2 курс / Нормальная физиология / Технологии_и_методы_определения_состава_тела_человека_Мартиросов

Э. Г. Мартиросов Д. В. Николаев С. Г. Руднев

ТEХНОЛОГИИ И МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОСТАВА ТЕЛА ЧЕЛОВЕКА

Москва «Наука» 2006

УДК 572.4 ББК 28.7 M29

Рецензенты академик Т.И. Алексеева,

доктор медицинских наук, профессор Н.Д. Граевская

Мартиросов Э.Г.

Технологии и методы определения состава тела человека / Э.Г. Мартиросов, Д.В. Николаев, С.Г. Руднев. — М.: Наука, 2006. — 248 c. — ISBN 5-02-035624-7 (в пер.).

В монографии представлен обзор современных технологий и методов определения состава тела человека in vivo. Область их применения охватывает широкий спектр фундаментальных и прикладных проблем биологии и медицины, включая оценку физического развития на индивидуальном и популяционном уровне, диагностику и лечение ожирения и остеопороза, исследование возрастных изменений состава тела, механизмов адаптации организма к внешней среде и профессиональный отбор.

Для специалистов в области биологии, антропологии и медицины.

Martirosov E.G.

Technologies and methods of human body composition assessment / E.G. Martirosov, D.V. Nikolaev, S.G. Rudnev. — M.: Nauka, 2006. — 248 p. — ISBN 5-02-035624-7.

In this book, we present an overview of contemporary technologies and methods for the human body composition assessment in vivo. A range of their applications involves a wide spectrum of fundamental and applied biomedical problems, such as estimation of physical fitness on individual and population levels, diagnosis and treatment of obesity and osteoporosis, age-related changes in body composition, adaptation to environmental factors, and professional selection.

For biologists, anthropologists and physicians.

Reviewers: T.I. Alexeeva, N.D. Graevskaya

ISBN 5-02-035624-7 c Мартиросов Э.Г., Николаев Д.В., Руднев С.Г., 2006

c Редакционно-издательское оформление. Издательство «Наука», 2006

Оглавление

1.1.Краткий исторический обзор . . . . . . . . . . . . . . 11

1.2.Модели состава тела . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

1.2.1.Двухкомпонентная модель . . . . . . . . . . . 19

1.2.2.Трёхкомпонентные модели . . . . . . . . . . . 26

1.2.3.Четырёхкомпонентные модели . . . . . . . . . 28

1.2.4.Пятиуровневая многокомпонентная модель . . 33

2.1.Стандарты телосложения, индексы массы тела, заболеваемость и смертность . . . . . . . . . . . . . . 50

2.2.Калиперометрия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

3.Методы на основе измерения плотности и объёма тела 81

3.1.Гидростатическая денситометрия . . . . . . . . . . . . 81

3.2.Волюминометрия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87

3.3.Воздушная плетизмография . . . . . . . . . . . . . . . 88

3.4.Альтернативные методы . . . . . . . . . . . . . . . . . 95

4.1.Методы разведения индикаторов . . . . . . . . . . . . 97

4.2.Биоэлектрические методы . . . . . . . . . . . . . . . . 102

4.4.Определение естественной радиоактивности всего тела . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135

3

4.5.Нейтронный активационный анализ . . . . . . . . . . 135

4.6.Методы на основе рентгеновского и радиоизотопного излучений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139

4.6.1.Простая фотонная и двухфотонная абсорбциометрия . . . . . . . . . . . . . . . . . 140

4.6.2.Моноэнергетическая и двухэнергетическая рентгеновская абсорбциометрия . . . . . . . . 142

4.6.3.Рентгеновская компьютерная томография . . . 150

Предисловие

Книга Э. Г. Мартиросова, Д. В. Николаева и С. Г. Руднева “Технологии и методы определения состава тела человека” посвящена одному из разделов морфологии человека, который выделился в последние годы в фундаментальное научное направление — изучение состава тела человека.

Актуальность выбранной темы объясняется существованием множества теоретических и прикладных проблем, решение которых не может быть достаточным без изучения состава тела. К таким проблемам, в первую очередь, относятся вопросы оценки физического развития человека, адаптации к факторам среды обитания, а также к условиям профессиональной и спортивной деятельности, в ряду которых особенно выделяются экстремальные и прикладные виды спорта, работа в различных условиях гравитации, инсоляции, магнитного поля Земли, гипоксии и т.д. Не менее актуальную значимость имеет данная проблема в клинической медицине. Наиболее массовое применение методов оценки состава тела в этой области связано с диагностикой и оценкой эффективности лечения ожирения и остеопороза.

