Livelli circolanti. leptina. Proteine. plasma. e/o indicatori. Minerali e/o indicatori

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1 1 Intake Composizione corporea Livelli circolanti Escrezione e bilancio Funzioni Energia indagine alimentare Tessuto adiposo metabolismo basale Proteine Indagine alimentare Massa muscolare e viscerale Proteine plasma Bilancio azotato Cataboliti muscolari Test immunità Vitamine Indagine alimentare Vitamine e/o indicatori Cataboliti urinari Attività enzimatiche Minerali macro e oligo Indagine alimentare Tessuto osseo Minerali e/o indicatori Escrezione urinaria Attività enzimatiche leptina

2 L uomo è ciò che mangia Ludvig Feuerbach,

3 Composizione corporea in diagnostica nutrizionale Definizione e cenni storici Modelli bi e multicompartimentali Livelli di studio e relativi componenti Metodologie di routine e di ricerca Valori di riferimento 3

4 Composizione corporea: definizione La composizione corporea è una delle variabili che definiscono lo stato di nutrizione Lo studio della composizione corporea, iniziato oltre 100 anni fa, costituisce oggi un area attiva della scienza di base e della ricerca clinica mirata a: -la quantificazione in vivo dei componenti corporei -le relazioni quantitative tra i componenti -le alterazioni dei componenti in relazione a fattori fisiopatologici 4

5 Composizione corporea : cenni storici 1906 A. Magnus-Levy introduce la distinzione tra tessuti grassi e non grassi nell animale da esperimento. Nell uomo nasce il concetto di peso corporeo come sommatoria di massa grassa e massa priva di grassi : modello bicompartimentale 1934 stima dell acqua totale corporea con la diluizione del deuterio 1942 messa a punto della pesata idrostatica per la misura della densità del corpo 1961 la massa magra viene stimata sulla base della misura del potassio-40 ( 40 K) 5

6 Composizione corporea in diagnostica nutrizionale Definizione e cenni storici Modelli bi e multicompartimentali Livelli di studio e relativi componenti Metodologie di routine e di ricerca Applicazioni nello sport 6

7 I modelli bicompartimentali I modelli bicompartimentali considerano il peso corporeo (BW, body weight) come la somma della massa grassa (FM, fat mass) e della massa "priva di grassi" o "magra" (FFM, fat-free mass): Peso = FM + FFM FFM = Peso grasso LBM= Peso tessuto adiposo 7

8 Composizione corporea modello bicompartimentale Massa magra Grasso Caratteristiche Massa Magra densità (1.1 g/cc) acqua (72-74 %) contenuto di potassio 2.5 g/ kg nell uomo 2.3 g/ kg nella donna La stima della massa grassa o magra da un modello bicompartimentale presuppone la costanza di una caratteristica della massa magra 8

9 Composizione corporea modello bicompartimentale Il modello bicompartimentale e le metodologie che ad esso si riferiscono ha costituito il criterio di validazione di delle metodiche di routine quali - plicometria - impedenzometria La mancata considerazione delle modifiche nella composizione della massa magra legate all età e/o alle condizioni patologiche può introdurre errori sistematici nelle metodiche di routine 9

10 Composizione corporea Modelli a 2, 3, 4 e 5 compartimenti 100% 75% 50% 25% Glicogeno Minerali Proteine Massa magra anidra Acqua Massa magra Grasso 0% 2-C 3-C 4-C 5-C 10

11 Modelli pluricomportamentali I modelli pluricompartimentali sono basati sulla combinazione di tecniche tengono in considerazione le variazioni della composizione della massa magra legate all età riducono al minimo le assunzioni circa la composizione della massa magra sono raccomandati come criteri di validazione per lo sviluppo delle metodiche di routine 11

12 Composizione corporea in diagnostica nutrizionale Definizione e cenni storici Modelli bi e multicompartimentali Livelli di studio e relativi componenti Metodologie di routine e di ricerca Variazioni fisio-patologiche 12

