Ожирение - глобальная проблема здравоохранения. Социальная значимость ожирения определяется угрозой инвалидизации пациентов и снижением общей продолжительности жизни в связи с частым развитием тяжелых сопутствующих заболеваний [1]. Высокую актуальность имеет выявление антропометрических маркеров ожирения, а также изменений в составе тела, свидетельствующих о высоком метаболическом риске [2]. Как показывает ряд исследований, индекс массы тела (ИМТ) не всегда служит надежным критерием высокого метаболического риска. По данным B. Goodpaster и соавт., у мужчин с нормальным ИМТ и повышенным содержанием висцерального жира риск метаболического синдрома увеличен в 2 раза [3]. Вместе с тем существует феномен метаболически здорового ожирения (ИМТ >30 кг/м2, но без признаков метаболических нарушений).
От 10 до 40% пациентов с ожирением имеют сохранные показатели углеводного обмена, липидного профиля, артериального давления [4]. В ряде случаев это можно объяснить топографическими особенностями отложения жира и достаточным развитием мышечной массы. Пациенты с сахарным диабетом 2-го типа (СД2) в большинстве случаев имеют избыточную массу тела и ожирение [5]. Особенности состава тела и распределения жировой массы у больных СД2 могут оказывать влияние на выраженность факторов риска со стороны сердечно-сосудистой системы. Риск метаболических нарушений повышается у людей, имеющих абдоминальное (висцеральное) ожирение [6].
Высокоточными методами для диагностики висцерального ожирения служат магнитно-резонансная томография (МРТ) и компьютерная томография (КТ), позволяющие оценить состав тела с определением соотношения жировой и мышечной массы [7]. В последние годы к "золотому стандарту" оценки массы тела относят и денситометрию [8]. Однако доступность высокоточных методов оценки состава тела ограничена из-за высокой стоимости, трудоемкости и лучевой нагрузки. Продолжают использовать для оценки состава тела биоимпедансометрию, данные которой по некоторым показателям коррелируют с МРТ и денситометрией [9]. Все перечисленные методы не дают пространственной оценки распределения мышечной и жировой массы.
К антропометрическим методам оценки можно отнести и метод 3D-сканирования тела, позволяющий рассчитать пространственные размеры тела: линейные (длина тела, периметр грудной клетки), объемные (объем тела) и поверхностные (площадь поверхности тела) [10]. Несомненные преимущества этого метода - быстрота (одновременно определяется большое количество параметров) и точность измерения. Основу технологии 3D-сканирования тела составляют широкоформатные 3D-сканеры и автоматическая программа для обработки данных. Сканеры фиксируют все особенности формы тела.
Получение точных параметров тела позволяет создать модель тела человека и рассчитать все необходимые окружности и площади тела.
В настоящее время проводятся работы по созданию моделей прогнозирования ожирения и регионарного перераспределения жира (в области туловища, ног) с помощью параметров, измеренных посредством стереовизуальной системы 3D-сканирования в сравнении с двухэнергетической рентгеновской абсорбциометрией (ДРА) [11].
Однако до сих пор не разработаны алгоритмы проведения и анализа 3D-сканирования для оценки конституциональных особенностей и косвенного определения состава тела у людей с ожирением. В настоящее время этот метод используют у спортсменов для оценки роста мышечной массы в динамике, есть единичные публикации об использовании 3D-сканирования по сравнению с другими методами оценки состава тела [12, 13].
Цель исследования - изучить возможности 3D-сканера поверхности тела в сравнении с денситометрией для косвенного определения состава тела (соотношение жировой и тощей массы) и проведения клинической антропометрии (окружности различных частей тела) в сравнении с рутинными методами антропометрии у людей с избыточной массой тела/ожирением при СД2.
Материал и методы
Пациенты, включенные в исследование, проходили лечение в отделении терапевтической эндокринологии ГБУЗ МО "МОНИКИ им. М.Ф. Владимирского" (Москва). 3D-сканирование практически здоровых добровольцев выполнено в фитнес-центре и предоставлено исследователям в ослепленном варианте.
Время исследования. Набор пациентов в исследование осуществлялся в течение 6 мес с апреля по июль 2017 г.
