安静時代謝率
休息中の哺乳類の代謝

安静時代謝率（RMR ）とは、生理学的恒常性と生物学的平衡の仮定の組み合わせによって定義される、厳密かつ安定した安静状態における哺乳類（またはその他の脊椎動物）の全身代謝を指します。RMRは基礎代謝率（BMR）とは異なり、BMR測定は完全な生理学的平衡を満たす必要があるのに対し、RMR測定条件は状況に応じた制約によって変化し、定義される可能性があります。したがって、BMRは捉えどころのない「完全な」定常状態で測定されるのに対し、RMR測定はよりアクセスしやすく、1日あたりのエネルギー消費量のほとんど、あるいは全てを表わす測定値または推定値となります。[1]

間接熱量測定は、呼吸測定法と生体エネルギーの関係を研究または臨床的に使用するもので、酸素消費量( VO2 ) と二酸化炭素、代謝水、まれに尿素などの老廃物の生成を測定することで、安静時のエネルギー消費量を定量化します。これらのパラメーターは、直接熱量測定法による体熱生成の測定値の約 98% に近似し、 i) エネルギーとii) 測定の時間枠の比率として表される RMR を表すために最も一般的に使用されます。たとえば、被験者の酸素消費量の分析後、安静時の個人から 5 分間の測定中に 5.5 キロカロリーのエネルギーが推定された場合、安静時の代謝率は = 1.1 kcal/分の速度に等しくなります。一部の関連測定値 ( METsなど) とは異なり、RMR 自体は体重を参照せず、細胞エネルギー代謝率自体とは関係がありません。

BMR測定における交絡因子の包括的な扱いは、1922年にマサチューセッツ州の工学教授フランク・B・サンボーンによってすでに実証されており、食事、姿勢、睡眠、筋肉活動、感情の影響の説明がBMRとRMRを区別するための基準となっている。[2] [3] [4]

間接熱量測定

コンピュータ以前の技術

1780年代にはフランス科学アカデミーでラヴォアジエ、ラプラス、セガンが哺乳類の被験者の直接熱量測定と呼吸ガス交換の関係を調査し、出版しました。100年後の19世紀にはコネチカット州に拠点を置くウェスリアン大学で、アトウォーター教授とローザ教授が、アミノ酸、グルコース、脂肪酸の代謝中にヒトの被験者で窒素、二酸化炭素、酸素の輸送に関する十分な証拠を提供し、自由生活するヒトの生体エネルギーを決定する上で間接熱量測定の価値をさらに確立しました。 [5] [6]アトウォーター教授とローザ教授の研究によって食品のカロリー値を計算することも可能になり、最終的には米国農務省が食品カロリーライブラリを作成するために採用した基準となりました。[7]

20世紀初頭、オックスフォード大学の生理学者クロード・ゴードン・ダグラスは、安価で持ち運び可能な呼気採取法を開発しました（コロラド州パイクスピークで実施される実験の準備の一環として）。この方法では、被験者はほぼ不浸透性の大容量採取袋に一定時間にわたって呼気を吐き出します。呼気の全量を測定し、酸素と二酸化炭素の含有量を分析し、吸入した「周囲」空気との差を計算することで、酸素摂取量と二酸化炭素排出量を決定します。[8]

呼気ガスからエネルギー消費量を推定するために、いくつかのアルゴリズムが開発されました。最も広く用いられているものの一つは、1949年にグラスゴー大学の研究生理学者JB・デ・V・ウィアーによって開発されました。彼が考案した代謝率推定のための簡略式は、ガス交換速度を体積/時間として尿中窒素を除外し、24時間エネルギー消費量を「1分あたりkcal」から「1日あたりkcal」に外挿するために時間換算係数1.44を考慮していました。ウィアーは実験にダグラス・バッグ法を用い、通常の生理学的条件下およびタンパク質摂取カロリーの約12.5%という食生活におけるタンパク質代謝の影響を無視できるという根拠として、次のように記しています。

「実際、摂取したタンパク質カロリーの割合が10～14%の場合、この式を使用した場合の最大誤差は500分の1未満です。」[9]
酸素と二酸化炭素が人間のエネルギー消費にどのように関係しているかの概要