За последние 25 лет эволюция изучения состава тела человека прошла впечатляющий путь развития от использования классических методов антропометрии и гидростатического взвешивания до разработки и широкого внедрения новых методов изучения состава тела, основанных на измерении параметров внешних физических полей при их взаимодействии с организмом. К таким методам относятся рентгеновская костная денситометрия, компьютерная и магнитно-резонансная томография, ультразвуковая и инфракрасная диагностика. В условиях интенсивной терапии и гемодиализа особенно хорошо зарекомендовал себя метод многочастотного биоимпедансного анализа для оценки баланса водных секторов организма. Данный метод нашёл применение в кардиохирургии для оценки содержания жидкости в нижних конечностях (эта величина

5

высоко коррелирует с показателем смертности). Значение фазового угла — характеристика импеданса тела — является прогностически значимым маркером времени дожития больных СПИДом.

Внедрение новых технологий и методов исследования позволяет повысить надёжность и оперативность оценки таких показателей состава тела, как жировая, безжировая, клеточная и минеральная масса тела, объём плазмы крови, клеточной и внеклеточной жидкости. Современные подходы дают возможность изучения состава тела на всех уровнях организации биологической системы: элементном, молекулярном, клеточном, органо-тканевом и на уровне целостного организма.

Особенно широкое распространение современные технологии и методы определения состава тела получили в промышленно развитых западных странах. К сожалению, в нашей стране их использование пока ограничивается крупными медицинскими и научнопрактическими центрами. Правда, в этой связи следует отдать справедливость отечественным антропологам, широко использующим антропометрические методы определения состава тела в полевых условиях при исследованиях приспособления человеческих популяций к различной естественной среде обитания. Им удалось показать, что географическая изменчивость состава тела весьма значительна и обусловлена, прежде всего, воздействием климатических, геохимических и ландшафтных факторов на строение тела человека.

В предлагаемой книге обобщён основной опыт развития технологий и методов изучения состава тела человека. Авторы представили подробный обзор истории, методологии и результатов изучения состава тела, провели анализ существующих методов с точки зрения их информативности и безопасности, показали возможности применения методов в различных областях науки о человеке. Даны сравнительная метрологическая оценка методов и конкретные взвешенные рекомендации по их применению.

Особо следует отметить приведённые в приложении стандарты телосложения и состава тела спортсменов высокой квалификации, специализирующихся в некоторых олимпийских видах спорта. Это оригинальные данные Э. Г. Мартиросова и его учеников и сотрудников, полученные в результате обследования многократных чемпионов России, СССР, Европы и мира. Значимость этих данных трудно переоценить. Не говоря о практической ценности, которая сомнений не вызывает, эти данные могут оказать существенную помощь в интерпретации закономерностей, связанных с террито-

6

риальной вариацией типов телосложения у групп коренного населения, живущего в экстремальных географических условиях и занимающихся традиционными видами деятельности с повышенными силовыми нагрузками.

Книга снабжена большим количеством справочных данных и предметным указателем. Такая форма представления материала позволяет быстро найти в книге интересующую информацию. Для более детального знакомства с предметом читателям предлагается большое количество ссылок на литературные источники.

Книга является первым в России монографическим изданием по рассматриваемой теме. Без сомнения, она вызовет большой интерес и сможет служить настольной книгой для специалистов в области биологии человека, антропологов, диетологов, эпидемиологов, гигиенистов, педиатров, клиницистов и спортивных врачей, интересующихся методами изучения состава тела. Книга будет полезна студентам и аспирантам соответствующих специальностей.

Академик РАН

Т.И. Алексеева

От авторов

Исследования состава массы тела человека in vivo приобретают в последние годы всё возрастающее значение. Результаты многочисленных работ свидетельствуют, что состав тела имеет существенную взаимосвязь с показателями физической работоспособности человека, с его адаптацией к условиям внешней среды, а также с профессиональной и спортивной деятельностью. Изучение состава тела играет ключевую роль в диагностике ожирения, остеопороза, значимо при некоторых других заболеваниях, и позволяет с хорошей точностью прогнозировать риск их развития. В клинической, оздоровительной и спортивной медицине важное значение имеют задачи мониторинга состава тела. Сфера применения и возможности методов определения состава тела постоянно расширяются.

К началу второй половины XX в. для количественной оценки состава тела помимо антропометрии уже использовались гидростатическая денситометрия и методы разведения индикаторов. На современном этапе для изучения состава тела применяются практически все разновидности медицинских диагностических методов. Были разработаны и усовершенствованы ультразвуковые методы и рентгеновская абсорбциометрия, биоимпедансный анализ, метод общей электрической проводимости и воздушная плетизмография, интенсивное развитие получили нейтронный активационный анализ и метод инфракрасного отражения. Относительно недавно для изучения состава тела стали использовать рентгеновскую компьютерную и магнитно-резонансную томографию.

