L uomo è ciò che mangia Ludvig Feuerbach, 1850

L uomo è ciò che mangia Ludvig Feuerbach, 1850 1

Composizione corporea Definizione e cenni storici Livelli di studio e relativi componenti Modelli bi e multicompartimentali Metodologie di routine e di ricerca Variazioni fisiologiche 2

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 3

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) 4

Composizione a 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 7

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 ) 8

Composizione a 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 10

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) 11

Livello molecolare Cosa posso misurare? Acqua totale corporea diluizione isotopica Minerale osseo assorbimento a doppio fotone DXA Lipidi molti metodi 12

Composizione a 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 14

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 Come posso misurare? fluido extra cellulare diluizione isotopica Body cell mass stima indiretta diluizione isotopica potassio totale corporeo 15

Composizione a 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.) 17

Livello tessutale Cosa posso misurare? Biopsia o autopsia tessuto adiposo sottocutaneo e viscerale, organi interni, muscolo appendicolare TAC, RMN tessuto muscolare escrezione urinaria 3-metil-istidina o creatinina 18

Composizione a 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 20

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 Come posso misurare? -antropometria -pesata idrostatica 21

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 23

Composizione corporea modello bicompartimentale 120 100 80 60 40 20 0 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 24

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 25

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 26

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 27

METODI COMPOSIZIONE CORPOREA Metodi di routine Indici peso/altezza Plicometria Circonferenze Impedenzometria Escrezione creatinina ANTROP Metodi di ricerca Densitometria Dilutometria 40 K scanning DEXA Tecniche per immagine IVNA Deurenberg P. 1999 29

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 30

Impedenza corporea: misura 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) rilevando la resistenza elettrica con modalità strettamente standardizzate 31

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 33

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 34

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 35

Modello 3-C mediante assorbimento di raggi x a doppia energia (DXA) 100% 75% 50% 25% Tessuti molli magri Tessuti molli Minerale osseo Tessuti molli magri Grasso 0% 3-C DXA 39

17 % fat + 83 % FFM (40 % MM; 60% H2O) 42

57 % ICV 42 % ECV; 43

Variazioni fisiologiche I principali fattori che possono influire sulla composizione corporea sono: sesso variazioni peso età (crescita, età avanzata) attività fisica 44

Variazioni fisiologiche Differenze tra sesso nell età adulta: la donna ha una massa grassa superiore ( 27-28% vs 15-18%) massa minerale e proteica < uomo effetto dell attività fisica riduzione massa grassa modificazione composizione FFM con aumento della massa minerale 45

Variazioni dovute al sesso la donna ha una massa grassa superiore ( 27-28% vs 15-18%) e massa minerale e proteica < uomo

Variazioni dovute a modifiche peso ( in percentuale) 6% 5% 17% 35% 47% 17% 60% 13% Normopeso 70 kg Acqua Proteine Grasso Altro Obeso 100 kg Garrow JS, 1993 47

Variazioni dovute ad aumento di peso in kg Plot of Lean Body Mass (LBM, kg) against body fat for females grouped according to body fat content (Forbes, 1987) 48

Variazioni contenuto idrico in soggetti obesi 70 60 50 40 30 20 10 0 Acqua totale %peso Acqua extra % acqua totale Acqua intra % acqua totale Normopeso Obesi Bedogni et al, 1997 49

Variazioni fisiologiche dovute all età Durante età evolutiva si modificano: contenuto e distribuzione di acqua contenuto massa proteica e minerale contenuto massa grassa Durante invecchiamento si modificano: contenuto e caratteristiche massa magra (massa proteica, densità minerale ossea) contenuto e distribuzione tessuto adiposo contenuto e distribuzione liquidi corporei 50

Modificazioni contenuto proteico (PM) e acquoso (TBW) durante crescita ( valori espressi come % FFM)( Hascke, 1963)( maschi; ο femmine) 51

