間接熱量測定
間接的な手段による生体の熱測定
自発呼吸している被験者の酸素摂取量（O 2）と二酸化炭素排出量（CO 2 ）を測定する間接熱量測定代謝カート（キャノピーフードによる希釈法）。

間接熱量測定法は、生体が二酸化炭素と窒素老廃物（水生生物ではアンモニア、陸生生物では尿素）の産生、あるいは酸素の消費を測定することで、生体が産生する熱量を算出する。間接熱量測定法は、ガス交換測定（安静時および定常運動時の酸素消費量と二酸化炭素産生量）から、生体内の基質利用およびエネルギー代謝の種類と速度を推定する。この技術は独自の情報を提供し、非侵襲的であり、他の実験方法と組み合わせることで、栄養同化、熱産生、運動エネルギー、代謝性疾患の病因など、様々な側面を調査することができる。[1]

科学的背景

間接熱量測定は、O2消費量とCO2産生量を測定する。すべての酸素が分解性燃料の酸化に使用され、それによって発生したすべてのCO2が回収されると仮定すると、酸化プロセス中にいくらかのエネルギー損失を伴うが、栄養素の化学エネルギーから生成され、ATPの化学エネルギーに変換された総エネルギー量を推定することができる。 [1] 呼吸間接熱量測定（IC）は、代謝率の非侵襲的かつ高精度な方法であり、誤差は1％未満である。[2]再現性が高く、ゴールドスタンダード法と考えられている。[3]この方法により、BEEとREEを推定できるほか、特定の瞬間に体内で主に代謝されるエネルギー基質を識別することができる。これは、一定期間のO2消費量とCO2産生を監視することによって推定される、主要栄養素の酸化によって生成される熱の間接測定に基づいている。 [2] カロリメーターには被験者の呼吸状態に合わせて調整可能なガスコレクターが備わっており、一方向バルブを通して毎分ごとに被験者の吸気酸素量と呼気二酸化炭素量と濃度を収集・定量化する。一定量に達すると、ウィアー式を用いて安静時エネルギー消費量が計算され、その結果はシステムに付属するソフトウェアに表示される。[2]他に用いられる式は以下の通りである。 [4]

M ＝ V お 2 （ R 質問 − 0.7 0.3 e c + 1 − R 質問 0.3 e f ） {\displaystyle M=VO_{2}\left({\frac {RQ-0.7}{0.3}}e_{c}+{\frac {1-RQ}{0.3}}e_{f}\right)}

ここで、RQは呼吸商（二酸化炭素発生量と酸素消費量の比）、RQは21.13キロジュール（5.05 kcal）、炭水化物の酸化によって酸素1リットルあたりに放出される熱量、RQは19.62キロジュール（4.69 kcal）、脂肪の場合の値です。RQ = 1（炭水化物のみ燃焼）ではウィアーの式と同じ結果となり、RQ = 0.7（脂肪のみ燃焼）ではほぼ同じ値となります。 e c {\displaystyle e_{c}} e f {\displaystyle e_{f}}

歴史

アントワーヌ・ラボアジエは1780年、重回帰分析を用いて酸素消費量から熱産生を予測できる場合があることを指摘しました[要出典]。現在知られている間接熱量測定法は、熱力学を動物の生態に応用する手法として1900年頃に開発されました[5] 。間接熱量測定法の開発は200年以上前に遡りますが、最も広く利用されるようになったのはここ20年間で、完全静脈栄養法、学際的な栄養サポートチームの発展、そして携帯型で信頼性が高く比較的安価な熱量計の開発が進んだためです[6] 。