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14 Livello atomico -base dello studio della composizione corporea e il punto di partenza dei cinque livelli proposti. - i costituenti fondamentali del corpo umano sono gli atomi o elementi e circa 50 dei 106 elementi esistenti si trovano nel corpo umano - sei elementi costituiscono oltre il 98% del peso corporeo: ossigeno (oltre il 60% della massa corporea totale) carbonio idrogeno azoto calcio fosforo 14

15 Livello atomico Metodi di analisi -in passato esclusivamente su cadavere o su biopsie di determinati tessuti o organi. Le conoscenze acquisite attraverso l analisi chimica di cadaveri effettuata negli anni 40 è tuttora la base di molti metodi -oggi la composizione atomica del corpo puo essere ottenuta dalla misura di elementi in vivo (es. sodio, cloro, calcio, azoto) tramite IVNAA (attivazione neutronica ) 15

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17 Livello molecolare - i principali elementi costitutivi dell organismo sono incorporati in molecole - specie molecolari simili possono essere raggruppate in cinque categorie fondamentali: acqua + lipidi + proteine + minerali + glicogeno l equazione può essere semplificata come segue: lipidi + massa magra dove: massa magra = acqua + proteine + glicogeno + minerali 17

18 Componenti a Livello Molecolare Acqua E il composto chimico più abbondante del corpo umano rappresentando il 60% del peso nell individuo di riferimento Proteine circa 17% peso, comprendendo tutti i composti contenenti azoto Minerali circa 5% peso, generalmente divisi in due sotto categorie : ossei (oltre il 99% del calcio totale corporeo e circa l 86% del fosforo totale corporeo) e non ossei Glicogeno circa 1% peso, 3/4 nei muscoli scheletrici e 1/4 nel fegato Lipidi circa 17% peso di cui 90% trigliceridi di deposito e 10% strutturali (es. sfingomielina e fosfolipidi costituenti delle membrane cellulari) 18

19 Livello molecolare Metodi di analisi diretti: diluizione isotopica acqua totale corporea assorbimento a doppio fotone minerale osseo metodi indiretti: tutti tranne Risonanza magnetica e TAC 19

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21 Livello cellulare - nell organismo vivente è necessario che le componenti molecolari siano assemblate in cellule - secondo questo modello il corpo umano e composto di tre maggiori compartimenti: cellule + fluido extra cellulare + solidi extra cellulari Cellule componenti con caratteristiche vitali: metabolismo, crescita e riproduzione; si possono definire quattro categorie di cellule: - connettive (es. adipociti, osteoclasti, osteoblasti, cellule sangue) - epiteliali - nervose - muscolari La cosiddetta Body Cell Mass, secondo Moore, frazione cellulare che lavora e metabolizza energia include protoplasma cellule adipose 21

22 Livello cellulare Fluido extra cellulare fluido (94% acqua) privo di attività metabolica con funzioni di scambio e trasporto. Comprende plasma (5% peso) e fluido interstiziale ( 20% peso) Solidi extracellulari componente priva di attività metabolica costituita da composti organici (collagene, elastina) e inorganici Metodi di analisi diluizione isotopica ECW fluido extra cellulare diluizione isotopica ICW stima indiretta BCM potassio totale corporeo stima indiretta BCM 22

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24 Livello tessutale -I componenti del livello cellulare sono organizzati in tessuti, organi e sistemi. Tessuti contengono, generalmente, cellule simili di aspetto, funzione e origine embrionale. I tessuti possono essere divisi in quattro gruppi : muscolare, connettivo, (comprende osso e tessuto adiposo) epiteliale e nervoso. Organi consistono di due o più tessuti combinati a formare unità funzionali come la pelle, i reni e i vasi sanguigni. Sistemi costituiti da organi diversi con funzioni correlate (es. muscolo scheletrico, nervoso, circolatorio etc.) 24

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26 Livello tessutale Metodi di analisi studi autoptici o biopsie TAC, RMN tessuto adiposo sottocutaneo e viscerale, organi interni, muscolo appendicolare escrezione 3-metil-istidina o creatinina stima del tessuto muscolare 26

27 Livello corporeo Questo livello prende in considerazione le dimensioni corporea, la forma del corpo e le caratteristiche fisiche e esteriori. Le dimensioni considerate sono: - peso - statura - lunghezze segmentali - ampiezza - circonferenze - pliche - volume 27

