné literatury a pramenů uvedených v seznamu literatury V Brně dne Markéta Špručková

3 Děkuji panu Mgr. Michalu Kumstátovi za poskytnutí cenných rad a připomínek, které pomohly ke zpracování mé bakalářské práce.

4 Obsah ÚVOD METABOLISMUS Měření metabolismu Energetická bilance organismu Energetický výdej Termický efekt potravy, TEF Klidový metabolismus Bazální metabolismus Porovnání klidového a bazálního metabolismu MĚŘENÍ ENERGETICKÉHO VÝDEJE Přímá kalorimetrie Spalné teplo Nepřímá kalorimetrie Nepřímá kalorimetrie Podmínky správného měření nepřímé kalorimetrie Omezení správného měření klidového energetického výdeje Vybavení na měření nepřímé kalorimetrie Respirační kvocient Neproteinový respirační kvocient Další způsoby měření Měření Doubly Labeled Water Měření Labelled bicarbonate Měření tepové frekvence Faktory ovlivňující klidový energetický výdej Odhadování energetického výdeje SHRNUTÍ PRAKTICKÁ ČÁST Cíle a úkoly práce Cíle práce Úkoly práce Metodika práce Výsledky Seznam dostupných prediktivních rovnic pro výpočet bazálního metabolismu: Tabulky s výpočty Porovnání hodnot DISKUZE ZÁVĚR SEZNAM POUŽITÝCH ZDROJŮ... 47

5 Seznam zkratek BM - bazální metabolismus BMI body mass index BMR - basal metabolit rate DLW - doubly labelled water CO 2 - oxid uhličitý EE - energy expediture FFM - fat free mass KM - klidový metabolismus nál. BM náležitý bazální metabolismus R - respirační výměna REE - resting energy expediture RMR - resting metabolit rate RQ - respirační kvocient SF - srdeční frekvence TEF - termický efekt potravy T 3 - trijodtyronin T 4 - tetrajodtyronin VO 2 spotřeba kyslíku

6 ÚVOD Již před více než 200 lety Lavoisier a Black zjistili, že hoření je proces produkující teplo a využívající kyslík. Právě v této době se snažili sestavovat různé přímo měřící kalorimetrické přístroje, které zjišťovaly množství energie v základních živinách a později i v potravinách. Na začátku 20. století Benedikt a Atwater objevili princip nepřímé kalorimetrie a zjistili, že u lidí můžeme měřit produkci tepla nepřímo, měřením produkce CO 2 a spotřebou kyslíku ve vydechovaném vzduchu. Cunthbertson na počátku třicátých let pozoroval, že operační stres a infekce významně zvyšují energetický výdej. Z toho vycházel Kinney, který na počátku šedesátých let poukázal ve své práci na vzájemný vztah mezi energetickým výdejem, poklesem hmotnosti a nemocností. Od sedmdesátých let se začala velmi rychle rozvíjet parenterální výživa a s ní i související nutnost sledování přesné energetické bilance pomocí nepřímé kalorimetrie. Určení potřebné energie je tedy důležité v klinické dietní praxi a je základní součástí výživového hodnocení. Klinický význam znalosti energetické potřeby je velmi důležitý při hladovění i při nadměrném přívodu výživy. Krátkodobé hladovění zvyšuje REE pro rozvíjení se katabolismu z důvodů mobilizace živin (glukoneogeneze, ketogeneze, proteolýzy). Déle trvající hladovění vede k adaptaci organismu a k poklesu energetického výdeje. Pokles REE přetrvává ještě dlouhou dobu po redukci hmotnosti obézních osob. Zvýšené riziko je třeba očekávat u podvyživených pacientů. Právě tito pacienti jsou ohrožení hypokalémií, hypofosfatemií a komplikacemi při nadměrném přívodu výživy, při tzv. overfeedingu. Naproti tomu nadměrný přívod živin muže být rizikový u nestabilních pacientů a u nemocných v těžkém stavu. V organismu dochází ke kumulaci CO 2, což může mít vážné následky u pacientů s chronickými plicními obtížemi. Nadměrná výživa také snižuje imunitní odpověď organismu a zvyšuje energetický výdej. Základní monitorování energetické potřeby formou sledování jídelníčku a matematických metod výpočtu REE jsou proto klinicky velmi prospěšné. 6

7 Vydanou energii můžeme změřit nebo ji odhadnout výpočty. Měření je mnohem přesnější než odhadování pomocí prediktivních rovnic. Samozřejmě pouze za předpokladu, že jsou dodržovány všechny zásadní podmínky pro měření. (Svačina, 2010, p ) Práci jsem si vybrala, protože mě toto téma vždy zajímalo. V dostupné literatuře se s tématem klidový nebo bazální metabolismus setkáme vždy jen okrajově. Měření klidového nebo bazálního metabolismu je velmi důležitá součást správného sestavení jídelníčku a myslím, že je důležité znát všechny způsoby měření klidového energetického výdeje, stejně tak i všechny faktory, které měření mohou nějakým způsobem ovlivňovat. Cílem mé práce je především vysvětlení pojmů a rozdílů mezi klidovým a bazálním metabolismem. Dále shrnutí všech možných způsobů zjišťování klidového energetického výdeje člověka a seznam nejčastěji užívaných prediktivních rovnic. Také se v práci zabývám možnými faktory, které mohou ovlivňovat metabolismus. V praktické části bakalářské práce se zaměřuji na výpočty klidového energetického výdeje pomocí nejčastějších prediktivních rovnic a výsledky prediktivní metody se budu snažit porovnat s hodnotami klidového energetického výdeje zjištěné metodou nepřímé kalorimetrie. 7

8 1 METABOLISMUS Pod pojmem metabolismus si můžeme představit všechny energetické a chemické přeměny, které probíhají v organismu po přijetí potravy do organismu. Zahrnuje celý proces od jejich zpracování, trávení, vstřebávání a jejich konečnou distribuci cirkulačními systémy k buňkám. (Javorka, 2001, p. 301) 1.1 Měření metabolismu Při stanovení metabolického obratu můžeme spotřebu O 2 měřit spirometrem. Spirometr je přístroj naplněn kyslíkem a obsahuje zařízení absorbující oxid uhličitý. Zvon spirometru je napojený na zapisovač, který na otáčejícím se bubnu zaznamenává pohyby zvonu nahoru a dolu. Čára, která spojuje konce výchylek zaznamenaných spirometrem, bude skloněná úměrně spotřebě O 2. Objem kyslíku v mililitrech spotřebovaný za jednotku času je přepočten na standardní teplotu a tlak. Pak dochází k převodu na produkci energie tím, že se vynásobí 4,82 kcal/l spotřebovaného O 2. (Ganong, 2005, p. 288) 1.2 Energetická bilance organismu Množství energie, která se uvolní během oxidoredukčních procesů, je úměrné počtu přemístěných elektronů násobenému rozdílem redoxního potenciálu mezi donorem a akceptorem. Toto pravidlo lze vyjádřit: Q= -nf E Kde n je počet molů přenesených elektronů, F je jednotka Faraday, která odpovídá 6487 kj/v/ml, E představuje rozdíl oxidoredukčních potenciálů. 8

