Bazální metabolismus Nepřímá kalorimetrie Energetická bilance bakalářské studium nutriční terapie 2.ročník LF MU Miroslav Tomíška Interní hematologická a onkologická klinika LF MU a FN Brno Přeměna energie v živém organismu princip bilance energie nPřeměna látek v těle ► spotřeba energie nOxidace živin ► uvolnění energie nSpotřebovaná energie je nakonec vydána ve formě tepla ‒spotřeba energie odpovídá výdeji energie nPro měření spotřeby energie je rozhodující počáteční a konečný stav ‒cesta přeměny nerozhoduje 2 Spotřeba energie v živém organismu nZávisí na velikosti těla ‒hmotnost, výška, BMI, tělesný povrch nVětšina energie je spotřebována v buňkách ‒buněčná tělesná hmota, BCM ‒netuková tělesná hmota FFM nTuková hmota FM je metabolicky málo aktivní ‒to však příliš neplatí pro viscerální tuk nVyjádření potřeby energie na kg ‒běžně se vyjadřuje na 1 kg tělesné hmotnosti ‒lépe na kg FFM nebo BCM 3 Terminologie v klinické praxi nSpotřeba energie ‒skutečně spotřebované množství energie nPotřeba energie ‒předpoklad, kolik energie bude potřeba a mělo by být podáno (různé formy výživy) nVýdej energie ‒lze měřit nepřímou kalorimetrií, nebo kalkulovat nEnergetická bilance ‒rozdíl mezi příjmem a výdejem energie ‒pozitivní bilance ► příjem je vyšší než výdej 4 Podíl orgánů/tkání na bazální spotřebě energie Orgány Podíl na BEV Játra 27 % Mozek 19 % Kosterní sval 18 % Ledviny 10 % Srdce 7 % Ostatní orgány 19 % SOUČET 100 % Obsah energie v hlavních živinách kcal / 1g kJ / 1g Sacharidy 4,2 17,4 Tuky 9,3 39 Bílkoviny 4,3 18 Vláknina (využitelná) 2,0 4,4 Energetický výdej, EV Energy expenditure, EE nBazální EV BEV ‒přísné standardní podmínky nKlidový EV KEV ‒běžné klidové podmínky v nemocnici nTotální (celkový) EV TEV § nEV potřebný k fyzické aktivitě AEV nDietou indukovaná termogeneze DIT ‒Specificko-dynamický účin potravin 7 Bazální energetický výdej, BEV (základní, ZEV) Basal Energy Expenditure, BEE §Podmínky pro měření BEV ntělesný i duševní klid ‒psychický neklid zvyšuje EV nbdělý stav ‒ve spánku EV klesá núplné lačnění nejméně 10 h ‒postabsorptivní stav ntermoneutrální prostředí ‒termoregulační děje zvyšují EV natmosférický tlak a vlhkost prostředí 8 Klidový energetický výdej, KEV Resting Energy Expenditure, REE § Podmínky pro měření KEV núplný tělesný i duševní klid ‒nepředchází cvičení, fyzický klid alespoň 30 min. nbdělý stav nlačnění optimálně 10 h ‒ale lze měřit i při podávané výživě ntermoneutrální prostředí nnepřihlíží se k atmosférickému tlaku, ani k vlhkost prostředí 9 Faktory zvyšující KEV způsobují falešně zvýšené hodnoty KEV nMetabolický stres ‒infekce, sepse ‒trauma, operace ‒větší popálenina nHorečka nLéky s dráždivým účinkem ‒adrenalin, psychostimulancia nZvýšená funkce štítné žlázy ‒hyperthyreóza 10 Faktory snižující KEV způsobují falešně snížené hodnoty KEV nDéletrvající hladovění ‒adaptace metabolismu na snížený příjem ‒pokles KEV až o 15% nMalnutrice (převážně energetická) nLéky s tlumivým účinkem ‒sedativa, neuroleptika, opioidy nHypotermie < 36°C nSpánek nSnížená funkce štítné žlázy ‒hypothyreóza 11 Celkový výdej energie podle fyzické aktivity Aktivita kcal/h kJ/h MET Klid vleže 70 290 Klid vsedě 86 360 1,0 Stoj 90 380 1,05 Chůze 4,2 km/h 260 