SLEDOVÁNÍ ZMĚN TĚLESNÉHO SLOŽENÍ U VRCHOLOVÝCH HRÁČŮ FLORBALU BĚHEM
ROČNÍHO TRÉNINKOVÉHO CYKLU
Diplomová práce
Studijní program: N7401 – Tělesná výchova a sport
Studijní obory: 7503T100 – Učitelství tělesné výchovy pro 2.stupeň základních škol 7504T243 – Učitelství českého jazyka a literatury
Autor práce: Bc. Eliška Kosová Vedoucí práce: PhDr. Iva Šeflová, Ph.D.
Liberec 2014
Prohlášení
Byla jsem seznámena s tím, že na mou diplomovou práci se plně vzta- huje zákon č. 121/2000 Sb., o právu autorském, zejména § 60 – školní dílo.
Beru na vědomí, že Technická univerzita v Liberci (TUL) nezasahuje do mých autorských práv užitím mé diplomové práce pro vnitřní potřebu TUL.
Užiji-li diplomovou práci nebo poskytnu-li licenci k jejímu využití, jsem si vědoma povinnosti informovat o této skutečnosti TUL; v tom- to případě má TUL právo ode mne požadovat úhradu nákladů, které vynaložila na vytvoření díla, až do jejich skutečné výše.
Diplomovou práci jsem vypracovala samostatně s použitím uvedené literatury a na základě konzultací s vedoucím mé diplomové práce a konzultantem.
Současně čestně prohlašuji, že tištěná verze práce se shoduje s elek- tronickou verzí, vloženou do IS STAG.
Datum:
Podpis:
Poděkování
Děkuji PhDr. Ivě Šeflové PhD. za poskytnutí materiálů, odborné vedení a velmi cenné rady při zpracování diplomové práce. Taktéţ děkuji florbalovému oddílu Billy Boy Mladá Boleslav, zejména Tomáši Pacákovi a Martinu Vokounovi za spolupráci, ochotu a poskytnutí důleţitých dat.
Anotace
Hlavním cílem práce bylo sledování a následné vyhodnocení změn tělesného sloţení u hráčů florbalové extraligy během ročního tréninkového cyklu. První část práce přináší teoretické poznatky týkající se dané problematiky, tedy především tělesného sloţení a tréninkových cyklů. Ve druhé části, tedy praktické, představujeme konkrétní průběh měření a interpretaci výsledků. Pro stanovení tělesného sloţení byla vyuţita bioimpedanční analýza prostřednictvím přístroje Nutriguard-M společnosti DataInput.
Měření byla uskutečněna na souboru 18 extraligových hráčů oddílu Billy Boy Mladá Boleslav v období červen 2013-leden 2014. Provedli jsme intraindividuální porovnání změn u jednotlivých testovaných osob i analýzu v rámci celého souboru. Na základě těchto analýz bylo zjištěno, ţe změny některých parametrů tělesného sloţení sice nastaly, avšak šlo o změny nesignifikantní, popřípadě o změny na samé hranici významnosti. Statisticky významné změny jsme registrovali pouze u hodnot fázového úhlu a indexu ECM/BCM, které se u těchto parametrů objevily mezi 1. a 2. i mezi 2. a 3. měřením. Tyto změny korespondují s charakterem tréninku v daném období, to především v souvislosti se změnami intenzity, a s lepší úrovní anaerobní kapacity.
Z hlediska celkového hodnocení rozdílů hodnot komponent tělesného sloţení mezi 1. a 3. měřením jsme statisticky významný rozdíl nezaregistrovali u ţádné z nich.
Klíčová slova: tělesné sloţení, bioimpedance, tělesný tuk, tukuprostá hmota, index ECM/BCM, roční tréninkový cyklus
Anotation
The main objective of this thesis was monitoring and subsequent evaluation of changes in body composition of floorball extra league players during the annual training cycle. The first theoretical part of the thesis provides the theoretical knowledge relevant to the issue of body composition and training cycles. In the second practical part we are presenting the concrete process of measuring and interpretation of the results. For measurement of body composition was used the bio-impedance analysis by the Nutriguard-M of DataInput company and by predictor equation for the calculation of the other values. The measurements were carried out on a group of 18 extra league players of the Billy Boy Mladá Boleslav during the period June 2013 - January 2014.The final results were subjected to the intra-individual analysis and also to the analysis through the whole group. On the basis of these analyses it was found that changes in the body composition occurred. However these changes were not significant or were situated just on the boarder of significance. We registered the statistically significant changes only for values of the phase angel and for the index ECM/BCM which occurred between 1st and 2nd and also between 2nd and 3rd measurement. These changes correspond to the character of the training during the period especially in connection with changes of intensity and also with higher level of anaerobic capacity. In term of overall evaluation of variation of values of components of body composition between 1st and 3rd measuring we did not register any significant difference by any of themKey words: body composition, bioimpedance, body fat, fat free mass, annual training cycle
Keywords: body composition, bioimpedance, body fat, fat-free mass, ECM / BCM ratio, annual training cycle
Die Anmerkung
Das Hauptziel der Diplomarbeit war die Beobachtung, die darauf folgende Bewertung und die Begründung der Änderungen in der Körperzusammensetzung bei den Extraliga-Unihockey-Spielern während des jährlichen Ausbildungs- und Trainingszyklus. Der erste Teil der Arbeit bringt aufgrund der Daten über die Körperzusammensetzung und Trainingszyklen theoretische Erkenntnisse über das Thema. Im zweiten, praktischen Teil stellen wir den spezifischen (konkreten) Prozess der Messung und die Interpretation der Ergebnisse vor. Für die Bestimmung der Körperzusammensetzung wurde die Bioimpedanz-Analyse durch das Gerät Nutriguard- M, der Gesellschaft Datainput, und eine Vorhersagegleichung um andere Werte zu berechnen, verwendet.Die Messungen wurden an einer Gruppe von 18 Extraliga- Spielern des Abschnittes Billy Boy Mladá Boleslav in der Zeit von Juni 2013 bis Januar 2014 durchgeführt.Resultierende Werte wurden intraindividueller Analyse und Auswertung der gesamten Datei unterzogen. Aufgrund dieser Analysen wurde festgestellt, dass Veränderungen in der Körperzusammensetzung entstanden sind, aber die Veränderungen waren nicht signifikant, resp. sie bewegten sich an der Signifikanzgrenze. Statistisch signifikante Veränderungen wurden nur für die Werte der Phasenwinkel und Index ECM/BCM registriert, die bei diesen Parametern zwischen der ersten und zweiten und zwischen der zweiten und dritten Messung aufgetreten sind.
