Resumen de Determinación del gasto energético y oxidación de nutrientes en reposo mediante calorimetría indirecta: implicaciones metodológicas

Juan Manuel Alcántara Alcántara

• español

  La calorimetría indirecta (CI) es el método de referencia para determinar el gasto metabólico en reposo (GMR) humano, el mayor componente del gasto energético total, excepto en sujetos extremadamente activos. Además del GMR, la CI también permite determinar la relación de intercambio respiratorio (RER), la cual proporciona información valiosa sobre el tipo de sustratos energéticos (grasas vs. carbohidratos) que están siendo metabolizados. Entre los sistemas de CI disponibles, los carros metabólicos son los más extendidos en entornos de investigación y clínicos. El carro metabólico Deltatrac (Datex Instrumentarium Corp, Helsinki, Finlandia), que ha sido durante mucho tiempo considerado el “dispositivo de referencia” (del inglés, Gold Standard) para determinar el GMR y el RER, no se fabrica ni se comercializa en la actualidad. Numerosos grupos de investigación en todo el mundo están investigando el GMR y el RER, así como su regulación. Por lo tanto, identificar carros metabólicos válidos, así como una metodología de análisis de datos válida es de gran relevancia. Por otro lado, el método utilizado para analizar los datos de CI difiere comúnmente entre estudios, y el uso de diferentes métodos podría resultar en diferentes estimaciones del GMR y RER.

  Los objetivos principales de la presente Tesis Doctoral son estudiar el rendimiento de seis carros metabólicos, actualmente disponibles en el mercado, para determinar el GMR y RER en humanos sanos (Sección 1), y determinar el método más adecuado para analizar los datos de CI cuando se determina el GMR y RER mediante la utilización de carros metabólicos (Sección 2). En la Sección 1, la validez, precisión y reproducibilidad biológica entre días de los carros metabólicos Q-NRG (Cosmed, Roma, Italia), Vyntus CPX (Jaeger-CareFusion, Höchberg, Alemania), Omnical (Maastricht Instruments, Maastricht, Holanda) y Ultima CardiO2 (Medgraphics Corporation, St. Paul, MN, Estados Unidos) fueron determinadas, mientras que la reproducibilidad biológica entre días fue determinada para los carros metabólicos CCM Express y CPX Ultima CardiO2 (Medgraphics Corporation, St. Paul, MN, Estados Unidos). Por último, el efecto de un procedimiento de corrección post-calorimétrica, basado en la infusión de gases puros inmediatamente después de la medida del individuo (desarrollado para corregir los datos de los carros metabólicos usando su “error” previamente determinado), fue testado en los carros metabólicos Q-NRG, Vyntus CPX, Omnical y Ultima CardiO2. En la Sección 2, tres métodos para el análisis de los datos de CI fueron investigados: a) el método de estados estables (i.e. el análisis de un periodo de tiempo marcadamente estable), b) el método de intervalos de tiempo (i.e. el análisis de un tiempo pre-determinado – ya sean intervalos largos o cortos), y c) el método de filtrado (i.e. los datos por encima o por debajo de un umbral determinado son descartados). Se determinó el impacto de esos métodos en la estimación de GMR y RER, así como en su reproducibilidad biológica entre días.

  Los resultados de la presente Tesis Doctoral muestran que todos los carros metabólicos obtuvieron diferentes valores de GMR y de RER. El carro metabólico Omnical presentó mejor exactitud y precisión que el resto de carros metabólicos, aunque la reproducibilidad biológica entre días mostrada por el Q-NRG y el Vyntus CPX fue similar a la mostrada por el Omnical. El procedimiento de corrección post-calorimétrica no mejoró ni la comparabilidad ni la reproducibilidad biológica entre días del GMR y del RER en los cuatro carros metabólicos analizados. Por otro lado, se observó una asociación fuerte entre la reproducibilidad biológica entre días determinada con el CCM y la determinada con el CPX Ultima CardiO2. Finalmente, el método de análisis de datos de CI basado en intervalos de tiempo largos presentó la mejor reproducibilidad biológica entre días en el GMR y RER en cuatro carros metabólicos.