9 Látky oxidující mají E pozitivnější, zatímco látky redukující mají E negativnější. (Trojan, 2003, p ) Energetická bilance organismu je dána poměrem energie, která se uvolní během metabolických pochodů a energie, která je nutná ke krytí nejrůznějších dějů, jako je např. aktivní transport na membráně, proteosyntéza, svalová kontrakce nebo elektrogeneze. Energie vytvořená a spotřebovaná musí být u všech homeostatických systémů v rovnováze. Uvolněná energie, která vznikne štěpením vazeb organických molekul, se v 60% přemění na teplo a 40% je využito k práci. (Kittnar, 2011, p. 470) 1.3 Energetický výdej Energetický výdej (EE - energy expediture) organismu můžeme vyjádřit jako energii potřebnou k udržení základních životních pochodů (tzv. bazální metabolismus, BMR). Je to energie uvolňující se ve formě tepla po příjmu potravy (tzv. termický efekt potravy, TEF) a energie nutná pro termoregulaci a též energie potřebná k práci (fyzické i duševní). EE = BMR + TEF + termoregulace + práce U osob, které žijí převážně sedavým způsobem života, bude tvořit BMR asi 60%, TEF 10%, termoregulace bude vyžadovat asi 10% a fyzická aktivita 20% z celkového denního energetického výdeje. (Holeček, 2006, p. 80) 1.4 Termický efekt potravy, TEF Termický efekt potravy je postprandinální nárůst energetického výdeje za 90 minut po požití potravy a s návratem k původním hodnotám asi za 2 až 4 hodiny. Termický efekt potravy je způsoben metabolickými nároky organismu na 9

10 zpracování přijaté potravy a uvádíme ho v procentech přijaté energie. Například po příjmu 2000kJ (500kcal) potravy je nárůst BMR o 200 kj a termický efekt potravy bude asi 10%. Sacharidy mají termický efekt 5-10%, tuky 0-3% a bílkoviny 20-30%. Parenterální i enterální výživa má podobný termický efekt, tj. asi 10%. (Svačina, 2010, p. 384) Celkový energetický metabolismus je definován jako množství energie spotřebované anebo vynaložené za jednotku času. Vyjadřujeme jej v kj nebo v kcal za 1 hodinu nebo za 24 hodin. 1 kalorie (cal = 4,184J) je definována jako množství tepelné energie, které je nutné na ohřátí 1g vody o 1 C, z 15 C na 16 C. Energetický výdej můžeme změřit přímou nebo nepřímou kalorimetrií. (Javorka, 2001, p. 301) 1.5 Klidový metabolismus Klidový metabolismus (RMR = resting metabolit rate), také klidový energetický výdej (REE = resting energy expediture), je mnohem více užíván než BEE. Vyjadřuje metabolické nároky organismu v kteroukoliv denní dobu. Měření musí být prováděno po 30-ti minutovém klidu na lůžku, nejméně 2 hodiny po jídle v tepelně indiferentním prostředí. U ambulantních pacientů a u zdravých lidí musíme ke změřené hodnotě připočítat 60-70%, aby množství energie odpovídalo energetickým potřebám organismu při běžné fyzické aktivitě. (Svačina, 2010, p ) Je to tedy energetický výdej člověka, který je v naprostém tělesném a duševním klidu. Klidový metabolismus organismu můžeme zjistit pomocí nepřímé ergometrie, která využívá naměřené hodnoty spotřeby kyslíku VO 2 na Kroghově metabolimetru. Kroghův metabolimetr (obr. 1) je přístroj, do kterého je vdechován čistý O 2 a vydechovaný CO 2 je absorbován natronovým vápnem. Na kymografu se zapisuje křivka dechových objemů, její pokles je dán úbytkem O 2 10

11 z pohyblivého zvonu. Spotřebu O 2 v daném časovém intervalu odečteme podle přiloženého měřítka. (Kohlíková, 2000, p. 83) Obr 1. Kroghova přístroje (Kohlíková, 2000, p. 83) 1.6 Bazální metabolismus Téměř všechny reakce v těle jsou exotermní a součet všech reakcí v klidu nazýváme bazální metabolismus (BME = Basal Metabolit Rate). Může být měřen dvěma základními metodami: Přímou kalorimetrií se měří celkové teplo uvolněné z organismu v průběhu času. Nepřímou kalorimetrií se měří množství spotřebovaného kyslíku. U žen bude BMR nižší, díky zvýšenému množství tuku v těle. (Baynes, Dominiczak, 1999, p ) BMR je metabolismus stanovený v klidu, při pokojové teplotě (v termoneutrální zóně) a hodin po posledním jídle. Hodnota BMR klesá ve spánku asi o 10% a při dlouhodobém hladovění může klesnout až o 40%. Za těchto podmínek metabolický obrat nazýváme jako minimální metabolický obrat. Během denní aktivity (svalová práce, příjem potravy) je metabolismus mnohem vyšší než BMR a někdy tuto hodnotu nazýváme jako metabolický obrat při 11

12 činnosti. Maximálního metabolického obratu můžeme dosáhnout při námaze a muže být i desetkrát vyšší než BMR. BMR průměrného člověka je kolem 2000kcal/den. Velká zvířata mají vyšší absolutní hodnotu BMR, ale poměr BMR k tělesné hmotnosti je vyšší u malých zvířat. Je to dáno povrchem těla, kde dochází k výměně tepla. (Ganong, 2005, p. 289) Je důležité zmínit, že ani za dodržení podmínek (klid, termoneutrální zóna, hodin po jídle) není metabolismus skutečně bazální. Důvodem je to, že neodpovídá nejmenšímu množství energie potřebné na udržení životních procesů. Jde pouze o vyjádření nejnižšího množství energie vynaložené na udržení životních procesů v bdělém stavu, při normální tělesné teplotě a při přiměřené teplotě prostředí. (Javorka, 2001, p. 303) Sledování energetické spotřeby má velký význam v pracovním lékařství, ve sportu, v armádě apod. U různých zaměstnání nebo při různém fyzickém zatížení mají tyto měření praktický význam pro sestavování jídelníčku. Nesmíme ovšem zapomínat, že energie v substrátech je v organismu použita jak pro bazální metabolismus, tak i pro pracovní výkon, pro tvorbu tepla a i pro tvorbu konzervované energie. Pokud je příkon energie v substrátech větší než je vlastní spotřeba, potom bude docházet k ukládání přebytečné energie v organismu ve formě tuků. Termín bazální metabolismus není úplně přesný, protože ve spánku máme ještě nižší energetickou spotřebu než v klidu (při dodržení všech podmínek pro správné měření bazálního metabolismu). Rubner sledoval hodnoty BM u různých druhů savců a zjistil, že tato hodnota, vztažená na 1kg tělesné hmotnosti, je u jednotlivých druhů odlišná. Pokud ji ale převedl na jednotku povrchu těla (m 2 ), hodnoty byly zhruba stejné. Hodnoty zobrazuje tab.1. (Trojan, 2003, p ) Tab. 1: Vztah mezi BM u různých druhů savců podle Rubnera z r (Trojan, 2003, p. 406) 12

13 Hmotnost kj/kg/24h kcal/kg/24h kj/m 2 /24h kcal/m 2 /24h Myš 0, Pes Člověk Kůň Porovnání klidového a bazálního metabolismu Vypočítaný klidový metabolismus můžeme vyjádřit jako relativní náležitou hodnotu bazálního metabolismu v % (% nál. BM), a to stanovením z faktorů pro hmotnost, výšku, věk a povrch těla. % nál.bm = KM. 100 : nál. BM (Kohlíková, 2000, p. 83) Podmínky pro stanovení bazálního metabolismu jsou přísné a u řady nemocných je nelze dodržet, proto většinou stanovujeme klidový energetický výdej (REE, resting energy expenditure). Tyto hodnoty nám udávají energetický výdej osoby v tělesném klidu a nejméně 2 hodiny po posledním jídle. Jsou asi o 10% vyšší než hodnoty BMR. (Holeček, 2006, p. 61) 13

