Способы определения массы тела 2 способа

Способы измерения массы тела в физике

Масса тела в физике

Масса тела (m) — это скалярная физическая величина, которая является мерой инертности тела и гравитационного взаимодействия.

Масса тела отображает, как оно сопротивляется изменению скорости и как сильно притягивается к Земле. Чем больше масса тела, тем меньше изменяется его скорость при воздействии на него.

В международной системе единиц (СИ) массу измеряют в килограммах.

Масса — это аддитивная (то есть добавочная) величина. Масса совокупности тел или материальных точек равна сумме масс всех отдельный тел.

Масса тела не зависит от движения тела, его расположения и воздействия других тел. Согласно закону сохранения массы, в замкнутой механической системе тел масса неизменна во времени.

Чем отличается от веса тела, связь инерции и массы

Хотя в повседневности понятие «масса» часто путают с понятием «вес», в физике они сильно отличаются.

Вес тела (P) — это сила, с которой тело действует на опору или подвес.

P = m g , где P — вес тела, m — масса тела, g — ускорение свободного падения, равное на Земле 9 , 8 м / с 2 .

Перечислим основные различия массы и веса.

1. Масса отражает инертность тела или заряд гравитационного поля. Вес, в свою очередь, отражает силу, с которой тело действует на опору или подвес.
2. Масса — скалярная величина, она не имеет направления. Вес — векторная величина.
3. Вес определяется не внутренними свойствами объекта, а гравитационными силами. Это означает, что на разных планетах вес тела будет отличаться, а масса останется неизменной. В невесомости масса космонавта будет такой же, как на Земле, а вот вес будет равен нулю.
4. Масса тела измеряется в килограммах, а вес — в ньютонах.

Определение 3

Инертность — это свойство тела препятствовать изменению своей скорости при воздействии на него внешних сил.

Инерция — это физическое явление, при котором тело сохраняет свою скорость постоянной или находится в покое, если на него не действуют другие тела или их действие скомпенсировано.

Закон инерции постулируется первым законом Ньютона. Приведем современную формулировку закона.

Существуют такие системы отсчёта, называемые инерциальными, относительно которых материальные точки, когда на них не действуют никакие силы (или действуют силы взаимно уравновешенные), находятся в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения.

Второй закон Ньютона в классической механике вводит массу как проявление инертности тела или материальной точки в определенной системе отсчета.

Согласно современной формулировке, второй закон Ньютона звучит следующим образом.

В инерциальной системе отсчёта ускорение, которое получает материальная точка с постоянной массой, прямо пропорционально равнодействующей всех приложенных к ней сил и обратно пропорционально её массе.

В виде формулы закон выглядит как:

где a → — ускорение материальной точки, F → — равнодействующая сил, приложенных к материальной точке, m — масса материальной точки.

Что характеризует, каким прибором измеряют

Выделяют два вида массы:

• инертная;
• гравитационная.

Определение 5

Инертная масса показывает инертность тел и выражена во втором законе Ньютона.

Гравитационная масса характеризует силу, с которой тело взаимодействует с полями тяготения и какое гравитационное поле создает само. Входит в закон всемирного тяготения.

Согласно экспериментам на Земле, разницы между гравитационной массой и инертной нет, так что их можно считать равными и объединять в общее краткое понятие. Как правило, они также имеют общее обозначение m.

Масса измеряется в килограммах (кг). Для того, чтобы ее измерить, используют специальный прибор – весы.

Весы измеряют массу тела, а не его вес. Но в повседневном сознании эти понятия считают синонимичными.

Если к телу приложена сила с ускорением 1 м / с 2 , а сила при этом равна 1 Н, то масса такого тела равна 1 кг.

В Международном бюро мер и весов находится эталон массы в 1 кг. С 2018 года им является цилиндр диаметром и высотой в 39,17 мм. Цилиндр состоит из сплава, состоящего на 90% из платины и на 10% из иридия.

Как выражается через плотность и объем, формула

Плотность вещества ( ρ ) — это постоянная величина, равная частному от деления массы вещества на его объем. Плотность отображает, чему равна масса вещества в объеме 1 м 3 . Измеряется в к г / м 3 .

ρ = m V , где ρ — плотность вещества, m — масса вещества, V — объем вещества.

Из этой формулы можно вывести формулу массы.

Примеры решения задач на второй закон Ньютона

Второй закон Ньютона описывает взаимосвязь ускорения, равнодействующей всей сил, приложенных к телу, а также массы тела. Это основной закон динамики.

Напомним формулу Второго закона:

Решим несколько задач по этой формуле.

Дано. На движущееся прямолинейно тело массой 36 кг действует сила, равная 54 Н . Вычислите, чему равно ускорение тела.

Решение. Ускорение и сила, действующая на тело, направлены в одну сторону. Соответственно, ускорение и равнодействующую сил можно рассматривать как скалярные величины.

1 H = 1 к г · м / c 2 , отсюда:

a = 54 Н 36 к г = 1 , 5 м / с 2

Ответ. 1 , 5 м / с 2 .

Дано. Тело массой 10 кг, двигаясь равноускоренно без начальной скорости, за 1 мин прошло в горизонтальном направлении путь, равный 27 м. Произведите необходимые расчеты, чтобы определить, чему равна сила, действующая на тело.

Решение. Прежде чем проводить вычисления, необходимо перевести все единицы в единую систему измерений. Возьмем СИ. Масса выражена в кг, путь — в м. Необходимо перевести время в с:

Ускорение можно найти по формуле пути равноускоренного движения:

S = a t 2 2 ⇒ a = 2 S t 2

a = 2 · 27 м ( 60 с ) 2 = 54 м 360 с 2 = 0 , 15 м / с 2

Теперь можно найти силу F:

F = a m = 0 , 15 м / с 2 · 10 к г = 1 , 5 Н .

Источник

Презентация по физике на тему «Способы определения массы тел» (7 класс)

Описание презентации по отдельным слайдам:

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАССЫ ТЕЛ МБОУ «Школа №26» города Дзержинска Нижегородской области Руководитель: Фролова Ирина Павловна Выполнил: ученик 7 «А» Спирин Егор

МАССА тела – это физическая величина, которая является мерой инертности тела. Мы уже знаем, что инерция – движение тела при отсутствии действия на него других тел. Обозначение массы тела – m Единицы измерения массы тела: гр, кг, т, ц

Рассмотрим один из способов определения массы тела – это взвешивание на весах.

