Уровень целого организма. Большинство научных

СОДЕРЖАНИЕ ВОДЫ В ТОЩЕЙ МАССЕ: ОБЗОР РАБОТ ПО
ВЕЛИЧИНЕ КЛАССИЧЕСКОЙ КОНСТАНТЫ СОСТАВА ТЕЛА
Николаев Д.В., Смирнов А.В. Руднев С.Г., Пушкин С.В ., Гвоздикова Е.А.
НТЦ «Медасс» E-mail: ntcmedass@mtu-net.ru
Стр. 128- 143
Введение. Одной из первичных целей исследования состава тела (1) было
определение количественных отношений между составляющими, которые приблизительно
постоянны для здорового организма. Эти устойчивые отношения легли в основу “водного”
метода оценки состава тела, поэтому происхождение постоянных соотношений представляет
фундаментальный научный интерес. Гидратация, или содержание воды в тощей массе, - одна
из самых известных и широко применяемых постоянных состава тела. Более чем пять
десятилетий назад, Pace и Rathbum предположили, что общая вода организма (ТBW)
составляет постоянную долю тощей массы (ТМ) 0.7240.036 на основании экспериментов с
морскими свинками. Последующий химический анализ взрослых животных подтвердил
величину гидратации около 0.73 с отклонениями в пределах между 0.70 и 0.76 для некоторых
видов млекопитающих с размерами тела от мыши до рогатого скота – при разнице в массе
(М) на 4 порядка. Дополнительные исследования были проведены путем химического
анализа на уровне организма в целом, на 9 человеческих трупах со значением
ТBW/ТМ=0.7370.036, колеблющимся между 0.684 и 0.808 (таблица 1).
Использование TBW для количественной оценки жировой массы обусловлено
стабильностью содержания воды
в тощей массе между видами привела к широкому
использованию в методе in vivo соотношения (1)
ЖМ=М – ТМ = МТBW/0.73………………………………(1)
Исследования in vitro.
Анализы in vitro, основанные на непосредственном химическом анализе трупов
животных или отдельных тканей и органов - классический подход, применяемый для
исследования гидратации ТМ. Научные работы in vitro могут быть рассмотрены на 2-х
уровнях определения состава тела: на уровне целого организма и тканево-органном.
Уровень целого организма. Большинство научных работ in vitro по гидратации ТМ было
проведено на уровне целого организма, для чего целый труп биологического объекта был
тщательно гомогенизирован. Образцы отдельных тканей были подвергнуты химическому
анализу, чтобы определить содержание различных химических соединений.
Содержание воды у гомогенизированного образца может быть определено методом
холодной сушки или сушки при 900С до постоянного веса. Жир может быть извлечен из
гомогенизированного образца путем использования растворителей, таких как петролейный
эфир.
Таблица 1: Тощая
взрослых людей.
Пол Возрас Масса
т годы тела, кг
м
46
53.8
м
60
73.5
масса (ТМ) и ее гидратация (ТBW/ТМ), оцененная у 9 трупов
ТBW,
кг
29.7
37.2
ТМ,
кг
43.3
53.0
TBW/
ТМ
0.686
0.702
м
м
ж
25
63
59
71.8
58.6
25.9
44.4
35.0
13.3
61.1
48.0
16.2
0.726
0.729
0.731
ж
м
42
48
45.1
62.0
25.3
43.9
34.5
59.3
0.733
0.740
м
35
70.6
47.9
61.7
0.776
ж
67
43.4
32.0
39.6
0.808
Ср.
49
14
50.1
15.8
34.3
10.8
46.6
14.5
0.737
0.036
Причина смерти
Ссылка и год
ЧМТ
Сердечный
приступ
Уремия
Рак пищевода
Предельное
истощение
Утонувший
Инфекционный
эндокардит
Недостаточность
митрального
клапана
Онкологическое
заболевание
Forbes, 1953
Forbes
Lewis,
1956
Widdowson, 1951
Knight, 1986
Knight, 1986
Widdowson, 1951
Forbes
Lewis,
1956
Mitchell, 1945
Moore, 1946
Таблица 2. ГТМ (ТBW/ТМ), оцененная у 9 млекопитающих in vitro
Виды
Масса тела, ТBW, кг
ТМ, кг
ТBW/
Ссылка и год
кг
ТМ
Мышь (n=27)
0.0356
0.0198
0.0277
0.715 Holleman,
Dieterich 1975
0.0223
0.0114
0.0161
0.016
Хомяк (n=34)
0.1274
0.0744
0.1016
0.733 Kodama, 1971
0.0064
0.006
0.0076
0.006
Крыса (n=32)
0.149
0.168
0.112
0.758 Tisavipat, 1974
0.003
0.005
0.005
Макака резус (n=5) 12.42 3.83 7.011.32
9.551.92 0.736 Wang (неопубл.
данные)
0.013
Бабуин (n=23)
17.86 4.22 11.80 2.60 15.75
0.751 Lewis, 1986
3.57
0.055
Козы (n=10)
20.449.6
13.25.2
17.56.8
0.756 Panaretto, 1963
0.013
Овца (n=9)
0.751 Panaretto, 1963
0.027
Свинья (n=8)
0.770 Doornenball, 1975
0.003
Рогатый скот (n=7)
0.765 Moulton, 1920
0.002
Человек (n=9)
50.115.8
34.210.8
46.614.5 0.737 См. таблицу 1
0.036
Серый
тюлень 213.5 58.8 87.223.7
120.5
0.724 Reilly, Fedak 1990
(n=4)
31.4
0.009
Показатели 9 млекопитающих, у которых исследовали целое тело, в таблице 2 могут
39.717.4
22.03.5
29.45.8
быть приняты во внимание, включая мышей, крыс, хомяков, макак резусов, бабуинов, коз,
овец, серых тюленей и людей.