14 2 MĚŘENÍ ENERGETICKÉHO VÝDEJE Celkový denní energetický výdej nebo jeho součásti můžeme měřit v laboratoři nebo tyto hodnoty mohou být odhadovány pomocí prediktivních rovnic. Energetický výdej může být měřen jak přímou tak nepřímou kalorimetrií. (Manore, 2000, p. 152) V následující části se zabývám způsoby měření energetického výdeje, potřebným vybavením a faktory, které mohou měřená energetického výdeje ovlivnit. 2.1 Přímá kalorimetrie Přímá kalorimetrie, jak naznačuje název, měří přímo tepelné ztráty předmětu. První studie proběhla v Paříži před více než dvěma stoletími, otcem energetického metabolismu, Antoniem Lavoisierem. Lavoisier měřil množství rozpuštěné vody, která se vytvořila po vložení morčete do malé komory obklopené ledem. Tím, že známe teplotu tajícího ledu, jsme schopni vypočítat všechny metabolické procesy zvířete. (Mann, Truswell, 2007, p ) Tato metoda vychází z předpokladu, že množství energie, které se uvolní oxidací energetických látek potravy, bude stejné jako množství energie, která se uvolní spálením potravy mimo organismus. (Javorka, 2001, p. 301) K měření přímé kalorimetrie se používá kalorimetr (Obr. 2). Kalorimetr představuje kovovou nádobu, která je ponořená do vody. Celá nádoba je umístěná do tepelně izolovaného pláště. V této nádobě se potrava spálí a změna teploty vody, která obklopuje nádobu, je měřítkem množství vytvořených kalorií. Podobná měření energie uvolněné spálením chemických látek jsou u živých zvířat a lidí mnohem složitější. Měří se množství tepla vydaného tělem během radiace, konvekce a evaporace. (Ganong, 2005, p. 288) 14

15 Obr. 2: Schéma kalorimetru (Jones, 2001, Reproduced from Kleiber M, 1975) 2.2 Spalné teplo Spalné teplo je energetická hodnota potravy. Přesně lze říci, že jde o množství tepla, které se uvolní během spálení 1g látky v kalorimetru. Množství spalného tepla se liší podle druhu substrátu. Spálením 1g sacharidů se uvolní 17,1 kj (4,1 kcal), 1g proteinů 23 kj (5,4 kcal) a 1 g tuků 38,9 kj (9,3 kcal). Tyto hodnoty fyzikálního spalného tepla platí v organismu jen pro sacharidy a tuky. Oxidace bílkovin v těle není úplná. Konečným produktem katabolismu je kromě CO 2 a H 2 O i močovina a podobné dusíkaté látky, které obsahují určité množství energie. Proto je fyziologická energetická hodnota bílkovin nižší a ve skutečnosti tvoří pouze 17, 1 kj (4,1 kcal) z 1 g. (Javorka, 2011, p. 305) 15

16 2.3 Nepřímá kalorimetrie Nepřímá kalorimetrie Bazální a pracovní metabolismus většinou měříme nepřímo. (Javorka, 2001, p. 302) Nepřímá kalorimetrie je nejběžnější způsob měření energetického výdeje u člověka. Je to jednodušší způsob než přímá kalorimetrie a je také mnohem levnější. Nepřímá kalorimetrie je způsob zjištění produkce energie výpočtem produktů biologických oxidací, které uvolní energii - tj. CO 2, H 2 O a konečných produktů katabolismu proteinů - nebo měřením spotřeby O 2. Měření spotřeby O 2 je poměrně snadné, protože se nikde v organismu neskladuje a jeho spotřeba je tedy téměř vždy úměrná jeho okamžité potřebě. Množství energie uvolněné na 1 mol spotřebovaného O 2 se může mírně měnit s typem oxidované látky. Přibližné množství energie, která se uvolní na 1 litr spotřebovaného O 2 je 4,82 kcal. Pro přesnější měření bychom museli zjistit údaje o živinách, které jsou oxidovány. To lze zjistit stanovením respiračního kvocientu a vylučování dusíku. (Ganong, 2005, p. 288) Spotřebu kyslíku můžeme určit spirometrem. Množství energie, které se uvolní v organismu při spotřebě 1l kyslíku, bude záviset na druhu oxidovaných živin a označujeme jej jako energetický ekvivalent O 2. Výdej energie při zjištěné spotřebě O 2 bude potom součinem spotřebovaného kyslíku a známého energetického ekvivalentu na základě aktuálního respiračního kvocientu. Hodnotu bazálního metabolismu, kterou zjistíme za 24 hodin, porovnáváme s tzv. standardem. Standard je daný součtem hodnoty bazálního metabolismu pro hmotnost a pohlaví a hodnoty pro výšku a věk daného pohlaví. Standardní bazální metabolismu můžeme vypočítat i podle vzorce: BM = 293. hmotnost (kg) 16

17 Výsledkem porovnání jsou v procentech vyjádřeny změny bazálního metabolismu oproti standardu daného jedince. (Javorka, 2001, p ) Tab. 3 Konstanty používané v nepřímé kalorimetrii (Mann, Truswell, 2007, p. 79) Tuky Sacharidy Proteiny Alkohol Spotřeba kyslíku (l/g) 2,101 0,746 0,952 1,461 Produkce CO 2 (l/g) 1,492 0,746 0,795 0,974 Respirační kvocient 0,710 1,000 0,835 0,667 Energetický ekvivalent O 2 19,61 21,12 19,48 20,33 (kj/l) Energetická hodnota (kj/g) 39,40 15,76 18,55 29, Podmínky správného měření nepřímé kalorimetrie - kalibrovaný přístroj - před měřením je nutný odpočinek (minimálně minut) vyšetřované osoby - dodržení správné délky měření - před začátkem měření informovat vyšetřovanou osobu o průběhu měření - omezení fyzické aktivity den před měřením u zdravých dospělých nebo určení pohybového omezení u kriticky nemocných pacientů - půst (Compher, Frankenfield, Keim, 2006, p. 883) Omezení správného měření klidového energetického výdeje Stále není zcela jasná doba trvání ovlivnění klidového energetického výdeje po požití stravy nebo po vykonání fyzické aktivity. Jsou dána jen obecná doporučení, jak dlouho bychom se měli vyhnout příjmu potravy a cvičeni. Doba 17

18 by měla být dostatečně dlouhá na to, aby se s největší pravděpodobností vyloučil jakýkoliv účinek na RMR. Časové omezení, stejně jako poloha těla a doba odpočinku před měřením, vyžadují stalé více studií. Metodika měření se vztahuje na lidský organismus obecně, v experimentech se většinou nepočítá s rozdílným zastoupením etnických skupin a se staršími osobami. Všechny dosavadní studie měření klidového energetického výdeje jsou vyhodnoceny u dospělých. U dětí mohou být rozdílné časy odpočinku i doby půstu. (Compher, Frankenfield, Keim, 2006, p. 900) Vybavení na měření nepřímé kalorimetrie Douglasův vak Klasická metoda měření nepřímé kalorimetrie je pomoci Douglasova vaku (obr. 3). Jde o velký vak, obvykle s objemem 100 litrů, který je nepropustný pro plyny. Měřená osoba má nosní svorku a dýchá do náustku, který je spojen s jednosměrným ventilem a dovoluje tak vyšetřované osobě dýchat čerstvý vzduch a vydechovat do vaku. Na konci experimentu se změří hodnota vydechovaného vzduchu ve vaku. Je analyzován obsah kyslíku a oxidu uhličitého. Spotřeba kyslíku je vypočítána z rozdílu mezi kyslíkem v okolí (vdechovaný vzduch) a vydechovaným kyslíkem. (Mann, Truswell, 2007, p ) 18

