Способ определения индивидуальной верхней границы потребностей человека в макронутриентах и энергии

Способ определения индивидуальной верхней границы потребностей человека в макронутриентах и энергии

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к медицине и может быть использовано для подбора индивидуальной диетотерапии в лечебно-профилактических учреждениях.

Питание является неотъемлемой частью жизнедеятельности человека и одним из важнейших факторов, оказывающих влияние на здоровье. В настоящее время разработаны специализированные диеты для лечения самых разных заболеваний. Однако проблема заключается в том, что разработанные в настоящее время диеты ориентированы исключительно на патогенетическое действие фактора питания, усредненные возрастные потребности больных в пищевых веществах и энергии и практически не учитывают индивидуальных потребностей больного, что резко снижает эффективность проводимой диетотерапии. Отсутствие у врача объективной информации о действительных потребностях больного в энергии и макронутриентах приводит к частым терапевтическим ошибкам. Назначение деперсонализированной диеты в этом случае наносит объективный вред больному в виде патологических метаболических сдвигов и неблагоприятных (а зачастую и малообратимых) изменений количественных показателей состава тела, усугубления клинического течения заболеваний и ухудшения прогноза.

Помимо этого, любая диетотерапия требует постоянной коррекции проводимого лечения, в зависимости от динамики клинического статуса больного, эффективности лечения, фазы заболевания, что также должно проводится под контролем объективных показателей обмена веществ и энергии.

Таким образом, необходимость наличия метода объективного исследования действительных потребностей больного в веществах и энергии для индивидуализации диетотерапии и инструментального контроля ее эффективности не вызывает сомнений.

Учет индивидуальных потребностей больного в макронутриентах и энергии подразумевает определение оптимального диапазона (нижней и верхней границы) персональных потребностей больного в макронутриентах и энергии - так называемого «индивидуального метаболического коридора». При этом, нижней границей указанного коридора должны служить показатели энерготрат и скоростей окисления макронутриентов в состоянии основного обмена, а верхней границей - те же показатели при средней физической активности больного в течение суток.

В настоящее время известен метод непрямой респираторной калориметрии покоя, позволяющий оценивать энерготраты и скорости окисления основных пищевых веществ в состоянии основного обмена [Физиология человека: учебник (в двух томах. Т.2)./Под ред. В.М. Покровского, Г.Ф. Коротько. - М.: Медицина, 2002. - С. 106-122]. Метод основан на измерении количества поглощенного кислорода и выделенного углекислого газа и дальнейшей конвертации измеренных показателей по формулам в показатели энергетических затрат и окисления макронутриентов.

Недостаток этого способа в том, что он является неполным и может характеризовать только минимальные потребности человека в пищевых веществах и энергии, то есть нижнюю границу. Верхняя граница потребностей определяется его будничной физической активностью и безусловно выше определяемых в ходе исследования основного обмена. Таким образом, исследование основного обмена дает информацию лишь о части истинных потребностей человека - определяет его минимальные потребности в макронутриентах и энергии.

Определение верхней границы «индивидуального метаболического коридора» не менее важно, так как позволяет рассчитать максимально допустимые значения калорийности и содержания макронутриентов в диете больных ХСН. Объективного метода определения указанных показателей до настоящего времени разработано не было.

Наиболее близким к предлагаемому является способ определения индивидуальной верхней границы потребностей человека в макронутриентах и энергии, включающий исследование метаболических характеристик в состоянии покоя и в ходе нагрузочного тестирования, определение коэффициента физической активности на основе расчета коэффициента физической активности по табличным данным в зависимости от группы труда больного [Мартинчик А.Н., Маев И.В., Петухов А.Б. Питание человека (основы нутрициологии). - М., 2002. - С. 101-102].