1090 3,0 Chůze 5,5 km/h 310 1300 3,6 Běh 8,5 km/h 550 2300 6,4 Domácí úklid 230 960 2,7 Řezání dřeva 460 1920 5,4 Různé možnosti stanovení výdeje energie většinou jde o BEV nebo KEV nPřímá kalorimetrie ‒měření výdeje tepla ► výzkumná metoda nNepřímá kalorimetrie ‒měření spotřeby kyslíku, VO2 ‒měření výdeje CO2, VCO2 nVýpočet z tělesných parametrů ‒prediktivní rovnice (Harris-Benediktova, Mifflin-St.Joer) ‒počítačová kalkulace (z rovnice) ‒tabulky (podle hmotnosti, výšky a věku) ‒výpočet na 1 kg tělesné hmotnosti (lépe 1 kg FFM) ‒ 13 Principy nepřímé kalorimetrie měření spotřeby O2 odpovídá množství uvolněné energie nZákon o zachování energie ‒množství energie uvolněné při oxidaci živin je stejné, jako množství energie uvolněné při spálení živin nV živém organismu se veškerá energie získává oxidací živin ‒měření spotřeby O2 ► množství uvolněné energie nPro změření množství uvolněné energie jsou podstatné počáteční stav a konečný stav ‒metabolismus mezi počátečním a konečným stavem nemá vliv na konečné množství uvolněné energie 14 Je však třeba řešit problém, jaké živiny se v měřeném intervalu oxidovaly nMnožství uvolněné energie záleží na tom, jaké hlavní živiny se v měřeném intervalu spalovaly ‒poměr cukry-tuky-bílkoviny nSpalování tuků potřebuje o něco více O2, než spalování sacharidů ‒ale uvolní více energie, než by odpovídalo nárůstu O2 nTaké výdej CO2 se při spalování živin liší nPoměr vydaného CO2 ku spotřebovanému O2 umožňuje vypočítat, v jakém poměru se spalovaly sacharidy a tuky 15 Respirační kvocient, RQ se liší podle typu oxidované živiny 16 § výdej CO2 §Respirační kvocient RQ = § spotřeba O2 § §Při oxidaci sacharidů se spotřebuje stejné množství O2, jako se uvolní CO2 (RQ=1), protože platí § C6H12O6 + 6*O2 6*CO2 + 6*H2O §Při oxidaci tuků se spotřebuje více O2, než se pak vydá CO2 (RQ=0,7) § Respirační kvocient (RQ) typický pro uvedené metabolické pochody Metabolický pochod RQ Oxidace sacharidů 1,0 Oxidace bílkovin 0,8 Oxidace tuků 0,7 Lipogeneza > 1,0 Ketogeneza < 0,7 18 Rovnice výpočtu výdeje energie na základě měření O2, CO2 a odpadů dusíku §EV (kJ) = 15*VO2 + 6*VCO2 - 7,4*Nu §respirační plyny : litry /časovou jednotku §Nu : gramy /časovou jednotku §Příklad pro typickou situaci §spotřeba O2 = 250 ml/min., výdej CO2 = 225 ml/min. § EV = 15*0,25 + 6*0,225 - 7,4*0,01 § 3,75 + 1,35 - 0,07 = 5,17 kJ/min. § tvoří 72% 26% 1% výsledku §Na výsledek EV má největší vliv spotřeba O2, §daleko menší vliv výdej CO2 §a zanedbatelný vliv ztráty dusíku (utilizace bílkovin) Technické způsoby nepřímé kalorimetrie různé možnosti provedení v praxi nDříve metoda přenosných vaků nDnes metoda canopy (průhledná kukla) ‒měření koncentrace O2 a CO2 na vstupu plynu do kukly ‒měřené koncentrací na výstupu ‒výpočet spotřeby O2 a CO2 za minutu ‒přepočet na výdej energie za čas (24 h) nAnalogické způsoby ‒kukla na hlavu (měření vsedě) ‒oblek ‒respirační komora 19 Nepřímá kalorimetrie Měření klidové spotřeby O2 a výdeje CO2 ml/min. Měří se koncentrace plynů na dvou místech kukly 1. vstup 2. výstup Zdroje chyb při měření nepřímou kalorimetrií v běžné praxi nHyperventilace –protože CO2 vytváří v těle zásobu (na rozdíl od O2) –krátkodobě vydýchaný CO2 ze zásob neodpovídá