19 Obr.3. Měření nepřímé kalorimetrie pomoci Douglasova vaku (Mann, Truswell, 2007, p. 81) Kofrani-Michaelisův respirometr Pro krátké měření během cvičení se používá Kofrani-Michaelisův respirometr (obr. 4). Patří k nové generaci přístrojů pracujících na podobném principu. Jsou to přístroje známé jako např. Oxylon a Cosmed K2. Můžeme je popsat jako přenosné respirometry navržené pro krátkodobé měření během i po cvičení. Mohou se použít jak v terénu, tak i v laboratoři. 19

20 Obr. 4. Kofrani-Michaelisův respirometr (Mann, Truswell, 2007, p. 81) Ventilated hood systém Ventilated hood systeme je způsob měření nepřímé kalorimetrie, který nám dovoluje vyhnout se nepohodlí způsobeného obličejovou maskou. (Obr. 5). Kolem hlavy a krku je umístěn plastový kryt, ve kterém proudí vzduch. Vyšetřovaná osoba leží v klidu na lůžku. Měří se koncentrace vstupujícího i vystupujícího kyslíku a oxidu uhličitého. Měření může probíhat od 30 minut až po několik hodin. Tento systém měření byl navržen zejména pro nemocniční podmínky. Obr.5. Ventilated-hood systém (Mann, Truswell 2007, p. 81) Celo-tělový kalorimetr Celo-tělový kalorimetr nebo-li respirační komora, je více sofistikovaná metoda využívaná pro velice přesné měření. Přístroj je vybaven neprodyšnou komorou, obvykle velkou 10-15m³, ve které vyšetřovaná osoba muže zůstat

21 dní. Výměna dýchacích plynů je průběžně měřena z malých vzorků vzduchu, které jsou získány vstupními i výstupními otvory v komoře. Osoba může provádět všechny klidové činnosti, jako v běžném životě, stejně jako kontrolní cvičení na bicyklovém ergometru nebo běhátku. Jídlo a pití je podáváno skrz přechodnou komoru a odpadní produkty skrz jinou komoru. Celo-tělová kalorimetrie je nejpřesnější metoda měření. (Mann, Truswell, 2007, p ) Respirační kvocient Respirační kvocient (RQ) je poměr mezi vytvořeným CO 2 a spotřebovaným kyslíkem za jednotku času při ustáleném stavu. Respirační výměna (R) je poměr CO 2 a O 2 v kterémkoliv časovém úseku a může být ovlivněna i jinými faktory než metabolismem. Respirační kvocient i respirační výměnu můžeme vypočítat pro mimotělní reakce, pro jednotlivé orgány a tkáně a i pro celý organismus. RQ pro sacharidy: C 6 H 12 O 6 + 6CO 2 6CO 2 +6H 2 O RQ = 6/6 = 1,00 V sacharidech jsou H a O přítomny ve stejném poměru jako ve vodě. RQ pro tuky: 2C 51 H 96 O 6 102CO H 2 O RQ = 102/145 = 0,703 Výpočet RQ pro proteiny je složitý proces, jehož průměrná hodnota činní 0,82. Z hodnot RQ a z množství dusíku vyloučeného močí můžeme usoudit přibližné množství oxidovaných sacharidů, proteinů a tuků. 21

22 RQ a R se mohou lišit za různých podmínek v organismu, např. při hyperventilaci R stoupá, z důvodu vydýchávání CO 2. Během fyzické námahy může respirační výměna dosáhnout až hodnoty 2,00. Z důvodu vydechovaného CO 2 se vznikající kyselina mléčná mění na CO 2. Po skončení námahy hodnoty respirační výměny klesají na 0,50 i níže. Při metabolické acidóze bude R stoupat, díky kompenzačním mechanismům, kdy se bude zvyšovat vydechované množství CO 2. Při metabolické alkalóze naopak bude hodnota respirační výměny klesat. Spotřeba kyslíku a výdej oxidu uhličitého za jednotku času můžeme v rovnovážném stavu vypočítat vynásobením krevního průtoku tímto orgánem arteriovénozním rozdílem koncentrací O 2 a CO 2, poté lze vypočítat RQ. Hodnoty respiračních kvocientů v jednotlivých orgánech charakterizují metabolické procesy, které se v nich odehrávají. RQ mozku bývá obvykle 0,97-0,99. Tato hodnota nám ukazuje, že hlavním palivem v mozku jsou sacharidy. Při sekreci žaludeční šťávy bude mít žaludek negativní R, protože se vychytává z arteriální krve více CO 2, než se odevzdá do venózní krve. (Ganong, 2005, p. 288) Neproteinový respirační kvocient Respirační kvocient získáván z analýzy vydechovaného vzduchu obvykle odráží katabolismus směsi cukrů, tuků a bílkovin. Můžeme určit i přesný podíl všech těchto základních živin. Například s každým gramem vyloučeného dusíku močí se vyloučí 6,25g proteinů, které mohou být přeměněny na energii. Každý gram vyloučeného dusíku také představuje produkci přibližně 4,8l oxidu uhličitého a přibližně 6l spotřeby kyslíku v organismu. Neproteinový respirační kvocient je tedy část respirační výměny, která se neúčastní spalování proteinů, ale pouze spalovaní lipidů a sacharidů. (McArdle, Katch, Katch, 1996, p. 146) 22

23 2.4 Další způsoby měření Měření Doubly Labeled Water Vzhledem k tomu, že měření přímé a nepřímé kalorimetrie vyžaduje laboratorní podmínky, je těžké měřit energetický výdej osob při jejich běžných denních aktivitách. Bylo zkoušeno několik různým metod, jak určit energetický výdej a nedávno byla schválena metoda Doubly Labeled Water (DLW, metoda Dvojitě značené vody ). Metoda DLW se stala hodnotnou metodou, jak určit energetický výdej u osob v jejich běžném životě. Tato metoda byla nejdříve vyvinuta pro použití u zvířat a v roce 1986 byla použita i u člověka. Metoda DLW je typ nepřímé kalorimetrie založené na tom, že izotop vodíku 2 H (deuterium) a izotop kyslíku 18 O jsou rozdílně vylučovány z tělesné vody. Deuterium je vylučováno jako voda močí, zatímco 18 O je vylučován jako voda močí i jako oxid uhličitý ve vydechovaném vzduchu. Na rozdíl od nepřímé kalorimetrie se měří pouze oxid uhličitý. Výhodou této metody je, že muže měřit energetický výdej u volně žijících osob od 3 dnů až po 3 týdny a vyžaduje pouze pravidelný sběr moči pro měření izotopů. Další výhodou je přesnost metody. Měřené osoby se mohou věnovat denním aktivitám bez jakéhokoliv omezení. Nevýhodou metody DLW je její vysoká cena a průměrná délka měření (10-12 dní). (Manore, 2000, p. 436) Měření Labelled bicarbonate Princip metody značeného bikarbonátu je podobný jako metoda dvojitě značené vody. Značený 13 C se zavádí do těla podkožní infuzí pomoci minipumpy. Na měření můžeme použit vzorky slin nebo moči, kde měříme množství 13 C, které je úměrné rychlosti produkce CO 2 v organismu. Metoda je vhodná pro relativně krátké měření a je vhodná pro hospitalizované pacienty. Metoda je však využívána velmi zřídka. 23