28 Livello corporeo Parametri derivati - densità derivata da peso e volume, è ampiamente utilizzata per stimare la massa grassa e magra - body mass index indice corporeo indipendente dall altezza che correla con il contenuto di grasso corporeo -antropometria -pesata idrostatica Metodi di analisi 28

29 Composizione corporea in diagnostica nutrizionale Definizione e cenni storici Modelli bi e multicompartimentali Livelli di studio e relativi componenti Metodologie di routine e di ricerca Variazioni fisio-patologiche 29

30 METODI COMPOSIZIONE CORPOREA Metodi di ricerca Densitometria Dilutometria Misura 40 K DEXA Tecniche per immagine Assorbimento neutronico (IVNA) Metodi di routine Indici peso/altezza Plicometria Circonferenze Impedenzometria Creatinina urine ANTROP Deurenberg P

31 ANTROPOMETRIA comprende esami atti a misurare le dimensioni corporee 1-altezza 2-peso 3-pliche 4-circonferenze Misure fondamentali 31

32 Altezza misura di base a cui sono rapportate molte delle misure successive misurata con stadiometro in condizioni standardizzate il soggetto deve essere in posizione eretta con la linea di visione orizzontale, i talloni uniti e le punte divaricate nel bambino lunghezza supino nell anziano arm span 32

33 Peso misura fondamentale che riflette qualunque variazione dei compartimenti corporei misurato con bilancia a pesi mobili su soggetto in biancheria intima sempre alla stessa ora del giorno, con intestini e vescica vuoti variazioni fisiologiche fino a 1-2 kg nell adulto e 1 kg nel bambino 33

34 Valutazione peso corporeo 1) deviazione percentuale % del peso misurato PM rispetto al peso standard PS: % = (PM PS) / PS* 100 2) peso relativo PR: PR = PM / PS * ) indice di massa corporea IMC o body mass index BMI o indice di QUETELET (1869) IMC = PM (in kg) / Altezza (in metri) 2 34

35 Relationship of the mortality ratio for all causes vs body mass index, changes in mortality risk are shown for 5% weight loss (Goldstein 92) 35

36 Mortalità + 30% ogni 5 unità di IMC di cui: 30% malattie vascolari 60% diabete, malattie renali e epatiche 10% tumori 20% malattie respiratorie e altro Lancet, marzo

37 Classificazione del peso corporeo secondo il BMI (kg/m2) Sottopeso grave < 16 Sottopeso moderato Sottopeso lieve Normopeso Sovrappeso Obesità I II Obesità grave III > 40 Clinical Guidelines

38 Peso desiderabile definito in base all altezza corrisponde ad un IMC compreso tra 18.5 e 25.0 (valore medio 22) IMC = peso/ ( altezza in metri) 2 peso desiderabile = IMC desid. * ( altezza in metri) 2 Esempio : uomo di altezza m 1.70 e peso 85 kg IMC = 85/ (1.70 * 1.70) = 29.4 peso desiderabile medio = 22 * (1.70*1.70) = 63.6 minimo = 18.5 * (1.70*1.70) = 53.5 massimo = 25 * (1.70*1.70) =

39 Plicometria -metodo piu comunemente usato a livello clinicoepidemiologico per stimare il grasso corporeo Presupposti lo spessore del tessuto adiposo sottocutaneo riflette una proporzione costante del grasso corporeo totale le aree selezionate per la misurazione rappresentano lo spessore medio del tessuto adiposo sottocutaneo 39

40 Tecnica: effettuata con plicometro calibrato a esercitare una pressione costante di 10 g/mm 2. ripetuta in doppio o in triplo in ogni sito per migliorare l accuratezza generalmente effettuata sul lato non dominante del corpo Sedi 1 = bicipitale; 2 = pettorale; 3 = addominale; 4 = soprailiaca; 5 = della coscia anteriore; 6 = sottoscapolare; 7 = tricipitale; 8 = della coscia posteriore. 40