Прибор для измерения массы – ВЕСЫ. Они бывают: — Рычажные, Пружинные, Электронные Взвешивание на весах, то есть необходимо сравнить массу тела с массой эталона. В международной системе единиц СИ за единицу массы принят один килограмм. Килограмм – это масса ЭТАЛОНА. Эталон изготовлен из сплава двух металлов: платины и иридия. Международный эталон килограмма хранится в г. Севре близ Парижа (Франция). В соответствии с эталоном изготовлено 40 точнейших копий, одна из которых храниться в России, а именно в Санкт-Петербурге в Институте метрологии.

Тело меньшей массы менее инертно, так как его скорость изменяется больше Тело большей массы более инертно, то есть дольше «пытается» сохранить свою скорость неизменной

Сделаю вывод: 1. Масса – физическая величина, характеризующая инертность тела. 2. Массу тела можно определить по изменению скорости тела при его взаимодействии с другим телом. 3. Массу тела можно определить взвешиванием на весах. 4. Основной единицей массы в «СИ» является килограмм.

Используемая литература: 1. А.В. Перышкин Учебник «Физика» п.20,21; 2. Ресурсы сети интернет

Всем спасибо за внимание !

Курс повышения квалификации

Дистанционное обучение как современный формат преподавания

• Сейчас обучается 801 человек из 76 регионов

Курс профессиональной переподготовки

Физика: теория и методика преподавания в образовательной организации

• Сейчас обучается 359 человек из 68 регионов

Курс профессиональной переподготовки

Методическая работа в онлайн-образовании

• Сейчас обучается 24 человека из 13 регионов

Ищем педагогов в команду «Инфоурок»

На уроках физики учащиеся выполняют лабораторную работу «Измерение

массы тела на рычажных весах», где учатся пользоваться рычажными

весами и определять массу тел прямым способом.

А как быть, если весов нет? Можно ли измерить массу тела другими

способами? Все выше изложенное определяет актуальность предлагаемой презентации.

Цель презентации выяснить, какими косвенными способами можно

измерить массу тела.

Для реализации этой цели, решаются следующие задачи:

1. Подобрать и проанализировать литературу по теме исследования.

2. Познакомиться с этимологией и историей понятия «масса».

3. Найти и создать копилку косвенных способов измерений массы тел.

4. Проверить косвенные способы измерения массы тела на практике.

5. Изготовить модель рычажных весы.

Номер материала: ДБ-1512931

Международная дистанционная олимпиада Осень 2021

Не нашли то что искали?

Вам будут интересны эти курсы:

Оставьте свой комментарий

Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.

Безлимитный доступ к занятиям с онлайн-репетиторами

Выгоднее, чем оплачивать каждое занятие отдельно

Минпросвещения будет стремиться к унификации школьных учебников в России

Время чтения: 1 минута

Рособрнадзор откажется от ОС Windows при проведении ЕГЭ до конца 2024 года

Время чтения: 1 минута

Минпросвещения разрабатывает образовательный минимум для подготовки педагогов

Время чтения: 2 минуты

В Осетии студенты проведут уроки вместо учителей старше 60 лет

Время чтения: 1 минута

Российский совет олимпиад школьников намерен усилить требования к олимпиадам

Время чтения: 2 минуты

Минобрнауки учредит именные стипендии для студентов из малочисленных народов

Время чтения: 1 минута

Подарочные сертификаты

Ответственность за разрешение любых спорных моментов, касающихся самих материалов и их содержания, берут на себя пользователи, разместившие материал на сайте. Однако администрация сайта готова оказать всяческую поддержку в решении любых вопросов, связанных с работой и содержанием сайта. Если Вы заметили, что на данном сайте незаконно используются материалы, сообщите об этом администрации сайта через форму обратной связи.

Все материалы, размещенные на сайте, созданы авторами сайта либо размещены пользователями сайта и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Авторские права на материалы принадлежат их законным авторам. Частичное или полное копирование материалов сайта без письменного разрешения администрации сайта запрещено! Мнение администрации может не совпадать с точкой зрения авторов.

Источник

Ключ к программе диетотерапии – методы оценки состава тела

С развитием диетологии как части комплексной терапии больного на первый план выходит актуальная проблема — определение критериев эффективности проведения диетотерапии. Помимо стандартных способов стабилизации патологического процесса, таких как объективный осмотр пациента, инструментальное и лабораторное исследование показателей функционирования органов и систем, в практической диетологии появились новые методики определения состава тела человека, которым присущи наиболее объективные критерии оценки пищевого статуса пациента. Теперь, применяя эти современные методы, врач-диетолог может максимально точно определять эффективность назначенного лечебного питания.

Актуальность рассмотрения темы «Методики определения состава тела человека» заключается в необходимости вводить в работу врача-диетолога, лечащего врача перечень современных требований к оценке пищевого статуса.

В основу представленного обзора положены научные труды отечественных и зарубежных авторов, в том числе монографии «Технологии и методы определения тела человека» (Мартиросов Э. Г., Николаев Д. В., Руднев С. Г. 2006 г.), «Биоимпедансный анализ состава тела человека» (Николаев Д. В., Смирнов А. В., Бобринская И. Г., Руднев С. Г. 2009 г.), «Состав тела человека: история изучения и новые технологии определения» (Николаев В. Г., Синдеева Л. В., Нехаева Т. Н., Юсупов Р. Д. 2011 г.).

В кабинете диетолога. Стандарт оснащения кабинета врача-диетолога

Приказом Минздравсоцразвития РФ от 24.06.2010 № 474н «Об утверждении Порядка оказания медицинской помощи населению по профилю „диетология“» в Приложении № 3 представлен стандарт оснащения кабинета врача-диетолога (см. табл. 1).

В перечне наименований оборудования необходимого для использования врачом-диетологом должны быть:

• весы медицинские;
• ростомер;
• лента сантиметровая;
• калипер;
• аппарат для исследования компонентного состава тела (биоимпедансометрии).