24 2.4.3 Měření tepové frekvence Mezi energetickým výdejem a srdeční frekvencí existuje lineární závislost. Této lineární závislosti lze využít k přibližnému výpočtu energetického výdeje, pokud hodnoty SF nejsou příliš ovlivněny individuálními vlastnostmi jako: věk, pohlaví a stupeň trénovanosti. Existují různé komerčně dostupné ambulantní monitory pro měření tepové frekvence, které mohou být nošeny po dlouhou dobu a shromažďovat záznamy každou minutu. Tyto údaje pak lze nahrát přímo do počítače, který vypočítává energetický výdej. (Mann, Truswell, 2007, p. 83) 2.5 Faktory ovlivňující klidový energetický výdej Metabolismus může být ovlivňován různými faktory: Potrava Po přijmutí potravy dochází okamžité stimulaci energetického metabolismu v organismu. Tato dietou indukovaná termogeneze se skládá ze dvou částí. První se nazývá obligátní termogeneze. Jde o energii, která je nutná na procesy trávení, vstřebávání a také na asimilační procesy. Druhá část se nazývá fakultativní termogeneze a zvýšení energetického výdeje souvisí s aktivací sympatického nervového systému a jeho stimulačním účinkem na organismus. Obecně platí, že termický účinek potravy dosáhne maxima za 1 hodinu po jídle. I když existují značné individuální rozdíly v hodnotách klidového energetického výdeje po jídle, většinou se jedná o zvýšení 10-35% v závislosti na kvalitě a druhu potravy. Nejvyšší specificko-dynamický vliv mají proteiny, které zvýší hodnotu bazálního metabolismu téměř o 25%. Velká část z tohoto množství energie je potřebná na procesy trávení. Další část energie spotřebují játra na syntézu a přeměnu proteinů a na deaminaci určitých aminokyselin a jejich přeměnu na glukózu. 24

25 Tohoto kalorigenního účinku proteinů někteří využívají při vysokoproteinové dietě. Vzhledem k tomu, že na strávení proteinů je třeba mnohem větší energie než na jídlo podobné kalorické hodnoty složené převážně z lipidů a sacharidů, je předpoklad, že vysoko-proteinová dieta by měla pomoci snižovat váhu. Sacharidy a lipidy zvýší energetický výdej jen o 5-10%. I když toto tvrzení vysoko-proteinové diety má své opodstatnění, je třeba zvážit i další faktory. Především škodlivý vliv vysokého příjmu proteinů na funkci jater a ledvin. (McArdle, Katch, Katch, 1996, p ) Svalová aktivita Svalová aktivita ovlivňuje nejradikálněji metabolickou úroveň. Spotřeba O 2 se zvyšuje nejen při aktuální fyzické námaze, ale i po jejím ukončení, protože organismus kompenzuje kyslíkový dluh. Úroveň metabolických procesů závisí přímo na stupni fyzické aktivity. Okolní prostředí Bazální metabolismus je také ovlivněn okolní teplotou. Pokud je teplota okolí nižší než teplota těla, dochází k aktivaci termoregulačních mechanismů (svalový třes). Tělo se snaží udržet konstantní teplotu jádra a dochází ke zvýšení metabolismu. Podobné je to u vyšší okolní teploty a při zvýšené teplotě těla. V této situaci dochází ke zrychlení metabolických procesů. Každé zvýšení tělesné teploty o 1 C znamená zvýšení metabolismu o 10-13%. (Javorka, 2001, p ) Bylo měřeno 10 žen a 10 mužů (ve věku let) s BMI Měřil se RMR po dobu 3 hodin po vystavení mírně chladné teploty 15º C a vyšší teploty nad 25º C. V chladu se zvýšily hodnoty RMR o 4-30%, v teple o 12-24%. RMR v termoneutrální zóně (22-25 º C) zůstal beze změny. Kromě teploty by měla být místnost i mírně osvětlena a měla by být tichá. (Compher, Frankenfield, Keim, 2006, p. 891) 25

26 Povrch těla U zdravých jedinců jsou hodnoty bazálního metabolismu přepočítané na 1m 2 povrchu těla. Pokud jsou zachovány identické bazální podmínky, hodnoty bazálního metabolismu se nemění. Vysoký člověk s větší tělesnou hmotností má potom bazální metabolismus vyšší. Normální bazální metabolismus dospělého muže je 167 kj/m 2 /h (40kcal). Pohlaví U žen je ve všech věkových kategoriích, v porovnání s muži, bazální metabolismus nižší průměrně o 5-7%. Podíl na tomto rozdílu má pravděpodobně objem tukové tkáně. U žen nacházíme více tukové tkáně a méně svalové hmoty Množství tukové tkáně je podmíněno pohlavními hormony. Věk U dospívajících jedinců nalézáme bazální metabolismus při dané hmotnosti vyšší než u starších osob. Úroveň metabolismu se v prvních 3-6 letech života zvyšuje a potom pomalu a postupně klesá. Hormony Bazální metabolismus je ovlivněn především hormony štítné žlázy (T3 a T4) a katecholaminy. Průměrná produkce hormonů štítné žlázy je dokonce podmínkou pro normální úroveň bazálního metabolismu. Při hyperfunkci štítné žlázy (hyperthyreóze) nebo zvýšené produkci jejich hormonů rychlost metabolismu stoupá a energetické substráty se oxidují rychleji. Naopak při poklesu koncentrace hormonů štítné žlázy (hypothyreóze) se rychlost metabolismu snižuje. Podobný metabolický účinek mají i hormony dřeně nadledvin. Při stresu, napětí nebo strachu dochází k jejich aktivaci, vyplavení adrenalinu a zvyšuje se svalové napětí a s ním i bazální metabolismus. Obecně lze říci, že při snížené aktivitě sympatiku se metabolismus snižuje. (Javorka, 2001, p ) 26

27 Nikotin Efekt nikotinu nastupuje za 10 až 60 minut po požití. Mnoho kuřáků zaznamenává zvýšení váhy, poté co přestanou kouřit. Je tedy předpoklad, že nikotin zvyšuje klidový metabolismus. Kofein Vliv kofeinu na klidový metabolismus můžeme změřit za 30 až 150 minut po požití. U zdravého muže, požití 200 až 350 mg kofeinu zvýší klidový metabolismus o 7-10% v čase mezi 30 minutami až 3 hodinami po požití. Zatím nejsou přesné záznamy, za jak dlouho by měl efekt kofeinu na klidový metabolismus přestat působit. Snížení klidového metabolismu očekáváme asi za 3 hodiny, ale existují i záznamy, které potvrzují vliv kofeinu ještě druhý den. Alkohol Stejně jako jídlo, může i alkohol zvýšit klidový metabolismus. Bylo zjištěno, že u mužů může alkohol zvýšit klidový metabolismus o 1,1 až 13,6% asi 95 minut po požití. U žen byl zvýšen o 9% a to minut po požití. Poloha těla Držení těla vyžaduje zvýšený svalový tonus a může mít tedy vliv na naměřené hodnoty klidového metabolismu. Bylo měřeno 24 dospělých osob ve váhovém rozmezí kilogramů. Skupina osob, které seděly nehybně ve vzpřímené poloze, měli RMR vyšší o 70kcal než osoby, které nehybně ležely na zádech. Zvýšení bylo tedy o 3,7-6,3%. (Compher, Frankenfield, Keim, 2006, p ) Těhotenství Vzhledem k tomu, že se stále více žen zapojuje do fyzicky velmi náročných sportů a povolání, jako například do vojenské služby, je důležité stanovit bezpečné doporučení týkající se cvičení během těhotenství. Vědci teprve nyní začínají rozumět dopadům fyzické aktivity a životního stresu na matku i plod. Jednou z oblastí zájmu je, do jaké míry těhotenství ovlivňuje metabolické 27