metabolicky vytvořenému CO2 nNeklid nemocného –je spojený s hlubším dýcháním a vydýcháním CO2 –úzkost, nepřipravenost k vyšetření –bolest a jiné nekontrolované potíže nPacient je po jídle –probíhá trávení živin 21 Podmínky pro nepřímou kalorimetrii které je třeba splnit, aby výsledek byl validní nTělesný i psychický klid vleže 30 min. před vyšetřením i během vyšetření –klidná neprůchozí místnost, tlumené osvětlení –příjemná teplota a vlhkost (termoneutrální prostředí) nOptimálně nalačno (10 h, postabsorptivní stav) nZadat spolehlivou hmotnost a výšku nUvést medikaci (sedativa aj.) nZměřit teplotu a puls před a po vyšetření nZáznam o chování pacienta během vyšetření ‒neklid aj. n 22 23 Praktické využití nepřímé kalorimetrie dva hlavní důvody, proč dělat kalorimetrii §Stanovení energetického výdeje –dává spolehlivé reprodukovatelné výsledky –pokud jsou dodrženy podmínky měření –odpady dusíku je možno zanedbat §Stanovení množství utilizovaných živin –cukrů, tuků a bílkovin –velká závislost na změřených odpadech dusíku –interpretace výsledků je problematická Kdy nám nepřímá kalorimetrie pomůže nejvíce v praxi se bohužel provádí velmi málo §Dlouhodobá umělá klinická výživa –zejména při jejím nedostatečném efektu (pac.hubne) –přesné změření výdeje energie v klidu –umožňuje určit adekvátní dávku výživy §Nemocný v intenzívní péči –obava z nadměrné výživy (overfeeding) –pacient dostane pouze energii odpovídající KEV –tedy bez navýšení §Zjištění vlivu choroby na metabolismus –lze změřit množství energie, které „spotřebuje nemoc“ –pokud nemocný hubne i při plném příjmu stravy 24 Posouzení úrovně klidového metabolismu srovnání změřené hodnoty KEV s očekávanou hodnotou § změřený KEV § Metabolický poměr = *100 BEV z rovnice nNormální 90-110 % nHypermetabolismus > 110 % ‒hyperfunkce štítné žlázy ‒při různých typech onemocnění nHypometabolismus < 90 % ‒hypofunkce štítné žlázy ‒adaptace na nedostatečný příjem živin, hladovění 25 Příklady vychýlení úrovně metabolismu při fyziologických změnách a při onemocnění Stav Metabolický poměr Zvýšená tělesná teplota 100-120 % Snížená teplota, podchlazení < 90 % Adaptace na nízký příjem živin < 90 % Malnutrice < 90 % Infekce 110-130 % Sepse 130-150 % Polytrauma 130-150 % Rozsáhlá popálenina 150-200 % Prediktivní rovnice pro výpočet BEV u zdravých jedinců (neodrážejí přítomnost choroby) nHarris-Benediktova (HB) rovnice (r. 1919) §♂ 13,75*Hm + 5*Výška - 6,8*Věk + 66,5 §♀ 9,6*Hm + 1,85*Výška - 4,7*Věk + 655 nRevidovaná HB rovnice (r. 1984) §♂ 13,4*Hm + 4,8*Výška - 5,7*Věk + 88 §♀ 9,25*Hm + 3,1*Výška - 4,3*Věk + 448 nMifflin-St.Joerova (MSJ) rovnice (r. 1990) §♂ 10*Hm + 6,25*Výška - 5*Věk + 5 §♀ 10*Hm + 6,25*Výška - 5*Věk - 161 27 Prediktivní rovnice pro výpočet EV základní společná charakteristika nVypočítávají BEV (nikoliv KEV) ‒za přísných bazálních podmínek nU zdravých lidí ‒neodrážejí přítomnost choroby nPočítají s obezitou a hubeností ‒vkládá se ABW, nikoliv korigovaná hmotnost nPro výpočet celkové potřeby energie je nutné navýšení především o faktor fyzické aktivity 29 Celkový (totální) výdej energie, TEV rovnice zohledňující několik faktorů §TEV = BEV + AF + TF + DIT + IF §AF Activity Factor §TF Temperature Factor §DIT Diet Induced