Diese Veränderungen entsprechen der Art des Trainings in der Zeit, vor allem im Bezug auf Änderungen in der Intensität, wie die hohe anaerobe Kapazität. In Bezug auf die Gesamtauswertung der Unterschiede in den Werten der Komponenten der Körperzusammensetzung zwischen 1 und 3 Messungen haben wir statistisch keine signifikanten Unterschiede registriert.
Schlüsselwörter: der Körperzusammensetzung, die Bioimpedanz, der Körperfett, die fettfreie Masse, index ECM/BCM, der jährlichen Trainingszyklus
OBSAH
1 SYNTÉZA POZNATKŮ ... 15
1.1 Sloţení lidského těla ... 15
1.1.1 Charakteristika... 16
1.1.2 Modely tělesného sloţení ... 17
1.1.3 Modely měření ... 20
1.1.4 Metody odhadu tělesného sloţení ... 21
1.1.5 Terénní metody... 21
1.1.6 Laboratorní metody ... 26
1.2 Bioelektrická impedanční analýza ... 27
1.2.1 Fyzikální principy BIA ... 27
1.2.2 Parametry měření BIA... 29
1.2.3 Komponenty sloţení lidského těla ... 33
1.2.4 Druhy BIA ... 38
1.3 Sportovní trénink ... 41
1.3.1 Tréninkové cykly ... 42
1.3.2 Trénink ve florbalu ... 43
1.3.3 Tréninková jednotka ... 45
1.3.4 Charakteristika florbalového výkonu ... 48
2 CÍLE A HYPOTÉZY ... 51
Dílčí úkoly... 51
3 METODIKA PRÁCE ... 52
3.1 Charakteristika souboru ... 52
3.2 Charakteristika výzkumných metod ... 52
3.2.1 Charakteristika pouţitého přístroje ... 52
3.2.2 Charakteristika tréninkových období ... 54
3.2.3 Statistické zpracování dat ... 56
3.2.4 Podmínky a průběh měření... 58
4 VÝSEDKY A DISKUZE ... 59
4.1 Výsledky ... 59
4.2 Diskuze ... 62
5 ZÁVĚR ... 76
6 LITERATURA ... 78
7 PŘÍLOHY ... 83
SEZNAM OBRÁZKŮ, TABULEK A GRAFŮ
Seznam obrázků
Obrázek 1: Schéma sloţení těla ... 17
Obrázek 2: Lokalizace a průběh koţních řas ... 23
Obrázek 3: Vztah mezi impedancí a reaktancí ... 31
Obrázek 4: Znázornění BIA vektoru vzhledem k rezistenci a reaktanci. ... 37
Obrázek 5: Umístění elektrod na zápěstí a na nártu. ... 39
Obrázek 6: Celkový pohled na vyšetřovanou osobu. ... 40
Obrázek 7: Elektrický obvod lidského těla ... 40
Obrázek 8: Faktory sportovního výkonu – florbal. ... 48
Obrázek 9: Bioimpedanční analyzér Nutriguard-M od společnosti Data Input ... 53
Obrázek 10: Grafické znázornění velikosti intenzity a objemu zatíţení během ročního tréninkového cyklu ... 56
Seznam tabulek Tabulka 1: Základní úrovně vyšetření sloţení těla. ... 18
Tabulka 2: Postup výpočtu. ... 23
Tabulka 3: Elektrické vlastnosti tkání ... 29
Tabulka 4: Klasifikace a hodnocení fázových úhlů. ... 32
Tabulka 5: Dělení ročního tréninkového cyklu ... 43
Tabulka 6: Fyziologické parametry během sportovního výkonu ... 49
Tabulka 7: Somatická charakteristika ... 50
Tabulka 8: Základní charakteristika souboru. ... 52
Tabulka 9: Periodizace ročního tréninkového cyklu BB Mladá Boleslav 2013-14. ... 54
Tabulka 10: Plán STU (speciálních tréninkových ukazatelů) v rámci celoročního tréninkového cyklu BB Mladá Boleslav 2013-14 z pohledu tréninku kondičních schopností. ... 55
Tabulka 11: Hranice pro určení statistické významnosti. ... 57
Tabulka 12: Základní morfologické charakteristiky souboru testovaných osob a jejich změny v průběhu ročního tréninkového cyklu. ... 59
Tabulka 13: Rozdíly absolutních hodnot sledovaných během 1.-3. období. ... 59
Tabulka 14: Hodnoty t pro dvouvýběrový párový t-test a statistická významnost změn
v jednotlivých parametrech. ... 60
Tabulka 15: Relativní Haysův koeficient pro posouzení věcné významnosti. ... 60
Tabulka 16: Hodnocení hodnot indexu ECM/BCM ... 70
Tabulka 17: Klasifikace a hodnocení fázových úhlů ... 74
Seznam grafů Graf 1: Podíl aerobního a anaerobního krytí během výkonu. ... 49
Graf 2: Zobrazení změn tělesné hmotnosti. ... 63
Graf 3: Zobrazení změn procenta tělesného tuku. ... 65
Graf 4: Zobrazení změn mnoţství tukuprosté hmoty. ... 66
Graf 5: Zobrazení změn indexu ECM/BCM. ... 68
Graf 6: Zobrazení změn mnoţství celkové tělesné vody. ... 71
Graf 7: Zobrazení změn velikosti fázového úhlu. ... 72
Graf 8: Zobrazení změn hodnot bazálního metabolismu. ... 75
SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK A SYMBOLŮ
ATP Adenosintrifosfát BCM Celková buněčná hmota
BF Tělesný tuk
BIA Bioimpedanční analýza
BM Tělesná hmota
BMI Body mass index = odíl hmotnosti a druhé mocniny výšky v metrech BMR Bazální metabolismus
CP Kreatinfosfát
CT Počítačový tomograf
DEXA Duální rentgenová absorpciometrie ECM Extracelulární buněčná hmota ECPL Extracelulární pevné látky ECT Extracelulární tekutina ECW Extracelulární voda ICW Intracelulární voda TPH Tukuprostá hmota MR Magnetická rezonance NIRI Infračervená interakce
R Rezistence
RTC Roční tréninkový cyklus TBW Celková tělesná voda TPH Tukuprostá hmota TJ Tríninková jednotka
TT Tělesný tuk
WHO Světová zdravotnická organizace
Xc Reaktance
Z Impedance
13 ÚVOD
V dnešní době existuje celá řada způsobů, jak lze určit sloţení těla. Jde o metody, které se liší jak svým provedením, tak i svou sloţitostí. Metoda bioelektrické impedance, se kterou budeme pracovat, patří k těm modernějším, rychlým a relativně levným metodám pro určení tělesného sloţení jak v laboratoři, tak i v terénních podmínkách.