Всё перечисленное оборудование — это инструменты или аппараты для проведения оценки состава тела. Его изучение играет ключевую роль в оценке пищевого статуса пациента, прогнозировании течения заболеваний. Результаты этого исследования применяются при анализе риска развития ряда патологических состояний.

Модели состава тела

В основе оценки состава тела положен принцип разделения его на два или несколько взаимодополняющих компонента. Например, представление массы тела в виде суммы жировой и безжировой массы используется для диагностики избыточной массы тела и ожирения, а также для оценки риска сопутствующих заболеваний. В настоящее время предложено несколько моделей состава тела: двух-, трех-, четырех- и многокомпонентные модели.

Двухкомпонентная модель (традиционная модель)

В основу этой модели заложен принцип различия плотности жировой и безжировой массы. Т. е. масса тела представлена в виде суммы жировой и безжировой массы.

Масса тела, свободная от жира (т. е. липидов), имеет название безжировой массы. Она состоит из воды, мышечной массы, массы скелета и других составляющих. При этом жировая масса тела (ЖМТ) — это масса всех липидов в организме, наиболее лабильный компонент массы тела. Норма содержания жира в организме мужчин составляет около 15 % от массы тела, женщин — около 20 %. У больных ожирением этот показатель увеличен более чем в два раза.

Жир, находящийся в организме человека, анатомически подразделяют на следующие виды:

• Существенный жир, необходимый для нормальной жизнедеятельности органов и тканей. Относительное содержание существенного жира весьма стабильно и составляет около 2 % безжировой массы.
• Несущественный жир, образующий основной запас метаболической энергии и выполняющий функцию термоизоляции внутренних органов. Состоит из подкожного и внутреннего жира.
• Подкожный жир, распределенный вдоль поверхности тела относительно равномерно.
• Внутренний(висцеральный)жир, сосредоточенный главным образом в брюшной полости.
• Абдоминальный жир — это совокупность внутреннего и подкожного жира, локализованных в области живота.

Традиционную двукомпонентную модель можно использовать для характеристики групповых средних значений процента жировой массы тела. Из-за существования большого количества вариантов плотности безжировой массы этот показатель оказался малопригодным для мониторинга изменений состава тела на индивидуальном уровне за исключением случаев предварительной диагностики и оценки эффективности лечения истощения или ожирения (Heymsfieldetal., 2005). Установлено, что риск развития сердечно-сосудистых и других заболеваний, связанных с избыточной массой тела, коррелирует выше с содержанием внутреннего, а не подкожного жира (Larssonetal., 1992).

Трехкомпонентные модели

Разработка трехкомпонентных моделей состава тела связаны с необходимостью детализации понятия безжировой массы и с развитием методов прижизненной оценки ее отдельных фракций. Измеряемыми величинами здесь являются масса тела, плотность тела и общая вода организма.

Использование трехкомпонентных моделей для характеристики популяций здоровых взрослых людей и подростков позволяет несколько улучшить точность оценки процента ЖМТ.

Четырехкомпонентные модели

У пациентов с нарушениями баланса жидкости в организме или изменениями мышечной массы тела оценка процента ЖМТ с использованием трехкомпонентных моделей дает значительную погрешность. В этом случае используют четырехкомпонентную модель с одновременным определением содержания воды в организме и минеральной массы тела (чаще используется минеральная масса костей), при этом масса остатка состоит из суммы белковой массы и минеральной массы мягких тканей.

Данным методом измеряются четыре показателя: масса и плотность тела, содержание воды в организме и минеральная масса костей. Главная сложность в определении оценки процента ЖМТ при использовании четырехкомпонентных моделей связана с естественной вариацией отношения белок / минеральная масса тела, так как надежная оценка белковой массы invivo возможна только через измерение содержания азота в организме.

Золотым стандартом для оценки процента ЖМТ являются четырехкомпонентные модели состава тела. Измерение осуществляется при помощи новых прогнозирующих формул для оценки жировой массы на основе антропометрии, калиперометрии и биоимпедансного анализа.

Многокомпонентные модели

Эти модели обычно классифицируют не только по количеству рассматриваемых компонентов массы тела, но и по их принадлежности к одному из пяти уровней организации биологической системы:

• элементному;
• молекулярному;
• клеточному;
• тканевому;
• органному.

Уровни организации биологической системы

Элементный уровень. В организме человека содержится около 50 химических элементов, при этом четыре элемента — кислород, углерод, водород и азот — составляют в сумме около 95 % массы тела. Для оценки элементного состава тела применяется нейтронный активационный анализ.

Наиболее устойчивые соотношения между содержанием в организме различных химических элементов обычно наблюдаются для элементов, образующих естественные соединения. Например, свыше 99 % всего кальция в организме находится в костной ткани в составе гидроксиапатита кальция.

Соотношения между элементами, не образующими химические соединения, могут быть относительно постоянными в норме, но при этом значительно варьировать при заболеваниях. Так, нарушение водно-электролитного баланса приводит к изменению концентрации калия в клеточной жидкости.

Молекулярный уровень. Молекулярный состав тела представлен водой, липидами, белками, углеводами и минеральными веществами.

Основу биологических жидкостей составляет вода с растворенными в ней электролитами. Важнейшая функция жидких сред организма — транспорт и обмен веществ. Сумма клеточной и внеклеточной жидкости рассматривается как общая вода организма. Внеклеточная жидкость состоит из плазмы крови, лимфы и интерстициальной жидкости, а также внутриглазной, синовиальной и спинномозговой жидкости.

Организм человека состоит из белковых соединений. В настоящее время проводится количественная оценка общего содержания белков, а также их мышечной и внемышечной фракций.

Углеводы в организме человека представлены главным образом гликогеном, который содержится в клетках мышц и печени. Общая масса гликогена у взрослого человека составляет около 1 кг.

Минеральные вещества составляют около 5 % массы тела. Они содержатся как в костях скелета, так и в мягких тканях.

Клеточный уровень. Клеточный уровень строения тела характеризуется содержанием клеток разных типов, объемом вне- и внутриклеточной жидкости и массой внеклеточных твердых веществ.

Для характеристики клеток организма, потребляющих основную часть кислорода и энергии, выделяющих основную часть углекислого газа и производящих метаболическую работу, Ф. Д. Мур предложил понятие клеточной массы тела (КМТ).