Изучали 2 популяции - пациентов с СД2 и здоровых участников исследования.
Популяция пациентов с СД2. Критерии включения: мужчины и женщины в возрасте 45 лет и старше с ИМТ >25 кг/м2, имеющие два критерия метаболического синдрома и более, подписавшие информированное согласие на участие в исследовании.
Критерии исключения: беременность, отсутствие конечности, несъемный металл в теле (например, эндопротезированные суставы), исследование с бария сульфатом за 2 нед до включения в настоящее исследование, масса тела более 120 кг (ограничение для проведения денситометрии), волосы на голове, которые нельзя убрать под шапочку.
Популяция здоровых людей. Критерии включения: мужчины и женщины в возрасте 18-30 лет, регулярно посещающие фитнес-зал.
Критерии исключения: профессиональные спортсмены, метаболические нарушения в анамнезе, избыточная масса тела и ожирение по ИМТ, беременность.
Выборка сформирована путем сплошного включения наблюдений.
Дизайн исследования. Проведено интервенционное одноцентровое одномоментное сравнительное двухвыборочное исследование.
Описание медицинского вмешательства. Всем больным проводили 3D-моделирование тела с помощью 3D-сканера поверхности тела и денситометрию с определением состава тела (тощей и жировой массы) [14]. Предварительно осуществляли подготовку пациента к 3D-сканированию тела. В местах измерения окружностей исследователь накладывал ленты с выступающими метками, которые видны на созданной компьютерной модели, что снижает вероятность ошибки при последующем расчете окружностей и объемов (приложение 1). ДРА выполнена всем пациентам исследуемой группы, ее выполняли в тот же день, что и 3D-сканирование, в одном и том же пищевом статусе.
Методы. 3D-сканирование тела проводили с помощью системы трехмерного сканирования тела человека на аппарате DUBLLIK модели R 1000. 3D-сканер оснащен поворотным столом и специально предназначен для сканирования тела человека. В результате трехмерного сканирования тела пациента была получена его цифровая 3D-модель, позволяющая оценить окружности, объемы и поверхности различных частей тела в форматах, представленных разработчиком сканера - Standard Template Library (STL) и Polygon File Format - Stanford Triangle Format (PLY). Измерения проводили по протоколу, представленному в приложении 1.
ИМТ рассчитывали по формуле: масса тела (кг) / рост2 (м2) [15].
Объемы частей тела рассчитывали по программе Dubllik - в приложении, позволяющем осуществить расчет параметров 3-мерных моделей, получаемых в результате сканирования [16].
Рассчитывали следующие объемы и окружности:
· объем выступающей части живота - объем живота, выступающий кпереди от плоскости, проходящей через реберные дуги сверху и переднюю верхнюю ость подвздошной кости снизу;
· окружности шеи (ОШ), окружности грудной клетки, груди, талии, окружность на уровне лобкового симфиза, окружности бедер, колена, голени, голеностопного сустава, плеча, локтевого сустава, предплечья и запястья.
Для определения типа телосложения использовали индекс Пинье:
ИП = L(p + T) [17],
где ИП - индекс Пинье; L - рост, см; p - масса тела, кг; T - окружность грудной клетки, см.
Тип телосложения определяли по окружности запястья рабочей руки. Для женщин астенический тип - обхват <16 см, нормостенический - 16-18 см, >18 см - гиперстенический. Для мужчин астенический тип - обхват <17 см, нормостенический - 17-20 см, >20 см - гиперстенический. Рассчитывали отношение окружности талии к правому бедру, отношение талии к росту, отношение объема выступающей части живота к каждому из бедер и их сумме, а также их корреляции с индексом жировой массы (ИЖМ).
ДРА проводили на аппарате Hologic Discoveri A по протоколу определения состава тела. На основании данных ДРА определяли следующие показатели:
· общую жировую массу, кг;
· общую тощую (сухую) массу, кг;
· аппендикулярную тощую массу;
· тощую массу туловища и головы;
· процентное содержание жира и тощей массы тела в целом, тела и конечностей.
Для оценки жировой массы рассчитывали ИЖМ: масса жира (кг) / рост (м2).