Среди млекопитающих наблюдалась очень строгая зависимость между ТBW и ТМ:
ТBW=0.724*ТМ+0.255 ………………………………………………………………(2)
Химический состав трупов взрослых людей был представлен несколькими исследователями,
при этом наблюдалось следующее соотношение между ТBW и ТМ с отклонением 4,9%:
ТBW=0.737*ТМ…………………………………………………… …………………..(3)
Тканево-органный уровень. Научные работы по гидратации были также проведены на
отдельных тканях и органах. Для этого труп животного вначале анатомически разделяли на
различные составляющие, включая, например, скелетные мускулатуру, жировую ткань,
кожу, скелет, мозг, печень, сердце, легкие и почки. Каждый отдельный орган или ткань были
взвешены и тщательно гомогенизированы. Содержание молекулярных компонентов, таких
как вода и жир, было затем определено при помощи химического анализа. Гидратация всего
организма в этом случае была посчитана как отношение сумм воды и ТМ от каждого
отдельного органа или ткани. ГТМ всего организма на тканево-органном уровне
эквивалентна сумме содержания воды в каждой ткани поделенной на сумму тощих масс
каждой ткани (ТМi).
Рассматриваемое значение ГТМ всего тела, равное 0.73,- результат интеграции
слабогидратированных компонентов (например, скелет,
кожа) с сильногидратированными,
такими как скелетные мышцы и внутренние органы.
Таблица 3. ГТМ различных тканей и органов человека
Ткань или орган
ТМ, кг
Hi
Скелет
Соединительная ткань
Сухожилия и фасции
Кожа
Жировая ткань
8.10
1.58
1.39
2.34
3.00
0.407
0.633
0.633
0.684
0.767
Печень
Поджелудочная железа
Селезенка
Легкие
Сердце
Скелетные мышцы
Кровь
Почки
ЖКТ
Мозг
Мочевой пузырь с содержимым
Итого
1.68
0.09
0.18
0.99
0.30
27.38
5.46
0.29
1.13
1.25
0.12
55.28
0.774
0.778
0.778
0.788
0.800
0.804
0.806
0.828
0.841
0.880
0.844
-------
Особенности анализов in vitro. Люди, чьи трупы были подвергнуты химическому
анализу после смерти, при жизни часто страдали от хронических болезней. Трудно судить о
воздействии заболеваний, приведших к смерти на ГТМ, и степень, с которой значение
ТBW/ТМ, измеренное у трупов, отображает гидратацию у здоровых взрослых.
Оценки in vivo.
Исследования in vivo могут быть проведены в больших масштабах на хорошо
известных и клинически стабильных людях и животных, поэтому широко используемы в
изучении ГТМ, особенно когда рассмотрены биологические факторы, такие как возраст и
тучность, которые могут повлиять на ГТМ.
Принцип исследований гидратации in vivo прост: ТBW и ТМ измеряются отдельно и
подсчитывается их отношение. Точность рассматриваемой таким образом гидратации очень
зависит от качества измерений ТBW и ТМ.
Оценка ТBW. Для измерения TBW применялся “водный” метод. В качестве
разводимого вещества был использованы молекулы воды с меченными атомами. ТBW может
быть точно измерена при использовании растворов трития (3Н2О) и дейтерия (2Н2О) и
воды, меченной атомом 18О. Каждый изотоп измеряет специфичный жидкостный сектор.
Для трития и дейтерия полученный сектор больше, чем объем ТBW на самом деле,
поскольку меченые атомы водорода обмениваются с “простыми” атомами, находящимися в
составе карбоксильной, гидроксильной и аминогрупп. Подобным образом 18О обменивается
с “простым” 16О, находящимся в составе карбоксильной и фосфатной групп. Процент
переоценки около 4-5% для дейтерия и трития и 0-1% для Н218О. На сегодня принята
переоценка в 4-5% и 1% для дейтерия с тритием и Н218О, соответственно. Это существенно,
т.к. выбор 4%или 5% переоценки для трития соответственно влияет на значение гидратации
в 1% (0.73 по сравнению с 0.72). C поправкой на переоценку и большим вниманием к
нюансам ТBW может быть оценена в условиях научной лаборатории с точностью до 1-2%.
Измерение тощей массы. В идеале ТМ должна оцениваться независимо от
измерения воды в исследованиях по гидратации. Модель измерения с 2-мя параметрами
уравнавнеие 4 и ДРА не требуют измерения TBW.
ТМ=5.50*М-4.95*ОТ ……………………………………………………..(4)
,где: ОТ - объем тела измерен путем вытеснения воды. ТМ может быть также измерена
путем ДРА как разница между массой тела и массой жира тела. Но ДРА также подразумевает
стандартную гидратацию 0.73 и электролитное постоянство ТМ. Если измерение ТМ
основано на ДРА или модели измерения плотности с 2-мя параметрами, с принятой
ГТМ=0.73, оцененное значение ТBW/ТМ будет ошибочно для объектов, чье значение
гидратации отклоняется от принятого. У молодых взрослых, тем не менее, значения
ТBW/ТМ при использовании модели с 3-мя (масса тела, TBW, объем тела) и 4-мя
параметрами (считая минеральное вещество костей) (0.7140.012 и 0.7100.010) были
больше, чем для модели с 2-мя параметрами (0.6900.026 в двух случаях Р<0.01). Было
предложено подсчитывать ТМ исходя из значений массы тела, массы всего углерода тела
(МУглТ), массы всего азота тела (ОАзТ), массы всего кальция тела (ВСаТ), которые
измеряются методом нейтронно-активационного анализа:
ТМ=М -1.30*МУглТ+4.45*ВАзТ+0.065*ВСаТ…………………………………. (5)
Этот подход избегает ошибок, вызванными допущениями у модели с 2-мя параметрами и
метода ДРА. Тем не менее этот метод не до конца независим от значения ТBW, так как
измерение всего азота в теле зависит от калибровки значения ТBW. Вдобавок к этому метод
нейтронно-активационного анализа не может быть применим для исследования детей и
женщин в пременопаузе из-за недопустимых радиационных нагрузок.