コンピュータ支援RMR測定

1970年代初頭、コンピュータ技術によって、現場でのデータ処理、ある程度のリアルタイム分析、さらには酸素、二酸化炭素、気流などの代謝変数のグラフ表示が可能になり、学術機関が新しい方法で正確さと精度をテストするようになりました。[10] [11]その10年後には、電池駆動のシステムが登場しました。たとえば、累積酸素消費量と過去1分間の酸素消費量をデジタル表示するモバイルシステムのデモが、1977年の生理学会紀要で発表されました。[12]その後の数十年間で製造コストと計算コストが下がると、1990年代にはさまざまなモデルを作成および比較するためのさまざまな汎用較正方法が登場し、さまざまな設計の短所や利点に注目が集まりました。[13]コストの低下に加えて、代謝変数の二酸化炭素はしばしば無視され、代わりに体重管理と運動トレーニングの酸素消費モデルに焦点が当てられました。新世紀には、より小型の「デスクトップサイズ」の間接熱量計が専用のパソコンとプリンターとともに配布され、最新のWindowsベースのソフトウェアが実行されるようになった。[14]

使用

1日の総エネルギー消費量（TEE）を推定する際には、RMR測定が推奨されます。BMR測定は起床直後の狭い時間枠（および厳格な条件）に限定されるため、より緩やかな条件でのRMR測定が一般的に実施されます。USDAが実施したレビュー[15]では、ほとんどの出版物が安静時の測定条件（最新の食事摂取または身体活動からの時間など）を具体的に記載していました。この包括的なレビューでは、摂食による熱作用と1日を通して行われる活動による残留熱負荷により、RMRはBMRよりも10～20%高くなると推定されています。[要出典]

休息との関係代謝率そしてエネルギー消費

熱化学はさておき、代謝率とエネルギー消費量は、例えば RMR と REE を説明するときに誤って入れ替えられることがあります。[引用が必要]

安静時測定条件に関する臨床ガイドライン

栄養学アカデミー（AND）は、RMR測定のための被験者の準備に関する臨床ガイドラインを提供している。[16]摂食、ストレスの多い身体活動、カフェインやニコチンなどのSNS刺激物質への曝露による交絡因子の可能性を軽減するためである。[要出典]

準備として、被験者は 7 時間以上絶食し、カフェイン、ニコチンなどの刺激物やストレス要因、および目的のある運動などの激しい身体活動を避けるように注意する必要があります。

測定開始30分前から、被験者は仰向けに寝た状態で、身体動作、読書、音楽鑑賞を控えてください。環境は、常に静かで、照明は暗く、温度は一定に保つことで、刺激を軽減してください。これらの環境は測定中も維持されます。

さらに、適切にメンテナンスされた間接熱量計を正しく使用するには、再現性のある安静時における酸素消費量と二酸化炭素産生量を明らかにするために、自然で安定した呼吸パターンを達成することが含まれます。間接熱量測定法は、RMRを測定するためのゴールドスタンダード法と考えられています。[17]間接熱量計は通常、実験室や臨床現場で使用されていますが、技術の進歩により、RMR測定は自由生活環境でも行われるようになっています。[要出典]

体重管理におけるREEの使用

長期的な体重管理は、食事から吸収されるカロリーに正比例し、REE は一般に主に遺伝的に決定されると考えられています。しかし、エネルギー摂取量とエネルギー収支を推定する際には、無数の非カロリー要因も生物学的に重要な役割を果たします（ここでは取り上げません）。エネルギー消費量を数える場合、安静時測定値（RMR）の使用は、ほとんどの座りがちな人の 1 日の総エネルギー消費量（TDEE）の最大の部分を占めることが多いものを推定する最も正確な方法であり、カロリー摂取計画を立ててそれに従う際に最も近い近似値を提供します。したがって、長期的な体重管理を達成するには間接熱量測定による REE の推定が強く推奨されます。これは、USDA、AND（旧 ADA）、ACSMなどの評価の高い機関による継続的な観察研究により到達され、維持されている結論です。[要出典]

代謝率と24時間エネルギー消費量に共通する相関関係

エネルギー消費は、アルファベット順にリストされているいくつかの要因と相関しています。

  • 年齢: 疫学的に関連する老化、身体活動の低下、除脂肪筋肉量の減少の傾向に加えて、[18]細胞エネルギー代謝の低下（老化）もATPターンオーバーの遅延とREEの低下に寄与している可能性がある。[引用が必要]

