ISSN:
1436-6215
Keywords:
Indirect calorimetry
;
respiratory gas exchange
;
energy expenditure
;
substrate utilization
;
isotope techniques
;
indirekte Kalorimetrie
;
respiratorischer Gaswechsel
;
Energieumsatz
;
Substratverwertung
;
Isotopentechnik
Source:
Springer Online Journal Archives 1860-2000
Topics:
Agriculture, Forestry, Horticulture, Fishery, Domestic Science, Nutrition
,
Medicine
Description / Table of Contents:
Zusammenfassung Die indirekte Kalorimetrie, die auf Gaswechselmessungen beruht, ist seit Beginn des Jahrhunderts erfolgreich für die Bestimmung der Wärmeproduktion (Energieumsatz) bei Menschen und Tieren eingesetzt worden. Fehler, die mit dieser klassischen Technik verbunden sind, können von verschiedenen Quellen herrühren: 1) Modell der Berechnung und der Annahmen, 2) verwendete kalorimetrische Faktoren, 3) technische Faktoren, 4) menschliche Faktoren. Die physiologischen und biochemischen Faktoren, die die Interpretation der kalorimetrischen Daten beeinflussen, betreffen eine Änderung der Größe des Bicarbonat- und Harnstoffpools, die Akkumulation oder den Verlust (über den Atem, Urin oder Schweiß) von intermediären Metaboliten (Glukoneogenese, Ketogenese). Seit neuerer Zeit sind respiratorische Gaswechseldaten verwendet worden, um Subtratverwertungsraten in verschiedenen physiologischen und metabolischen Situationen (Fastenzustand, postprandialer Zustand etc.) zu bestimmen. Es sollte angemerkt werden, daß die indirekte Kalorimetrie einen Index für die ‘overall substrate disappearance rates’ liefert. In unkorrekter Weise wird dieser Index gleichgesetzt mit den Substrat' oxidations'-Raten. Bedauerlicherweise existitiert kein geeigneter ‘goldener’ Standard, um die Ganzkörper-Substrat' oxidations'-Raten zu validieren. Im Gegensatz dazu kann die mittels indirekter Kalorimetrie gemessene Wärmeproduktion durch die direkte Kalorimetrie unter exakten thermischen Gleichgewichtsbedingungen validiert werden. Tracertechniken, die stabile (oder radioaktive) Isotope verwenden, stellen einen unabhängigen Weg zur Bestimmung von Substratverwertungs-Raten dar. Wenn der Kohlenhydratstoffwechsel mit beiden Methoden gemessen wird, liefert die indirekte Kalorimetrie im allgemeinen Glukose“oxidations”-Raten, die mit den Tracerergebnissen übereinstimmen. Voraussetzung ist jedoch, daß bestimmte Stoffwechselprozesse (z. B. Gluconeogenese und Lipogenese) minimal sind oder/und die respiratorischen Quotienten nicht am äußersten Ende des physiologischen Bereichs liegen. Es wird jedoch angenommen, daß die Tracertechniken die wahren Glukoseoxidationsraten unterschätzen, weil die Glykogenolyse des Gewebeglukosespeichers nicht berücksichtigt wird. Ein wesentlicher Vorteil der Isotopentracer-Techniken ist, daß sie (mit bestimmten Annahmen) verschiedene Stoffwechselprozesse (z.B. die Gluconeogenese) auf nichtinvasive Weise quantifizieren können. Schlußfolgernd kann gesagt werden, daß die Isotopentracer-Techniken und die indirekte Kalorimetrie als komplementäre Techniken betrachtet werden sollten. Es sollte beachtet werden, daß die Bestimmung der Substratoxidation mit Hilfe der indirekten Kalorimetrie große Fehler beinhalten kann, insbesondere, wenn ein kurzer Zeitraum betrachtet wird. Der Energieumsatz (Wärmeproduktion) wird mittels der indirekten Kalorimetrie mit einem wesentlich kleineren Fehler bestimmt als die Substratoxidations-Raten.
Notes:
Summary Indirect calorimetry based on respiratory exchange measurement has been successfully used from the beginning of the century to obtain an estimate of heat production (energy expenditure) in human subjects and animals. The errors inherent to this classical technique can stem from various sources: 1) model of calculation and assumptions, 2) calorimetric factors used, 3) technical factors and 4) human factors. The physiological and biochemical factors influencing the interpretation of calorimetric data include a change in the size of the bicarbonate and urea pools and the accumulation or loss (via breath, urine or sweat) of intermediary metabolites (gluconeogenesis, ketogenesis). More recently, respiratory gas exchange data have been used to estimate substrate utilization rates in various physiological and metabolic situations (fasting, postprandial state, etc.). It should be re-called that indirect calorimetry provides an index of overall substratedisappearance rates. This is incorrectly assumed to be equivalent to substrate "oxidation" rates. Unfortunately, there is no adequate golden standard to validate whole body substrate "oxidation" rates, and this contrasts to the "validation" of heat production byindirect calorimetry, through use ofdirect calorimetry under strict thermal equilibrium conditions. Tracer techniques using stable (or radioactive) isotopes, represent an independent way of assessing substrate utilization rates. When carbohydrate metabolism is measured with both techniques, indirect calorimetry generally provides consistent glucose "oxidation" rates as compared to isotopic tracers, but only when certain metabolic processes (such as gluconeogenesis and lipogenesis) are minimal or / and when the respiratory quotients are not at the extreme of the physiological range. However, it is believed that the tracer techniques underestimate true glucose "oxidation" rates due to the failure to account for glycogenolysis in the tissue storing glucose, since this escapes the systemic circulation. A major advantage of isotopic techniques is that they are able to estimate (given certain assumptions) various metabolic processes (such as gluconeogenesis) in a noninvasive way. Furthermore when, in addition to the 3 macronutrients, a fourth substrate is administered (such as ethanol), isotopic quantification of substrate "oxidation" allows one to eliminate the inherent assumptions made by indirect calorimetry. In conclusion, isotopic tracers techniques and indirect calorimetry should be considered as complementary techniques, in particular since the tracer techniques require the measurement of carbon dioxide production obtained by indirect calorimetry. However, it should be kept in mind that the assessment of substrate oxidation by indirect calorimetry may involve large errors in particular over a short period of time. By indirect calorimetry, energy expenditure (heat production) is calculated with substantially less error than substrate oxidation rates.
Type of Medium:
Electronic Resource
URL:
http://dx.doi.org/10.1007/BF01617794
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