Компонентный состав тела человека в различные периоды онтогенеза (краткий обзор литературы)
Прокопьев Николай Яковлевич,
доктор медицинских наук, профессор, заслуженный деятель науки и образования РАЕ, заслуженный рационализатор РФ,
Гуртовая Марина Николаевна,
соискатель.
Тюменский государственный университет.
Composition of the human body in different periods of ontogenesis (a brief review of the literature)
Prokopiev Nikolai Yakovlevich,
Gurtovaâ Marina Nikolaevna.
Tyumen State University.
В статье представлен анализ научно-практических исследований, касающихся изучения соматических и типологических особенностей компонентного состава тела человека в различные возрастные периоды онтогенеза.
Ключевые слова: компонентный состав тела, методы оценки.
Annotation. The article presents an analysis of the scientific research related to the study of somatic and typological features of a person's body composition in different age periods of ontogenesis.
Keywords: body composition, methods of evaluation.
Поиск связей между различными системами признаков у человека является одним из центральных вопросов конституциональной антропологии. Сегодня как никогда актуальным является изучение морфофункциональных зависимостей, ибо концепция конституции человека исходит из диалектического единства формы и функции. Если рассматривать эволюцию учения о физическом развитии человека, то во всех исследованиях базовым показателем физического развития человека принято считать массу тела. Следует согласиться с мнением выдающихся антропологов современности Б.А. Никитюка и В.П. Чтецова [10, 12] о том, что масса тела не даёт объективного представления об индивидуальном виде человека без её фракционирования на костный, мышечный и жировой компоненты. Нет необходимости говорить о том, что компонентный состав тела человека в значительной степени зависит от вида его деятельности и среды обитания [5, 6, 7, 8,17].
В 1963 году F. Moore et al. [30] был предложен и сформулирован подход к определению компонентного состава тела человека как «…количественное соотношение основных структурных элементов, обладающих различной метаболической активностью». Важнейшими компонентами состава тела авторы считали клеточную (КМТ) и внеклеточную (ВМТ) массу тела.
Функционально КМТ – это компонент тела, содержащий метаболически активную, обменивающую кислород, богатую калием, окисляющую и производящую работу ткань [1]. Анатомически в КМТ входят клетки скелетных и гладких мышц, миокарда, желудочно-кишечного тракта; клетки крови, мозга, репродуктивных органов; а также немногочисленные клетки кожи, сухожилий, хрящей, костей, периартикулярных тканей и т.п. Общее содержание КМТ у каждого человека различно и зависит от возраста и пола. По мере взросления человека КМТ нарастает и остается постоянной в период первого и второго зрелого возраста, затем незначительно снижается. В норме КМТ составляет 37-44% массы тела у мужчин и 33-40% массы тела у женщин. Ткани и жидкости, расположенные в внеклеточном пространстве, обозначаются как внеклеточная масса тела, которая обеспечивает опорную и транспортную функцию органам и тканям организма человека. К ним относится плазма крови, интерстициальная жидкость, спинномозговая жидкость, внутрисуставная жидкость, жидкость в просвете желудочно-кишечного тракта, кожа и подкожная клетчатка, фасции и клетчаточные пространства, сухожилия, коллаген, кости, жир. Самыми массивными компонентами ВМТ являются внеклеточная жидкость, скелет и жировая ткань [1, 8, 11].
В научных исследованиях рассматриваются двух-, трех-, четырех- и многокомпонентные модели состава тела человека [6, 8, 14 J 13, 28]. Двухкомпонентная модель состава массы тела (МТ) рассматривается как сумма двух составляющих: жировой (ЖМТ) и без жировой массы тела (БМТ): МТ = ЖМТ + БМТ.
Под ЖМТ понимается масса всех липидов в организме. Жировая масса является наиболее лабильной составляющей МТ в целом, а её содержание может варьировать в широких пределах. Нормальное содержание общего жира тела человека в молодом возрасте колеблется от 12 до 22% массы тела у мужчин и 17-25% у женщин. У здоровых мужчин периода первого и второго зрелого возраста ЖМТ составляет около 15% от общей массы тела.
В клинической практике имеет значение определение соотношения массы жировой ткани и тощей массы тела (ТМТ). Тощая масса или «fat-free mass» – это все свободные от жира ткани организма (11, 26, 27). ТМТ в основном формирует внеклеточная вода, минеральный скелет и клеточная масса тела, которая согласно D. Kotler [24], c метаболической точки зрения является активной тканью и «тонким индикатором» белкового обмена и трофологического статуса. Энергетическую адекватность питания организма обеспечивает жир, который тесно коррелирует с возрастом и полом человека, уровнем его двигательной активности, функциональными и адаптационными возможностями, в том числе при занятиях спортом [4, 20].
