Методика непрямой калориметрии для оценки скорости расхода энергии и окисления веществ

Первый месяц жизни — уникальный период, во время которого отмечается значительная скорость прибавки массы тела (25 г/сут, т.е. 1 г/час), накопления белка, обмена веществ и расхода энергии. Поскольку используемые в настоящее время методы оценки питания практически полностью основаны на определении концентрации веществ, они дают только статичную информацию. Например, повышение концентрации вещества может быть следствием:
(1) увеличения скорости образования вещества (Ra);
(2) уменьшения скорости его утилизации (Rd);
(3) комбинации обоих механизмов.

Более точное понимание обмена веществ может способствовать разработке лучших стратегий, направленных на сохранение нутриентов в организме новорожденного, что будет обеспечивать лучший рост. Именно в этом направлении в течение последних двух десятилетий шло изучение этически приемлемых и неинвазивных методов исследования питания и метаболизма у младенцев in vivo.

Метод непрямой калориметрии является одним из возможных способов оценки скорости расхода энергии (ЕЕ) у новорожденных. Непрямая калориметрия основана на определении состава вдыхаемого и выдыхаемого воздуха, а также скорости потока при использовании открытого контура.

Объемы потребления кислорода (VО₂ ) и продукции углекислого газа (VCО₂ ) можно вычислить по формулам:
VО₂ = VE (FiО₂ - FeCО₂ + FiCО2FeО₂ - FiО₂ FeCО₂ )/(l - FiО₂ - FiCО₂ );
VCО₂ = VE (FeCО₂ - FiCО₂ + FiCО₂ FeО2 - FiО₂ FeCО₂ )/(l - FiО₂ - FiCО₂ ),
где FiО2 и FiCО₂ — концентрации О₂ и CО₂ во вдыхаемом воздухе- FeО₂ и FeCО₂ — концентрации О₂ и CО₂ в выдыхаемом воздухе- VE — минутный объем дыхания, измеренный на выдохе.

Метаболизм энергии подразумевает окисление субстратов, выделение энергии, тепла и углекислого газа. Отношение VCО₂ к VО₂ зависит от качественного состава вдыхаемой воздушной смеси. Данный показатель называют дыхательным коэффициентом (RQ). Его рассчитывают по формуле RQ = VCО2/VО2. Расход энергии вычисляют после коррекции, учитывающей окисление белков (обычно путем определения уровня азота в собранной моче).

Величина ЕЕ (ккал/мин) также может быть получена в результате измерения VCО₂ и VО₂ (л/мин) без учета экскреции азота по формуле Вейра:
ЕЕ = (3,9 х VО₂ ) + (1,1 х VCО₂ ).

Типичная временная кривая потребления кислорода (VО2) и продукции углекислого газа (VCО2) ребенком массой 900 г. Средний респираторный коэффициент 0,93, FiО2 - FeО2 = 0,0148, скорость потока 5530 мл/мин.

Поскольку при окислении чистых углеводов RQ = 1,0, а при окислении жира RQ = 0,7, относительный вклад жиров и углеводов в общий расход энергии может быть определен по значению RQ. Так, в большинстве случаев значение RQ, близкое к 0,7, расценивается как показатель недостаточного питания, a RQ > 1,0 свидетельствует об избыточном питании. Однако, когда данную технологию только начали применять, об указанной интерпретации известно не было, поэтому научные доказательства этой интерпретации отсутствуют.

Результаты нескольких исследований позволили предположить, что для определения ЕЕ в течение 24 и 48 час достаточно провести измерения за шестичасовой период: тридцатиминутное уравновешивание и допустимая вариабельность времени определения ЕЕ могут облегчить использование метода в клинической практике. Во многих исследованиях применяли устройства, сделанные «кустарным» способом. В настоящее время доступны калориметры, специально созданные для проведения исследований у младенцев.

Дизайн калориметров обеспечивает постоянный внутренний поток газа, что избавляет медицинских работников от необходимости определения скорости потока. В данных устройствах использована модель дилюции газа, описанная Takala и соавт.. Возможно применение этих калориметров у недоношенных детей.