В идеале, существует подход, не всегда практичный, применимый к независимому от воды
измерению ТМ. Например, растворение жирорастворимого инертного к тканям организма
газа, такого, как циклопропан или 85Kr. Тем не менее, метод применения жирорастворимого
инертного газа ограничен дороговизной и малодоступностью оборудования.
Модель гидратации.
На клеточном уровне масса тела состоит из клеток, внеклеточной жидкости (ВКЖ),
внеклеточных твердых веществ (ВКТв). Клеточный компонент может быть разделен на
жировую массу и собственно массу клеток (СМК).
МТ= жир +СМК+ВКЖ+ВКТв …………………..…………………………………………(6)
Таким образом, ТМ может быть выражена в виде суммы 3 составляющих клеточного уровня
ТМ=СМК+ВКЖ+ВКТв ………………………………………………………….………….(7)
Аналогично TBW может быть выражена в виде суммы внеклеточной воды (ВКВ) и
внутриклеточной воды (КВ).
TBW = КВ+ВКВ…….………………………………………………………………..……… (8)
На основании уравнений 7 и 8 ГТМ может быть выражена как
TBW/ТМ= (КВ+ВКВ)*(СМК+ЭКЖ+ВКТв)-1…..………………………….…………... (9)
Это первичная модель ГТМ на клеточном уровне состава тела. На следующей стадии
исследования нашей модели целью будет разрешить уравнение 9.
Собственная масса клетки и внеклеточная жидкость состоят из твердых и жидких
компонентов, которые могут быть выражены как отношение гидратации СМК = КВ/a и ВКЖ
= ВКВ/b, где a и b доли воды в собственной массе клетки и внеклеточной жидкости,
соответственно. Внеклеточные твердые вещества могут быть выражены как функция TBW
следующим образом: ВКТв = с*TBW = с*(КВ+ВКВ), где с– отношение ВКТв к TBW. Ур-ие 9
таким образом можно преобразовать:
TBW/ТМ = (ИКВ+ЭКВ)* (ИКВ/а+ЭКВ/b+с*[ИКВ+ЭКВ])-1…………………………. (10)
Вне- и внутриклеточная вода – взаимосвязанные компоненты воды тела, и внеклеточная вода
может быть выражена как функция внутриклеточной воды следующим образом:
ЭКВ = Э/И*ИКВ, где Э/И отношение внеклеточной воды к внутриклеточной. Ур-ие 10
может быть преобразовано и упрощено до вторичной модели ГТМ клеточного уровня.
TBW/ТМ=(КВ+ВКВ*Э/И)(КВ/а+КВ*(Э/И)/b+с*[КВ+КВ*Э/И])-1=
(1+Э/И)*
(1/а+1/б*(Э/И)+с+с*Э/И)-1…………………………………………………(11)
Уравнение 11 обнаруживает, что ГТМ определяется 4-мя факторами: гидратацией
собственной массы клетки (а), гидратацией внеклеточной жидкости (b), отношение
внеклеточных твердых веществ к TBW (с) и отношением вне- и внутриклеточной жидкостей
(Э/И). Уравнение 11 показывает, что ГТМ может быть проанализирована исходя из
жидкостных
и
твердых
составляющих
и
этот
подход
позволяет
определить
4
индивидуальных фактора а, b, с, Э/И у здоровых людей.
Коэффициенты в модели.
Клеточная гидратация: отношение а.
Первые клетки имели протоплазму,
аналогичную по электролитному и минеральному составу к таковым у океанов, в которых
они возникли. Образование собственных мембранных насосов у клеток привело к
постоянству внутренней гидратации, содержанию электролитов и осмоляльности даже при
изменении состава океана. Освоение суши животными потребовало сохранения внутренней
среды с “первичным океаном” внеклеточной жидкости, поддерживаемым почечными
механизмами.
Эмпирические наблюдения обнаруживают потрясающее подобие в водном и
электролитном составе у про- и эукариотических клеток. По весу клетки, начиная от
Esherichia coli и до млекопитающих на 70% состоят из воды, даже несмотря на 100–кратную
разницу в объеме клеток бактерий и млекопитающих.
“Типичная” клетка млекопитающего содержит 70% воды, 18% протеинов, 5%
фосфолипидов, 1% неорганических ионов (т.е. К+, Na+, Mg2+, Сl-), 1,35% ДНК и РНК, 2%
полисахаридов, 3% разнообразных малых метаболитов. В настоящем исследовании значение
клеточной
гидратации
было
принято
за
0,7,
представляющее
типичную
клетку
млекопитающего.
СМК включает воду, протеины и минералы у всех типов клеток, и вода самая
большая часть СМК. Но у разных типов клеток будут различные отклонения. Например,
доля внутриклеточной воды эритроцитов относительно низка и составляет 0,65-0,68.
Наоборот, клетки скелетных мышц, насчитывающие около 2/3 массы всех клеток тела,
имеют долю воды 0,718-0,728. Клеточная гидратация всего тела должна быть больше
таковой эритроцитов и меньше скелетных мышц. В настоящем исследовании принята
вариация в пределах 1% от принятого значения клеточной гидратации всего тела в 0,7
(т.е.0,693-0,707).