41 Plicometria -sedi di misura piu utilizzate plica tricipitale: sul lato posteriore del braccio a meta distanza tra l estremita dell acromion e dell olecrano plica bicipitale : sul lato anteriore del braccio alla stessa altezza della precedente plica sottoscapolare : al di sotto della punta inferiore della scapola, a 45 circa rispetto alla verticale plica sovrailiaca : al di sopra della cresta iliaca lungo la linea ascellare media 41

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44 Plicometria - validazione la metodologia di riferimento è stata la densitometria mediante pesata idrostatica (UWW) nel 1974 Durnin e Womersley hanno formulato una equazione per stimare la densità corporea nell adulto (16-72 anni): densità corporea UWW = c m x log pliche il grasso corporeo può essere ricavato dalla formula di Siri (1956) in base al valore stimato di densità grasso (% peso) = (4.95/densità 4.50) x 100 l errore della metodica varia dal 3 al 5% rispetto alla densitometria (Body fat assessed from total body density and its estimation from skinfold thickness: measurements on 481 men and women aged from 16 to 72 years by JVGA Durnin and J Womersley Institute of Physiology, Glasgow)(Br J Nutr 1974, 32:77) 44

45 Circonferenze esprimono le dimensioni trasversali dei vari segmenti corporei indici dello stato di nutrizione(es. circonferenza del braccio) o della distribuzione del grasso (es. circonferenze della vita e dei fianchi) Sedi maggiormente utilizzate : braccio vita fianchi coscia polpaccio 45

46 Antropometria braccio La misura della circonferenza del braccio insieme a quella della plica tricpitale può servire per stimare la circonferenza del muscolo come segue: Circonferenza del muscolo = Cb - π plica tricipitale 46

47 Antropometria braccio Circonferenza del muscolo Cm = π diametro muscolo dm Diametro muscolo dm = db - 2 (spessore cute + sottocute ) = db - plica tricipitale se diametro braccio db = Cb (circonferenza braccio) π Diametro muscolo = Cb - plica tricipitale π Circonferenza muscolo Cm= π (Cb - π plica tricipitale) π Circonferenza del muscolo = Cb - π plica tricipitale 47

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49 Circonferenza vita La circonferenza vita e l indice antropometrico utilizzato per valutare la distribuzione del grasso corporeo Valori elevati di questo indice sono associati a maggior rischio di malattie cardiovascolari e diabete basso uomini < cm 94 e donne < cm 80 medio uomini cm e donne cm elevato uomini cm 102 e donne cm 88 49

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51 Una circonferenza vita > cm nell uomo e 88.0 cm nella donna aumenta il rischio di malattia con particolare riguardo a disturbi respiratori, ipercolesterolemia, ipertensione e peggiora la qualità di vita. Lean ME, Han TS, Seidell JC Lancet, marzo

52 Relazione tra grasso viscerale ottenuto mediante TAC e circonferenza in 90 soggetti adulti ambosessi con BMI compreso tra 22 e 50.(Armellini et al, 1998) 52

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54 misure bioelettriche: analisi dell impedenza corporea (BIA) premesse: il corpo umano segue le leggi di Ohm quando e sottoposto al passaggio di una corrente alternata, in particolare secondo la II legge di Ohm : Resistenza = ρ lunghezza Resistenza =ρ lunghezza2 sezione volume nel caso del corpo umano : lunghezza del conduttore = altezza del soggetto in esame volume del conduttore = acqua corporea totale da cui Acqua Corporea Totale = ρ altezza 2 resistenza 54

55 MISURA Si esegue applicando al corpo (total body) o ai suoi segmenti (modalità segmentale) una debolissima corrente elettrica alternata ( 800 µa) a frequenza fissa ( 50 khz) (monofrequenza) o variabile (da 1 Hz a 300 khz ) (multifrequenza) E rilevando la resistenza elettrica con modalità strettamente standardizzate 55

56 Impedenza corporea: validazione misura dei compartiemnti idrici con metodica di riferimento tecniche di diluizione l acqua corporea totale (TBW) può essere stiamta mediante appositi indicatori, isotopi stabili dell idrogeno come l ossido di deuterio ( 2 H 2 O) l acqua coprorea extracellulare (ECW) può essere stimata mediante altre sostanze che si distribuiscono solo nello spazio extracellulare come il bromuro di potassio o di sodio In pratica si ricavano apposite equazioni predittive nella forma: Acqua Corporea Totale = a H 2 + b R 56

