Распространенность ожирения и избыточной массы тела у детей и подростков увеличивается во всем мире. Основной причиной ожирения является дисбаланс между поступлением калорий с пищей и их расходованием. Известно, что основной обмен (RMR — «resting metabolic rate») составляет до 75% суточных энергозатрат и характеризует расход энергии, необходимый для поддержания минимального функционирования жизненно важных функций организма: дыхания, выделения, кровообращения и др. [1].

Тощая масса тела вносит наибольший вклад (до 70%) в формирование основного обмена. Тощая масса включает органы и ткани с высокой (мозг, печень, почки) и низкой (скелетная мускулатура и костная ткань) скоростью обмена веществ. На долю головного мозга, сердца, печени и почек у взрослого человека приходится приблизительно 12% тощей массы, но эти органы обеспечивают до 60% метаболизма покоя. Масса мышечной ткани составляет около 50% тощей массы, однако определяет не более 25% суточного энергообмена в покое [2—5].

Оценка основного обмена является важной составляющей обследования детей и подростков с ожирением, так как позволяет персонализировать диетотерапию и повысить эффективность мероприятий, направленных на снижение массы тела.

«Золотым стандартом» для оценки основного обмена в покое является непрямая респираторная калориметрия (НРК), однако учитывая существенные временные и финансовые затраты на ее проведение, в клинической практике широко распространены специальные формулы для расчета RMR, в том числе у детей и подростков (табл. 1).

Все расчетные методики с различной точностью позволяют оценить основной обмен у детей. Так, E. VanMill и соавт. [13] показали, что расчет RMR по формуле ВОЗ переоценивает исследуемый параметр у юношей-подростков с ожирением. S. Henes и соавт. [14] показали, что формулы ВОЗ, Molnar, Schofield и Harris & Benedict переоценивают уровень основного обмена у мальчиков, но не у девочек.

I. Martincevic и соавт. [15] нашли, что у подростков с неалкогольной жировой болезнью печени наиболее информативной является оценка RMR по формулам Schofield и Molnar.

В другом исследовании у 121 подростка с ожирением (SDS ИМТ=2,93±0,45) наиболее информативной также оказалась формула Molnar [16].

При обследовании 226 подростков с морбидным ожирением (возраст 15,9±1,9 года, ИМТ 44,9±8,1 кг/м²) самой объективной в оказалась формула Mifflin [17]. В то же время S. Lazzerс и соавт. [12] разработали специальную формулу для подростков с морбидным ожирением.

В исследовании G. Rodríguez и соавт. [18], включавшем 116 детей и подростков с ожирением и нормальной массой тела, показано, что наиболее приемлемым для оценки RMR в общей популяции (нормальная, избыточная масса тела и ожирение) является индекс Schofield.

На стадии активного снижения массы тела у подростков с ожирением все указанные формулы для расчета RMR переоценивают показатель [19].

По данным D. Chan и соавт. [20], у китайских детей и подростков с ожирением ни одна из распространенных формул не характеризовала состояние основного обмена, в связи с чем авторы пришли к выводу о необходимости разработки собственных популяционных нормативов и расчетных формул.

Таким образом, до настоящего времени не существует единого подхода к расчету RMR у детей и подростков как с ожирением, так и с нормальной массой тела. В связи с этим использование непрямой респираторной калориметрии для индивидуальной оценки состояния основного обмена у детей и подростков приобретает особое значение.

Среди основных методик оценки энергетического обмена у человека выделяют прямую калориметрию и непрямую респираторную калориметрию.

Прямая калориметрия основана на непосредственной регистрации количества выделенного организмом тепла, рассчитываемого по изменению теплоемкости воды, протекающей через специальную измерительную камеру (биокалориметр) за единицу времени. При этом учитывают не только теплоемкость жидкости, но также ее общий объем и разность температур поступающей в камеру и оттекающей от нее воды. Полученные результаты выражаются в ккал за 1 ч (ккал/ч).

Из-за сложности и высокой стоимости данной методики широкое распространение в клинической практике получили методы непрямой респираторной калориметрии (НРК). НРК проводят в открытом и закрытом контуре. Главными компонентами метаболографов закрытого контура являются спирометр, смесительная камера, анализатор и поглотитель CO₂. Колокол спирометра заполняют известным объемом чистого кислорода и подключают к дыхательному контуру исследуемого. Уменьшение объема газа в колоколе эквивалентно объему потребленного кислорода. Выдыхаемый воздух поступает в смесительную камеру, откуда отбирают пробу газа для определения в ней концентрации СО₂. Из смесительной камеры газ поступает в поглотитель, удаляющий углекислый газ, а далее — в спирометр, где происходит измерение дыхательного объема. В дальнейшем потребление кислорода вычисляется по разности конечных экспираторных объемов. Когда объем газа в спирометре уменьшается до критического уровня, исследование прерывают и снова заполняют спирометр кислородом. В связи с трудоемкостью метода и потенциальными рисками для пациента наибольшее распространение в настоящее время приобрела НРК в открытом контуре.