Гидратация внеклеточной жидкости: отношение b. Внеклеточная жидкость –
компонент, окружающий клетки и являющийся посредником в газообмене, переносе
питательных веществ и выводе конечных продуктов метаболизма. Внеклеточная жидкость
распределена в 2-х основных местах: около 1/6 в виде плазмы внутрисосудистого
пространства и оставшаяся часть 5/6 в виде интерстициальной жидкости во внесосудистом
пространстве (табл. 4). Внеклеточная жидкость состоит из воды, протеинов и минералов,
причем вода насчитывает 94% от плазмы и 99%от интерстициальной жидкости. В настоящем
исследовании гидратация внеклеточной жидкости была принята равной 98% (т.е.
пропорциональная смесь плазмы и интерстициальной жидкости) с колебаниями в пределах
0,97-0,99, которые отображают крайние пропорции плазмы и интерстициальной жидкости.
Высокогидратированная внеклеточная жидкость, оказывает главный эффект на
рассматриваемые уровни гидратации. Также очевидно, что какое-либо изменение в
пропорциональном отношении между внеклеточной жидкостью с долей воды 0,98 и СМК с
долей воды 0,7 приведет к изменениям в ГТМ.
Отношения а и b представляют собой гидратацию СМК и внеклеточной жидкости
соответственно. Таким образом, содержание воды в СМК и во внеклеточной жидкости
поддерживается удивительно постоянным в пределах объектов, групп объектов и даже
между млекопитающими. Какие регуляторные механизмы обеспечивают это постоянство?
Большинство млекопитающих поддерживают осмоляльность внеклеточной жидкости
на уровне 300 мосмоль/ 1 кг воды. Основным определяющим осмоляльность внеклеточной
жидкости ЭКЖ фактором является бикарбонат натрия. Есть две параллельные регуляторные
системы: антидиуретический
гормон
и ренин-ангиотензин-альдостероновая система,
которые поддерживают осмоляльность внеклеточной жидкости, концентрацию NaHCO3,
внеклеточное содержание воды стабильным у здорового человека.
Таблица 4. Ссылка на данные, используемые для развития коэффициентов модели.
Ссылочные Расчетные
данные
данные
Масса тела, кг.
70
Жировая масса тела, кг
13,5
ТМ, кг
56,5
Калий тела, г
140
СМК, кг
29,8
TBW, кг
42
ВКВ, кг
18
КВ, кг
24
Э/И
0,75
Плазма, кг
3,1
Отношение плазмы к внеклеточной жидкости
0,17
Сухой, обезжиренный скелет, кг
4,4
Отношение ЭКТв к минеральному веществу костей
1,18
ЭКТв/весь Кальций тела
5,68
ЭКТв, кг
5,68
ЭКТв/TBW
0,135
ГМТ
0,743
Внутриклеточная жидкость, как составная, отделена от внеклеточной жидкости
полупроницаемой мембраной. Содержание NaHCO3 во внутриклеточной жидкости
поддерживается ограничивающим действием мембраны и Na+/K+ АТФфазным насосом. Вода
свободно проникает через мембрану клетки, поддерживая осмоляльность внутри клетки
постоянной и равной 300 мосмоль/1 кг воды. Таким образом, клеточная гидратация и объем
клетки поддерживается постоянными при помощи таких же регуляторных механизмов, что и
для внеклеточной жидкости. Таким образом, факторы а и b у здоровых людей варьируют
минимально.
ВКТв/TBW.отношение с
. Внеклеточные твердые вещества являются компонентом, который
не участвует в
метаболизме и состоит из органических и неорганических соединений. Органические ВКТв
состоят из 3-х типов волокон: коллагеновые, ретикулярные и эластические. Неорганические
ВКТв с кальцием и гидроксиапатитом {(Ca3(PO4)2)3Ca(OH)2} в качестве главного
образующего компонента представляют собой 66% сухого межклеточного вещества ткани
кости. Так как в ВКТв нет воды, то увеличение его пропорционального вклада в ТМ
соответственно снижает рассматриваемые уровни ГТМ.
ВКТв/TBW может быть оценено из предыдущих исследований. Cohn измерил
содержание кальция в организме методом нейтронной активации in vivo. Приняв
постоянную отношений минерального вещества костей к массе всего кальция в теле и ВКТв
к минеральному веществу кости, авторы подсчитали ВКТв, исходя и знания массы всего
кальция в организме. ВКТв/TBW было аналогично среди молодых и взрослых мужчин (0,15
против 0,15) и женщин (0,16 против 0,14). ВКТв и TBW в ссылке на человека равны 5,68 и 42
кг, соответственно, с отношением ВКТв/TBW=0,135 (см. таблицу 4). Отношение с в
настоящем исследовании было принято в рамках 0,12 и 0,16 со средними значениями 0,14
для здоровых взрослых.
ВКТв
тесно
связаны
с
костным
минеральным
веществом,
которое
у
новорожденных развито минимально, в то время как доля воды в ТМ высока. Этот факт
наводит на мысль, что отношение с ,рассматриваемое в течение всей жизни, у людей может
быть зависимым от возраста.
Отношение Э/И. В отличие от трех остальных компонентов модели известно много
физиологических факторов, которые изменяют относительное распределение вне и
внутриклеточной жидкости на протяжении всей жизни (возраст, пол, тренировка,
употребление жидкости и потоотделение). У детей большая доля молодых клеток и большее
отношение внеклеточной жидкости к клеточной массе по сравнению со взрослыми. Большее
отношение внеклеточной жидкости к клеточной массе у детей обеспечивает быстрый
транспорт питательных веществ из внеклеточной жидкости к клеткам и конечных продуктов
обмена из клеток во внеклеточную жидкость. Тучность, СПИД, хроническая почечная
недостаточность, отеки, недостаточное питание и сепсис могут вызвать гипергидратацию и
возрастание Э/И. Следовательно, не существует прямой физиологической регуляции
относительного распределения воды и Э/И широко варьирует как в норме, так и в патологии.
Внутриклеточная вода часто подсчитывается как разница между TBW и внеклеточной водой.