Недостатком данного способа является его низкая точность при расчете энергетических потребностей, обусловленная тем, что известные табличные данные прироста энерготрат при выполнении той или иной физической работы существенно усреднены. Кроме того, способ не позволяет оценить скорости окисления пищевых веществ при физической нагрузке, что в свою очередь не дает возможности определить оптимальный диапазон содержания белков, жиров и углеводов в диете.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка способа, позволяющего с большой точностью оценить индивидуальные показатели верхней границы энергетического и макронутриентного обмена человека за счет разработки специальной системы нагрузочного тестирования сопряженной с респираторной калориметрией, позволяющими получить значения действительных среднесуточных потребностей в белках, жирах, углеводах и энергии.

Эта задача решена тем, что в способе определения индивидуальной верхней границы потребностей человека в макронутриентах и энергии, включающем исследование метаболических характеристик в состоянии покоя и ходе нагрузочного тестирования, определение коэффициента физической активности, предложено пациенту в течение 7 суток вести дневник профиля физической активности с регистрацией времени пассивного и активного времени суток t_акт,t_пас. С учетом этого времени определять усредненный коэффициент физической активности КФА_ср и среднее значение энерготрат Е_кфаср за сутки. Проводить нагрузочное тестирование в режиме ступенчато возрастающей нагрузки с шагом прироста 10 Вт, длительностью ступеней равной 3 минутам, при этом максимальная величина нагрузки не должна превышать 100 Вт. Затем строить график зависимости энерготрат от величины нагрузки и определять по нему значение нагрузки соответствующее Е_кфаср, на уровне которой фиксировать значения показателей нутриентного обмена в процессе нагрузочного тестирования V_Бкфаср, V_Укфаср, V_Жкфаср и с учетом фактических показателей нутриентов V_Бпок, V_Упок, V_Жпок и энерготрат в покое Е_пок, определять индивидуальную верхнюю границу потребностей больного в энергии, белках, жирах и углеводах, т.е. макронутриентах, по формулам:

где Е_инд - индивидуальная верхняя граница потребностей больного в энергии, (ккал/сут);

Е_пок - энергозатраты в состоянии покоя, (ккал/сут);

Е_кфаср - среднее значение энерготрат при физической нагрузке (ккал/сут);

t_акт, t_пас - активное и пассивное время суток (час);

k₁=t_пас/24 - коэффициент пассивного времени в суток,

k₂=t_акт/24 - коэффициент активного времени в суток,

V_Бинд, V_Уинд, V_Жинд - индивидуальные верхние границы потребностей больного в белках, жирах и углеводах, (ккал/сут);

V_Бпок, V_упок, V_жпок - показатели нутриентного обмена белков, углеводов и жиров в состоянии покоя, (ккал/сут);

V_Бкфаср, V_Укфаср, V_Жкфаср - средние показатели нутриентного обмена белков, углеводов и жиров при физической нагрузке, (ккал/сут);

Существенным преимуществом метода является хорошая переносимость тестирования даже больными с низкой толерантностью к физической нагрузке, что связано с небольшой интенсивностью нагрузки. Это позволяет использовать методику при обследовании больных даже с тяжелой сердечнососудистой патологией.

На фиг.1 представлен график энерготрат больного К. (пример) при дозированной нагрузке; на фиг.2 - коэффициент физической активности на разных ступенях нагрузочного тестирования; на фиг.3 - окисление углеводов у больного К. при дозированной нагрузке; на фиг.4 - окисление жиров у больного К. при дозированной нагрузке; на фиг.5 - окисление белков у больного К. при дозированной нагрузке.

Способ осуществляется в несколько этапов.

- Изучение профиля будничной физической активности, вычисление пропорции (долей) активного и пассивного времени суток, а также усредненного коэффициента физической активности за сутки.

- Исследование метаболических характеристик в условиях основного обмена с использованием метода респираторной калориметрии.

- Исследование метаболических характеристик при физической нагрузке с использованием метода респираторной калориметрии в ходе нагрузочного тестирования.