人間以外の種に関する研究

RMR は、環境条件の変化に対する個体の反応を研究するために生態学でよく使用されます。

寄生虫は定義上、宿主に悪影響を及ぼすため、宿主のRMRにも影響を及ぼす可能性があると予想されます。寄生虫感染が宿主のRMRに及ぼす影響は様々であることが分かっています。ほとんどの研究は寄生虫感染に伴うRMRの上昇を示唆していますが、中には影響が見られなかったり、RMRが減少することさえ示唆する研究もあり、これはエネルギーと酸素を節約するための防御機構によるものと考えられます。寄生虫感染に伴うRMRの変化の方向性にこのようなばらつきが見られる理由は依然として不明です。[19]

参考文献

  1. ^ Ravussin, E.; Burnand, B.; Schutz, Y.; Jéquier, E. (1982年3月1日). 「肥満者、中等度肥満者、および対照群における24時間エネルギー消費量と安静時代謝率」. The American Journal of Clinical Nutrition . 35 (3): 566– 573. doi : 10.1093/ajcn/35.3.566 . ISSN  0002-9165. PMID  6801963.
  2. ^ Sanborn MS, Frank B (1922). 基礎代謝：その測定と応用. p. 20. 2016年3月21日閲覧。
  3. ^ McNab, BK 1997. 基礎代謝率の定義における均一性の有用性について. 生理学・動物誌. 第70巻; 718–720.
  4. ^ Speakman, JR, Krol, E., Johnson, MS 2004. 基礎代謝率の個人差の機能的意義. Phys. Biochem. Zool. Vol. 77(6):900–915.
  5. ^ 特殊構造の呼吸熱量計を用いた人体における窒素および炭素の代謝に関する予備調査報告書。ワシントン：政府印刷局。1897年。 2016年3月7日閲覧– インターネットアーカイブ経由。
  6. ^ 「新型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」ワシントン：政府印刷。1899年。2016年3月7日閲覧– インターネットアーカイブ経由。
  7. ^ カロリーが重要な理由. 2016年3月3日閲覧。 {{cite book}}:|website=無視されました (ヘルプ)
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  9. ^ Weir, JB de V. (1949). 「タンパク質代謝に特に着目した代謝率の新しい計算法」. The Journal of Physiology . 109 ( 1–2 ): 1–9 . doi :10.1113/jphysiol.1949.sp004363. PMC 1392602. PMID  15394301 . 
  10. ^ Beaver, WL; Wasserman, K; Whipp, BJ (1973). 「運動機能テストのオンラインコンピュータ解析と呼吸ごとのグラフィカル表示」. Journal of Applied Physiology . 34 (1): 128– 132. doi :10.1152/jappl.1973.34.1.128. PMID  4697371.
  11. ^ Wilmore, JH; Davis, JA; Norton, AC (1976). 「運動中の代謝および呼吸機能を評価するための自動システム」. Journal of Applied Physiology . 40 (4): 619– 624. doi :10.1152/jappl.1976.40.4.619. PMID  931884.
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  14. ^ 「Angeion 2005 年次報告書 -- 7ページ -- 事業内容の説明 -- 全般」（PDF）MGC Diagnostics Company . MGC Diagnostics . 2016年3月7日閲覧。
  15. ^ 「エネルギー、炭水化物、食物繊維、脂肪、脂肪酸、コレステロール、タンパク質、アミノ酸（主要栄養素）の食事摂取基準（2005年）」米国農務省（USDA）。米国科学アカデミー、医学研究所、食品栄養委員会。2016年3月10日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2016年3月21日閲覧。
  16. ^ レイナー、ホリー、シャンパーニュ、キャサリン (2016). 「栄養・食事療法アカデミーの立場：成人の過体重および肥満の治療のための介入」栄養・食事療法アカデミージャーナル. 116 (1): 129– 47. doi :10.1016/j.jand.2015.10.031. PMID  26718656. 2016年3月21日閲覧。
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  18. ^ マノーレ、メリンダ、マイヤー、ナンナ、トンプソン、ジャニス (2009). スポーツ栄養学：健康とパフォーマンス（第2版）. アメリカ合衆国: ヒューマン・キネティクス. ISBN 9780736052955. 2019年10月30日閲覧。
  19. ^ ロバー, ニコラス; マレー, デニス L.; バーネス, ゲイリー (2011). 「寄生虫による宿主のエネルギー消費への影響：安静時代謝率の膠着状態」. Canadian Journal of Zoology . 89 (11): 1146– 1155. doi :10.1139/z11-084.
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