Для оценки внеклеточной воды применяются методы разведения (например, бромидный,
сульфатный и с помощью инулина) и измерение количества хлора in vivo методом анализа
нейтронной активации. Тем не менее, доступные методы, основанные на различных
допущениях, могут варьировать в своих оценках внеклеточной воды.
Особенности модели.
До сих пор многие фундаментальные вопросы остаются без ясного ответа: почему
здоровые взрослые люди показывают относительно постоянное значение величины ГТМ в
0,73? Почему гидратация у взрослых людей варьирует в узких пределах? Представляют ли
первостепенно эти рассматриваемые рамки биологическую вариабельность? Влияют ли
размеры тела у млекопитающих на ГТМ? В этом разделе мы продемонстрируем, как
предложенная модель разрешает эти вопросы.
Почему
ГТМ
у
взрослых
людей
относительно
постоянна
на
уровне
0,73?Предложенная модель клеточного уровня показывает, что ГТМ является функцией от
четырех аргументов, т.е. TBW/ТМ = f(а, б, с, Э/И) и приблизительно среднее значение
каждого аргумента известно как описанное выше.
Среднее значение TBW/ТМ,
следовательно может быть представлено согласно уравнению 11:
TBW/ТМ=(1+0,97)* (1/0,70+[1/0,98]*0,97+0,14+0,14*0,97)-1=0,73
Предсказанное моделью значение ГТМ подобно тому, что было в исследованиях in vitro на
человеческих трупах (0,737) и в ссылке на человека, как предложил Brozek (0,737) и Snyder
(0,741). Подсчитанное значение TBW/ТМ почти идентично к таковому у других
млекопитающих (0,739+0,015, коэффициент вариабельности 2%) со средней массой тела в
пределах от 0,036 кг у мышей до 214 кг. у серых тюленей, показывающее постоянство
гидратации среди видов.
Может ли относительное постоянство ГТМ быть объяснено с помощью предложенной
модели клеточного уровня? Даже несмотря на маленькие изменения (например, 1%, табл. 5)
в клеточной гидратации (а) и гидратации внеклеточной жидкости (b) окажут относительно
большой эффект на ГТМ (т.е. 0,5%), эти два определяющих фактора поддерживаются
постоянными при помощи физиологических механизмов у человека и др. млекопитающих.
Соотношение внеклеточных твердых веществ к TBW (с) также постоянно у взрослых людей,
хотя изменение в отношении с на 1% вызывает изменение ГТМ на 0,1% (табл. 2).
Распределение воды (т.е. Э/И) высоковариабельная величина. Модель клеточного
уровня (ур-ие 6) может быть упрощена, если принять за константы отношения а, b, с для
обсуждения целей в модели, которую применяют к молодым взрослым:
TBW/ТМ = (1+Э/И)* (1,569+1,16*Э/И)-1……………………………………….(12)
Ур-ие 12
показывает, что как числитель, так и знаменатель содержат выражения Э/И,
взятые с одинаковыми знаками (+) и аналогичными коэффициентами (1 и 1,16). Эта
математическая особенность показывает, что изменения в относительном распределении
воды оказывают лишь малый эффект на TBW/ТМ, например, когда Э/И возрастает на 50%
TBW/ТМ возрастает всего на 3% (с 0,721 до 0,743). Поэтому, хотя Э/И высоковариабельна
среди субъектов или одного субъекта, влияние этой величины на рассматриваемую ГТМ
сравнительно мало.
Влияет ли возраст на ГТМ? Предыдущие исследования показывают, что
биологические факторы, такие как возраст, значительно влияют на ГТМ. Moultom в своем
классическом
исследовании
суммировал
результаты
химического
анализа
девяти
млекопитающих – мышь, крысу, морскую свинку, собаку, свинью, рогатый скот и человека.
При рождении все млекопитающие показывают высокую ГТМ (0,81) и низкую
концентрацию протеинов и минералов. Затем ГТМ быстро спадает, а содержание минералов
и протеинов возрастает от начала жизни до достижения биохимической зрелости.
Таким образом, возникает резонный вопрос: может ли модель клеточного уровня быть
применена в моделировании взаимосвязи между ГТМ и возрастом? Из четырех
определяющих ГТМ факторов, отношение а=0,7 и b=0,98, для моделирования могут быть
приняты за константы в течение всей жизни. Модель гидратации клеточного уровня тогда
может быть упрощена:
TBW/ТМ=(1+Э/И)* 1,429+с+[1,020+с]*Э/И)…………………………………(13)
Уравнение 13 показывает, что отношение с обратно пропорционально, а Э/И прямо
пропорционально ГТМ. На основании данных в ссылке по детям отношение с очень низкое
при рождении (0,07) и затем быстро возрастает к юности. Наоборот, Э/И максимально при
рождении (1,7), а затем быстро снижается у взрослых.
Т.о. у нас была возможность прогнозировать изменение ГТМ во время роста. При
рождении, когда с = 0,07 и Э/И = 1,7, предсказанная ГТМ, согласно ур-ию 13 ,равна 0,81.
Теоретически, ГТМ затем падает до 0,73 у взрослых. Эта тенденция подобна измеренным
изменениям ГТМ: 0,81 при рождении и 0,746 у 10-ти летних мальчиков. Как показано ур-ием
13 – возрастание отношения с и уменьшение Э/И вызывают быстрое падение ГТМ в
процессе роста.
Влияет ли процесс старения на ГТМ? Schoeller предположил, что влияние старения
на ГТМ после 70 лет либо мало, либо его нет. Visser изучал ГТМ у большого числа объектов
с возрастом от 20 до 94 лет. Не наблюдалось никакой связи между ГТМ и возрастом.