57 Impedenza corporea: conclusioni la metodologia può essere utilizzata per stimare i compartimenti idrici in situazioni fisiologiche utilizzando equazioni di predizione popolazione specifiche l utilizzazione in situazioni cliniche e dinamiche deve prevedere una accurata validazione la stima della massa magra a partire dai valori bioelettrici presuppone che l idratazione sia costante e pari a circa il 73% l errore della metodica varia dal 3 al 5% rispetto a misure di diluizione o densitometriche 57

58 Composizione corporea in diagnostica nutrizionale Definizione e cenni storici Modelli bi e multicompartimentali Livelli di studio e relativi componenti Metodologie di routine e di ricerca Variazioni fisio-patologiche 58

59 METODI COMPOSIZIONE CORPOREA Metodi di ricerca Densitometria Dilutometria Misura 40 K DEXA Tecniche per immagine Asorbimento neutronico IVNA Metodi di routine Indici peso/altezza Plicometria Circonferenze Impedenzometria Escrezione creatinina ANTROP Deurenberg P

60 METODI COMPOSIZIONE CORPOREA Diretti Indiretti Doppiamente indiretti Analisi autoptica Attivazione neutronica in vivo Densitometria Dilutometria 40 K scanning DEXA Tecniche per immagine Indici peso/altezza Plicometria Circonferenze Impedenzometria Escrezione creatinina Deurenberg P

61 Misura della densità con pesata idrostatica 61

62 Densitometria corporea *La densità corporea è il rapporto tra la massa e il volume corporeo e varia in base al rapporto tra tessuti magri e grassi. *Assumendo la costanza della densità del tessuto magro ( 1.1 kg/l) e grasso (0.9 kg /L) è possibile ricavare la percentuale dei relativi distretti a partire dalla misura della densità del corpo. *Quest'ultima viene per lo più misurata con la tecnica della pesata idrostatica, che applica il "principio di Archimede". Il soggetto viene pesato dapprima in aria e quindi in acqua e 62 ciò consente il calcolo della sua densità corporea.

63 Densità totale = M/V dove V = (Peso in aria - peso in acqua)/densità acqua corretto per volumi intestinali e polmonari Massa totale, M = M 1 + M 2 dove: M 1 massa grassa (densità d 1 = 0.9 g/cc) M 2 massa magra (densità d 2 = 1.1 g/cc) Volume totale, V = V 1 + V 2 Assumendo M = 1 e M 2 = 1 - M 1 si ricava: 1 Densità = (M 1 / d 1 ) + (1 - M 1 / d 2 ) Risolvendo per M M 1 1 = 1/D x d 1 d 2 /(d 2 - d 1 ) - d 1 /(d 2 - d 1 ) Grasso corporeo (% peso) = ( ) x 100 D (SIRI 1956) 63

64 Misura della densità con pletismografo 64

65 Tecniche di diluizione Figura 10 Metodica della diluizione isotopica S o lu zio n e d e ll iso to p o A ssu n zio n e Ne lle tre o r e d i a tte sa n e ss u n a a s su n zio n e d i c ib o o b e va n d e R a c c o lta e P r e lie vo e a n a lisi d e lle u r in e p e r d e te r m in a r e la c o n c e n - tra zio n e d e ll iso to p o. P re lie vo e a n a lisi d e l sa n g u e p e r d e te r m in a r e la c o n c e n tr a zio - n e d e ll iso to p o. 65

66 Tecniche di diluizione Presupposto: concentrazione tracciante x volume di distribuzione = costante dose somministrata volume (TBW o ECW) = concentrazione L'acqua corporea (TBW, total body water) può essere misurata utilizzando appositi indicatori, come l'ossido di deuterio ( 2 H 2 O) o di trizio ( 3 H 2 O). Supponendo costante l'idratazione della FFM (0.73) è possibile calcolare quest'ultima dalla TBW. 66

