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Lillà Lionetti » 4.Metodiche meccanicistiche: idrometria o diluizione isotopica


Metodica meccanicistica: diluizione isotopica

La diluizione isotopica, o idrometria:

  1. è una metodica meccanicistica e come tale si basa su formule di steady state elaborate da modelli biologici;
  2. è la metodica più affidabile per la determinazione dell’acqua totale corporea (TBW), è stata messa a punto per la prima volta da George von Hevesy nel 1934 e consiste nella determinazione dello spazio corporeo occupato dall’acqua attraverso la misura dello spazio di diluizione di traccianti radioattivi quali gli isotopi dell’idrogeno o dell’ossigeno o di traccianti chimici quali l’etanolo e l’urea.
  3. è stata il “gold standard” (la metodica standard di riferimento di elezione) per metodi di analisi della composizione corporea quali l’impedenziometria.

Per approfondimenti sulla metodica:

Proprietà dei traccianti utilizzati

I traccianti utilizzati nella metodica di diluizione isotopica devono avere tre proprietà:

  1. Devono avere lo stesso o simile spazio di distribuzione del componente da determinare (acqua).
  2. Devono avere una proprietà che li distingue (ad esempio colore o radioattivo) che può essere quantificata.
  3. Devono essere atossici alle quantità utilizzate.

Come si effettua l’idrometria

  1. Al soggetto in esame viene somministrata una quantità nota di tracciante (il più utilizzato è l’acqua triziata);
  2. Si permette al trizio di distribuirsi egualmente in tutto il compartimento di acqua corporeo per circa 3 ore (tempo di equilibrio in cui l’acqua triziata non dovrebbe essere eliminata o metabolizzata);
  3. Si fa un prelievo di sangue (o urine) e si determina la concentrazione dell’acqua triziata nel campione;
  4. la concentrazione del tracciante è inversamente proporzionale allo spazio di distribuzione;
  5. Dalla concentrazione del tracciante si calcola il volume di acqua totale corporea;
  6. Dal volume di acqua totale corporea si determina la massa magra.
Schema di effettuazione della diluizione isotopica

Schema di effettuazione della diluizione isotopica


Regole da rispettare per l’esecuzione della idrometria

Si devono rispettare le seguenti regole nell’effettuazione dell’idrometria:

  1. Il tempo di equilibrio del tracciante deve essere noto;
  2. Il volume da determinare non si deve modificare durante la esecuzione della metodica;
  3. Il tracciante non deve uscire in quantità apprezzabili dal pool di distribuzione e in tal caso deve esserne misurata l’eliminazione;
  4. Il tracciante non deve essere metabolizzato durante il tempo di equilibrio;
  5. Il tracciante non deve diluirsi in spazi diversi da quelli da determinare.

Isotopo utilizzato

L’isotopo più utilizzato è l’H3 che misura il pool totale dell’idrogeno scambiabile, inclusi gli H presenti nelle proteine, glicogeno e lipidi che corrispondono al 5,2% dell’idrogeno totale.

Per l’elevato tempo di scambio tra idrogeno dell’acqua e idrogeno delle molecole organiche è corretto assumere che ai tempo di equilibrio utilizzati (circa 3 ore) si misura esclusivamente l’acqua corporea.

Calcolo del volume di acqua corporea

Al soggetto in esame viene somministrata una quantità nota (Qi= quantità iniziale) di tracciante (ad esempio isotopo acqua triziata H3O) in un volume noto (Vi= volume iniziale). Quindi è nota la concentrazione iniziale (Ci) della soluzione di isotopo somministrata.

Dopo 3 ore viene determinata la concentrazione di isotopo (Cf=concentrazione finale) del volume prelevato di sangue o di urine.

Concentrazione isotopo iniziale e finale

Concentrazione isotopo iniziale e finale


Calcolo del volume di acqua corporea (segue)

Poiché la quantità finale di isotopo (Qf) presente nell’intero organismo è uguale a quella iniziale (Qi) di isotopo somministrato (se si considera che non è stato né metabolizzato, né eliminato) si avrà l’uguaglianza:

Qi=Qf (1)

e quindi sapendo che:

C=Q/V

Q=CxV

l’uguaglianza 1 potrà essere scritta anche come:

CixVi=Cf x Vf

Risolvendola per Vf:

Vf=CixVi/Cf (2)

Quindi il Vf che corrisponde al volume finale in cui si è ridistribuito il tracciante (e quindi il volume di acqua totale corporea) può essere calcolato conoscendo la Ci e Vi della soluzione di isotopo somministrata e la Cf del volume di campione di urine o di sangue prelevato.