Коэффициенты кореляции были равны –0.02 (Р=0.67) для женщин и –0.07 (Р=0.23) для
мужчин. Более того, Goran не наблюдал значительной разницы ГТМ между молодыми
(0.716) и старыми (0.723) мужчинами. Mazareigos сравнил ГТМ у молодых и старых женщин,
подобранных по массе тела и росту. ТBW/ТМ было аналогично у молодых (0.7350.020) и
старых (0.7250.030) женщин.
В данной работе
Выводы.
рассматривались исследования in vitro и in vivo, из которых
заключили, что при тщательном устранении методологических ошибок высокоточный
анализ взрослых млекопитающих, включая человека, ГТМ относительно постоянна. Мы
также рассмотрели несколько общих вопросов, важных для дальнейших исследований по
ГТМ. При этом настоящем исследовании было сделано первое усилие, целью которого было
обеспечение физиологической основы ГТМ, и таким образом наша развиваемая модель
обеспечивала новый взгляд на ранее плохо понимаемые феномены, например, высокая
гидратация у новорожденных.
Использованная литература.
1.
ZiMian Wang, Paul Dewrenberg, Wei Wang, Angelo Pietrobelli, Richard N
Baumgartner, Steven B Heymsfield. Hydration of fat-free body mass: review and critique
of a classic body-composition constant. Am J Clin Nutr 1999,69:833-41
2.
Forbes RM, Cooper AR, Mitchel HH. The composition of the adult human body as
determined by chemical analysis. J Biol Chem 1953; 203:359-66.
3.
Forbes GB, Lewis AM. Total sodium, potassium and chloride in adult man. J Clin
Invest 1956;35:596-600.
4.
Widdowson EM, McCanse RA, Spray CM. The chemical composition of the
human body. Clin Sci 1951;10;113-25.
5.
Knight GS, Beddoe AH, Streat SJ, Hill GL. Body composition of two human
cadavers by neutron activation and chemical analysis. Am J Physiol 1986;250;E17985.Mitchell AH, Hamilton TS, Stegerda FR, Bean HW. The chemical composition of the
adult human body and its bearing on the biochemistry of growth. J Biol Chem
1945;158;625-37.
6.
Moore FD. Determination of total body water and solids with isotopes. Science
1946;104;157-60;
7.
Holleman DF, Dietrich RA. An evaluation of the tritiated water method for
estimating body water in small rodents. Can J Zool 1975;53;1376-8.
8.
Kodama AM. In vivo and in vitro determination of body fat and body water in the
hamster. J Appl Phusiol 1971;31;218-22.
9.
Tisavipat A, Vibulsreth S, Sheng HP, Huggins RA. Total body water measured by
disiccation and by tritiated water in adult rats. J Appl Physiol 1974;37;699-701.
10.
Harrison HR, Darrow DC, Yannet H. The total electrolyte content of animals and
its probable relation to the distribution of body water. J Biol Chem 1936;113;515-29.
11.
Spray CM, Widdowson EM. The effect of growth and development on the
composition of mammals. Br J Nutr 1950;4;332-53.
12.
Panaretto BA. Body composition in vivo. III. The composition of living ruminants
and its relation to the triated water. Aust J Agric Res 1963;14;944-52.
13.
Doornenbal H. Growth, development and chemical composition of the pig. III.
Bone, ash and moisture. Growth 1975;39;427-34.
14.
Moulton CR. Biochemical changes in the flesh of beef animals during underfeeding.
J Biol Chem 1920;43;67-78.
15.
Reilly JJ, Fedak M. Measurment of the body composition of living gray seals by
hydrogen isotope dilution. J Appl Physiol 1990;69;885-91.
16.
Gurr MI, Harwood JL. Lipid biochemistry. 4th ed. London:Chapman and
Hall,1991.
17.
Dobush GR, Ankney CD, Krementz DG. The effect of apparatus, extraction time,
and solvent type on lipid extractions of snow geese. Can J Zool 1985;63;1917-20.
18.
Worthy GA, Lavigne DM. Energetics of fasting and subsequent growth in weaned
harp seal pumps, Phoca groelandica. Can J Zool 1983;61;447-56.
19.
Schoeller DA. Changes in total body water with age. Am J Clin Nutr
1989;50(suppl);1176-81.
20.
Lesser GT, Markovky J. Body water compartments with aging using fat-free mass
as the reference standart. Am J Physiol 1979;236;R215-20.
21.
Hewitt MJ, Going SB, Williams DP, Lohman TG. Hydration of fat-free body mass
in children and adults: implications for body composition assessment. Am J Physiol
1993;265;E88-95.
22.
Virgili F, D’Amicis A, Ferro-Luzzi A. Body composition and body hydration in old
age estimated by means of skinfold thickness and deuterium dilution. Ann Hum Biol
1992;19;57-66.
23.
Dionisio P, Valenti M, Bergia R, et al. Influence of the hydration state on blood
pressure values in a group of patients on regular maintenance hemodialysis. Blood Purif
1997;15;25-33.
24.
Panaretto BA, Till AR. Body composition in vivo. II. The composition of mature
goats and its relationship to antipyrine, tritiated water, and N-acetyl-4-amino antipyrine
spaces. Aust J Agric Res 1963;14;926-43.
25.
Culebras JM, Moore FD. Total body water and the exchangeable hydration. I.
Theoretical calculation of nonaqueous exchangeable hydration in man. Am J Physiol
1977;232;R54-9.
26.
Heymsfield SB, Metthews D. Body composition: research and clinical advances.
JPEN J Parenter Enteral Nutr 1994;18;91-103.
27.
Schoeller DA, van Santen E, Peterson DW, Dietz W, Jaspan J, Klein PD. Total
body water measurement in humans with 18O and 2H labeled water. Am J Clin Nutr
1980;33;2686-93.
28.
Wong WW, Cochran WJ, Klish WJ, et al. In vivo isotope-fractionation factors and
the measurement of deuterium and oxygen-18-dilution spaces from plasma, urine, saliva,
respiratory water vapor, and carbon dioxide. Am J Clin Nutr 1988;47;1-6.