  Colectivamente, los resultados de esta Tesis Doctoral sugieren que el carro metabólico Omnical es el mejor para determinar el GMR y el RER entre los seis carros metabólicos analizados. Además, esta Tesis Doctoral sugiere que la reproducibilidad biológica del GMR y RER es fundamentalmente atribuible a las características del individuo y que no es mejorada por la aplicación de un procedimiento de corrección post-calorimétrica basado en la infusión de gases puros inmediatamente después de la medida del individuo. Finalmente, entre los métodos para analizar los datos de CI, el método basado en intervalos de tiempo largos parece ser el más adecuado para analizar los datos obtenidos mediante los carros metabólicos analizados.

• English

  Indirect calorimetry (IC) is the reference method to assess human resting metabolic rate (RMR), the largest component of total energy expenditure, except in extremely active individuals. In addition to RMR, IC also allows to determine the respiratory exchange ratio (RER), which gives valuable information about the type of energy substrates (fat vs. carbohydrate) being metabolized. Among the available IC systems, metabolic carts are the most extended in both research and clinical settings. The Deltatrac metabolic cart (Datex Instrumentarium Corp, Helsinki, Finland), which has been for long considered the gold standard for assessing RMR, is no longer manufactured. Numerous research groups around the world are deeply studying human RMR and RER and its regulation. Therefore, the identification of valid metabolic carts and data analysis methodology is of great importance. On the other hand, the method for IC data analysis commonly differs across studies, and the use of different methods might result in different estimates of RMR and RER.

  The main aims of this Doctoral Thesis are to study the performance of six commercially available metabolic carts for assessing RMR and RER in healthy humans (Section 1), and to determine the most suitable method for IC data analysis when assessing RMR and RER by metabolic carts (Section 2). In Section 1, the accuracy, precision, and the day-to-day biological reproducibility of the Q-NRG (Cosmed, Rome, Italy), the Vyntus CPX (Jaeger-CareFusion, Höchberg, Germany), the Omnical (Maastricht Instruments, Maastricht, The Netherlands), and the Ultima CardiO2 (Medgraphics Corporation, St. Paul, MN, USA) were assessed, while the day-to-day biological reproducibility was assessed for the CCM Express and the CPX Ultima CardiO2 (Medgraphics Corporation, St. Paul, MN, USA). Lastly, the effect of a post-calorimetric correction procedure, based on the infusion of pure gases after the individual measurement (developed to correct the metabolic cart data using its previously assessed ‘error’), was also tested in the Q-NRG, the Vyntus CPX, the Omnical and the Ultima CardioO2. In Section 2, three methods for IC data analysis were analyzed: a) the steady state time method (i.e. the analysis of a period remarkably stable), b) the time interval method (i.e. the analysis of a pre-defined period – short or long time intervals) and c) the filtering method (i.e. data above or below a given threshold are discarded). The impact of these methods on the RMR and RER estimations and its day-to-day biological reproducibility was assessed.

  The results of the present Doctoral Thesis show that all the metabolic carts yielded different RMR and RER measures. The Omnical metabolic cart presented better accuracy and precision than the rest of metabolic carts, although the day-to-day biological reproducibility achieved by the Q-NRG and the Vyntus CPX was similar to the one achieved by the Omnical. The post-calorimetric correction procedure did not improve neither the comparability nor the day-to-day RMR and RER biological reproducibility in the four analyzed metabolic carts. On the other hand, we observed a strong association between the day-to-day biological reproducibility assessed with the CCM Express and the CPX Ultima CardiO2 metabolic carts. Finally, the longtime interval method for IC data analysis presented the best day-to-day RMR and RER biological reproducibility in four metabolic carts.

  Collectively, the results of this Doctoral Thesis suggest that the Omnical is the best metabolic cart for assessing RMR and RER among the six metabolic carts analyzed. Moreover, this Doctoral Thesis suggest that the day-to-day biological reproducibility is largely attributable to the individual’s characteristics and is not improved by the application of a post-calorimetric procedure based on the infusion of pure gases after the individual measurement. Finally, among the methods for IC data analysis, the long-time interval method seems to be the most adequate for analyzing the data provided by the analyzed metabolic carts.