Analýza tělesného sloţení prováděná právě touto metodou se v poslední době dostává stále více do běţné praxe, a to v mnoha oblastech, jako je např. zdravotnictví, a to zejména kardiologie, nutriční poradenství a v neposlední řadě právě také ve sportovních laboratořích. Ve sportu se stalo pravidelné sledování tělesného sloţení nedílnou součástí jak hodnocení zdravotního stavu, tak i přípravy sportovců, a to především z toho důvodu, ţe se nepřímo podílí na úrovni sportovního výkonu.
V různých sportech je přitom poţadavek na tělesné sloţení odlišný. Ve své práci jsme se zaměřili na změny ve sloţení těla, které nastávají u vrcholových sportovců, zde florbalistů, během ročního tréninkového cyklu.
Florbal je sportem, který se u nás stále více dostává do podvědomí populace.
Česká republika patří dlouhodobě mezi čtyři nejvyspělejší florbalové státy světa a česká nejvyšší florbalová liga taktéţ patří mezi ty nejkvalitnější. Přesto zůstává florbal na pozici amatérského sportu a mnoho lidí ho vnímá pouze jako rekreační sport. Florbal je kolektivním sportem, kde nezáleţí pouze na speciálních florbalových dovednostech, ale existuje i řada faktorů, které ovlivňují herní výkon jednotlivců, potaţmo celého kolektivu. A právě faktorům tělesného sloţení u těchto sportovců se budeme věnovat v naší práci.
Hlavním cílem naší práce bylo sledování a následné vyhodnocení změn tělesného sloţení u hráčů florbalové extraligy během ročního tréninkového cyklu, zejména v období přechodném, přípravném a závodním. Dílčími cíly jsou pak: stanovení tělesného sloţení metodou bioimpedanční analýzy, porovnání změn jednotlivých parametrů tělesného sloţení a monitorování tréninkového cyklu z hlediska objemu a intenzity.
14
Práce je rozdělena tematicky do několika částí. V první, teoretické části se budeme věnovat problematice tělesného sloţení a problematice sportovního tréninku.
Tato část zahrnuje popis bioelektrických vlastností lidského těla, problematiku, principy a moţné metody měření sloţení těla. Druhá, praktická část seznamuje s průběhem, výsledky měření a jejich interpretací, které bylo uskutečněno během ročního tréninkového cyklu florbalistů.
15
1 SYNTÉZA POZNATKŮ 1.1 Složení lidského těla
V první kapitole se budeme věnovat dosavadním poznatkům týkajících se sloţení lidského těla. Zaměříme se především na modely tělesného sloţení, metody odhadu tělesného sloţení a na jednotlivé tělesné komponenty.
Ve většině sportovních odvětví hraje tělesné sloţení jednu z hlavních rolí a stává se tak jedním z nedůleţitějších faktorů ovlivňujících výkon. Analýza tělesného sloţení sportovce pak napomáhá monitorovat a hodnotit efektivitu tréninkových metod, stravovacích plánů apod. V závislosti na typu, intenzitě a frekvenci pohybové aktivity dochází ke změnám v hmotnosti sportovce a ke změnám v tělesném sloţení. Obecně platí, ţe sportovci mají vyšší obsah buněčné hmoty a niţší procento tělesného tuku.
Sportovci s mohutně vyvinutým svalstvem dále mají denzitu tukuprosté hmoty niţší, a to díky většímu mnoţství vody v této hmotě. Naopak u sportovců, jako jsou tanečníci nebo gymnasté, shledáváme denzitu tukuprosté hmoty vyšší neţ 1,1 g/cm3, a to vlivem vyššího obsahu kostní hmoty (Kočvarová, 2010).
V dospělosti, a to především mezi 20. a 30. rokem ţivota je moţné dosahovat nejvýznamnějších změn v tělesném sloţení, coţ je zapříčiněno vysokou intenzitou pracovního zatíţení. Příkladem takovéto adaptace na tělesnou zátěţ jsou právě vrcholoví sportovci. Podle prováděných výzkumů bylo nejvyšší procento aktivní tělesné hmoty zjištěno u vytrvalců, ale také u gymnastů nebo zápasníků. To je zapříčiněno faktem, ţe je u těchto sportů zapotřebí přenášet vlastní hmotnost těla, coţ by bylo znesnadňováno přílišným mnoţstvím tuku. U lyţařů, volejbalistů nebo hokejistů se významněji uplatňují především funkční faktory před somatickými, jako jsou nervosvalová koordinace nebo aerobní kapacita. Bylo prokázáno, ţe vývoj aktivní tělesné hmoty se rozvíjí paralelně s rozvojem aerobní kapacity. V různých sportovních disciplínách na vrcholové úrovni je však moţno z tohoto hlediska očekávat značnou diferenciaci danou specifikou zkoumaných sportů (Pařízková, 1973).