КМТ состоит из клеток печени, почек, сердца, скелетной и гладкой мускулатуры, нервной, паренхиматозной и других тканей. Это понятие объединяет компоненты тела, подверженные наибольшим трансформациям под действием изменений режима питания, заболеваний и физических нагрузок. КМТ не содержит клетки соединительной ткани, костей скелета и черепа и других тканей с низкой скоростью обменных процессов.

Тканевой уровень. Тканевой уровень строения тела представлен скелетно-мышечной, жировой, костной тканями и внутренними органами. Масса тканей и органов оценивается путем измерения объема. Часто при заболеваниях химический состав тканей меняется даже при относительном постоянстве объема, а содержание липидов варьирует в зависимости от процентного содержания жира в организме и других факторов. Это служит препятствием для непосредственного сопоставления моделей тканевого и молекулярного уровней.

Изучение состава тела на различных уровнях стало возможным при применении различных методов исследования. Так, за небольшой временной период оценка состава тела человека от классических методов антропометрии и гидростатического взвешивания была усовершенствована новыми методами, основанными на измерении параметров внешних физических полей при их взаимодействии с организмом: рентгеновской костной денситометрии, компьютерной и магнитно-резонансной томографией, ультразвуковой и инфракрасной диагностикой. Метод многочастотного биоимпедансного анализа для оценки баланса водных секторов организма хорошо зарекомендовал себя в интенсивной терапии, гемодиализе, кардиохирургии.

История открытия методов для оценки состава тела

Вероятно, первые попытки объективного количественного исследования тела были связаны с началом формирования естественно-научной картины мира.

Значительный интерес вызывало такое явление, как ожирение. В своих трудах, посвященных ожирению, Гиппократ, Гален и Артей из Каппадокии различали «водяную тучность» и «твердое ожирение» (без отеков). Твердое ожирение они рассматривали как результат переедания и предлагали лечить его голоданием и физическими нагрузками. Гиппократ обращал внимание, что чрезмерно тучные люди живут меньше, а слишком полные женщины бесплодны.

Другим примером начала формирования научного подхода к изучению состава тела являются знаменитые опыты древнегреческого ученого Архимеда по изучению физических свойств материальных тел путем их погружения в жидкость. Закон Архимеда, описанный им в трактате «О плавающих телах», лежит в основе гидростатической денситометрии — одного из современных методов определения состава тела человека.

В первой половине XIX в. в связи с применением математической статистики в демографических и биологических исследованиях было положено новое направление оценки состава тела — весо-ростовые индексы. Так, до нашего времени как основной индекс оценки пищевого статуса пациента используется индекс Кетле. Для общей характеристики человеческих популяций А. Кетле в 1835 г. ввел понятие «среднего человека», а для оценки индивидуального физического развития впервые в истории антропологии он предложил весо-ростовые индексы. Наибольшей популярностью остается индекс Кетле, равный отношению массы тела, измеряемой к килограммах, к квадрату длины тела, измеряемой в метрах.

Индекс Кетле применяется Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ) для характеристики пищевого статуса, предварительной диагностики ожирения и оценки риска развития сердечно-сосудистых и других заболеваний. При обследовании больных ожирением индекс Кетле рекомендуется считать пятым основным показателем жизнедеятельности организма.

Источник: Мартиросов Э. Г., Николаев Д. В., Руднев С. Г. «Технологии и методы определения тела человека». М. Наука, 2006 г.

Современные методы оценки состава тела

В настоящее время есть несколько групп методов для оценки состава тела:

1. Антропометрические методы:

• стандарты телосложения, индексы массы тела;
• калиперометрия;

2. Методы на основе плотности и объема тела:

• гидростатическая денситометрия;
• волюминометрия;
• воздушная плетизмография;
• альтернативные методы;

3. Биофизические методы:

• методы разведения индикаторов;
• биоэлектрические методы:
• биоимпедансный анализ;
• общий метод электрической проводимости;
• метод инфракрасного отражения;
• определение естественной радиактивности всего тела.

В данной статье мы рассмотрим наиболее простые и доступные методы оценки состояния питания, которые вошли в практическую диетологию достаточно давно. А также представим научно-обоснованную информацию о возможности применения новых современных методов оценки состава тела человека — антропометрии, калиперометрии и биоимпедансометрии.

Простые индексы

Наиболее доступным и в то же время корректным методом для характеристики состава тела являются индексы, в расчете которых используются такие параметры, как масса тела и рост. Наибольшее распространение на практике получил индекс Кетле, иногда его называют индексом Кетле-Гульда-Каупа или более коротко — индексом массы тела (ИМТ).

Индекс Кетле = масса тела, кг / (длина тела, м) 2

Оценка индекса массы тела проводится в соответствии с показателем индекса Кетле с учетом возрастных групп (см. табл. 3).

В 2001 г. предложен способ зрительной оценки величины индекса массы тела (см. рис. 1). На основе обработки большого массива данных измерений различным значениям индекса массы тела у мужчин и женщин был поставлен в соответствие вариационный ряд очертаний тела (фигуры) (см. табл. 5). Нормальный диапазон значений ИМТ соответствует типам фигур 1–6 для мужчин и 1–5 для женщин. Ожирению у мужчин соответствует тип фигуры 7 и выше, у женщин 6 и выше.

По данным проведенных исследований информативность индекса Кетле для изучения состава тела остается одним из эталонных методов (Smalltey et.al.,1990). Коэффициент корреляции составляет 0,69–0,82 при сравнении показателей ИМТ (Кетле) с результатами изменения состава тела методом гидростатической денситометрии. Результаты этих исследований подтверждены учеными в дальнейших работах, в результате которых был сделан следующий вывод: «При обследовании взрослых людей, больных ожирением, не следует проявлять особой избирательности в том, какой из индексов лучше использовать, достаточно использования общепринятого индекса Кетле, рекомендованного экспертами ВОЗ для оценки состава тела человека».

Хотите больше новой информации по вопросам диетологии?
Оформите подписку на информационно-практический журнал «Практическая диетология»!

