Мартиросов Э.Г., Николаев Д.В., Руднев С.Г. Технологии и методы определения состава тела человека

Подождите немного. Документ загружается.

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 опреде-

ления 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, диа-

гностику и лечение ожирения и остеопороза, исследование возрастных изменений

состава тела, механизмов адаптации организма к внешней среде и профессио-

нальный 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 p resent 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

 Мартиросов Э.Г., Николаев Д.В.,

Руднев С.Г., 2006

 Редакционно-издательское оформление.

Издательство «Наука», 2006

Оглавление

Предисловие . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

От авторов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

1. Введение 11

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

1.3. О классификации методов . . . . . . . . . . . . . . . 39

2. Антропометрические методы 41

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. Биофизические методы 97

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

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

4.2.1. Биоимпедансный анализ . . . . . . . . . . . . 102

4.2.2. Метод общей электрической проводимости . . 128

4.3. Метод инфракрасного отражения . . . . . . . . . . . 131

4.4. Определение естественной радиоактивности

всего тела . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135

4.5. Нейтронный а к тивационный анализ . . . . . . . . . . 135

4.6. Методы на основе рентгеновского и радиоизотопного

излучений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139

4.6.1. Простая фотонная и д вухфотонная

абсорбциометрия . . . . . . . . . . . . . . . . . 140

4.6.2. Моноэнергетическая и двухэнергетическая

рентгеновская абсорбциометрия . . . . . . . . 142

4.6.3. Рентгеновская компьютерная томография . . . 150

4.7. Магнитно-резонансная томография . . . . . . . . . . 156

5. Послесловие 160

Приложения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163

П.1. Этапы развития методов и технологий опреде-

ления состава тела . . . . . . . . . . . . . . . . 163

П.2. Стандарты телосложения и состав т ела спортс-

менов высокой квалификации, специализи-

рующихся в некоторых олимпийских видах

спорта . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167

П.3. Состав тела условного человека . . . . . . . . . 195

П.4. Формулы для определения состава тела на ос-

нове антропометрии, калиперометрии и био-

импедансного анализа . . . . . . . . . . . . . . 199

П.5. Формулы для оценки основного обмена . . . . . 200

П.6. Оборудование для определения состава тела . . 201

Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204

Словарь сокращений и терминов . . . . . . . . . . . . . 235

Именной указатель . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237

Предметный указатель . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244

Предисловие

Книга Э. Г. Мартиросова, Д. В. Николаева и С. Г. Руднева “Техно-

логии и методы определения состава тела человека” посвящена

одному из разделов морфологии человека, который выделился в

последние годы в фундаментальное научное направление — изуче-

ние состава тела человека.

Актуальность выбранной темы объясняется существованием

множества т еоретических и прикладных проблем, решение ко-

торых не может быть достаточным бе з изучения состава тела.

К таким проблемам, в первую очередь, относятся вопросы оцен-

ки физического развития человека, адаптации к факторам среды

обитания, а также к условиям профессиональной и спортивной

деятельности, в ряду которых особенно выделяются экстремаль-

ные и прикладные виды спорта, работа в различных условиях

гравитации, инсоляции, магнитного поля Земли, гипоксии и т.д.

Не менее акт уальную знач имость имеет данная проблема в клини-

ческой 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 классиче-

ских методов антропометрии и гидростатического взвешивания до

разработки и широкого внедрения новых методов изучения соста-

ва тела, основанных на измерении параметров внешних физиче-

ских полей при их взаимодействии с организмом. К таким методам

относятся рентгеновская костная денситометрия, компьютерная и

магнитно-резонансная томография, ультразвуковая и инфракрас-

ная диагностика. В условиях интенсивной терапии и гемодиали-

за особенно хорошо зарекомендовал себя метод многочастотного

биоимпедансного анализа для оценки баланса водных секторов ор-

ганизма. Данный метод нашёл применение в кардиохирургии для

оценки содержания жидкости в нижних конечностях (эта величина

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 жид-

кости. Современные подходы дают возможность изучения состава

тела на всех уровнях организации биологической системы: эле-

ментном, молекулярном, клеточном, органо-тканевом и на уровне

целостного организма.

Особенно широкое распространение современные технологии и

методы определения состава тела получили в промышленно разви-

тых западных странах. К сожалению, в нашей стране их исполь-

зование пока ограничивается крупными медицинскими и научно-

практическими центрами. Правда, в этой связи следует отдать

справедливость отечественным антропологам, широко использую-

щим антропометрические методы определения состава тела в по-

левых 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 климати-

ческих, геохимических и ландшафтных факторов на строение тела

человека.