Podle Pařízkové (1973) se vůbec nejvýrazněji projevuje pokles aktivní tělesné hmoty u sportovců, kteří museli pro svůj špatný funkční a výkonnostní stav přerušit trénink, tedy u sportovců přetrénovaných nebo trpících onemocněním. Sledování
16
tělesného sloţení tedy informuje o stavu zdatnosti a stupni trénovanosti a můţe tedy upozornit i na závaţnější poruchu, která se projeví z hlediska funkčního i výkonnostního. Kontrola tělesného sloţení v určitých intervalech umoţňuje vyhodnocení intenzity tréninku, zdatnosti i současné formě sportovce.
Vliv sportu je z hlediska tělesného sloţení sledován od 50. let 20. století, přičemţ se některé z uvedených metod staly nedílnou součástí baterie testování tělesné zdatnosti a výkonnosti v průběhu tréninku (Pařízková, 1998). Hodnocení tělesného sloţení se tak stalo běţnou součástí hodnocení stavu výţivy a trénovanosti sportující populace. Zvýšené mnoţství tělesného tuku můţe negativně ovlivnit vytrvalostní výkon a vyšší hodnoty aktivní tělesné hmoty mohou být naopak výhodou v silových disciplínách. Tradiční laboratorní metody pro stanovení procenta tělesného tuku (např.
podvodní váţení apod.) jsou relativně drahé a ne vţdy pouţitelné. Terénní metody, které jsou rozšířenější (BIA, antropometrie), jsou naopak jednodušší, levnější, avšak méně přesné (Dlouhá a kol, 1998).
1.1.1 Charakteristika
Sloţení těla je povaţováno za jednu ze součástí zdravotně orientované zdatnosti.
Tělesná stavba, tělesné rozměry a sloţení těla patří mezi podstatné faktory motorické výkonnosti a fyzické zdatnosti, o čemţ mimo jiné svědčí i zařazení měření podkoţního tuku do souboru testovaných norem Unifittestu (Kutáč, 2009). Tělesné sloţení je ovlivněno geneticky a formováno vnějšími faktory, ke kterým řadíme především pohybovou aktivitu a výţivové faktory a celkový zdravotní stav organismu (Riegrová a kol, 2006). Základním morfologickým parametrem, ze kterého je nutné vycházet, je tělesná hmotnost. Při jejím sledování studujeme jednotlivé komponenty, takzvané frakce tělesné hmotnosti, a změny v jejich zastoupení (Kutáč, 2009). Frakcionaci hmotnosti těla je přitom moţné chápat ze dvou aspektů (Riegrová a kol, 2006):
jako podíl jednotlivých tkání na celkové hmotnosti těla – tělesné sloţení
z aspektu hodnocení hmotnosti jednotlivých tělesných segmentů jako článků kinematického řetězce (distribuce hmoty těla), kdy podíl sloţky svalové, tukové, případně kostní podmiňuje hmotnost jednotlivých tělesných segmentů
17
Odborné studie se zaměřují především na změny podílu jednotlivých tělesných frakcí v různých fázích ontogeneze, na změny vyvolané působením tělesné zátěţe a sportovního tréninku nebo na změny vyplývajících z metabolických onemocnění, tělesných postiţení jedinců a jiných onemocnění (Riegerová a kol., 2006).
1.1.2 Modely tělesného složení
Na komponenty tělesného sloţení lidského organismu se můţeme dívat z hlediska chemického nebo atomického. Chemicky se lidské tělo sestává z tuku, bílkovin, sacharidů, minerálů a vody, přičemţ tento systém klasifikace je preferován ve vztahu k tělesným energetickým zásobám. Z atomického pohledu je tělo tvořeno tukovou tkání, svalstvem, kostmi, vnitřními orgány a ostatními tkáněmi. Atomický klasifikační systém je preferován v těch případech, kdy jsou studovány vlastní otázky tělesného sloţení.
Některé metodické problémy posledních let jsou vysvětlovány vyuţitím nových metod pro odhad tělesného sloţení. Vyšetření sloţení těla probíhá na pěti základních úrovních: atomové, molekulární, buněčné, tkáňově-systémové a celotělové. Základní úrovně vyšetření sloţení těla viz Tabulka 1 (Hainer a kol, 2004):
Obrázek 1: Schéma sloţení těla (Riegrová a kol, 2006, str. 25)
18
Tabulka 1: Základní úrovně vyšetření sloţení těla (Hainer a kol, 2004, str. 155).
atomová C, H, O, N a další prvky
molekulární voda, bílkoviny, lipidy, glykogen, minerály
buněčná buňky, extracelulární tekutiny, extracelulární pevné látky tkáňově-systémová tuková tkáň, kosterní svalstvo, skelet, viscerální orgány
celotělová celé tělo
Atomický model
Na nejniţší úrovni leţí atomický model, který vychází ze zastoupení jednotlivých prvků vyskytujících se v organismu. 98 % tělesné hmotnosti je kryto šesti prvky: kyslík, uhlík, vodík, dusík, vápník a fosfor, přičemţ pouze kyslík pak zaujímá přibliţně 60 % celkové tělesné hmoty. Zbývající 2 % jsou představovány dalšími 44 prvky. Analýzy byly prováděny chemickým rozborem na mrtvolách. Rekonstrukci atomického sloţení lze v současné době provést neutronovou aktivační analýzou (Pařízková, 1998; Wang a kol, 1992).
Molekulární model
Molekulární úroveň je konceptuálním základem pro vyšší úrovně tělesného sloţení. Molekuly, které představují více neţ 100 000 chemických sloučenin tvořících lidské tělo, tvoří 11 nejvíce zastoupených prvků v lidském těle (kyslík, uhlík, vodík, dusík, vápník, fosfor, síra, draslík, sodík, chlór, hořčík). Nejsledovanějšími komponenty jsou lipidy, voda, proteiny, minerály a glykogen (Pařízková, 1998).