Наблюдаемый в последние годы стремительный рост количества публикаций в области изучения состава тела (см. рис. 1.3 на стр. 17) связан с разработкой и применением биофизических методов, основанных на регистрации изменения параметров внешних физических полей при их взаимодействии с биологическим объектом. В отечественной номенклатуре медицинских специальностей эти методы объединяются термином “лучевая диагностика”.

8

Результаты изучения состава тела человека составляют основу нескольких тысяч публикаций в рецензируемых журналах, а также трудов ряда научных конференций, монографий, сборников и практических руководств, изданных, главным образом, на английском языке (Brozek, Henschel, 1961; Brozek et al., 1963; Moore et al., 1963; Brozek, 1965; Behnke, Wilmore, 1974; Ellis et al., 1987; Forbes, 1987; Lohman et al., 1988; Yasumura et al., 1989, 1990; Overbeck, Bohm, 1990; Lohman, 1992; Ellis, Eastman, 1994; Heyward, Stolarczyk, 1996; Roche et al., 1996; Yasumura et al., 2000; Preedy et al., 2001; Heyward, Wagner, 2004; Heymsfield et al., 2005). Интенсивно развивается направление, связанное с изучением состава тела животных (Speakman, 2001).

Количество работ на русском языке ограничено, некоторое представление о них можно составить из приведённого в конце книги списка литературы. Первые достаточно полные обзоры методов и результатов исследования состава тела были представлены в нашей стране В. П. Чтецовым и Н. С. Смирновой (Смирнова, 1964; Чтецов, 1965, 1978). В последующие годы попыток дальнейшего обобщения вновь появляющихся результатов не предпринималось. Предлагаемая книга призвана частично восполнить существующий пробел. В ней мы попытались кратко изложить теоретические основы, современное состояние и перспективы развития этой новой динамично растущей области биомедицинских исследований.

Вглаве 1 приводится краткий обзор истории развития методов

итехнологий определения состава тела человека и даётся общее представление о традиционно используемых моделях состава тела. В главе 2 содержится описание антропометрических методов и калиперометрии. Глава 3 посвящена методам определения состава тела, основанным на измерении плотности или объёма, и прежде всего гидростатической денситометрии и воздушной плетизмографии. В главе 4 рассматриваются биофизические методы. Мы не ставили перед собой задачи подробной характеристики их математических основ и физической сущности, эта тема достаточно полно освещена в других работах [см., например, (Джемисон и др., 1965; Хадсон, 1972; Кузнецов, 1974; Тихонов и др., 1987; Уэбб, 1991; Кравчук, 2001)]. Поэтому основное внимание уделяется описанию измерительных процедур, условиям применения и сравнительному анализу методов с характеристикой их информативности, надёжности и безопасности, а также доступности и стоимости измерительной аппаратуры. В завершающей главе 5 кратко излагаются наши представления о некоторых тенденциях развития методов.

9

Приложения содержат справочный материал, относящийся к изучению состава тела человека. В приложении 1 некоторые важные достижения в этой области и имеющие к ним отношение открытия в области естественных наук перечислены в хронологическом порядке. В приложении 2 приводятся оригинальные антропометрические данные, характеризующие телосложение и состав тела советских и российских спортсменов высокой квалификации, входивших в середине 1980-х и начале 1990-х годов в основные составы сборных команд страны по некоторым олимпийским видам спорта. Кроме того, приводятся данные о составе тела условного человека (приложение 3), формулы для определения состава тела (приложение 4) и основного обмена (приложение 5), а также сведения о фирмах-производителях оборудования для определения состава тела (приложение 6). Для удобства книга снабжена списком сокращений и терминов, а также именным и предметным указателями.

Монография адресована специалистам в области биологии, антропологии и медицины, интересующимся теорией и приложениями методов изучения состава тела in vivo. Ввиду ограниченности объёма книги не представляется возможным дать исчерпывающий обзор всей имеющейся информации по данной теме. Вследствие широты рассматриваемого круга вопросов неизбежны неточности и недостатки, которые мы надеемся устранить в последующих изданиях. Мы также надеемся, что выход книги в свет окажется полезным для дальнейшего развития этой области исследований в России.

Выражаем признательность Т. И. Алексеевой, Н. Д. Граевской

Наша отдельная благодарность Т. И. Алексеевой за предисловие к книге. Мы благодарим Д. Вагнера (университет Южной Калифорнии, США), З. Ванга (Колумбийский университет, США) и Б. Росса (Rosscraft, Канада), приславших свои публикации. Также благодарим Л. Д. Терлову (биологический факультет МГУ), Б. Кин,

Т.Кэллахан (Life Measurement Instruments, США) и Дж. Росбери (университет Дюка, США) за помощь в подборе иллюстраций,

Т.Ф. Романову — за техническую поддержку на разных этапах подготовки рукописи. В книге использованы материалы иллюстративного фонда НИИ антропологии МГУ им. М. В. Ломоносова (хранитель фонда С. Г. Ефимова).