Correzione per l’isotopo metabolizzato

Tenendo presente che circa il 5% dell’idrogeno somministrato come isotopo viene metabolizzato (trasferito dall’acqua alle sostanze organiche) si può applicare la seguente correzione per calcolare l’acqua corporea totale:

TBW=Vf x 0.95

Calcolo della massa magra e della massa grassa

Una volta calcolata la TBW, tenendo presente la formula di steady state che indica che circa il 73% della massa magra è costituita da acqua,
si può calcolare la massa magra FFM).

La massa grassa (FM) può essere poi calcolata per differenza tra il peso corporeo (BW) e la massa magra (FFM).

Determinazione delle componenti del modello bicompartimentale

Determinazione delle componenti del modello bicompartimentale


Diluizione isotopica: serie di metodi di tipo II

La diluizione isotopica quindi permette la determinazione della composizione corporea a livello bicompartimentale attraverso una serie di metodi di tipo II (meccanicistici) per determinare la massa magra e massa grassa.

  1. Nel primo passaggio attraverso una proprietà misurabile (PA; profilo di decadimento dell’isotopo specifico) si determina la componente TBW con una funzione matematica basata sul modello di diluizione.
  2. Nel secondo passaggio si deriva la componente massa magra (C2) dalla componente precedentemente determinata TBW (C1) assumendo la proporzione costante tra massa magra e TBW (formula di steady state).
  3. Nel terzo passaggio una proprietà (PB:peso corporeo) e una componente calcolata (C2:FFM) sono utilizzate per determinare un’altra componente: la massa grassa (C3:FM).
Diluizione isotopica e determinazione del peso corporeo come metodo combinato per determinare la massa grassa

Diluizione isotopica e determinazione del peso corporeo come metodo combinato per determinare la massa grassa


Determinazione dell’acqua extracellulare ed intracellulare

Utilizzando l’idrometria è possibile anche determinare separatamente l’acqua extracellulare (ECW) e l’acqua intracellulare (ICW).

Infatti l’ECW può essere determinata somministrando un tracciante che non oltrepassa la membrana cellulare e quindi si distribuisce solo nello spazio extracellulare.

I traccianti più utilizzati a tale scopo sono i sali di bromuro.

L’ICW non può essere calcolata direttamente ma può essere calcolata come differenza tra TBW ed ECW.

Calcolo dell’acqua intracellulare mediante diluizione isotopica

Calcolo dell'acqua intracellulare mediante diluizione isotopica


Limiti ed importanza della idrometria

L’uso della diluizione isotopica, per l’esposizione radioattiva, è limitato alla ricerca e alla validazione di tecniche non invasive.

E’ bene ricordare che la idrometria:

  • è una metodica meccanicistica ed
  • è stata a lungo la metodica di riferimento preferita (gold standard) per alcune delle metodiche descrittive più utilizzate a livello ambulatoriale (impedenziometria…).

I materiali di supporto della lezione

Hydration of fat-free body mass: new physiological modeling approach. Wang Z, Deurenberg P, Wang W, Pietrobelli A, Baumgartner RN, Heymsfield SB.

Am J Physiol. 1999 Jun;276(6 Pt 1):E995-E1003.PMID: 10362610 [PubMed - indexed for MEDLINE] Related articles Free article 22.

Four-component model of body composition in children: density and hydration of fat-free mass and comparison with simpler models. Wells JC, Fuller NJ, Dewit O, Fewtrell MS, Elia M, Cole TJ. Am J Clin Nutr. 1999 May;69(5):904-12.PMID: 10232629 [PubMed - indexed for MEDLINE] Related articles Free article 23.

Hydration of fat-free body mass: review and critique of a classic body-composition constant. Wang Z, Deurenberg P, Wang W, Pietrobelli A, Baumgartner RN, Heymsfield SB. Am J Clin Nutr. 1999 May;69(5):833-41. Review.PMID: 10232621 [PubMed - indexed for MEDLINE ]Related articles Free article

Nutritional assessment by isotope dilution analysis of body composition. Szeluga DJ, Stuart RK, Utermohlen V, Santos GW. Am J Clin Nutr. 1984 Oct;40(4):847-54.

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