Hmotnost těla = voda + proteiny + glykogen + minerální látky + lipidy + ostatní (1 % z celkové tělesné hmotnosti)
Voda, nejhojnější chemická sloučenina v lidském těle, představuje 60 % hmotnosti těla.
Proteiny jsou skupinou, která obvykle zahrnuje téměř všechny sloučeniny obsahující dusík, od jednoduchých aminokyselin aţ po sloţité nukleoproteiny.
Glykogen se nachází v cytoplazmě většiny buněk, jako zásobní forma glukózy.
Jeho hlavní distribuce je v kosterních svalech a játrech.
19
Čtvrtou skupinou jsou minerální látky. Ty jsou kategorií anorganických sloučenin obsahujících mnoţství kovových prvků (např. vápník, sodík, draslík) a nekovových prvků (např. kyslík, fosfor, chlór). Nejvíce zastoupeným prvkem je zde vápník, který je z 99 % uloţen ve formě hydroxyapatitu v kostech, kde je také z 86 % uloţen fosfor.
Lipidy jsou tradičně definovány jako skupina různorodých organických látek, které jsou nerozpustné ve vodě a rozpustné v organických rozpouštědlech nebo diethyletheru. V lidském organizmu je rozpoznáno okolo 50 druhů lipidů, které jsou dále děleny do pěti kategorií: jednoduché lipidy, sloţené lipidy, steroidy, mastné kyseliny a terpeny (Wang a kol, 1992).
Buněčný model
Je zaloţen na spojení jednotlivých molekulárních komponent v buňky. V této souvislosti vystupuje do popředí pojem extracelulární tekutina (ECT = plazma + intersticiální tekutina), která je tvořena z 94 % vodou a která je v rámci tělesného sloţení sledována velice často. Extracelulární pevné látky (ECPL), jak organické, tak neorganické, jsou další komponentou. Celulární úroveň lze tak přesněji popsat rovnicí:
Hmotnost těla = BM + ECT + ECPL + buňky tukové tkáně
BM = svalové, pojivové, epiteliální, nervové buňky ECT = plazma + intersticiální tekutina
ECPL = organické a anorganické látky
Tkáňově-systémový model
Komponenty buněčného modelu jsou dále organizovány do různých tkání, orgánů a systémů. 75 % hmotnosti je představováno třemi tkáněmi: kostní, svalovou a tukovou tkání. Z hlediska systému je lidský organismus definován (Pařízková, 1998):
Hmotnost těla = muskuloskeletální + kožní + nervový + respirační + oběhový + zažívací + vyměšovací + reprodukční + endokrinní systém
20
Pouţívanými metodami pro manifestaci tkáňově-systémového modelu jsou magnetická rezonance, tomografie, vylučování kreatininu za 24 hodin nebo neutronová aktivační analýza (Riegrová a kol, 2006).
Celotělový model
Ke sledování v rámci celotělového modelu se pouţívá antropometrických měření jednotlivých ukazatelů, mezi které patří tělesná výška, hmotnost, hmotnostně-výškové indexy, délkové, šířkové, obvodové rozměry, koţní řasy, objem těl a z něj zjišťovaná denzita těla. Z denzity těla pak lze dále vyhodnotit nepřímo depotní tuk a tukuprostou, aktivní hmotu (Pařízková, 1998).
1.1.3 Modely měření
V klinické a antropologické praxi je nejčastěji vyuţíván dvou-, tří- případně čtyřkomponentový model, a to podle moţností a podle pouţití různých přístrojů a technik. Nejpouţívanějším je model dvoukomponentový (Dörhöfer, Pirlich, 2005).
Jednokomponentový model
Je nejzákladnější principem měření tělesné hmotnosti, kdy získáme velmi přesné hodnoty o celkové tělesné hmotnosti člověka. Pokud se ale hmotnost změní, nejsme schopni učinit úsudek o příčině této změny, zda se změnilo mnoţství vody, tuku apod.
Dvoukomponentový model
Tento model rozděluje lidské tělo na dvě základní komponenty: tuk a tukuprostou hmotu. Hustota čistého tuku je 0,9 g/cm3, hustota tukuprosté hmoty se pohybuje kolem 1,1 g/cm3. Tato metoda měření je vhodná především pro výzkumné účely, protoţe je velmi náročná na technické vybavení.
Tříkomponentový model
V tomto modelu se dělí tukuprostá hmota do dvou dalších frakcí, a sice na celkovou buněčnou hmotu (body cell mass, BCM) a extracelulární hmotu (extra cellular mass, ECM). BCM zahrnuje svaly, vnitřní orgány a centrální nervovou soustavu. ECM pak obsahuje mezitkáňové a mezibuněčné prostory, stejně jako kosti a pojivové tkáně.
Výkyvy či odchylky mezi BCM a ECM mohou nastat i bez změny tělesné hmotnosti
21
nebo svalové hmoty. Měření v tomto tříúrovňovém modelu je moţné především pomocí metody bioelektrické impedance.
Čtyřkomponentový model
Čtyřkomponentový model specifikuje tělesnou hmotnost podle následujícího vzorce (Riegrová a kol, 2006):
hmotnost = tuk + extracelulární tekutiny + buňky + minerály
1.1.4 Metody odhadu tělesného složení
V následující kapitole se budeme zabývat dostupnými metodami, kterými se dají zjišťovat určité sloţky v těle. Měřením sloţení těla se stanoví obsah tukové tkáně, tukuprosté hmoty, vody, kostních minerálů a dalších sloţek těla. Existuje několik způsobů vyšetření tělesného sloţení. Metody pro odhad tělesného sloţení lze dělit na laboratorní a terénní metody, přičemţ vybrané laboratorní metody jsou současně metodami referenčními. Ty jsou pro terénní praxi náročné, a sice z hlediska technického vybavení, nároků na obsluhu, organizačních moţností i cenové relace přístrojové techniky. Nejpouţívanějšími laboratorními metodami jsou v současné době denzitometrie, hydrostatické váţení a metoda DEXA, případně hydrometrie a měření celkového tělesného draslíku. Metoda DEXA je povaţována za referenční metodu (Riegrová a kol, 2006). Rozlišujeme metody antropometrické, metody zaloţené na vodivosti těla, referenční metody a metody pro stanovení obsahu vody v těle. K hodnocení tělesného sloţení je moţné pouţít rovněţ i ukazatelů v podobě hmotnostních indexů, které tyto metody vhodně doplňují.