67 Misurazione del 40 K 67

68 Misurazione del 40 K *isotopo g-emittente del potassio contenuto nel corpo umano in rapporto stabile con il potassio totale corporeo (TBK, total body potassium) * possibile calcolare quest'ultimo dal primo, misurato tramite appositi g-counters. *Supponendo costante il contenuto di potassio della FFM (68.1 meq/kg), è possibile calcolare quest'ultima da TBK. 68

69 DEXA - Assorbimetria a raggi x a doppia energia 69

70 DEXA - Assorbimetria a raggi x a doppia energia Il doppio raggio fotonico a diversa energia attraversando i tessuti subisce, per diversi fenomeni di interazione atomica, una riduzione di intensità che dipende dallo spessore dei tessuti attraversati e dal loro coefficiente di attenuazione. Dal rapporto fra i due valori di attenuazione (R) è possibile, utilizzando opportune formule, separare il contenuto osseo-minerale dai tessuti molli; questi ultimi possono poi essere distinti in massa grassa e massa alipidica senza componente osseo minerale 70

71 DEXA - Assorbimetria a raggi x a doppia energia 71

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73 Modello 3-C mediante assorbimento di raggi x a doppia energia (DXA) 100% 75% 50% Minerale osseo Tessuti molli magri Grasso 25% 0% 3-C DXA 73

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75 Metodologie per immagine costituiscono le metodiche gold standard per la misura del grasso viscerale in particolare la proporzione tra tessuto adiposo viscerale e sottocutaneo a livello addominale (L4-L5) -tomografia assiale computerizzata a causa dell esposizione alle radiazioni, generalmente limitato a pazienti che necessitano di sottoporvisi per altri scopi diagnostici metodo costoso -risonanza magnetica nucleare ulteriore avanzamento diagnostico rispetto alla TAC non espone a radiazioni metodo costoso 75

76 Attivazione neutronica (IVNAA) unico metodo diretto di studio del corpo umano oltre all analisi chimica del cadavere permette la misura in vivo di : calcio, fosforo, azoto e carbonio e, per derivazione dei compartimenti minerale, proteico e grasso 76

77 Attivazione neutronica (IVNAA) la misura viene effettuata irradiando il soggetto con neutroni veloci di energia nota che interagiscono con gli elementi chimici del corpo (es. calcio o azoto) e provocano emissioni di radiazioni gamma che possono essere misurate per l elevata dose di radiazioni il suo utilizzo viene riservato, insieme all analisi dei cadaveri umani allo sviluppo di modelli di composizione corporea che costituiscono la base dei metodi indiretti di più vasta applicazione 77

78 Applicazioni dello studio della composizione corporea Una alterazione della composizione corporea con eccessivo accumulo di grasso specialmente a livello addominale si associa alla comparsa di alterazioni metaboliche ed a una maggiore frequenza di patologie cronico-degenerative. E opportuno valutare la composizione corporea e non solo il peso (e IMC) per definire l opportunità di raccomandare variazioni nello stile di vita (dieta + attività fisica). In soggetti sedentari è infatti possibile rilevare valori alterati di adiposità anche all interno dell intervallo di normalità dell IMC. 78

79 Applicazioni dello studio della composizione corporea Nel trattamento dell obesità la valutazione sequenziale della percentuale di grasso corporeo è utile per indirizzare in modo efficace il trattamento, vale a dire in modo da ottenere una perdita di grasso con mantenimento della massa magra. In soggetti sottopeso o malnutriti la valutazione della composizione corporea è necessaria viceversa per definire il livello di malnutrizione e monitorare la riabilitazione nutrizionale 79

80 La composizione corporea nei soggetti non sportivi

81 Perché valutare la composizione corporea di un atleta? Nell'atleta agonista la sola misurazione del peso corporeo non fornisce indicazioni sul rapporto tra massa magra e grassa che può condizionare la prestazione. La composizione corporea dello sportivo è diversa rispetto al soggetto sedentario e può cambiare nelle varie fasi dell allenamento, competizione e periodi di riposo. In generale la percentuale di grasso corporeo negli atleti è più bassa rispetto al soggetto sedentario pur con notevole diversità tra sport e tra gruppi di atleti praticanti lo stesso sport.

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