По данным мультицентрового исследования (Calle e tal., 1999) проведен анализ результатов длительного наблюдения за группой более 1 млн человек. Цель этого мероприятия — анализ факторов риска снижения продолжителности жизни. Итоги наблюдений: при ИМТ от 20,5 до 24,9 независимо от пола и возраста установлены наиболее низкие показатели смертности. Величина ИМТ повышалась в группе с высоким уровнем смертности от сердечно-сосудистой патологии и рака. В то же время при уменьшении величины ИМТ ниже возрастной нормы увеличивались показатели смертности от пневмонии, заболеваний сосудов головного мозга и болезней центральной нервной системы.

Таким образом, проведенный анализ исследований свидетельствует о том, что основная область применения весо-ростовых таблиц и индексов массы тела связана с оценкой уровня физического развития, пищевого статуса и предварительной диагностики ожирения и прогнозирования развития ряда заболеваний.

В то же время высокие индивидуальные значения индекса массы тела не могут служить всегда объективными критериями ожирения. По данным Д. В. Николаева с соавторами («Биоимпедансный анализ состава тела человека», 2009), известны случаи ожирения у пациентов, имеющих нормальные значения индекса массы тела, существенные изменения которого могут быть связаны с повышенной гидратацией. Возникает закономерный вопрос: каковы способы объективной количественной оценки содержания жира в организме? Задача такой оценки решается с использованием современных методов изучения состава тела.

Калиперометрия

Метод калиперометрии представляет собой измерение толщины кожно-жировых складок на определенных участках тела при помощи специальных устройств — калиперов.

Калиперометрия явилась одним из первых методов, используемых для изучения состава тела. Разработанные на ее основе прогнозирующие формулы для оценки состава тела хорошо себя зарекомендовали для решения задач спортивной, оздоровительной и клинической медицины.

В настоящее время в мире производится большое количество моделей калиперов, которые отличаются друг от друга конструктивными особенностями, точностью измерения, условиями применения, ценой и другими показателями.

Калиперометрия, как правило, используется для определения содержания жира в организме. В основе метода лежит оценка средней кожно-жировой складки (КЖС) калипером по нескольким кожно-жировым складкам (наиболее часто над трицепсом, над бицепсом, субскапулярной и супраилеальной).

Калипер — это прибор, который позволяет измерять КЖС и имеет стандартную степень сжатия складки 10 мг/см³. Изготовление калипера доступно и в индивидуальном порядке.

Правила измерения кожно-жировой складки

Стандартная ошибка оценки калипером жировой массы при повторных измерениях одного и того же индивида не должна превышать 5 %.

Формулы для оценки состава тела специфичны для конкретных популяций. На сегодняшний день имеется свыше 100 формул для оценки жировой, безжировой и мышечной массы.

Порядок проведения калиперометрии:

• Антропометрические измерения проводятся на нерабочей (недоминантной) руке и соответствующей половине туловища.
• Направление создаваемых при измерении складок должно совпадать с их естественным направлением.
• Измерения проводятся троекратно, значения фиксируются через две секунды после отпускания рычажка прибора.
• Кожно-жировая складка захватывается исследователем двумя пальцами и оттягивается примерно на 1 см.
• Измерения на плече проводятся, когда рука находится в расслабленном положении — висит вдоль туловища.
• Середина плеча: середина расстояния между местами сочленения плеча с акромиальным отростком лопатки и локтевым отростком локтевой кости (на этом уровне определяется и окружность плеча).
• КЖС над трицепсом определяется на уровне середины плеча, над трицепсом (посередине задней поверхности руки), располагается параллельно продольной оси конечности.
• КЖС над бицепсом определяется на уровне середины плеча, над трицепсом (на передней поверхности руки), располагается параллельно продольной оси конечности.
• Подлопаточная (субскапулярная) КЖС определяется на 2 см ниже угла лопатки, обычно располагается под углом в 45° к горизонтали.
• КЖС над гребнем подвздошной кости (супраилеальная): определяется непосредственно над гребнем подвздошной кости по средней аксиллярной линии, располагается обычно горизонтально или под небольшим углом.
• Определяются антропометрические показатели в средней трети плеча нерабочей руки. Их пропорции позволяют судить о соотношении тканей во всем организме.
• Обычно проводятся измерения кожно-жировой складки над трицепсом (КЖСТ) и окружности плеча, из которых рассчитывается окружность мышц плеча (ОМП).

Рассчитываемые величины, характеризующие массы мышц плеча и подкожно-жировой ткани, с достаточно высокой точностью коррелируют соответственно с тощей (ОМП) и жировой (КЖСТ) массами тела, а соответственно, и с общими периферическими запасами белков и жировым запасом организма. В среднем антропометрические показатели, соответствующие 90–100 % от общепринятых, характеризуются как нормальные, 80–90 % — как соответствующие легкой степени недостаточности питания, 70–80 % — средней степени, а ниже 70 % — тяжелой степени.

Биоимпедансометрия

Одним из методов оценки состава тела, получившим достаточно широкое применение в практической диетологии, является метод биоэлектрического импеданса. Он был разработан в 1927 г. Friche, а затем незаслуженно забыт. Только в 1960-е гг. благодаря работам Томассета и его модификации методики спектральная биоимпедансометрия вновь обрела второе рождение.

Инструментальное измерение состава тела методом биоэлектрического импеданса основано на оценке распределения водных объемов. Определение состава тела базируется на большей проводимости мышечной массы тела в сравнении с жировой, что связано с различным содержанием жидкости в этих тканях. Биоэлектрический импедансный анализ основан на способности тканей проводить электрический ток. Сопротивление тканей электрическому току прямо соотносится с содержанием в них жидкости: высоко гидратированные ткани (мышечная ткань) — хорошие проводники, а плохо гидратированная жировая ткань — изолятор. Таким образом, импеданс обратно пропорционален содержанию жидкости в тканях организма. Токи высоких частот проходят через внеклеточную и внутриклеточную среду, делая возможной оценку свободной от жира массы, а более низкочастотные токи распространяются во внеклеточном пространстве.

Биофизической основой импедансного анализа служит модель зондирования тела человека электрическим током различной частоты и определения водного баланса.

Серийное производство и широкое применение биоимпедансных анализаторов началось в 1990-е гг. В настоящее время в мире известно несколько фирм, осуществляющих выпуск таких приборов. Кроме того, регулярно появляются сообщения о новых разработках, предназначенных для решения каких-либо частных задач или отличающихся улучшениями каких-либо характеристик.