1.1.5 Terénní metody Antropometrie
Při základním antropometrickém vyšetření sportovců je běţnou součástí měření tělesného sloţení, měření tělesné hmotnosti a výšky sportovců, které nám umoţní udělat si základní obrázek o daném sportovci. Různé druhy a typy sportu preferují nebo podmiňují určitý poměr aktivní tělesné hmoty a tuku. Přesné zjištění tohoto poměru vyţaduje speciální vyšetření za různě náročných a přesných metod (Máček, 2011).
22
Podrobné měření podle Pařízkové (1977) zahrnuje měření 10 koţních řas, ke kterému se pouţívá tzv. Bestův kaliper, který je u nás nejpouţívanější. Měření podle Durnina vyţaduje Harpendův nebo Holtainův kaliper, kteréţto jsou nejvíce rozšířeny ve světě. Odhad podílu tuku na základě tloušťky koţních řas je zaloţen na dvou základních předpokladech, a sice ţe:
tloušťka podkoţní tukové tkáně je v konstantním poměru k celkovému mnoţství tuku
místa, zvolená pro měření tloušťky koţních řas, reprezentují průměrnou tloušťku podkoţní tukové vrstvy.
Procento tuku se stanovuje pomocí regresních rovnic nebo tabulek, jeţ byly odvozeny z výsledků referenční metody hydrodenzitometrie (viz dále) u pokusných osob. Validita regresivních rovnic je pro odhad tělesného sloţení z koţních řas omezena jen na populační skupinu, ze které byly rovnice odvozeny, a to zejména kvůli tomu, ţe distribuce tuku se mění s věkem, v závislosti na pohlaví, pohybové aktivitě a dalších faktorech. Výhodou této metody je její nízká cena, rychlost a vyuţitelnost v terénních podmínkách. Nevýhodou je nutnost odborného vzdělání, velmi pečlivý zácvik a zkušeností vyšetřujícího (Buţga a kol, 2012; Hainer a kol, 2004). Měření tloušťky koţních řas je u nás stále jednou z nejpouţívanějších metod.
23 Tabulka 2: Postup výpočtu (Riegrová a kol, 2006).
Věk [roky] Pohlaví Rovnice
7-12 chlapci y = 1,180 – 0,069 · log x dívky y = 1,160 – 0,061· log x
13-16 chlapci
y = 1,205 – 0,78· log x dívky
17-45 chlapci % TT = 28,96 · log x – 41,27 dívky % TT = 35,572· log x – 61,25
% T – procento tuku tělesné hmotnosti x – součet deseti koţních řas [mm]
y – denzita
Výpočet % tělesného tuku z denzity: % TT = ( ) · 100
Podíl tukuprosté hmoty (fat free mass TPH) stanovíme v návaznosti na měření podkoţního tuku a stanovení procenta tuku takto:
% TPH = 100 - % tuku
Obrázek 2: Lokalizace a průběh koţních řas (Riegrová a kol, 2006)
24
TPH [kg] = tělesná hmotnost [kg] – tuk [kg] TT [kg] =
Antropometrickou metodou pro odhad a charakteristiku sloţení těla jsou také hodnoty obvodů těla. Světová zdravotnická organizace (WHO) doporučuje výpočet poměru pas/boky, které koreluje s celkovým tukem a definuje typ rozloţení tuku (Pařízková, 1998).
BMI (Body mass index)
Nejčastěji vyuţívaným kvantitativním parametrem pro posouzení normální nebo patologicky zvýšené hmotnosti je Body mass index (BMI). Tento index tělesné hmotnosti se vypočítá jako hmotnost v kilogramech lomená výškou v metrech na druhou:
BMI = hmotnost [kg] / výška2 [m]
Za normální je přitom povaţováno BMI v rozmezí 20-25, za nadváhu se povaţují hodnoty 25-30 a jako obezita potom hodnot vyšší jak 30 (Kaňková a kol., 2007).
Bioimpedanční analýza
Mezi metody zaloţené na vodivosti těla bychom zařadili především bioelektrickou impedanci. Bioimpedanční metoda (BIA) měří odpor tkání lidského těla, který vzniká při průběhu slabého elektrického proudu mezi dvěma místy, která leţí většinou na horní a dolní končetině zvoleného subjektu. Proud prochází vodou a elektrolytovými komponentami v aktivní, tukuprosté hmotě a výsledná rezistence je proto úměrná jejímu objemu (Pařízková, 1998). Pro měření se vyuţívají monofrekvenční i multifrekvenční přístroje a je vyuţíván střídavý proud o nízké intenzitě 400 aţ 800 µA (mikroampér) a frekvenci 1 aţ 1000 kHz, přičemţ frekvence <
10 kHz měří jen extracelulární prostor, frekvence > 100 kHz měří prostor intracelulární.
Regresní rovnice, které odvozují celkové procento tuku z výsledků BIA, stejně jako u antropometrických metod, existují pro různé věkové kategorie. Metoda BIA se vyznačuje především relativní rychlostí, jednoduchostí, neinvazivností a také nízkými provozními náklady. Je tedy pro vyšetřovaného i vyšetřujícího nenáročná, nezatěţuje pacienta a není časově náročná. Nevýhodou je však to, ţe přesnost měření závisí
25
zejména na adekvátní hydrataci organismu a uspořádání elektrod (Buţga a kol, 2012;
Hainer a kol, 2004).