В предлагаемой книге обобщён основной опыт развития техно-

логий и методов изучения состава тела человека. Авторы предста-

вили подробный обзор истории, методологии и результатов изуче-

ния состава тела, провели анализ существующих методов с точки

зрения их информативности и безопасности, показали возможно-

сти применения методов в различных областях науки о человеке.

Даны сравнительная метрологическая оценка методов и конкрет-

ные 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. Эт о

оригинальные данные Э. Г. Мартиросова и е го учеников и сотруд-

ников, полученные в результате обследования многократных чем-

пионов 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-

риальной вариацией типов телосложения у групп коренного на-

селения, живущего в экстремальных географических условиях и

занимающихся традиционными видами деятел ьности с повышен-

ными 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 ин-

терес и сможет служить настольной книгой для специалистов в

области биологии человека, антропологов, диетологов, эпидемио-

логов, гигиенистов, педиатров, клиницистов и спортивных врачей,

интересующихся методами изучения состава тела. Книга будет по-

лезна 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. Резул ьтаты многочис-

ленных работ свидетельствуют, что состав тела имеет существен-

ную 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 хоро-

шей точностью прогнозировать риск их развития. В клинической,

оздоровительной и спортивной медицине важное значение имеют

задачи мониторинга состава тела. Сфера применения и возможно-

сти методов определения состава тела постоянно расширяются.

К началу второй половины XX в. для количественной оценки

состава тела помимо антропометрии уже использовались гидро-

статическая денситометрия и методы разведения индикаторов. На

современном этапе для изучения состава т ела применяются прак-

тически 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 ана-

лиз и метод инфракрасного отражения. Относительно недавно для

изучения состава тела стали использовать рентгеновскую компью-

терную и магнитно-резонансную томографию.

Наблюдаемый в последние годы стремительный рост количе-

ства публикаций в области изучения состава тела (см. рис. 1.3 на

стр. 17) связан с разработкой и применением биофизических мето-

дов, основанных на регистрации изменения параметров внешних

физических полей при их взаимодействии с биологическим объек-

том. В отечественной номенклатуре медицинских специальностей

эти методы объединяются термином “лучевая диагностика”.

Результаты изучения состава тела человека составляют осно-

ву нескольких тысяч публикаций в рецензируемых журналах, а

также трудов ряда научных конференций, монографий, сборни-

ков и практических руководств, изданных, главным образом, на

английском языке (Brozek, H enschel, 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; El lis, 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 изу-

чением 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 мето-

дов 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 появля ющихся результатов не предпринималось.

Предлагаемая книга призвана частично восполнить существующий

пробел. В ней мы попытались кратко изложить те оретические ос-

новы, современное состояние и перспективы развития этой новой

динамично растущей области биомедицинских исследований.

В главе 1 приводится краткий обзор истории развития методов

и технологий определения состава тела человека и даётся общее

представление о традиционно используемых моделях состава те-

ла. 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 плетизмогра-

фии. В главе 4 рассматриваются биофизические методы. Мы не

ставили перед собой задачи подробной характеристики их матема-

тических 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, надёж-

ности и безопасности, а также доступности и стоимости измери-

тельной аппаратуры. В завершающей главе 5 кратко излагаются

наши представления о некоторых тенденциях развития методов.

Приложения содержат справочный материал, относящийся к

изучению состава тела человека. В приложе нии 1 некоторые важ-

ные достижения в этой области и имеющие к ним отношение от-

крытия в области естественных наук перечислены в хронологиче-

ском порядке. В приложении 2 приводятся оригинальные антро-

пометрические данные, характеризующие телосложение и состав

тела советских и российских спортсменов высокой квалификации,

входивших в середине 1980-х и начале 1990-х годов в основные со-

ставы сборных команд страны по некоторым олимпийским видам

спорта. Кроме того, приводя тся данные о составе тела условного

человека (приложение 3), формулы для определения состава т е-

ла (приложение 4) и основного обмена (приложение 5), а также

сведения о фирмах-производителях оборудования для определения

состава тела (приложение 6). Для удобства книга снабжена спис-

ком сокращений и терминов, а также именным и предметным ука-

зателями.

Монография адресована специалистам в области биологии, ан-

тропологии и медицины, интересующимся т еорией и приложения-

ми 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 из-

даниях. 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

и В. Б. Носко ву за чтение рукописи и высказанные замечания,

А. Г. Ждановой и М. И. Уткиной — за полезные консультации.

Наша отдельная благодарность Т. И. Алексеевой за предисловие

к книге. Мы благодарим Д. Вагнера (университет Южной Кали-

форнии, США), З. В анга (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 техническ ую поддержку на разных этапах

подготовки рукописи. В книге использованы материалы иллю-

стративного фонда НИИ антропологии МГУ им. М. В. Ломоносова

(хранител ь фонда С. Г. Ефимова).