Termogenesis §IF Injury Factor (Faktor onemocnění / zranění) § §Pro praxi je užitečné počítat §jen s jedním celkovým korekčním faktorem 30 Samotný faktor fyzické aktivity (AF) pro účely navýšení vypočítaného BEV nebo změřeného KEV Typ fyzické aktivity Faktor aktivity AF Klid na lůžku 1,1 Pacient s pohybem v lůžku 1,2 Chůze jen na po místnosti 1,3 Ambulantní pacient v domácí péči 1,4 Doma s větší fyzickou aktivitou 1,5 Celkový korekční faktor pro výpočet TEV celkový nebo totální energetický výdej, TEV 32 Situace Celkový faktor Klid na lůžku 1,2 Chůze jen na WC 1,3 Chůze po podlaží, po bytě 1,4 Běžný pohyb kolem domu 1,5 Rehabilitace, vyšší fyzická aktivita 1,6 Pacient na ventilátoru 1,0 Potřeba energie závisí na cíli nutriční podpory nCílem může být udržení hmotnosti ‒zabránit dalšímu hubnutí ‒celkový korekční faktor má standardní hodnotu nCílem však může být nárůst hmotnosti ‒zejména po předchozím zhubnutí ‒v anabolické fázi, po odeznění katabolismu ‒korekční faktor se zvyšuje o 1-2 desetiny ‒potřeba energie o 10-20 procentních bodů 33 Celkový korekční faktor pro výpočet TEV v závislosti na cíli nutriční podpory 34 Situace Celkový faktor k udržení k přibrání Klid na lůžku 1,2 1,3 Chůze jen na WC 1,3 1,4 Chůze po podlaží, po bytě 1,4 1,5 Běžný pohyb kolem domu 1,5 1,7 Rehabilitace, vyšší fyzická aktivita 1,6 1,8 Zjednodušený výpočet TEV dle hmotnosti výpočet vztažený na 1 kg tělesné hmotnosti Vyšší potřeba Nižší potřeba Věk, < 65 r. nebo > 65 r. mladý starší Pohlaví muž žena Habitus hubený nadváha Ztráta hmotnosti je není TEV = 25-35 kcal/kg = 105-145 kJ/kg Platí jen pro pacienty s normální hmotností (BMI 20-25), jinak je třeba hmotnost korigovat Pohyb v širokem rozmezí dle dalších parametrů pacienta Výpočty vztažené na 1 kg tělesné hmotnosti vždy platí jen pro normální hmotnost nPokud je hmotnost mimo normální rozmezí ‒nutná korekce do poloviny rozmezí mezi ABW a IBW ‒korigovaná tělesná hmotnost nIdeální hmotnost odhadujeme dle BMI ‒střední věk BMI 22 kg/m2 ‒senioři > 65 r. BMI 24 kg/m2 nKorekce je nutná u všech výpočtů na 1 kg ‒včetně potřeby bílkovin 36 Energetická bilance rozdíl mezi příjmem a výdejem energie §Bilance = Celkový příjem energie – TEV §Pozitivní bilance Příjem > TEV §Negativní bilance Příjem < TEV § §Kumulovaná bilance energie nvýsledky jednotlivých dnů se sčítají nTýdenní bilance energie 37 Kalkulace energetické bilance v praxi zásady a možné nepřesnosti nNa straně příjmu energie ‒metabolizovatelná energie (vstřebané živiny) ‒vstřebatelnost hlavních živin je vysoká kolem 95 % ‒pokud není přítomna malabsorpce živin ‒kalkulace je snazší při PV nebo EV sondou ‒jinak záznam o příjmu stravy nebo 24h Recall nNa straně výdeje ‒nepřesnost se zvyšuje při větší fyzické aktivitě ‒při závažném onemocnění (neznámý IF) ‒poměrně přesný je změřený KEV 38 Falešná tendence k pozitivním hodnotám je v praxi častá a překvapivá nPříjem má tendenci být nadhodnocován ‒započítána může být i nesnědená strava ‒dokonce i nepodaný zbytek EV nebo PV ‒snědené množství se nemuselo vstřebat nSklon k podhodnocení výdeje ‒skutečný výdej je často větší (fyzická aktivita, IF) ‒zvláště při závažném onemocnění (neznámý IF) ‒poměrně přesný je změřený KEV 39 Konec přednášky