Bioelektrická impedance nachází vyuţití i v moderní medicíně. Je velmi populárním nástrojem u klinických dietologů při monitorování vývoje a pokroku u pacientů, kteří se snaţí o úbytek obsahu tuku pomocí diety a cvičení. Dále se uplatňuje například při monitorování účinků nově vyvinutých léků určených k prevenci vstřebávání tuků u obézních pacientů. BIA je ale vyuţívána při sledování postupu onemocnění určitých typů chorob, které mají za následek změnu v tělesné stavbě (Bodystat.cz [online]). BIA se vyuţívá i ve spojení medicíny a sportu, jako například při neinvazivním měření hemodynamických změn při maximální zátěţi apod.
Infračervená interakce (NIRI)
NIRI (Near infrared interactance) je technikou, která zjišťuje sloţení těla iradiací tkání paprskem blízkým infračervenému záření. Jde tedy o metodu, která je zaloţena na absorpci a odrazu světla s pouţitím vlnových délek v oblasti infračerveného světla.
Měřená optická denzita odráţené radiace je ovlivňována specifickými absorpčními vlastnostmi zkoumané tkáně (Pařízková, 1998; Riegrová a kol, 2006).
Ultrazvuk
Ultrazvukové přístroje vyuţívají přeměny elektrické energie na vysokofrekvenční ultrazvukovou energii, která je vysílaná v krátkých impulzech.
Ultrazvukové vlny se odráţejí na hranicích mezi tkáněmi, které se liší svými akustickými vlastnostmi. Část ultrazvukové energie se v přijímači sondy přeměňuje na elektrickou energii a tato ozvěna je vizualizována na osciloskopu. Ultrazvuk lze tedy definovat jako mechanické kmity o frekvenci vyšší neţ je frekvenční mez slyšitelnosti lidského ucha, tj. vyšší neţ 20 kHz. Pro diagnostické účely se pouţívá vysokých frekvencí v megahertzové oblasti (Riegrová a kol, 2006, Kočvarová, 2010).
Mezi terénní metody odhadu sloţení těla bychom dále mohli zařadit celkovou tělesnou vodivost (obdoba BIA, ale měří se zde rozdílnost vodivosti a nevodivosti tkání), celkový plazmatický kreatin a kreatinurii.
26 1.1.6 Laboratorní metody
Hydrostatické vážení
Principy hydrodenzitometrie (váţení pod vodou) vychází z Archimedova zákona a na základě hmotnosti těla pod vodou a na vzduchu lze spočítat denzitu (specifickou hmotnost) lidského těla a z ní obsah tuku. Denzita lidského těla se blíţí denzitě vody a mění se s obsahem tuku. Výpočet obsahu tuku se provádí podle různých rovnic, jejichţ výsledky se mohou významně lišit. U nás se nejčastěji pouţívá rovnice podle Keyse a Broţka nebo Siriho (Hainer, 2007).
Při hydrostatickém váţení je objem těla zjišťován na základě rozdílu hmotnosti těla zváţené na suchu a pod vodou. Provádí se na hydrostatické váze. Při váţení pod vodou je tělo nadlehčováno vzduchem, který se nachází v dýchacích cestách a v plicích, a proto měření probíhá za maximálního výdechu. Gastrointestinální plyn není většinou při měření uvaţován (Riegrová a kol, 2006).
Denzitometrie
Denzitometrie je zaloţena na dvoukomponentovém modelu lidského těla, kdy má kaţdá sloţka odlišnou denzitu. Vychází se přitom z následujících předpokladů:
samostatné denzity u obou komponent jsou relativně konstantní u všech jedinců; úroveň hydratace tukuprosté hmoty je relativně konstantní; poměr kostních minerálů ke svalovým proteinům je konstantní veličinou. Z celkové tělesné denzity je prostřednictvím rovnic stanoveno mnoţství tuku (Riegrová a kol, 2006).
Pletysmografie
Další referenční metodou je pletysmografie, kdy se stanovuje objem těla v hermeticky uzavřeném prostor vyplněným vzduchem. Pletysmograf je tvořen uzavřenou nádobou a objem těla je stanoven na základě tlakových změn vyvolaných pumpou o známém zdvihu. Jde tedy o záznam změn velikosti (objemu) orgánu při jeho funkci. Tato metoda je často vyuţívána u dětí, protoţe nevyţaduje nutně spolupráci s pacientem (Hainer a kol, 2004; Riegrová a kol, 2006).
27 Duální rentgenová absorpciometrie (DEXA)
Metoda zaloţená na principu odlišné absorpce záření o dvou různých vlnových délkách a velmi nízké intenzitě tukovou tkání, svalovou tkání a kostmi. Tato metoda tedy rozlišuje kostní minerály od měkkých tkání, které dále rozděluje na tuk a tukuprostou hmotu. Výsledky měření stanoví tělesné sloţení jak celého těla, tak jednotlivých segmentů. Nevýhodou této metody je značná finanční náročnost na přístrojovou techniku, expozice určitému mnoţství záření a nemoţnost jejího vyuţití v terénních studiích (Buţga a kol, 2012). Problémem můţe být i to, ţe se pacient o větším tělesném objemu nevejde do skenovaného pole a přesnost měření klesá se zvyšujícími se rozměry těla. Výhodou je to, ţe tato metoda stanoví i sloţení těla jednotlivých tělesných segmentů a současně i minimální spolupráce s vyšetřovanou osobou (Pařízková, 1998; Hainer a kol, 2004).
K dalším laboratorním metodám patří počítačová tomografie (CT), magnetická rezonance (MR), měření přirozeného izotopu draslíku 40K nebo celoţivotní uhlíková metoda. První jmenovaná metoda ale není vhodná k rutinnímu vyšetření tělesného sloţení, a to z toho důvodu, ţe na pacienta působí rentgenové záření (Buţga a kol, 2012).