28 nároky a fyziologickou výkonnost během cvičení. Je známá starší studie, kde bylo vyšetřováno 13 těhotných žen v období od 6 týdne do 6 měsíce těhotenství. Každé 4 týdny ženy byly kontrolovány. Měřila se především tepová frekvence a spotřeba kyslíku během chůze na běhátku a jízdě na bicyklovém ergometru. Bylo zjištěno, že zvýšená srdeční frekvence a spotřeba kyslíku při chůzi se shodují s nárůstem tělesné hmotnosti v těhotenství. Zatímco při jízdě na bicyklovém ergometru se srdeční frekvence a spotřeba kyslíku neměnila s nabíráním váhy. Tyto a další výzkumy dokazují, že mírné cvičení nepředstavuje žádné větší riziko pro matku. Nárůst energetického výdeje je díky přibývání na váze. Absolutní hodnota aerobní kapacity se nezdá být ovlivněna těhotenstvím. Ale jak těhotenství pokračuje, zvýšení mateřské tělesné hmotnosti vyžaduje stále větší úsilí i během jednoduchých výkonů jako je chůze, běh nebo chůze do schodů. To může nepříznivě ovlivnit ekonomiku úsilí během těhotenství zejména v pozdějších fázích, kdy se zvyšuje plicní ventilace. (McArdle, Katch, Katch, 1996, p ) Další faktory Bazální metabolismus se může zvyšovat i v jiných případech, kdy jsou kladeny zvýšené požadavky na spotřebu kyslíku jako je například kojení. Také se může zvýšit účinkem chemicky aktivních látek jako je již zmiňovaný kofein, amfetamin a jiné alkaloidy. (Javorka, 2001, p ) 2.6 Odhadování energetického výdeje BMR a RMR můžeme vyjádřit jako procentuální zvýšení nebo naopak snížení vzhledem k náležité hodnotě. Tu můžeme stanovit nejčastěji: Podle povrchu těla Pro muže jsou náležité hodnoty bazálního metabolismu 167kJ/m 2 /h (40kcal/m 2 /h), pro ženu je to 150kJ/m 2 /h (36 kcal/m 2 /h). 28

29 Povrch těla stanovíme pomocí normogramů odvozených z rovnice: S = 0, W0,425. H 0,725 S = povrch těla v m 2 W = tělesná hmotnost v kg H = výška v cm Pomocí prediktivních rovnic. Nejčastěji užívanou rovnicí je rovnice Harris-Benedicta. Muži: BMR= 66,5 + (13,75 x W) + (5,0 x H) (6,76 x A) Ženy: BMR = (9,56 x W) + (1,85 x H) (4,68 x A) W = tělesná hmotnost H = výška v cm A = věk v letech (Holeček, 2006, p. 81) Další rovnice jsou shrnuty v praktické části bakalářské práce. Přehodnocení rovnic ukázalo, že skutečná hodnota BMR je často vyšší než vypočítané hodnoty z rovnic, a proto tyto výpočty nemusí být vždy vhodné pro všechny osoby např. pro obézní. 29

30 3 SHRNUTÍ Celkový energetický výdej člověka je tedy energie potřebná k udržení základních životních funkcí. Tato energie zahrnuje energii uvolněnou ve formě tepla po přijmu potravy, energii nutnou pro termoregulaci a energii potřebnou pro fyzickou i duševní práci. Chceme-li zjistit celkovou energetickou potřebu konkrétní osoby, musíme přidat k BMR ještě energii potřebnou pro fyzickou aktivitu. V závislosti na typu, trvání, intenzitě a frekvenci pohybové aktivity se energetická potřeba pro fyzickou aktivitu může lišit v rozmezí od 20% do 70 % pro hodnoty bazálního metabolismu, v některých případech rozdíl může být i vyšší. Při použití prediktivních rovnic může mít osoba bazální energetický výdej 1, 580 kcal, při malé fyzické aktivitě očekáváme pouze 20% kcal za den energetické potřeby. Výpočet bude: 1,580 kcal + (1,580 kcal x 0,20 aktivita) = 1, kcal = 1,896 kcal. Tento výpočet také můžeme napsat jako: 1,580 kcal x 1,20 faktor aktivity = 1,896 kcal. Energie potřebná na termický efekt potravy není v mnoha rovnicích vůbec zahrnuta. Pokud se s ní počítá, TEF (thermic effect of foods) tvoří asi 10% celkového bazálního metabolismu. (1,580 kcal x 0,10 TEF = 158 kcal). Celkovou energetickou spotřebu tedy spočítáme: 1,580 kcal kcal +158 kcal. (Gropper, Smith 2009, p ) Klidový energetický výdej je energetický výdej člověka, který je v naprostém tělesném a duševním klidu. Vyjadřuje nároky organismu na energii v kteroukoliv denní dobu. Měření musí být prováděno po 30-ti minutovém klidu na lůžku, nejméně 2 hodiny po jídle v tepelně indiferentním prostředí. Energetický výdej lze měřit různými způsoby. Mezi méně časté metody stanovení energetického výdeje patří např. přímá kalorimetrie, metoda dvojitě značené vody, metoda značeného bikarbonátu, nebo měření tepové frekvence. Nejčastější metodou užívanou u člověka je metoda nepřímé kalorimetrie. Jsou stanoveny přísné podmínky pro měření a to může být ovlivněno mnoha faktory. 30

31 Další metodou zjištění klidového energetického výdeje u člověka je pomocí prediktivních rovnic. Nejčastěji užívané prediktivní rovnice pro muže i pro ženy jsou shrnuty v praktické části bakalářské práce. V praktické části budu porovnávat výsledky klidového metabolismu z prediktivních rovnic s metodou nepřímé kalorimetrie. A pokusím se určit, která z rovnic je pro zjišťovanou skupinu nejpřesnější. 31

32 4 PRAKTICKÁ ČÁST 4.1 Cíle a úkoly práce Cíle práce Cílem této práce je porovnat prediktivní metody stanovení klidového energetického výdeje s metodou nepřímé kalorimetrie. Shromáždit dostupné informace o klidovém a bazálním metabolismu, jejich definici, možnostech měření a všech faktorech, které mohou měření ovlivnit. Dále shromáždit dostupné prediktivní rovnice a porovnat hodnoty výsledků prediktivních rovnic s nejčastějším způsobem měření klidového energetického výdeje tj. nepřímou kalorimetrií. Po vyhodnocení výsledku určit, které rovnice jsou nejpřesnější. Tedy, které rovnice se nejvíce blíží hodnotám naměřeným pomocí nepřímé kalorimetrie. Pokusit se určit, zda se jedná o rovnice kalkulující s FFM nebo rovnice kalkulující ve výpočtu s kilogramy Úkoly práce Shromáždit dostupné rovnice Zajistit potřebná data Určit hodnoty klidového metabolismu Srovnat hodnoty Vyhodnotit hodnoty 4.2 Metodika práce Shromáždila jsem hodnoty klidového energetického výdeje z nepřímé kalorimetrie. Hodnoty byly převzaty z disertační práce (Postprandiální termogeneze u trénované a netrénované populace, dosud nepublikováno) 32