Contributo percentuale degli organi interni e del muscolo al peso corporeo in diverse fasce di età (* cervello + fegato + reni + cuore) ( modificato da Elia M, 1992) 53

Modificazioni della massa grassa espressa come percentuale del peso La linea superiore si riferisce al sesso femminile (da Fomon et al, 1982) 54

Gruppo eta Composizione corporea in eta Contenuto minerale osseo(g) evolutiva - maschi Tessuto Magro (kg) Tessuto Grasso (kg) Grasso (% peso) 3 5 423 ± 94 13.25 ± 1.29 2.92 ± 0.44 17.6 ± 2.0 5 9 793 ± 232 20.42 ± 3.95 4.84 ± 3.83 17.1 ± 6.5 10 14 1655 ± 496 37.74 ± 9.49 12.10 ± 8.41 22.2 ± 10.3 15-18 2545 ± 430 53.58 ± 7.25 10.26 ± 6.29 14.8 ± 7.0 (Da Ellis, 1997) 55

Gruppo eta Composizione corporea in eta Contenuto minerale osseo(g) evolutiva - femmine Tessuto Magro (kg) Tessuto Grasso (kg) Grasso (% peso) 3 5 447 ± 93 13.3 ± 1.4 3.5 ± 1.1 20.2 ± 4.7 6 8 528 ± 136 16.5 ± 2.4 5.0 ± 2.2 21.9 ± 5.5 9 11 1057 ± 246 24.5 ± 4.0 8.8 ± 4.4 24.5 ± 7.8 12 14 1581 ± 350 33.3 ± 4.9 15.2 ± 7.7 28.9 ± 7.7 15-18 1967 ± 269 37.9 ± 4.2 15.3 ± 5.3 27.2 ± 5.8 (Da Ellis, 1997) 56

Modificazione di composizione corporea nell invecchiamento studi trasversali e longitudinali hanno dimostrato che l invecchiamento si associa a modificazioni di composizione corporea e in particolare: declino della massa corporea magra aumento e ridistribuzione del grasso corporeo 58

Modificazioni della massa corporea magra nell invecchiamento diminuzione della densità minerale ossea variazioni di contenuto e della distribuzione dell acqua totale corporea aumentata variabilità dell idratazione della FFM diminuzione della massa proteica, calcio e potassio diminuzione della densità della massa magra con aumentata variabilità inter-individuale 59

Modificazioni della massa corporea magra nell invecchiamento la riduzione della massa corporea magra è dovuta principalmente alla riduzione della componente muscolare e ossea mentre la componente viscerale si riduce in modo meno marcato l acqua totale corporea si riduce in modo indipendente dal peso a causa di una perdita prevalente di ICW sono necessari ulteriori studi di tipo longitudinale 60

Modificazioni della massa corporea grassa nell invecchiamento l adiposità aumenta con l età con una redistribuzione interna del grasso in entrambi i sessi la centralizzazione del grasso aumenta il rischio di malattie metaboliche e cardiovascolari la circonferenza della vita ed il diametro addominale sono correlati ai fattori di rischio cardiovascolare nel anziano indipendentemente dal BMI 61

Conclusioni e suggerimenti Report of the IDECG Working Group on body weight and body composition of the elderly 2000: parte delle modificazioni di adiposità e massa muscolare potrebbe essere non una conseguenza immutabile dell età ma secondaria a variazioni dello stile di vita un aumento dell attività fisica potrebbe attenuare le suddette modificazioni 62

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. 63

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 64

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.

Composizione corporea di atleti in età evolutiva 67

Composizione corporea in atleti adulti 68

Composizione corporea in atlete adulte 69

Composizione corporea: spessore Atleti maschi pliche sottocutanee Atlete femmine 70

Non esiste tuttora un accordo sulla metodologia gold-standard per lo sport Non sono stati definiti valori di riferimento ottimali per la percentuale di grasso Alcune società hanno stabilito un limite inferiore al di sotto del quale esiste un aumentato rischio di patologia 71