29.
Foy GM, Schnieden H. Estimation of total body water (virtual tritium space) in the
rat, cat, rabbit, guinea-pig and man, and of the biological half-life of tritium in man. J
Physiol 1960;154;169.
30.
Groves TDD, Wood AJ. Body composition studies on the suckling pig. II. The invivo determination of total body water. Can J Anim Sci 1965;45;14-9.
31.
Streat SJ, Beddoe AH, Hill GL. Measurement of body fat and hydration of the fatfree body in health and disease. Metabolism 1985;34;509-18.
32.
Siri WE. Body composition from fluid spaces and density. In:Brozek J, Henschel A,
eds. Techniques for measuring body composition. Washington, DC: National Academy of
Sciences, 1961;223-44.
33.
Selinger A. The body as the three component system. PhD thesis. University of
Illinois, Urbana, 1977.
34.
Jensen M, Kanaley J, Roust L, et al. Assessment of body composition with use
dual X-ray absorptiometry body composition model: evaluation and comparison with other
methods. Mayo Clin Proc 1993;68;867-73.
35.
Pietrobelli A, Wang ZM, Formica C, Heymsfield SB. Dual-energy X-ray
absorptiometry: fat estimation errors due to variation in soft tissue hydration. Am J Physiol
1998;274;E808-16.
36.
Kehayias JJ, heymsfield SB, LoMonte AF, Wang J, Pierson RN Jr. In vivo
determination of body fat by measuring total body carbon. Am J Clin Nutr 1991;53;1339-44.
37.
Lesser GT, Deutch S, Markofsky J. Use of independent measurement of body to
evaluate overweight and underweight. Metabolism 1971;20;792-804.
38.
Moulton CR. Age and chemical development in mammals. J Boil Chem
1923;57;79-97.
39.
Visser M, Gallagher D, Deurenberg P, Wang J, Pierson RN Jr, Heymsfield SB.
Density of fat-free body mass: relationship with race, age, and level of body fatness. Am J
Physiol 1997;272;E781-7.
40.
Baumgartner RN, Heymsfield SB, Lichtman S, Wang J, Pierson RN Jr. Body
composition in elderly people: effect of criterion estimates on predictive equations. Am J
Clin Nutr 1991;53;1345-53.
41.
Goran MI, Poehlman ET, Danforth E Jr, Nair KS. Comparison of body fat
estimates derived from underwater weight and total body water. Int J Obes Relat Metab
Disord 1994;18;622-6.
42.
Mazariegos M, Wang ZM, Gallagher D, et al. Differences between young and old
females in the five levels of body composition and their relevance to the two-compartment
chemical model. J Gerontol 1994;49;M201-8.
43.
Bergsma-Kadijk JA, Baumeister B, Deurenberg P. Measurement of body fat in
young and elderly women: comparison between a four-compartment model and widely used
reference methods. Br J Nutr 1996;75;649-57.
44.
Thorson TB. Measurement of the fluid compartments of four species of marine
Chondrichthyes. Physiol Zool 1958;31;16-23.
45.
Thorson TB. Partioning of body water in sea lamprey. Science 1959;130;99-100.
46.
Thorson TB. Partioning of body water in Osteichthyes: phylogenetic and ecological
implications in aquatic vertebrates. Biol Bull 1961;120;238-54.
47.
Thorson TB. Partioning of body water in Amphibia. Physiol Zool. 1964;37;395-9.
48.
Alberts, B., D. Bray, J. Lewis, M. Raff, K. Roberts, and J. D. Watson. Molecular
biology of the cell (3rd ed.). New York: Garland, 1994.
49.
Biltz, R. M., and E.D. Pellegrino. The chemical anatomy of bone. I. A comparative
study of bone composition in sixteen vertebrates. J. Bone Jt. Surg. Am. Vol. 51A: 456-466,
1969.
50.
Brody, S. Bioenergetics and Growth. New York: Reinhold, 1945.
51.
Brozek, J., F. Grande, T. Anderson, and A. Keys. Denstometric analysis of body
composition: revision of some quantitative assumptions. Ann. NY Acad. Sci. 110;113140;1963.
52.
Calder, W.A., III. Size, Function, and Life History. New York: Dover, 1996.
53.
Clegg, J.S., and W. Drost-Hansen. On the biochemistry and cell physiology of
water. In: Biochemistry and Molecular Biology of Fishes, edited by Hochachka and T.P.
Mommsen. Elsevier Science, vol. 1, 1991, p. 1-23.
54.
Cohn, S.H., D. Vartsky, and S. Yasumura. Compartmental body composition
based on total body nitrogen, potassium, and calcium. Am. J. Physiol. 239 (Endocrinol.
Metab. 2):E524-E530, 1980.
55.
Cohn, S.H., D. Vartsky, S. Yasumura, A.N. Vaswani, and K.J. Ellis. Indexes of
body cell mass: nitrogen versus potassium. Am. J. Physiol. 244 (Endocrinol. Metab. 7):
E305-E310, 1983.
56.
Cohn, S.H., A. N. Vaswani, S.Yasumura, K. Yuen, and K. J. Ellis. Improved
models for determination of body fat by in vivo neutron activation. Am. J. Clin. Nutr.
40;255-259, 1984.
57.
Darrow, D. C., H. E. Harrison, and M. Taffel. Tissue electrolytes in adrenal
insufficiency. J. Biol. Chem. 130;487-502, 1939.
58.
Dick, D. A. T. Cell water. Washington, DC: Butterworths, 1966.
59.
Elia, M. Organ and tissue contribution to metabolic rate. In: Energy Metabolism:
Tissue Determinants and Cellular Corollaries, edited by J. M. Kinney and H. N. Tucker.