33 Po získání výsledků hodnot klidového energetického výdeje u vyšetřovaných osob (k hodnotám bazálního metabolismu jsem připočítala 10%, abych získala hodnoty klidového metabolismu) a shromáždění nejčastěji používaných prediktivních rovnic jsem u všech vyšetřovaných vypočítala klidový metabolismus pomocí prediktivních rovnic. Bylo měřeno celkem 20 osob. Všechny měřené osoby byli muži, průměrná hodnota BMI byla 25 a průměrný věk 25 let. Pro porovnání jsme použila 13 různých prediktivních rovnic, z nichž 6 kalkulovalo ve výpočtu s FFM a 7 s kilogramy. Většina rovnic je sestavená pro zjištění hodnot bazálního metabolismu. Pouze pomocí rovnice podle Cunninghama a Garrowa můžeme získat přímo hodnoty klidového metabolismu. Klidový metabolismus je o 10% větší než bazální metabolismus. Cílem práce je porovnání a zhodnocení klidového energetického výdeje, naměřeného pomocí nepřímé kalorimetrie s klidovým metabolismem vypočítaným pomocí prediktivních rovnic. Proto jsem u rovnic, které počítají s bazálním metabolismem přidala 10%, stejně jako k průměrné hodnotě naměřené nepřímou kalorimetrií. Výsledky jsem převedla na stejné jednotky tj. kcal/ den. Vypočítané průměrné hodnoty z nepřímé kalorimetrie a z jednotlivých prediktivních rovnic jsem zapsala do tabulek a výsledné hodnoty jsem porovnala pomocí grafů. V prvním grafu jsem porovnala hodnoty jednotlivých prediktivních rovnic, další dva grafy porovnávají rovnice kalkulující s kilogramy a rovnice kalkulující s FFM. V posledním grafu jsem porovnala všechny průměrné hodnoty klidového metabolismu s nepřímou kalorimetrií. Hodnoty jsem seřadila sestupně, aby bylo možné určit, které rovnice se nejvíce blíží nepřímé kalorimetrii. Nejvyšší hodnoty vykazovala nepřímá kalorimetrie. 4.3 Výsledky Seznam dostupných prediktivních rovnic pro výpočet bazálního metabolismu: 33

34 Všechny dostupné rovnice slouží pro výpočet bazálního metabolismu. Výjimkou jsou rovnice Cunninghamova a Garrowa, které počítají již s klidovým metabolismem. Pokud chceme počítat s hodnotami klidového metabolismu, musíme k bazálnímu metabolismu připočítat 10%. Uvádím rovnice pro muže i ženy, i když dále budu počítat pouze s rovnicemi pro muže. Všechny měřené osoby byly mužského pohlaví. Všechny vypočítané hodnoty jsou v kcal/den, kromě Mullerovy rovnice. Její výsledek je dán v MJ/den. 1. Harris-Benedict Rovnice Harris-Benedict je jedna z nejznámějších rovnic pro výpočet bazálního metabolismu. Nejčastěji se v knihách setkáváme s původní rovnicí z roku 1918, která byla v roce 1984 modifikována. Rovnice jsou rozdílné pro muže a ženy. M: 66,5 + 13,8 x kg + 5,0 x cm 6,8 x věk (kcal) Ž: ,6 x kg + 1,8 x cm 4,7 x věk (kcal) 2. Revize Harris-Benedictovy formule z r M: 88,362+13,4x kg+4,8 x cm-5,7 x věk (kcal) Ž: 447,6+9,25 x kg+3,1 x cm-4,3 x věk (kcal) (Harris-Benedict, 1918, p ) 3. Faustův vzorec Faustův vzorec je nejjednodušší výpočet klidového energetického výdeje. Počítá pouze s váhou zkoumané osoby. M: kg x 24 (kcal) Ž: kg x 23 (kcal) (Mandelová, Hrnčíříková, 2007, p. 72) 34

35 4. Cunninghamova rovnice Rovnice slouží pro výpočet klidového metabolismu, počítá s FFM a je vhodná pro sportující jedince x FFM (kcal) (Cunningham, 1991, p ) 5. Owenova rovnice Tato rovnice se vyskytuje v modifikacích jak pro muže a ženy, tak i pro FFM a kilogramy. Počítala jsem s oběma variantami pro muže, abych se pokusila porovnat, která z rovnic se blíží více nepřímé kalorimetrii. M: kg x 10, (kcal) Ž: kg x 7, (kcal) M: 22.3 FFM (kcal) Ž: 19.7 FFM (kcal) (Owen, 1986, p. 1-19) 6. Mifflinova rovnice Stejně jako Owenova rovnice se vyskytuje v různých modifikacích, počítá s FFM i s kilogramy kg cm 4.92 věk pohlaví 161 (M=1, Ž=0) (kcal) 19.7 FFM (kcal) (Mifflin, 1990, p ) 35

36 7. Schofieldova rovnice Původní Schofieldova rovnice nezohledňovala věk. Novější modifikace rovnic se zaměřuje na 3 různé věkové kategorie pro muže a ženy. Jsou to kategorie let, let a let. Všechny měřené osoby v bakalářské práci spadají do věkové kategorie let. M: let: 15.4 kg 27 m (kcal) F: let: 13.3 kg m + 35 (Schofield, 1989, p. 5-41) 8. Katch- McArdle rovnice Rovnice počítá s FFM a byla navržena pro sportující osoby (21.6 x FFM) (kcal) (Katch-McArdle, 1975, p ) 9. Garrowa rovnice Stejně jako Cunninghamova rovnice slouží pro výpočet klidového metabolismu ,9 x FFM 2,4 x věk (kcal) (Garrow, 1978, p ) 10. Mullerova rovnice Tato rovnice má mnoho modifikací. Existují i varianty zohledňující BMI. Tyto varianty se používají u obézních osob a proto s nimi v bakalářské práci nepočítám. Výsledné hodnoty jsou v MJ. 0,047 x kg+1,009 x pohlaví - 0,01452 x věk+3,21 (MJ) 36

37 0,05192 x FFM+0,04036 x FM+0,869 x pohlaví-0,01181 x věk +2,992 (Muller, Westphal, Klaus, Kreymann, Luhrmann, Berthold,..Steineger, 2004, p ) Tabulky s výpočty První tabulka (Tab. 3) zobrazuje výšku, váhu, věk a další hodnoty nutné pro výpočet klidového metabolismu pomocí prediktivních rovnic. Poslední sloupec obsahuje hodnoty zjištěné nepřímou kalorimetrií. Tab.3. Testované osoby Testovaná osoba (vše muži) Věk výška (cm) Hmotnost (kg) BMI FFM (kg) Nep. Kalor. (kj/den) T ,8 26,8 84,7 9080,00 T , ,50 T ,1 75, ,50 T ,5 23,5 67,4 9459,50 T ,8 25,5 73,7 9371,00 T ,9 21,9 59,7 9212,00 T ,8 29,7 81, ,00 T ,6 26,5 80, ,00 T ,4 23,6 70,5 9412,50 T ,1 75, ,00 T ,3 23,1 62, ,50 T ,2 24,2 68,5 9309,30 T ,7 31,1 78,4 9951,50 T ,6 32,7 74, ,00 T ,1 67,7 7140,00 T ,5 25,7 70,2 9231,00 T ,5 61,9 9554,00 T ,4 7141,40 T ,3 64,4 7442,40 T ,3 64,4 7700,20 Průměr 25,35 181,15 82,265 25,035 70, ,77 RMR (+10%) kj/den 10402,447 Následující dvě tabulky (Tab. 4 a Tab. 5) zobrazují jednotlivé prediktivní rovnice a jejich vypočítané hodnoty. 37