Приборы для биоимпедансометрии можно классифицировать по нескольким признакам:

• По количеству отведений, на которых выполняются измерения (увеличение отведений обеспечивает более широкую по параметрам методику биоимпедансного анализа).
• По используемым электродам. Конструкция электродов в таких приборах соответствует используемому набору отведений.
• По количеству частот, на которых выполняются измерения. Анализаторы частотного спектра импеданса выполняют измерения на нескольких десятках или даже сотнях частот в широком частотном диапазоне.
• По измеряемым параметрам импеданса: измеряющие только модуль импеданса и приборы, измеряющие комплексный импеданс, то есть активную и реактивную составляющие или модуль и фазовый угол импеданса.
• По диапазону измеряемых значений параметров импеданса: приборы с одним фиксированным диапазоном измерений и с возможностью выбора из нескольких диапазонов.
• По средствам обработки и отображения результатов: большинство приборов снабжено встроенными средствами вычислений, отображения результатов, печати. Обязательно наличие программного обеспечения для внешнего компьютера, позволяющего выполнять обработку результатов измерения, вести базу данных, выводить на печать протоколы, или функция вычислений и отображения, которую выполняет компьютерная программа непосредственно в процессе измерений.
• По массе и габаритам. Известны стационарные и портативные приборы.

В биоимпедансном анализе измеряются активное и реактивное сопротивления тела человека или его сегментов на различных частотах.

Что такое биоимпеданс

Импеданс — это сопротивление, а биоимпеданс — сопротивление биологических тканей тела при прохождении электрического тока. Вода, кровь (содержимое полых органов человеческого тела) хорошо проводят ток, т. к. у них низкий импеданс. Ткани же более плотные (мышцы, нервы и органы) проводят его слабее. Еще хуже сопротивляемость у жировой ткани.

Параметры, получаемые в биоимпедансном анализе

Параметры, используемые в биоимпедансном анализе, подразделяются на биоэлектрические и антропометрические.

Биоэлектрические параметры — компоненты вектора импеданса всего тела, его отдельных сегментов или локальных участков тела, измеряемые на одной или нескольких частотах переменного тока. Зная компоненты импеданса, вычисляют дисперсионные характеристики тканей, а также фазовый угол — арктангенс отношения реактивного и активного сопротивлений для некоторой частоты тока. Значение фазового угла характеризует емкостные свойства клеточных мембран и жизнеспособность биологических тканей: считается, что чем выше фазовый угол, тем лучше состояние тканей.

Антропометрические параметры — пол, возраст, расовая и этническая принадлежность, а также линейные и весовые размеры тела (характеристики телосложения индивида), используемые для оценки состава тела, такие как длина, масса и объем тела. Также измеряют окружность талии и бедер, другие размеры тела. Измерения выполняют по стандартной методике с использованием антропометра или ростомера, напольных весов и измерительной ленты (Мартиросов Э. Г., Николаев Д. В., Руднев С. Г. «Технологии и методы определения тела человека» 2006 г.). Вычисляют индекс массы тела, а также индекс распределения жировой ткани, равный отношению окружности талии (ОТ) к окружности бедер (ОБ). ИМТ и другие вспомогательные параметры используются при формировании норм состава тела для различных популяций (Bosy-Westphaletal., 2006). Площадь поверхности тела (ППТ) оценивают, зная длину и массу тела.

В перечень параметров состава тела, оцениваемых методом биоимпедансного анализа, входят абсолютные и относительные показатели. В зависимости от методики измерений абсолютные показатели определяют как для всего тела, так и для его отдельных регионов (сегментов). К абсолютным показателям относятся жировая (ЖМТ) и безжировая (тощая) массы тела (БМТ, ТМ), активная клеточная (АКМ) и скелетно-мышечная массы (СММ), общая вода организма (ОВО), клеточная и внеклеточная жидкости (КЖ, ВКЖ). Наряду с ними рассчитываются относительные (приведенные к массе тела, тощей массе или другим величинам) показатели состава тела.

Относительные показатели используются для сопоставления пациентов и групп пациентов, в том числе различающихся по полу, возрасту, телосложению и состоянию здоровья. При этом выбираются такие показатели, которые наиболее адекватно для рассматриваемой группы пациентов отражают ее особенности.

Параметры сегментов тела используются для характеристики региональных особенностей строения тела, оценки перераспределения жидкости в организме или степени асимметрии конечностей.

Оценка параметров импеданса

Средняя величина фазового угла у детей, подростков и взрослых людей повышается, достигая максимума к 30–40 годам, и в дальнейшем постепенно снижается. В клинических исследованиях величина фазового угла используется для оценки тяжести состояния пациентов и для прогноза времени дожития у больных тяжелыми хроническими заболеваниями.

Жировая масса является наиболее изменчивым компонентом состава тела человека. В момент рождения процентное содержание жира в организме составляет 10–15 % от массы тела независимо от пола, к 6 месяцам она составляет около 30 % и затем постепенно снижается. К 5–6 годам у ребенка формируются половые различия в развитии жироотложения с соответствующими изменениями формы тела. С возрастом количество абсолютной жировой массы продолжает расти. Так, у взрослых мужчин и женщин за год оно увеличивается в среднем на 0,37 и 0,41 кг. При этом у женщин с возрастом темпы роста объема абсолютной жировой массы несколько увеличиваются, а у мужчин замедляются. У мужчин к 40–50 годам среднепопуляционное значение жировой массы тела достигает максимума с тенденцией к последующему уменьшению. У женщин наблюдается двустадийное увеличение абсолютной жировой массы: первая стадия завершается к 40 годам фазой относительной стабилизации, дальнейший рост происходит начиная с 60 лет.

Топография подкожного жироотложения и формы тела формируются в перипубертатном периоде. Так, у мужчин накопление подкожного жира происходит в верхней части туловища (андроидный тип жироотложения), у женщин — в области бедер и ягодиц (гиноидный тип). Это важный признак при назначении дополнительного обследования пациенту. Если топография подкожного жироотложения пациента демонстрирует вариант, характерный для противоположного пола, то повышается риск развития ряда заболеваний. Андроидный тип жироотложения как у мужчин, так и у женщин может ассоциироваться с метаболическими факторами риска, такими как увеличенное содержание кортизола, холестерина, повышенное давление и инсулиновая резистентность, а также с поведенческими и психосоциальными факторами риска, такими как низкая физическая активность, курение, прием алкоголя и депрессивные состояния.