Тем не менее были сомнения относительно точности непрямой калориметрии при определении VО₂, поскольку при ее использовании существовали некоторые ограничения. Во-первых, с точки зрения математики (при использовании алгоритма трансформации Haldane) значение FiО2 должно быть менее 0,50 для того, чтобы избежать ошибки, связанной с большим объемом вдыхаемого кислорода. Во-вторых, разница между концентрациями кислорода в контурах вдоха и выдоха может составлять менее 0,0010 у детей с очень низкой массой тела при рождении.

Поскольку у новорожденных с экстремально низкой массой тела VО₂ может быть менее 6 мл/мин, то при скорости потока > 4000 мл/мин разница между концентрациями кислорода в контурах вдоха и выдоха действительно составит менее 0,0010. Таким образом, для уменьшения возможных погрешностей измерения необходимо использовать анализаторы кислорода, позволяющие получать значения меньше чем 0,00010. Кроме того, следует использовать все возможности для уменьшения колебаний скорости потока и концентрации кислорода. Последнего можно избежать, применяя для измерения газ, полученный непосредственно из резервуара (баллона), а не из стационарной, встроенной в стену системы, или используя газ из кислородно-воздушного смесителя, установленного в контурах вдоха и выдоха (вместо взятия прямых проб вдыхаемого и выдыхаемого газа).

При скорости потока газа менее 3000 мл/мин существует риск его загрязнения комнатным воздухом во время проведения измерения VО₂ с использованием купола. Это обстоятельство также ограничивает применение метода непрямой калориметрии. В-третьих, у младенцев, находящихся на искусственной вентиляции легких (ИВЛ), наличие утечек воздуха, связанных с использованием интубационной трубки без манжеты, приводит к недооценке как VО₂, так и VCО₂.

При дыхательной поддержке (ИВЛ, обеспечение постоянного положительного давления в дыхательных путях, дополнительная оксигенация) измерение VО₂ остается затруднительным: у новорожденных и детей, получающих дополнительный кислород, измерения RQ при непрямой калориметрии могут приводить к значительным ошибкам в расчете показателей. Недавно было предложено использовать модифицированную модель прибора, позволяющую учитывать утечку газа. Такое устройство можно применять в случае проведения измерений у пациентов, находящихся на ИВЛ или на обеспечении постоянного положительного давления в дыхательных путях.

Для большей точности проводят оценку VCО2 в течение определенного периода времени, а значение VО₂ затем вычисляют с помощью RQ. Оценку RQ проводят в другое время, когда поток лимитирован и кислород получают из резервуара для большей точности определения RQ.

Использование купола и наличие неизменных условий при проведении измерений обеспечивают достаточно точную оценку VО₂, VCО₂ и RQ. Влияние биологической вариабельности, возраста, массы тела и ее прибавок имеет большое значение для дизайна исследований баланса энергии и интерпретации результатов измерений у недоношенных детей. Для изучения баланса энергии применяют как параллельные, так и поперечные (одномоментные) исследования. Биологическая вариабельность может приводить к колебаниям результатов исследования или выступать в роли конфаундера при оценке лечебного эффекта, тем самым ограничивая возможность обнаружения изменений при проведении параллельных исследований.

В то же время изменения, связанные с «периодическим» эффектом, например особенностями диеты, возрастом, массой тела и ее прибавками, ограничивают точность поперечного исследования.

Если непрямую калориметрию проводит опытный медицинский персонал и учитываются многочисленные нюансы во избежание ошибок измерения, данный метод вполне приемлем для оценки расхода энергии у новорожденных. Использование непрямой калориметрии возможно при различных физиологических состояниях: энтеральном и парентеральном питании, прекращении дыхательной поддержки с помощью ИВЛ, отказе от содержания в кювезе. Из наиболее важных сведений, полученных в исследованиях с участием новорожденных, необходимо отметить данные по окислению нутриентов при проведении энтерального питания.

Например, результаты 6 исследований показали, что у прибавляющих в массе новорожденных потребление кислорода составляет 7-8 мл/кг/мин, RQ > 0,85, а скорость окисления жира — 2-3 г/кг/сут.

Источник: http://meduniver.com