В соответствии с анатомической классификацией состава тела различают существенный жир, входящий в состав белково-липидного комплекса клеток организма, и несущественный жир (триглицериды) жировых тканей. Существенный жир необходим для нормальной жизнедеятельности органов и тканей. У мужчин относительное содержание существенного жира в организме ниже, чем у женщин. Считается, что оно весьма стабильно и составляет для разных взрослых людей от 2 до 5% без жировой массы [5, 7, 8, 11]. Несущественный жир образует основной запас метаболической энергии и выполняет весьма существенную функцию термоизоляции внутренних органов. Внутренний (висцеральный) жир сосредоточен главным образом в брюшной полости. Иногда используется понятие абдоминального жира, под которым понимается совокупность внутреннего и подкожного жира, локализованных в области живота. Масса тела, свободного от жира, имеет название без жировой массы тела (БМТ). БМТ состоит из воды, мышечной массы, массы скелета и других составляющих.
Эталонные методы изучения состава тела в двухкомпонентной модели базируются на оценке плотности тела. К ним относятся гидростатическая денситометрия и воздушная плетизмография. Метод гидростатической денситометрии (ГД) заключается в измерении веса тела в воде и в обычных условиях, а также остаточного объема легких с последующей оценкой плотности тела (ПТ) по формуле:
ПТ = Вт / [(Вт – Втв) / Пв – (ООЛ – 0,1)],
где: Вт – обычный вес тела, Втв – вес тела в воде, Пв – плотность воды, а ООЛ – остаточный объем легких [13].
Погрешность оценки жировой массы при повторно проводимых измерениях, выполненных одним и тем же специалистом, может составлять 2,5%. Неудобство метода ГД связано с рядом причин: во-первых, с большой длительностью процедуры измерений (до 1 ч) и, во-вторых, необходимостью полного погружения человека в воду, что значительно снижает возможности применения метода у детей, а также у пожилых и больных людей. Указанных недостатков лишен метод воздушной плетизмографии [15]. Валидность результатов измерений по сравнению с ГД более высокая, а стандартная ошибка оценки процента ЖМТ составляет около 0,3% [29].
Двухкомпонентная модель характеризует молекулярный состав тела. Физиологическая интерпретация получаемых результатов в этом случае затруднена ввиду неоднородности молекулярного состава липидов и без жировой массы. В настоящее время понятие тощей массы тела (lean body mass) используется как сумма БМТ и массы существенного жира [6, 11, 29], поэтому предложено рассматривать следующую двухкомпонентную модель:
МТ = МНЖ + ТМТ,
где: МНЖ – масса несущественного жира, ТМТ – тощая масса тела.
Ввиду неопределенности, связанной с оценкой массы существенного жира, понятие тощей массы оказалось малопригодным для изучения состава тела и впоследствии нередко ошибочно использовалось в качестве синонима термина «безжировая масса» (fat-free mass). В 1981 году на совместном заседании объединенной комиссии ВОЗ и Организации по вопросам питания и сельского хозяйства, было решено использовать понятие «тощая масса тела» в качестве эквивалента термина «безжировая масса тела» для обозначения массы тела без жира [11, 17]. В связи со значительной вариацией состава и плотности БМТ двухкомпонентная модель малопригодна для мониторинга изменений состава тела на индивидуальном уровне [19]. Для повышения точности оценки состава тела предложены трех- и четырехкомпонентные модели. Типичная формула для оценки % ЖМТ на основе четырехкомпонентной модели [19] имеет вид:
% ЖМТ = [2,747 / Пт – 0,7175 × (ОВО/МТ) + 1,148 × (ММТ/МТ) – 2,050] × 100.
Эталонными методами оценки ОВО и ММТ являются методы изотопного разведения дейтерия, трития или Н218О, и двухэнергетическая рентгеновская денситометрия, основанная на принципах взаимодействия рентгеновского излучения с веществом. Продолжительность обследования составляет около 5 мин, а суммарная доза радиации не превышает 30 мР, что эквивалентно дозе, получаемой при многочасовом полете в самолете. При этом погрешность оценки минеральной массы костной ткани составляет 1-2%.