New York: Raven, 1992, p. 61-77.
60.
Ellis, K. J. Reference man and woman more fully characterized; validations on the
basis of body size, age, and race. Biol. Trace Elem. Res. 26-27: 385-400, 1990.
61.
Elkinton, J. R., and T. S. Danowsky. The Body Fluids. Baltimore, MD: Waverly,
1955.
62.
Fommon, S. J., F. H. Haschke, E. E. Ziegler, and S. E. Nelson. Body composition
of reference children from birth to age 10 years. Am. J. Clin. Nutr. 35;1169-1175, 1996.
63.
Forbes, G. B. Human Body Composition, Growth, Aging, Nutrition, and Activity.
New York Springer-Verlag, 1987.
64.
Gschwentner, M., A. Susanna, A. Schmarda, A. Laich, U. O. Nagl, H.
Ellemunter, P. Deetjen, J. Frick, and M. Paulmichl. Icln: a chloride channel paramount
for cell volume regulation. J. Allergy Clin. Immunol. 98: S98-S101, 1996.
65.
Hastings, A. B., and L. Eichelberger. Exchange of salt and water between muscle
and blood. I. Effect of increase in total body water produced by intravenous injection of
isotopic salt solutions. J. Biol. Chem. 117;73-93,1937.
66.
Lang, F., G. L. Busch, M. Ritter, H. Volkl, S. Waldegger, E. Gulbins, and D.
Haussinger. Functional significance of cell volume regulatory mechanism. Physiol. Rev.
78:247-306, 1998.
67.
Lewis, D. S., H. A. Bertrand, and E. J. Masoro. Total body water-to-lean body
mass ratio in baboons (Papio sp.) of varying adiposity. J. Appl. Physiol. 61;1234-1236,
1986.
68.
Maffy, R. H. The body fluids: volume, composition, and physical chemistry. In: The
Kidney, edited by B. M. Brenner and F. C. Rector, Jr. Philadelphia, PA: Saunders, 1976.
69.
Moore, F. D., K. H. Olesen, J. D. McMurray, H. V. Parker, M. R. Ball, and C.
M. Boyden. The Body Cell Mass and Its Supporting Environment. Philadelphia, PA:
Saunders, 1963.
70.
Moulton, C. R. Age and chemical development in mammals. J. Biol. Chem. 57:7997, 1923.
71.
Olmstead, E. D. Mammalian Cell Water. Philadelphia, PA: Lea & Febiger,1966.
72.
Pace, N., and E. N. Rathbum. The body water and chemically combined nitrogen
content in relation to fat content. J. Biol. Chem. 158: 685-691, 1945.
73.
Pietrobelli A., C. Formica, Z. Wang , and S. B. Heymsfield. Dual-energy X-ray
absorptiometry body composition model: review of physical concepts. Am. J. Physiol. 271
(Endocrinol. Metab. 34): E941-E951, 1996.
74.
Pitts, G. C., and T. R. Bullard. Some interspecific aspects of body composition in
mammals. In: Body Composition in Animals and Man. Washington DC: Natl. Acad. Sci.,
1968, p. 45-70.
75.
Rhoades, R., and R. Pflanzer. Human Physiology. Philadelphia, PA: Saunders,
1989, p. 754-779.
76.
Schmidt-Nielsen, K. Scaling: Why is Animal Size So Important? Cambridge, UK:
Cambridge Univ. Press, 1984.
77.
Schoeller, D. A. Hydrometry. In: Human Body Composition, edited by A. F. Roche,
S. B. Heymsfield, and T. G. Lohman. Champaign, IL: Human Kinetics, 1996, p. 25-44.
78.
Sheng, H. P., and R. A. Huggins. A review of body composition studies with
emphasis on total body water and fat. Am. J. Clin. Nutr. 32;630-647,1979.
79.
Snyder, W. S., M. J. Cook, E. S. Nasset, L. R. Karhausen, G. P. Howells, and I.
H. Tipton. Report of the Task on Refrence Man. Oxford, UK: Pergamon, 1975.
80.
Visser, M., and D. Gallagher. Age-related change in body water and hydration in
old age. In: Hydration Throughout Life, edited by M. J. Arnaud. Paris: John Libbey
Eurotext, 1998, p. 117-125.
81.
Waki, M., J. Kral, M. Mazariegos, J. Wang, R. N. Pierson, Jr., and S. B.
Heymsfield. Relative expansion of extracellular fluid in obese vs. nonobese women. Am. J.
Physiol. 261 (Endocrinol. Metab. 24): E199-E203, 1991.
82.
Waldergger, S., G. L. Busch, N. K. Kaba, G. Zempel, H. Ling, A. Heidland, D.
Haussinger, and F. Lang. Effect of cellular hydration on protein metabolism. Miner.
Electrolyte Metab. 23: 201-205, 1997.
83.
Wang, Z. M., P. Deurenberg, W. Wang, A. Pietrobelli, R. N. Baumgartner, and
S. B. Heymsfield. Fat-free body mass hydration: review and a critique of a classic body
composition constant. Am. J. Clin. Nutr. In press.
84.
Wang, Z. M., R. N. Pierson, Jr., and S. B. Heymsfield. The five-level model: a
new approach to organizing body composition research. Am. J. Clin. Nutr. 56: 19-28, 1992.
85.
Yasumura, S., S. H. Cohn, and K. J. Ellis. Measurement of extracellular space by
total body neutron activation. AM. J. Physiol. 244: (Regulatory Integrative Comp. Physiol.
13): R36-R40, 1983.
86.
Wang, Z. M., P. Deurenberg, W. Wang, A. Pietrobelli, R. N. Baumgartner, and
S. B. Heymsfield. Hydration of fat-free body mass: new physiological modeling approach.
Am. J. Physiol. 276 (Endocrinol. Metab. 39): E995-E1003, 1999