НРК в открытом контуре основана на измерении объема поглощенного кислорода (VО₂) и выделенного организмом углекислого газа (VСО₂). Главными компонентами метаболографов открытого контура являются газоанализаторы О₂ и СО₂ и устройство для измерения объемов газа. Выдыхаемый воздух пропускают через волюметр, где происходит измерение объема газов, а также определение концентрации кислорода и двуокиси углерода. Определение объемов СО₂ и О₂ позволяет рассчитать значение основного обмена по уравнению:

RMR (ккал/сут)= (3,941·VO₂)+(1,106·VCO₂)–(2,17·OAM),

где VO₂ — объем потребленного кислорода, л/сут; VCO₂ — объем выделенного углекислого газа, л/сут; ОAM — общий азот суточной мочи, г/сут.

Кроме того, НРК дает возможность определить дыхательный коэффициент (ДК), представляющий собой соотношение количества выделенного углекислого газа к количеству потребленного кислорода. Данный параметр характеризует структуру энергозатрат в покое. При значении ДК >1 в процессах метаболизма преобладает липогенез; при ДК = 1 в основном происходит утилизация углеводов, а при ДК <0,7 преобладает липолиз. В среднем значение ДК колеблется в интервале 0,7 до 0,95.

Используя модифицированное уравнения Вейра—Ферранини, после учета белковой квоты можно рассчитать скорости окисления основных макронутриентов: белков, жиров и углеводов по представленным ниже формулам:

Скорость окисления белков (г/сут) = 6,25·ОАМ;

Скорость окисления углеводов (г/сут) = (–2,56·ОАМ)–(2,91·VO₂)+(4,12·VCO₂);

Скорость окисления жиров (г/сут) = (–1,94·ОАМ)+(1,69·VO₂)–(1,69·VCO₂)

Для определения белковой квоты регистрируют суточную экскрецию мочевины и суточный диурез. Далее вычисляют общий азот мочи, характеризующий метаболизм белка в организме (суточные потери белка), по формуле:

ОАМ = (M × V)/35,7,

где ОАМ — общий азот (г/сут), М — мочевина в суточной моче (г), V — объем суточной мочи (л).

Рассчитанные скорости окисления белков, жиров и углеводов выражаются в г/сут. Для перевода скоростей окисления нутриентов в более удобную размерность ккал/сут полученные значения нужно умножить на коэффициенты Атвоттера (1 г белка — 4,1 ккал; 1 г жира — 9,3 ккал; 1 г углеводов — 4,0 ккал).

Таким образом, НРК позволяет не только оценить основной обмен, но и рассчитать скорости окисления макронутриентов, что является необходимым условием для разработки сбалансированного рациона питания при лечении ожирения.

Исследование основного обмена методом НРК в открытом контуре проводится с использованием различных вспомогательных средств: лицевой маски, купола-маски или мундштука и носовой клипсы.

Для НРК могут использоваться как стационарные, так и портативные метаболографы. Стационарные устройства являются «золотым стандартом» для оценки RMR, так как они непосредственно определяют объемы поглощенного О₂ и выделенного СО₂. Портативные варианты измеряют только VО₂, а количество выделенной углекислоты рассчитывают математически.

НРК рекомендована Американской академией нутрициологии и диетологии и Американской академией педиатрии в качестве предпочтительного метода оценки основного обмена при планировании диетотерапии у детей и подростков с ожирением [21, 22].

Одной из основных проблем при проведении НРК является высокая вариабельность результатов, обусловленная техническими особенностями процедуры и факторами внешней среды. В 2010 г. Американская академия диетологов и нутрициологов представила клинические рекомендации, направленные на стандартизацию оценки основного обмена методом НРК у здоровых людей [23]. Большинство рекомендаций сформулировано для взрослых, однако часть из них касается особенностей НРК в детском возрасте.

1. До начала проведения НРК необходимо обеспечить обследуемому 30-минутный период покоя. Минимальная продолжительность периода покоя 20 мин. Если перед проведением исследования пациент проявлял легкую физическую активность (одевался, ходил более 5 мин и т. п.), то проводить исследование следует после 30-минутного периода покоя.

2 При проведении НРК необходимо добиться устойчивого состояния основного обмена. Критериями устойчивого состояния следует считать разброс показателей VО₂ и VСО₂ <10%.