Для оценки нормальной массы тела и степени ожирения была использована классификация по ИЖМ, предложенная T. Kelly и соавт. [18].
Рассчитаны корреляции между показателями ДРА и 3D-сканирования: между общей жировой массой (г) и объемом живота (л), объемом туловища (л), объемом правого бедра (л), отношением объема живота на оба бедра. Изучали также корреляции жировой массы тела (г) с объемами живота (л), двух бедер (л), а также отношение объема живота к объему одного бедра, отношение объема живота к двум бедрам; корреляции жировой массы правой ноги и объема живота (л), жировой массы правой ноги и объема правого бедра (л), объема двух бедер (л). Исследовали корреляции ИЖМ, определенной с помощью ДРА, с объемом живота (л), а также с объемом правого бедра (л), с отношением объема живота к объему одного бедра и с отношением объема живота к двум бедрам, полученным при помощи 3D-сканирования; корреляцию индекса аппендикулярной тощей массы и объема туловища (л) (приложение 4).
Сравнивали объемы живота (л), правого бедра (л), двух бедер (л), полученные при 3D-сканировании, а также отношение объема живота к объему одного бедра и отношение объема живота к двум бедрам у исследуемых больных и группы контроля.
Этическая экспертиза. Исследование было одобрено независимым комитетом по этике при ГБУЗ МО "МОНИКИ им. М.Ф. Владимирского" (протокол № 3 от 16.03.2017). Все пациенты подписали информированное согласие.
Статистический анализ. Статистический анализ проведен с использованием программы SPSS версии 22.0 для Windows с применением стандартных методов вариационной статистики. Данные представлены в виде медианы и интерквартильного интервала [25%; 75%]. Для выявления корреляции между показателями применялся критерий Спирмена. Критический уровень значимости (р) при проверке статистических гипотез принимали равным 0,05 (95% уровень значимости), тенденцию определяли при уровне р=0,05-0,08. Поскольку данное исследование выполняли как пилотный проект, расчет размера выборки заранее не проводили.
Результаты
Объекты (участники) исследования. Обследованы 32 пациента с СД2, имевшие избыточную массу тела или ожирение, в их числе 25 (78,13%) женщин и 7 (21,88%) мужчин, средний возраст в общей группе составил 63,59±7,93 года, медиана 63,5 [57,3; 69,0] года. Средняя масса тела пациентов составила 91,81±13,8 кг, медиана - 92,0 [82,3; 102,3] кг, средний ИМТ - 33,56±4,41 кг/м2, медиана - 33,4 [29,9; 37,2] кг/м2.
Основные результаты. В результате 3D-сканирования были проведены измерения 23 окружностей тела, часть которых потом была использована для корреляционного анализа с данными ДРА. Подробно результаты измерений окружностей отражены в приложении 1. При определении соматотипа по окружности запястья большинство пациентов соответствовали гиперстеническому типу - 19 (59,4%) человек, 13 (40,6%) участников исследования - нормостеническому типу. Ни один пациент не соответствовал астеническому типу. При расчете индекса Пинье все пациенты, как мужчины, так и женщины, имели крепкое телосложение. В исследуемой группе все имели абдоминальное ожирение, средняя окружность талии у мужчин - 112,7±10,3 см, у женщин - 111,8±10,8 см, отношение окружности талии к окружности бедер у мужчин - 1,1±0,02, у женщин - 0,96±0,1. Средняя ОШ в исследовании у мужчин - 48,4±4,3 см, у женщин - 45,1±3,7 см.
По результатам 3D-сканирования в исследуемой группе были рассчитаны объемы тела, проведено их сравнение с объемами у участников контрольной группы (приложение 2). Объем выступающей части живота (по данным 3D-сканирования) достоверно был больше у пациентов исследуемой группы, как у мужчин, так и у женщин, по сравнению с контрольной группой. При этом объем живота у женщин был больше, чем у мужчин, что связано с более выраженным ожирением у женщин исследуемой группы. У них же по сравнению с контрольной группой отмечено статистически значимое различие в объемах как одного, так и двух бедер, тогда как у обследуемых мужчин и мужчин группы контроля эти показатели практически не различаются.