- Расчет фактических энерготрат и окислительных потерь нутриентов в течение суток с учетом длительности бодрствования и сна, степени физической активности, метаболической активности в состоянии основного обмена и при физической нагрузке.

Исследование профиля физической активности проводят, используя метод ведения дневника физической активности. Пациент ведет привычный образ жизни в течении 7 дней и заполняет дневник. Затем по дневнику определяют среднюю продолжительность пассивного времени (сна и отдыха) (t_пас) и активного времени суток (t_акт,).

При этом используют известное разделение физической нагрузки на 6 групп по интенсивности труда: I - сон, II - отдых, III - легкая работа, IV - работа средней тяжести, V - тяжелая работа, VI - очень тяжелая работа, пользуются классическими таблицами и определяют время t_i на каждый вид нагрузки. Для каждой группы фиксируют усредненную продолжительность выполнения работы в течении суток и, используя известные значения коэффициента физической активности для каждой группы интенсивности, вычислят усредненный коэффициент физической активности (КФА_ср) по формуле:

где КФА_ср - усредненный коэффициент физической активности, КФА_i - значения КФА при данном виде физической работы, t_i - время данной физической работы.

Этот параметр используется при дальнейших расчетах.

Затем определяют среднее значение энергозатрат Е_кфаср=КФА_ср.·Е_пок.

Исследование основного обмена:

В течении суток больной осуществляет сбор суточной мочи для последующего определения суточной мочевины. Используя значение суточной мочевины вычисляется остаточный азот по формуле:

Где N - остаточный азот (г/сут.), М - суточная мочевина (г/сут.), V - объем суточной мочи (л).

Найденное значение остаточного азота для данного больного вводится в прибор до исследования для дальнейшего автоматического расчета суточных потерь белка.

Накануне исследования проводят предварительный инструктаж и пробное моделирование предстоящего исследования для нивелирования срессовой ситуации в ходе измерения. Пациенту рекомендуют последний прием пищи за 8-10 часов до исследования.

В исследовании используется стационарный метаболограф с применением дилюционного шлема или респираторной маски.

Проводится измерение потребления кислорода и выделения углекислого газа с помощью калориметрии для дальнейшего вычисления энерготрат, скоростей окисления белков, жиров и углеводов в покое: V_Бпок, V_Упок, V_Жпок. При этом регистрируемые параметры стандартизируют по температуре, барометрическому давлению и влажности в соответствии с международным протоколом стандартизации STPD.

Калориметрия при физической нагрузке:

Для исследование метаболических параметров при физической нагрузке применяют мобильные метаболографы. Пациент выполняет тест со ступенчато возрастающей нагрузкой. При этом используют протокол с малым шагом прироста нагрузки (10 Вт) и длительностью ступеней равной 3 минутам, максимальная величина нагрузки не должна превышать 100 Вт. Такой протокол исследования позволяет у всех больных вычленить период, в котором КФА достигает уровня, найденного ранее среднесуточного КФА_ср.. На этом уровне нагрузки фиксируют средние значение V_Бкфаср, V_Укфаср, V_Жкфаср, - скорости окисления. Зная показатели основного обмена (V_Бпок, V_Упок, V_Жпоок, Е_пок), определяют индивидуальные верхние границы потребностей в энергии и макронутриентах по приведенным выше формулам.

Обследования проводят до начала лечения, а так же по ходу диетотерапии для контроля изменения метаболических показателей и оценки эффективности лечения.

Таким образом, комплексное исследование параметров энергетического и нутриентного обмена может быть применено в клинической практике в ходе диетологического лечения пациентов для подбора индивидуальной диетотерапии и существенно облегчает принятие специалистом решений по изменению хода лечения.

Пример 1.