3. Длительность исследования зависит от скорости достижения устойчивого состояния основного обмена и должна составлять около 30 мин. Данные, полученные в течение первых 5 мин, следует исключить из последующего анализа.

4. Исследование основного обмена следует проводить при положении пациента лежа на спине.

5. При проведении НРК могут быть использованы любые вспомогательные устройства: лицевая маска, купол-маска или мундштук с носовой клипсой.

6. Для уменьшения влияния факторов окружающей среды на результат исследование рекомендуется проводить в отдельном помещении, при «температуре комфорта» (22—25 ^оС), в тихой, спокойной обстановке без шума и других внешних раздражителей.

7. Следует воздержаться от приема пищи в течение 7 ч до исследования. Допустимо проведение НРК через 4 ч после приема небольшого количества пищи (≤300 ккал).

8. При значениях ДК в интервале от 0,67 до 0,9 они могут быть приняты для последующего анализа и оценки скорости окисления нутриентов. При нефизиологических значениях ДК (>1,3 или <0,67) следует провести повторное исследование после диагностики возможных технических проблем.

Главная сложность проведения НРК у детей связана с длительностью исследования. Выполнение исследования в течение 30—50 мин у детей труднодостижимо, особенно у пациентов младшего возраста и детей с синдромальными формами ожирения, сопровождающимися задержкой нервно-психического развития или особенностями поведения.

Mellecker и McManus показали, что при НРК у детей показатели RMR на 10-й, 15-й, 20-й и 30-й минутах исследования статистически значимо не различались независимо от предшествовавшего периода покоя. Даже в отсутствии такого периода значения RMR после 10-й и 30-й минуты исследования были сопоставимы. Однако при наличии предшествующего периода покоя отмечалась более низкая вариабельность RMR на 20-й минуте [24]. Исходя из этих данных, минимальная длительность НРК для здоровых детей должна составлять не менее 20 мин, а оценка показателей должна проводиться только после достижения устойчивого состояния. В случае невозможности получасового периода покоя перед исследованием допустимо сразу проводить НРК, однако первые 10 мин теста должны быть исключены из анализа.

Устойчивое состояние основного обмена определяется минимальной вариабельностью определяемых в ходе теста VО₂ и VСО₂. Критерием устойчивого состояния для взрослых является коэффициент вариации этих показателей <10% в течение 4 мин (в отсутствие двигательных и других артефактов). У детей скорость достижения устойчивого состояния не зависит от используемого оборудования. Исследование RMR с помощью лицевой маски или мундштука с носовой клипсой показало сопоставимые результаты у детей после 20 мин тестирования независимо от наличия предшествующего периода покоя. Однако вариабельность показателей при использовании лицевой маски была вдвое ниже, чем при использовании мундштука (6% против 12%) [24].

При оценке влияния положения тела на результаты НРК было показано, что у взрослых пациентов в положении сидя RMR на 6—14% превышает показатель, регистрируемый в положении лежа на спине [25—27].

Любая двигательная активность повышает RMR, поэтому необходимо стремиться к максимальной неподвижности исследуемого при проведении НРК [25]. Кроме того, двигательная активность в ходе НРК повышает вариабельность показателей, что также негативно сказывается на качестве исследования [28]. Данные о влиянии положения тела на состояние основного обмена у детей отсутствуют.

Факторы внешней среды значительно влияют на состояние основного обмена. Так, НРК у взрослых в зимнее время или при температуре в помещении ниже 22 ^оС RMR увеличивается [29, 30].

Прием пищи и ее качественный состав также существенно влияют на основной обмен. Показано, что у взрослых людей прием пищи калорийностью от 478 до 750 ккал приводит к повышению основного обмена в течение 3—4 ч [31]; при приеме пищи калорийностью до 900 ккал повышение основного обмена продолжается более 4 ч [32], а при приеме 1300 ккал — до 7 ч [33]. Согласно рекомендациям, оптимальным является голодание в течение 7 ч перед исследованием. Данные о влиянии характера и состава пищи на основной обмен у детей отсутствуют, в связи с чем целесообразно придерживаться рекомендаций для взрослых.

Известно, что физические нагрузки повышают энергетический обмен. Показатели энергетического обмена повышаются прямо пропорционально интенсивности нагрузок. В единственном исследовании у взрослых показано, что после ходьбы на дистанцию 300 м показатели RMR возвращаются к исходным значениям через 20 мин у 95% обследуемых [34].