До настоящего времени широким признанием морфологов и физиологов пользуется четырехкомпонентная модель, предложенная в 1921 году чешским антропологом J. Matiegka [28] и выраженная в формуле:
МТ = ПЖТ + СММ + СМ + МО,
где: ПЖТ – масса подкожного жирового слоя вместе с кожей, СММ – масса скелетных мышц, СМ – масса скелета, а МО – масса остатка.
Состав тела рассматривается здесь на тканевом уровне. На основе анатомических исследований J. Matiegka предложил следующие антропометрические формулы для оценки ПЖТ, СММ, СМ и МО:
ПЖТ (г) = 0,065 × (d/6) × S;
СММ (г) = 6,5 × r2 × ДТ;
СМ (г) = 1,2 × Q2 × ДТ;
МО (г) = 0,206 × МТ,
где: МТ – масса тела (г), d – суммарная толщина 6 кожно-жировых складок (мм), S – площадь поверхности тела (см 2), r – средний радиус плеча, предплечья, бедра и голени (см), Q – средний диаметр дистальных частей плеча, предплечья, бедра и голени (см), ДТ – длина тела (см).
Одним из распространенных методов оценки состава тела является калиперометрия, в основе которой лежит измерение от двух до восьми толщин кожно-жировых складок разных участков тела с помощью специальных устройств – калиперов, и биоимпедансный анализ [11, 18, 31].
Существует более 100 методик оценки жировой, без жировой и мышечной массы [3, 9, 19, 20, 21, 22, 23, 31]. Биоимпедансный анализ – это контактный метод измерения электрической проводимости тела с целью оценки объемов клеточной и внеклеточной жидкости, а также жировой, без жировой и мышечной масс тела [2, 9, 11, 16, 19, 25].
Таким образом, к настоящему времени выполнено достаточно много научно-практических исследований, касающиеся изучения соматических и типологических особенностей компонентного состава тела человека в различные возрастные периоды онтогенеза. Вместе с тем следует подчеркнуть, что современные реалии жизни человека диктуют необходимость разработки более тонких и совершенных в практическом плане исследований, направленных на изучение костного, жирового и мышечного компонентов состава тела человека, причем свойственных определенному возрастному периоду жизни человека. В первую очередь это относится к детскому и подростковому возрасту. Особого внимания требует изучение компонентный состав тела лиц детского, подросткового и юношеского возраста как будущих представителей трудовых ресурсов государства.
Литература
1. Дербугов В. Н. Компоненты состава тела больных раком желудка (влияние стадии заболевания и нутритивной поддержки по результатам исследования биоимпеданса тела) / В.Н. Дербугов, В.Ю. Словентатор, Я.М. Хмелевский // Вестник интенсивной терапии. – 2004. – №3. – С. 35-38.
2. Иванов Г. Г. Биоимпедансный метод определения состава тела /Г.Г. Иванов, Э.П. Балуев, А.Б. Петухов // Вестник РУДН, сер. Медицина. – 2000. – № 3. – С. 66-73.
3. Лутовинова Н. Ю. Методические проблемы изучения вариаций подкожного жира / Н.Ю. Лутовинова, М.И. Уткина, В.П. Чтецов // Вопросы антропологии. –1970. – Вып. 36. – С. 32-54.
4. Луфт В. М. Диагностика, лечение и профилактика трофологической недостаточности у военнослужащих в экстремальных условиях / В.М. Луфт. – СПб: ВМедА, 1993. – 75 с.
5. Мартиросов Э. Г Морфологический статус в экстремальных условиях спортивной деятельности / Э.Г. Мартиросов // Итоги науки и техники. Антропология. Т. 1. – М.: ВИНИТИ, 1985. – 83 с.
6. Мартиросов Э. Г. Методы исследования в спортивной антропологии /Э.Г. Мартиросов. – М.: Физкультура и спорт, 1982. – 200 с.
7. Мартиросов Э. Г. Соматический статус и спортивная специализация: автореферат дисс. ... докт. биол. наук / Э.Г. Мартиросов. – М., 1998. – 86 с.
8. Мартиросов Э. Г. Технологии и методы определения состава тела человека / Э.Г. Мартиросов, Д.В. Николаев, С.Г Руднев. – М.: Наука, 2006. – 247 с.
9. Негашева М. А. Антропометрические параметры и адаптационные возможности студенческой молодежи к началу XXI века /М.А. Негашева, Т.А. Мишкова // Российский педиатрический журнал. – 2005. – № 5. – С. 12-15.