Больной К., поступил в отделение сердечно-сосудистой патологии с диагнозом: ишемическая болезнь сердца, стенокардия 2 функционального класса массой тела равной 121 кг при росте 173 см. Этапы расчета комментируются ниже:

Составление профиля физической активности (заполнение пациентом дневника в течение 7 дней). Из дневника видно, что пациент имеет существенные ограничения физической активности. Малоактивное время суток, при котором энерготраты близки к энерготратам основного обмена занимают около t_пас=20 часов (k₁=20/24=0,83). На физическую активность приходится всего t_акт=4 часа (k₂=4/24=0,17), из них 3 часа занимает легкая работа и 1 час - работа средней интенсивности, тяжелую физическую работу больной не выполняет.

На втором этапе вычислен усредненный коэффициент физической активности за сутки по формуле 1. В данном случае КФА_ср был равен 2,25.

На третьем этапе, при исследовании суточной мочевины, получено значение М=482,2 ммоль/л, при V=1,2 л. Затем по полученным данным определили остаточный азот, его значение составило N=16,208 г/сут.

Далее по известной формуле получили значение скорости окисления белка в состоянии основного обмена V_Бпок=6,25·N=6,25·16,208=101 г/сут.

По известным формулам также определили значения энерготрат и скорости окисления углеводов и жиров в покое, которые составили:

Е_пок=2306 ккал/сут;

V_Упок,=241 г/сут;

V_Жпок=104 г/сут.

Нагрузочное тестирование проводилось с использованием метабологофа «CORTEX BiophysikMetaMax® 3В portable СРХ system» (CORTEX, Германия) в комплекте с беговой дорожкой. На 4 ступене нагрузки были зафиктированы энерготраты Е_{кфа ср}=7657 ккал/сут.(см. фигура 1), при которых КФА=КФА_ср=3,25 (см. фигура 2).

На этой ступене были определены следующие значения скоростей окисления нутриентов (см. фигуры 3-5):

V_{Б кфа ср}=144 г/сут.

V_{У кфа ср,}=1530 г/сут;

V_{Ж кфа ср}=107 г/cyт.

Полученные значения энерготрат и скоростей окисления нутриентов перемножают на соответствующее им количество затрачиваемых часов за сутки и получают фактические значения за сутки в состоянии основного обмена и при усредненной суточной физической нагрузке. Эти значения составили:

Е_пок∗k₁=2306∗0,83=1913 ккал/сут

V_Бпок∗k₁=101∗0,83=83,8 г/сут.

V_Упок∗k₁=241∗0,83=200 г/сут.

V_Жпок∗k₁=104∗0,83=86,3 г/сут.

Е_кфаср∗k₂=7657∗0,17=1301 ккал/сут

V_{Б кфа ср}∗k₂=144∗0,17=24,5 г/сут.

V_{У кфа ср}∗k₂=1530∗0,17=260 г/сут.

V_{Ж кфа ср}∗k₂,=107∗0,17=18,2 г/сут.

Суммируя эти показатели получают суммарные среднесуточные энерготраты и скорости окисления белков жиров и углеводов:

Е_инд=k₁Е_пок+k₂Е_{кфа ср}=1913+1301=3214 ккал/сут.

V_{Б инд}=V_Бпокk₁+У_{Б кфа ср}k₂=83,8+24,5=108,3 г/сут.

V_{У инд}=V_Упокk₁+V_{У кфа ср}k₂=200+260=460 г/сут.

V_{Ж инд}=V_Жпoкk₁+V_{Ж кфа ср}k₂=86,3+18,2=104,5 г/сут.

Таким образом, потребности больного, а следовательно и оптимальные характеристики («метаболический коридор») рациона питания больного К. можно представить следующим образом: энергетическая ценность должна находиться в рамках 2306-3214 ккал/сут.; содержание белка - 101-108,3 г/сут.; содержание жиров - 86,3-104,5 г/сут.; содержание углеводов - 200-260 г/сут.

Результатом данного изобретения является возможность подбора адекватной диетотерапии, ориентированной на объективные индивидуальные потребности больного. Метод позволяет проводить оценку эффективности диетотерапии под контролем объективных методов исследования, тем самым исключив субъективный фактор, по полученным данным можно судить более точно о восприимчивости организма данного пациента к назначенной диете.