収集方法

このテストを実行するには、次の 4 つの異なるガス収集および測定技術を使用できます。

  • ダグラスバッグ：呼気ガスは膨張式気密バッグに集められます。[7]ダグラスバッグを使用したテストが完了したら、集められたガスの量と組成を分析する必要があります。
  • キャノピー（希釈法）：希釈法は、臨床栄養学における安静時エネルギー消費量測定のゴールドスタンダード技術と考えられています。[3]この検査はわずか数分間続き、患者をベッドまたは快適なソファにリラックスした状態で横たわらせ、ポンプに接続された透明なフードの下に頭を置きます。フードを通して調節可能な換気が行われます。呼気ガスはフードの下で換気される新鮮な空気で希釈され、この混合物のサンプルが毛細管を通って分析装置に送られ、分析されます。既知の換気率で、 O 2とCO 2の周囲ガスと希釈ガスの割合が測定され、O 2消費量とCO 2産生量が検出され、安静時エネルギー消費量に変換されます。[8]
  • フェイスマスク（呼吸ごと）：間接熱量測定検査もフェイスマスクを使用して行われることが多く、このフェイスマスクは、患者の呼吸ごとの換気量を測定できるタービン流量計を通して、吐き出されたガスと吸い込まれたガスを送るのに使用され、同時にガスサンプルが分析装置に送られ、VO 2と VCO 2が測定されてエネルギー消費量に変換されます。
  • 人工呼吸器とのインターフェース（集中治療室設定）：患者が機械的人工呼吸器を使用している場合でも、気管内チューブを介して人工呼吸器に接続すると、間接熱量計で呼吸ごとに吸入/呼気中の O 2および CO 2を測定できます。

アプリケーション

間接熱量測定は、少なくとも2つの情報を提供します。安静時エネルギー消費量（REE）に反映されるエネルギー消費量または24時間カロリー必要量の指標と、呼吸商（RQ）に反映される基質利用量の指標です。これらの値に影響を与える多くの要因に関する知識は、はるかに幅広い応用につながっています。過去20年間の間接熱量測定の研究は、傷害に対する代謝亢進ストレス反応の特徴づけや、様々な疾患プロセスや臓器不全状態において基質が最も効率的に吸収される栄養療法の設計につながっています。間接熱量測定は、火傷治療室や手術室の加温、人工呼吸器からの患者の離脱など、医療および外科ケアの日常的な実践に影響を与えています。[6]

参考文献

  1. ^ ab Ferrannini, E. (1988). 「間接熱量測定の理論的基礎：レビュー」.代謝：臨床および実験. 37 (3): 287– 301. doi :10.1016/0026-0495(88)90110-2. PMID  3278194.
  2. ^ abc ピニェイロ・ヴォルプ、AC;エステベス・デ・オリベイラ、FC;ドゥアルテ・モレイラ・アウベス、R.エステベス、EA;ブレッサン、J. (2011)。 「エネルギー支出：構成要素と評価方法」。栄養ホスピタリア。26 (3): 430–440 . doi :10.1590/S0212-16112011000300002 (2025 年 7 月 18 日に非アクティブ)。PMID  21892558。{{cite journal}}: CS1 maint: DOIは2025年7月時点で非アクティブです（リンク）
  3. ^ ab Haugen, HA; Chan, LN; Li, F. (2007). 「間接熱量測定：臨床医のための実践ガイド」.臨床栄養学. 第22巻. pp.  377– 388. doi :10.1177/0115426507022004377. PMID  17644692. {{cite book}}:|journal=無視されました (ヘルプ)
  4. ^ AR Bain; et al. (2012年6月). 「完全な蒸発が可能な条件下では、温水を摂取すると身体活動中の蓄熱量は低下する」Acta Physiologica . 206 (2): 98– 108. doi :10.1111/j.1748-1716.2012.02452.x. PMID  22574769. S2CID  23682662.Nishi, Y. (1981). 「人間の熱バランスの測定」 K. Cena & J. Clark (編).バイオエンジニアリング、熱生理学、快適性エルゼビア pp. 29–39を引用。
  5. ^ Atwater WO他「新呼吸熱量計の説明と人体におけるエネルギー保存則に関する実験」米国農務省Off Exp Sta Bull 63, 1899
  6. ^ ab McClave, SA; Snider, HL (1992). 「臨床栄養における間接熱量測定法の活用」.臨床栄養学. 7 (5): 207– 221. doi :10.1177/0115426592007005207. PMID  1289691.
  7. ^ Douglas, C. Gordon (1911年3月18日). 「ヒトの全呼吸交換量を測定する方法」. Proceedings of the Physiological Society . doi :10.1113/jphysiol.1911.sp001452 . 2024年9月10日閲覧。（ダグラス・バッグ）
  8. ^ 栄養学アカデミー「間接熱量測定法（IC）によるRMRの測定」 Nutr Clin Pract. 2007年8月;22(4):377-88.
  • 「間接熱量測定法（IC）によるRMRの測定」栄養学アカデミー - エビデンス分析ライブラリ
  • アメリカ臨床栄養学ジャーナル
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