Важное физиологическое и патофизиологическое значение имеет развитие внутреннего жира. Установлено, что риск метаболических нарушений гораздо выше при преимущественном накоплении внутреннего, а не подкожного жира.

Безжировая масса. По сравнению с жировой массой тела индивидуальные возрастные изменения безжировой массы носят более устойчивый характер и находятся под более жестким генетическим контролем.

Этот показатель увеличивается в период роста организма. В зрелом возрасте он относительно стабилен и может снижаться в процессе старения. В период полового созревания у мальчиков нарастание мышечной и скелетной массы происходит более быстрыми темпами. В процессе старения объем безжировой массы обычно снижается быстрее у мужчин. Одной из ее составляющих является клеточная масса тела.

Установлено уменьшение отношения клеточной массы к безжировой массе с возрастом в результате частичного замещения метаболически активных тканей инертными компонентами, такими как внеклеточная жидкость и соединительная ткань. Эти два показателя снижаются в результате голодания (истощение), болезней (кахексия) и при старении (саркопения). Уменьшение безжировой массы до 40 % от нормальных значений считается несовместимым с жизнью (Winick, 1979).

Общая вода организма. Водные сектора. Общая вода организма представляет собой наибольший по массе компонент состава тела молекулярного уровня. В норме общая вода организма составляет около 55 % массы тела у женщин и 60 % у мужчин (Детьен, 2005). Основной вклад в возрастные изменения общей гидратации организма вносит процентное содержание слабо гидратированной жировой ткани — в адипоцитах содержание воды составляет 5–10 %, в жировой ткани — до 30 %.

Клетка млекопитающего содержит в среднем около 70 % воды, 18 % протеинов, 5 % фосфолипидов, 1 % неорганических ионов (К+, Na+, Mg 2 +, С1 — и др.), 1,35 % ДНК и РНК, 2 % полисахаридов, 3 % малых метаболитов. При этом величина клеточной гидратации различных органов и тканей может варьировать. Например, у эритроцитов она относительно низка и составляет 0,65–0,68. Клетки скелетных мышц, суммарная масса которых составляет до ⅔ клеточной массы тела, характеризуются значениями гидратации 0,718–0,728. Принято считать, что естественная вариация клеточной гидратации составляет 1 % от нормальных значений, т. е. 0,693–0,707 (Wangetal., 1999).

Внеклеточная жидкость опосредует процессы газообмена, переноса питательных веществ и вывода конечных продуктов метаболизма и состоит из плазмы крови, интерстициальной жидкости и жидкостей третьего пространства (желудочного сока, мочи, жидких фракций содержимого кишечника).

Активная клеточная масса. Для количественной оценки содержания метаболически активных тканей в организме с использованием биоимпедансного анализа оценивается величина активной клеточной массы, также называемая клеточной массой тела.

Диагностическая трактовка этого показателя как белковой массы тела или суммы масс скелетно-мышечной ткани и внутренних органов не является строгой, но имеет под собой многолетний опыт успешного использования в практике диетологии. В клинической практике отношение активной клеточной массы к тощей массе применяется для оценки достаточности белкового питания и выраженности гиподинамии.

Скелетно-мышечная масса. В количественном отношении основной составляющей активной клеточной массы является скелетно-мышечная масса. Биоимпедансная оценка скелетно-мышечной массы используется в спортивной медицине наряду с антропометрическими оценками для характеристики физического развития и уровня тренированности.

Основной обмен

Биоимпедансный анализ дает возможность выбора наиболее информативных способов нормировки показателей общего метаболизма, опираясь не только на антропометрические данные, но и на компонентный состав тела.

Оценки основного обмена востребованы в диетологии и других областях медицины. Основной обмен здорового взрослого человека составляет примерно 1 ккал на 1 кг массы тела за 1 ч. Величина основного обмена зависит от пола, возраста, длины, массы, температуры тела и других факторов.

У детей она растет с увеличением массы тела. Зависимость эта нелинейная в силу изменений размеров и состава тела. Показатель основного обмена у мужчин увеличивается до достижения ими 30–40-летнего возраста и в дальнейшем постепенно снижается со скоростью 0,5–1 % в год. Механизмами такого снижения могут являться уменьшение активности клеток, замедление обмена веществ, снижение мышечного тонуса, а также уменьшение массы печени, мозга, сердца и почек — органов, где обмен веществ и расход энергии происходят наиболее интенсивно. У женщин наблюдается двустадийный рост величины основного обмена.

Величина основного обмена зависит от уровня развития скелетно-мышечной ткани. При одинаковых массе и длине тела (и, следовательно, индексе массы тела) значения основного обмена у людей атлетического телосложения на 10–15 % выше, чем при избыточном содержании жира в организме. При ожирении 2-й степени значения основного обмена ниже в среднем на 20–25 %, а при ожирении 3-й степени — на 30 %, чем у здоровых людей. Для сравнения интенсивности обменных процессов у разных индивидов значения основного обмена обычно рассчитывают на площадь поверхности тела.

Особенности биоимпедансометрии

Несмотря на то что калиперометрия и определение индекса массы тела являются широко используемыми методами для изучения состава тела, они остаются недостаточными для определения различных параметров соотношения компонентов тела, которые оказывают значительное влияние на определение необходимой для данного пациента диетотерапии.

По сравнению с этими методами у биоимпедансного анализа есть немало преимуществ. Во-первых, у специалистов появилась возможность досконально изучить обмен веществ, водно-солевой, липидный обмен и разобраться с тем, что влияет на пропорции и вес тела человека, а также понять, откуда взялся лишний вес и чем он обусловлен. Во-вторых, метод отличается высокой точностью и надежностью для объективной оценки эффективности подбора диеты, выбора способа и уровня физической нагрузки для пациента, а также оценки эффективности проводимого лечения и его влияния на состояние пациента. В-третьих, владея данными биоимпедансного анализа, врач-диетолог может регулировать скорость и качество достижения желаемого результата.