Способ может широко использоваться для изучения особенностей обменных процессов и потребностей в пищевых веществах и энергии у больных широкого профиля и служить основой для разработки рекомендаций по лечебно-профилактическому питанию пациентов. В результате данная методика позволяет подбирать оптимальную схему диетологического ведения больных, одновременно предупреждая развитие возможных осложнений несбалансированной диетотерапии.

Описанный способ опробован при обследовании и лечении 430 пациентов (174 мужчины и 256 женщин) в возрасте от 20 до 79 лет с кардиологической патологией, развившейся на фоне длительного течения ожирения, что позволило разработать индивидуальные диеты для каждого больного, а также рекомендации по проведению диетотерапии этого контингента пациентов. Исследование проводилось на базе отделения сердечно-сосудистой патологии ФГБУ «НИИ питания» РАМН, с использованием метабологофа «CORTEX BiophysikMetaMax® 3В portable СРХ system» (CORTEX, Германия), данные обрабатывались при помощи программного обеспечения «CORTEX BiophysikMetaSoft® СРХ testingsoftware» (CORTEX, германия).

На основе предложенного способа определения индивидуального диапазона потребностей в макронутриентах и энергии больных осуществлялась персонификация диетотерапии пациентов, что позволило добиться значительного уменьшения клинических проявлений заболевания, снижению эффективных доз лекарственных препаратов, повышению качества жизни больных.

Способ определения индивидуальной верхней границы потребностей человека в макронутриентах и энергии, включающий исследование метаболических характеристик в состоянии покоя и в ходе нагрузочного тестирования, определение коэффициента физической активности, отличающийся тем, что пациент в течение 7 суток ведет дневник профиля физической активности с регистрацией времени пассивного и активного времени суток t_aкт,t_пac., с учетом этого времени определяют усредненный коэффициент физической активности КФА_ср и среднее значение энергозатрат Е_кфаср за сутки, а нагрузочное тестирование проводят в режиме ступенчато возрастающей нагрузки с шагом прироста 10 Вт, длительностью ступеней равной 3 минутам, при этом максимальная величина нагрузки не должна превышать 100 Вт, затем строят график зависимости энергозатрат от величины нагрузки и определяют по нему значение нагрузки соответствующее Е_кфаср, на уровне которой фиксируют значения показателей нутриентного обмена в процессе нагрузочного тестирования V_Бкфаср, V_Укфаср, V_Жкфаср и с учетом фактических показателей нутриентов V_Бпок,V_Упок,V_Жпок и энерготрат в покое E_пок, определяют индивидуальную верхнюю границу потребностей больного по формуламE_инд=k₁E_пок+k₂E_кфаср, V_{Б инд}=V_Бпокk₁+V_{Б кфа ср}k₂,V_{У инд}=V_Упокk₁+V_{У кфа ср}k₂,V_{Ж инд}=V_Жпокk₁+V_{Ж кфа ср}k₂,где Е_инд - индивидуальный показатель рационального энергетического обмена человека (ккал/сут);Е _пок - энергозатраты в состоянии покоя (ккал/сут);Е_кфаср - среднее значение энергозатрат при физической нагрузке (ккал/сут);t_акт, t_пас - активное и пассивное время суток (час);k₁=t_пас/24 - коэффициент пассивного времени суток;k₂=t_акт/24 - коэффициент активного времени суток;V_Бинд, V_Уинд, V_Жинд - индивидуальные показатели нутриентного обмена белков, углеводов и жиров человека (ккал/сут);V_Бпок, V_Упок, V_Жпок - показатели нутриентного обмена белков, углеводов и жиров в состоянии покоя (ккал/сут);V_Бкфаср, V_Укфаср, У_Жкфаср - средние показатели нутриентного обмена белков, углеводов и жиров при физической нагрузке (ккал/сут).