ДК демонстрирует высокую вариабельность в исследованиях у взрослых. Физиологическими считаются значения ДК в диапазоне от 0,67 до 1,3 [35, 36]. Для клинического исследования с целью последующего расчета скоростей окисления белков, жиров и углеводов приемлемыми являются значения ДК в диапазоне от 0,67 до 0,9. При выявлении показателей ДК <0,67 или >1,3 следует констатировать ошибку измерения и провести повторное исследование после устранения причин некорректного измерения. У детей данные о нормальных значениях ДК отсутствуют, в связи с чем используются нормы для взрослых.

Абсолютные значения основного обмена у детей и подростков возрастают при увеличении массы тела [37—40].

D. Molnár и соавт. [41] обнаружили более высокий уровень RMR у детей и подростков с ожирением по сравнению с детьми без избыточной массы тела (193 пациента в возрасте 9,5—16,5 года; 77 — с ожирением и 116 — контрольная группа).

Имеется положительная корреляция между энергозатратами в покое и тощей массой тела. Одни авторы сообщают о повышении RMR при увеличении тощей массы у детей [41], тогда как другие находят снижение RMR c увеличением тощей массы [42, 43].

Энергетический обмен имеет выраженные гендерные различия, обусловленные особенностями композиционного состава тела, что может объяснять разнонаправленные изменения RMR в зависимости от тощей массы. Для мальчиков характеры более высокие показатели энергозатрат в покое, связанные с большей долей тощей массы, чем у девочек [41, 44].

Единственная отечественная работа по оценке основного обмена у детей и подростков продемонстрировала снижение RMR при ожирении и избыточной массе тела в разных возрастных группах. В исследование были включены 625 пациентов в возрасте от 2,5 до 17 лет. У детей с ожирением и избыточной массой тела от 3 до 7 лет RMR был снижен в среднем на 19,4%, у детей от 8 до 12 лет — на 19,1%, а у подростков от 13 до 17 лет — на 19%. Абсолютные показатели основного обмена положительно коррелировали с возрастом, ростом, массой тела, окружностью талии и бедер, а также с параметрами композиционного состава тела. Положительная корреляция RMR с тощей массой была значимо больше, чем с количеством жировой ткани у детей и подростков с ожирением и избыточной массой тела в возрасте от 8 до 17 лет [45].

В 10-летнем проспективном исследовании (347 детей в возрасте от 7 до 16 лет) M. Mostazir и соавт. [46] отметили временное снижение RMR в возрасте от 10 до 16 лет, не зависящее от количества тощей массы тела и пола. У девочек снижение основного обмена с 10- до 15-летнего возраста в среднем составило 190 ккал/сут, у мальчиков — 130 ккал/сут, а при учете количества тощей и жировой массы максимальное снижение RMR достигало 450 ккал/сут за 5-летний период.

Уменьшение интенсивности основного обмена в пубертатный период продемонстрировано и в других исследованиях [41, 47]. Снижение RMR у детей от 10 до 16 лет не зависит от уровня ЛГ, ФСГ или инсулина натощак, а также от уровня адипонектина и лептина.

Одной из возможных причин снижения основного обмена может быть возрастающая потребность в дополнительной энергии для обеспечения роста и развития подростков. Однако в условиях современного образа жизни (избыточное питание и гиподинамия), физиологические изменения энергетического обмена становятся дополнительным фактором риска развития ожирения [46].

В метаанализе 12 исследований, включавших более 1400 детей и подростков, показано, что для детей допубератного возраста характерны более высокие показатели RMR (на 12%), чем для подростков с различными стадиями пубертата [48]. Это может объясняться тем, что масса метаболически активных тканей в период от рождения до окончания физического развития увеличивается в 5—12 раз, тогда как количество мышечной массы, имеющей низкий уровень основного обмена, возрастает в 40 раз [46].

Непрямая респираторная калориметрия у детей и подростков с ожирением дает наиболее объективное представление о состоянии энергетического обмена в состоянии покоя. Широкому внедрению данного метода в клиническую практику препятствует высокая стоимость оборудования для проведения исследования и трудности в интерпретации полученных результатов в связи с отсутствием референсных значений и вариабельностью исследуемых показателей. Изучение особенностей энергетического обмена при ожирении у детей необходимо для выяснения патогенетических механизмов развития ожирения в детском и подростковом возрасте.

Конфликт интересов. Автор декларирует отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией данной статьи, о которых необходимо сообщить.

Сведения об авторах

Окороков Павел Леонидович — к.м.н. [Pavel L. Okorokov, MD, PhD]; адрес: Россия, 117036 Москва, ул. Дм. Ульянова 11 [address: 11 Dm. Ulyanova street, Moscow 117036, Russia];

ORCID: http://orcid.org/0000-0001-9834-727X; eLibrary SPIN: 6989-2620; e-mail: pokorokov@gmail.com