В-четвертых, благодаря тому, что результаты измерения электрического сопротивления тканей организма методом импедансометрии подвергаются компьютерной обработке, оценка изменений в составе организма и коррекция диеты проводится в режиме реального времени.

Каким пациентам назначается исследование:

• страдающим ожирением, перед, во время и после проведения курсов лечебно-разгрузочных процедур;
• с нервной анорексией, диэнцефальным синдромом, опухолями головного мозга, онкологическими заболеваниями;
• с нарушением работы желез внутренней секреции (сахарный диабет, метаболический синдром), а также с хроническими заболеваниями печени и почек, органов пищеварения, сердечно-сосудистой системы и т. д.;
• в период реабилитации после травм, операций, тяжелых заболеваний и всем интересующимся состоянием своего здоровья и желающим подобрать оптимальный рацион питания;
• если требуется коррекция веса.

Проведение биоимпедансометрии

Исследование абсолютно безвредно, безболезненно и комфортно, сама процедура во многом схожа с проведением ЭКГ. По длительности оно не превышает 10–15 минут.

Повторные исследования (при необходимости) следует проводить не ранее, чем через две недели после предыдущего. Перед самим исследованием (за 2–3 часа) следует воздержаться от приема пищи и жидкости. Заключение выдается через несколько минут после окончания исследования.

Исследование не рекомендуют проводить беременным женщинам, а также лицам с кардиостимулятором, имплантированными электронными устройствами.

Основные параметры, которые могут быть получены при проведении биоимпедансометрии:

• индивидуальное значение идеального веса;
• количество жира в килограммах и процентах;
• количество внеклеточной жидкости (крови, лимфы);
• количество внутриклеточной жидкости;
• количество жидкости, находящейся в организме в связанном состоянии (в отеках);
• количество в килограммах и процентах активной клеточной массы (мышц, органов, мозга и нервных клеток);
• индекс массы тела;
• основной обмен веществ (ккал) — обмен веществ за 24 часа в состоянии покоя;
• соотношение Na/К;
• отклонение измеренных величин от нормы;
• отслеживание динамики изменений.

В практической диетологии метод биоимпедансометрии используется для определения состава тела, то есть содержания жидкости, жировой, тощей и мышечной массы тела. Результаты данного исследования позволяют с максимальной точностью установить, за счет какого (или каких) из этих компонентов пациент страдает избыточным весом.

Более того, биоимпедансометрия является незаменимым инструментом для оценки влияния лечения на пациента. Динамика показателей, полученных с ее помощью, позволяет вносить необходимые корректировки в проводимую терапию с целью достижения наилучшего ее эффекта.

Основы основ. Интерпретация данных биоимпедансометрии

Для правильной интерпретации данных биоимпедансометрии необходимо не только объективно получить индивидуальные параметры нарушений в составе тела, но и понять, какие показатели и как в конечном счете влияют на формирование программы диетотерапии.

Жировая ткань. Основной задачей жировой клетки является создание запаса энергии, то есть жировая ткань является важнейшим энергетическим депо. Жировая ткань является и своеобразным хранилищем воды в организме, так как при распаде жира выделяется вода. Жиры жизненно важны как строительный компонент кожи, волос, ногтей. Жировая ткань служит для теплоизоляции, с ее участием вырабатываются нужные биологические вещества (в частности женские половые гормоны), жировая прослойка механически защищает внутренние органы и т. д. То есть направленность диетотерапии должна быть только на ликвидацию излишнего жира.

Жидкость в организме. Различают жидкость внутриклеточную, внеклеточную — кровь (плазма, эритроциты), лимфа — и жидкости, находящиеся в нашем организме в связанном состоянии (в отеках тканей). Пройдя диагностику, можно точно определить, в каких пределах нормы или отклонения находится та или иная жидкость. При недостатке жидкости происходит замедление обмена веществ, сгущение крови, нарушение кровообращения. При количестве жидкости больше нормы увеличивается нагрузка на сердце, и, соответственно, вес тоже увеличивается. Переизбыток воды в связанном состоянии создает отечность в тканях, что, соответственно, увеличивает вес. При задержке этой жидкости выше нормы тормозится процесс жиросжигания. Каждый лишний грамм соли удержит 100 мл воды. Соответственно, 10 г соли задержат 1 л, а это обеспечит прибавку веса на 1 кг. Среднее время полувыведения из организма задержавшейся воды составляет 3,3 дня.

Активная клеточная масса (мышцы, органы, нервные клетки, мозг). В активной клеточной массе происходит сжигание жира. Если активная клеточная масса в своем процентном содержании ниже нормы, это свидетельствует о том, что не все клетки активны. Соответственно, человек съедает небольшое количество пищи, а жир всё равно откладывается под кожу. Причиной такого нарушения может стать нарушение функций щитовидной железы. В этом случае врач, после соответствующего обследования, подключает препараты для нормализации обмена, восстановления и улучшения работы печени. Для поддержания активной клеточной массы необходимо адекватное сбалансированное клеточное питание. При недостатке мышечной массы замедляется основной обмен веществ. Нарушается усвоение кальция, что приводит к остеопорозу.

Надежность и оперативность

Применение всех трех основных методов оценки состава тела не только позволяет врачу-диетологу определить отклонение параметров состава тела от средней эталонной нормы антропологическими методами измерений, индивидуализировать критерии увеличения или уменьшения жировой массы тела объективным методом калиперометрии, но и дает возможность провести анализ изменения жировой ткани, жидкости в организме, состояния активной клеточной массы (мышц, органов, нервных клеток, мозга). Проводится этот анализ для оценки степени нарушения пищевого статуса и возможности организма их ликвидировать.

Внедрение новых технологий и методов исследования позволит практикующим врачам повысить надежность и оперативность оценки таких показателей состава тела, как жировая, безжировая, клеточная и внеклеточная жидкости. Применение своевременных подходов дает возможность изучения состава тела на всех уровнях организации биологической системы: клеточном, органно-клеточном, органно-тканевом и уровне целостного организма.

Хотите больше новой информации по вопросам диетологии?
Оформите подписку на информационно-практический журнал «Практическая диетология»!

Источник