Данные ДРА подтверждают результаты 3D-сканирования в плане наличия избытка жировой массы живота у женщин, что обусловливает высокие метаболические риски. При этом у женщин процентное содержание мышечной массы менее выражено по сравнению с мужчинами (приложение 3).
Доля пациентов с ожирением различалась в зависимости от использованного критерия диагностики: при оценке по ИМТ она составила 75%, по ИЖМ - 50,0%. Как у мужчин, так и у женщин частота ожирения по ИМТ была практически в 2 раза чаще, чем по ИЖМ (см. таблицу).
Отмечены прямые, статистически значимые корреляции между показателями, измеренными посредством ДРА и отражающими количество жировой ткани (общая жировая масса, жировая масса тела, жировая масса правой конечности) и объемами, полученными в результате 3D-сканирования (объемом живота, туловища, правого бедра), а также отношениями объема живота к объему бедра. Индекс аппендикулярной тощей массы, измеренный посредством ДРА, прямо коррелировал с объемом туловища, оцененного на основании 3D-сканирования (приложение 4).
Нежелательных явлений на фоне проводимого исследования не отмечено.
Обсуждение
Данное исследование было пилотным в плане изучения возможностей 3D-сканирования тела для проведения клинической антропометрии и определения состава тела у людей с высоким метаболическим риском. В настоящее время в доступной литературе найдены единичные исследования на эту тему. B.K. Ng и соавт. изучали возможности 3D-сканирования в сравнении с денситометрией и импедансометрией у 39 здоровых людей и 37 посетителей фитнес-центров. Было установлено, что результаты 3D-сканирования коррелируют с общепринятыми методами антропометрических измерений и определения состава тела, однако необходимы дальнейшие исследования, изучающие возможности данного метода в особых группах: при ожирении и метаболических нарушениях [12]. Наше исследование подтвердило наличие прямых корреляций между показателями, измеренными посредством ДРА и отражающими количество жировой ткани (общая жировая масса, жировая масса тела, жировая масса правой конечности), и объемами, полученными в результате 3D-сканирования (объемом живота, туловища, правого бедра).
ИМТ не всегда служит надежным маркером в оценке развития метаболических нарушений и сердечно-сосудистой патологии. Методы оценки состава тела (МРТ, КТ и ДРА) помогают создать дополнительные критерии риска СД2 и сердечно-сосудистых заболеваний. Так, исследование J. Wilson и соавт. показало, что увеличение отношения объема тела к объему левой ноги может быть маркером развития СД2, повышенного уровня триглицеридов, высокого артериального давления и метаболического синдрома [19]. Причем увеличение отношения объема тела к объему ноги оставалось независимым фактором риска СД2, даже после стандартизации по ИМТ и окружности талии.
Продолжается поиск более доступных методов оценки конституции и состава тела пациентов, так как ДРА и КТ имеют лучевую нагрузку и не всегда доступны для рутинного обследования пациентов с ожирением. Ряд исследований показал, что вариант распределения жировой ткани оказывает существенное влияние на риск заболеваний, связанных с ожирением. Так, перераспределение жира в область верхней части тела - андроидное ожирение связано с повышением риска, тогда как отложение жировой ткани в области нижней части тела, гиноидное ожирение, ассоциировано со сниженными факторами риска [20]. Андроидное ожирение положительно коррелировало с метаболическими факторами риска, в то время как гиноидное распределение жира снижало метаболические риски [20]. Возможность прогнозировать регионарное распределение жира с помощью недорогого и достаточно простого метода будет полезна для оценки риска заболеваний, связанных с ожирением, в больших группах населения.
Наше исследование показало, что результаты измерений 23 окружностей тела по данным 3D-сканирования дают наглядное представление о превышении размеров различных частей тела, что важно для определения типа телосложения в целом, диагностики абдоминального ожирения и оценки факторов риска различной патологии. В зависимости от особенностей строения тела и выраженности основных функций и метаболических процессов выделяют 3 основных типа телосложения (соматотипа) [21]:
1) астенический (эктоморфы);
2) нормостенический (мезоморфы);
3) гиперстенический (эндоморфы).