38 Tab. 4 Výpočty prediktivních rovnic Testovaná osoba (vše muži) hartus- Benedict (1919) Harris- Benedict (1984) kg x 24 Cunningham Owen s kg Owen s FFM T , , ,2 2363,4 1825, ,81 T , , , , ,5 T ,5 1927, ,4 1735,8 1978,11 T ,6 1897, ,8 1700,1 1793,02 T , , ,2 2121,4 1723, ,51 T , , ,6 1813,4 1571, ,31 T , , ,2 2284,2 1947, ,53 T , , ,4 2275,4 1823, ,61 T , , , ,3 1862,15 T ,5 1943, ,8 1725,6 1971,42 T , , ,2 1866,2 1626, ,83 T , , , , ,55 T , , ,8 2224,8 1936, ,32 T , , ,4 2143,4 1935, ,81 T ,1 1877, ,4 1654,2 1799,71 T ,2 1879, ,4 1700,1 1855,46 T ,7 1725, ,8 1613,4 1670,37 T ,7 1779, ,8 1623,6 1748,42 T ,7 1782, ,8 1633,8 1726,12 T ,7 1782, ,8 1633,8 1726,12 Průměr 1935, , , , , ,934 RMR (+10%) kj/den 8897, , , , , ,369 Tab.5 Výpočty prediktivních rovnic Testovaná osoba (vše Mifflin Mifflin Schofiel Katch- Muller kg Muller muži) s kg s FFM d McArdle Garrow (MJ) FFM (MJ) T , , ,9 2199, ,36 8,1517 8, T , ,5 1765, ,1 7, , T , , , , ,23 7, , T , , , , ,66 7, , T , , , , ,43 7, , T , , , , ,63 7, , T , , , , ,29 8, , T , , , , ,53 8, , T , , , ,8 1932,15 7, , T , , , , ,06 7, , T , , , , ,19 7, , T , , , ,6 1885,95 7, , T , , , , ,36 8, , T , , , , ,73 8, ,

39 T , , , , ,03 7, , T , , , , ,78 7, , T , , , , ,41 7, , T , , , , ,66 7, , T , , , , ,36 7,2614 9, T , , , , ,36 7,2614 9, Průměr 1822, , , , ,86 7, , RMR (+10%) kj/den 8378, , , , , , , Porovnání hodnot První graf (Obr.6) porovnává hodnoty klidového metabolismu získané pomocí všech prediktivních rovnic. Obr. 6: Porovnání průměrných hodnot prediktivních rovnic 39

40 Prediktivní rovnice kcal/den Harris-Benedict (1919) Harris-Benedict (1984) kg x 24 Cunningham Ow en s kg Ow en s FFM Mifflin s kg Mifflin s FFM Schofield Katch-McArdle Garrow Muller s kg (MJ) Muller s FFM (MJ) Následující dva grafy porovnávají také hodnoty klidového metabolismu pomocí prediktivních rovnic. První graf (Obr.7) porovnává rovnice, které počítají s kilogramy a druhý graf (Obr. 8) porovnává hodnoty klidového metabolismu vypočítané pomoci rovnic, které kalkulují ve výpočtu s beztukovou tělesnou hmotností. 40

41 Obr.7: Prediktivní rovnice kalkulující ve výpočtu s kilogramy Prediktivní rovnice s kilogramy kcal/den kg x 24 Schofield Harris-Benedict (1919) Muller s kg (MJ) Harris-Benedict (1984) Mifflin s kg Owen s kg Obr.8: Prediktivní rovnice kalkulující ve výpočtech s FFM 41

42 Prediktivní rovnice s FFM Katch-McArdlekcal/den Cunningham Owen s FFM Mifflin s FFM Muller s FFM (MJ) Garrow Poslední graf (Obr. 9) porovnává hodnoty získané nepřímou kalorimetrii s ostatnimi rovnicemi. Hodnoty jsou seřazeny vzestupně a rozlišeny barevně. Nejvyšší hodnota byla naměřená nepřímou kalorimetrií, v grafu zobrazena červeně. Modrá barva představuje prediktivní rovnice využívající kilogramy ve svém výpočtu a zelená je označení rovnic využívající FFM. Obr.9: Porovnání klidového metabolismu 42

43 Porovnání všech hodnot klidového metabolismu kcal/den Nepřímá kalorimetrie kg x 24 Schofield Katch-McArdle Mifflin s FFM Muller s FFM (MJ) Harris-Benedict (1919) Harris-Benedict (1984) Cunningham Owen s FFM Muller s kg (MJ) Mifflin s kg Garrow Owen s kg Z grafu vyplývá, že nejblíže hodnotám nepřímé kalorimetrie se blíží Faustův vzorec (kg x 24) a většina rovnic využívající ve výpočtu kilogramy (modré zobrazení). 43

44 5 DISKUZE Bylo již provedeno mnoho podobných studií, které se snažily zjistit, které prediktivní rovnice jsou nejvhodnější pro výpočet klidového energetického výdeje. Studie se často liší u obézních a neobézních lidí. Podle jedné studie, Comparison of predictive equations for resting metabolit rate in healthy nonobese and obese adults, publikované v Journal of the American Dietetic Associatin v květnu 2005, která srovnávala rovnice Harris-Benedicta, Owenovu a Mifflinovu, je nejpřesnější prediktivní rovnicí rovnice Mifflinova. Tato studie zkoumala různé etnické skupiny, osoby různého věku a pohlaví. Podle mých výpočtů se nejblíže hodnotám naměřeným nepřímou kalorimetrií blížily průměrné hodnoty klidového metabolismu vypočítané pomocí Faustova vzorce (kg x 24). Dále pak klidový metabolismus zjištěný pomocí rovnice Schofielda a Harris-Benedicta. Mifflinova rovnice skončila až za rovnicí Harris-Benedicta. Moje rovnice však počítaly jen s dospělými muži, stejné etnické skupiny, jejichž průměrná hodnota BMI je 25,035. Hodnotě nepřímé kalorimetrie byly nejblíže rovnice, které počítaly s kilogramy. Zdálo by se tedy, že rovnice s kilogramy jsou přesnější než rovnice kalkulující ve výpočtu s FFM. Ale rovnice, která se nejvíce rozchází s hodnotou naměřenou nepřímou kalorimetrií, je rovnice Owenova, která také využívá ve výpočtu kilogramy. Owenova rovnice se jak ve studii publikované v Journal of the American Dietetic Associatin, tak v mé práci, jeví jako nejméně přesná a nejméně spolehlivá metoda zjištění klidového energetického výdeje. Podle výsledků je tedy těžké určit, zda je lepší použít rovnice počítající s kilogramy nebo rovnice počítající z beztukovou tělesnou hmotou a pro přesné určení by bylo třeba dalších rozsáhlejších studií a výpočtů. 44