10. Никитюк Б. А. Интегративная биомедицинская антропология / Б.А. Никитюк, Н.А. Корнетов. – Томск: Изд-во ТГУ, 1998. – 182 с.
11. Николаев Д. В. Биоимпедансный анализ состава тела человека / Д.В. Николаев, А.В. Смирнов, И.Г. Бобринская, С.Г. Руднев. – М.: Наука, 2009. – 392 с.
12. Чтецов В. П. Соматические типы и состав тела у мужчин и женщин / В.П. Чтецов: автореферат дисс. …докт. биол. наук. – М., 1978. – 40с.
13. Эмспи Дж. Элементы / Дж. Эмспи: пер. с англ. – М.: Мир, 1993. – 256 с.
14. Brozek J. Techniques of measuring body composition / J. Brozek, A. Henschel. – Washington: National Academy of Sciences, National Research Council, 1961.
15. Dempster P. A new air displacement method for the determination of human body composition / P. Dempster, S. Aitkens. //Med. Sci. Sports Exerc. 1995. V. 27, №12. P 1692-1697.
16. Edelman I. S. Body composition: studies in the human being byte dilution principled / I.S. Edelman, J.M. Olney, A.H. James // Science. 1952. V. 115. – Р 447-454.
17. Fidanza F. Body fat in adult man: semicentenary of fat density and skinfolds / F. Fidanza // Acta Diabetol. 2003. V. 40. – P. 242-245.
18. Hergenroeder A.C. Body composition in adolescent athletes / A.C. Hergenroeder, W.J. Klish // Pediatric. Clin. North. Am. 1990. V. 37, №5. P. 1057-1083.
19. Heymsfield S. B. Human body composition / S.B. Heymsfield, T.G. Lohman, Z. Wang. – Champaign, IL: Human Kinetics, 2005. – 533 p.
20. Houtkooper L. B. Assessment of body composition in youths and relationshiptosport / L.B. Houtkooper. // lnt.J. Sport Nutr. 1996. V. 6, №2. P. 146-164.
21. Jackson A. S. Generalized equations for predicting body density of men / A.S. Jackson, M.L. Pollock // Br. J. Nutr. 1978. V. 40, №3. – P. 497-504.
22. Jackson A.S. Generalized equations for predicting body density of women // A.S. Jackson, M.L. Pollock, A. Ward // Med. Sci. Sports Exerc. 1980. V 12, №3. – R 175-182.
23. Janssen I. Estimation of skeletal muscle mass by bioelectrical impedance analysis / I. Janssen, S.B. Heymsfield, R.N. Baumgartner // J. Appl. Physiology. 2000. V 89, №2. – P. 465-471.
24. Kotler, D. Prediction of body cell mass, fat-free mass, and total body water with bioelectrical impedance analysis: effect of race, sex, and disease / D. Kotler, S. Burastero, J. Wang, R. Pierson Jr. // Am J Clin Nutr. 1996. – Vol. 64.-P. 489-497.
25. Kushner R. F. Bioelectrical impedance analysis: A review of principles and applications / R.F. Kushner // J. Am. Coll. Nutr. 1992. V. 11, №2. – P. 199-209.
26. Kyle U.G. Bioelectrical impedance analysis. I. Review of principles and methods / U.G. Kyle, I., Bosaeus I., A.D. De Lorenzo // Clin. Nutr. 2004. Vol. 23. P. 1226–1243.
27. Kyle U.G. Single prediction equation for bioelectrical impedance analysis in adults aged 20–94 years / U.G. Kyle, L. Genton, L. Karsegard // Nutrition. 2001. Vol. 17. P. 248–253.
28. Matiegka J. The testing of physical efficiency / J. Matiegka. //Am. J. Phys. Anthropology. 1921. V. 4, №3. – P. 223-230
29. McCrory M. A. Evaluation of a new air-displacement plethysmograph for measuring human body composition / M.A. McCrory, T.D. Gomez, E.M. Bernauer. //Med. Sci. Sports Exerc. 1995. V. 27, № 12. – P. 1686-1691.
30. Moore F.D. The body cell mass and its supporting environment / F.D. Moore, K.H. Olesen, J.D. McMurray. – Philadelphia: Saunders, 1963.
31. Wang J. Anthropometry in body composition: An overview / J., Wang, J.C. Thornton, S. Kolesnik // Ann. N.Y Acad. Sci. 2000. V. 904. R. 317-326.
Поступила в редакцию 15.04.2013 г.