1.2 Bioelektrická impedanční analýza
1.2.1 Fyzikální principy BIA
Elektrický proud, vodivost a odpor
Uspořádaný pohyb volných částic s elektrickým nábojem látkou nazýváme elektrický proud. Název elektrický proud pouţíváme nejen pro fyzikální děj, ale i pro fyzikální veličinu, která tento děj kvantitativně charakterizuje. Jednotkou proudu v soustavě SI je coulomb za sekundu a tato jednotka se nazývá ampér (A). Veličina elektrický proud je definována vztahem
I = Q/t , kde Q je celkový náboj částic, které projdou průřezem vodiče za dobu t.
28
Elektrický proud je tedy veličinou, která vyjadřuje mnoţství elektrického náboje, který projde daným průřezem za určitý čas. Podle konvence je směr elektrického proudu určen jako směr pohybu kladného náboje. Proud v jednoduchém obvodu tedy vychází z kladného pólu zdroje a směřuje do pólu záporného. Proud v elektrických rozvodech můţe být stejnosměrný, střídavý, harmonický nebo obecný. Pokud se zaměříme na BIA, tak zde má své odůvodnění proud střídavý, jehoţ velikost a směr se v čase mění s určitou periodou (Halliday, 2001; Lepil, 2000).
Elektrický odpor, téţ rezistance (R) je veličina, která vyjadřuje schopnost vodiče vést elektrický proud. Závisí přitom na druhu látky, na geometrických parametrech vodiče i na jeho fyzickém stavu. Má vţdy kladnou hodnotu. Jednotkou elektrického odporu je ohm [Ω]. Elektrická vodivost, neboli konduktance (G) je veličinou vyjadřující schopnost vodiče vést elektrický proud a mající obdobný význam jako elektrický odpor, protoţe konduktance vychází ze vztahu (Mechlová, Košťál, 1999):
G = 1 / R
Vedení elektrického proudu tkáněmi
V následujícím odstavci, kdy vycházíme především z knihy Lékařská biofyzika a přístrojová technika autorů Hrazdiry a Mornsteina (2001), se budeme zabývat principy vodivostí tkání v lidském těle. Lidské tělo je sloţitou heterogenní soustavou, která se vyznačuje určitými elektrickými vlastnostmi. Elektrický proud prochází tkáněmi, které mají různé chemické sloţení, viskozitu a strukturu, jako jsou mezibuněčné prostředí, buněčné membrány, cytoplazma nebo buněčné organely. Kaţdé takovéto prostředí je charakterizováno určitou měrnou vodivostí. Různé tkáně se mohou vyznačovat jak elektrickou vodivostí na jedné straně, tak i činností spojenou se vznikem elektrického napětí na straně druhé. Vnitřní distribuce proudu v lidském těle se řídí tzv.
Kirchhoffovými zákony. Tkáňový odpor je ale proměnlivý v závislosti na funkčním stavu dané tkáně. Vedení elektrického proudu tkáněmi se děje elektrolyticky a nositeli proudu v biologickém prostředí jsou tedy především ionty. Můţeme rozlišit dva typy elektrické vodivosti. Cytoplasma a mezibuněčné prostředí se chovají jako vodič druhého řádu, tedy takový, který má frekvenčně nezávislý odpor neboli rezistenci R.
Oproti tomu membránové struktury mají vlastnosti charakterizované impedancí Z, kde se kromě rezistence R uplatňuje i odpor kapacitní, tedy kapacitance neboli reaktance
29
Xc. Díky tomu, ţe membrány mají kapacitní vlastnosti, je průchod elektrického proudu těmito strukturami závislý na frekvenci. Impedanci tedy můţeme vypočítat dle vztahu:
Z = √
Elektrické vlastnosti jednotlivých tkání jsou zobrazeny v Tabulce 3.
Tabulka 3: Elektrické vlastnosti tkání (Hrazdira, Mornstein, 2001, str. 203)
tkáň Měrný odpor (rezistivita) [Ω·m]
cytoplazma buněk 1
tělesné tekutiny 0,8-1,3
svalová tkáň 3
parenchymatózní orgány 4-6
tuková tkáň 10-15
kostní tkáň 30
1.2.2 Parametry měření BIA Impedance
Impedance je komplexní veličina popisující zdánlivý odpor prvku a fázový posun napětí proti proudu při průchodu harmonického střídavého proudu dané frekvence daným prvkem (Bioimpedance.com [online]). Je charakteristickou vlastností prvku pro střídavý proud a převrácenou hodnotou vodivosti. Je dána sumárním odporem buněčných membrán, cytoplazmy a mimobuněčné tekutiny a zjednodušeně řečeno jde o celkový tělesný odpor. Značí se jako vektor Z a jednotkou je ohm [Ω]. Skládá ze dvou sloţek: první je sloţka reálná a nazývá se rezistence, druhá sloţka je imaginární a nazývá se reaktance.
Rezistence
Rezistence, se značí R a jednotkou je ohm [Ω]. Vyjadřuje schopnost prvku zmenšit nebo zastavit proud a jedná se tedy o odpor prostředí. Je dána vodivostí tkání a definovaná jako poměr napětí a proudu.
30 R = U / I
Velikost odporu závisí přímoúměrně na délce vodiče (tedy na výšce člověka) a nepřímo úměrně na obsahu průřezu vodiče, na materiálu (mnoţství vody, elektrolytů) a teplotě. Dobré vodiče mají malý elektrický odpor. Tuto schopnost vést elektrický proud mají v těle tkáně a orgány bohaté na vodu a elektrolyty (svalová tkáň, krev, extracelulární tekutina). Mají tedy malou rezistenci. Mezi špatné vodiče v těle, a tedy vodiče s vysokým elektrickým odporem, naopak patří tuková tkáň a kosti (Halliday, 2001; Koláčková, 2012).
Reaktance
Reaktance je imaginární část impedance, kterou označujeme Xc. Definuje schopnost tkáně elektrický proud zpomalit a způsobit fázový posun. Jedná se o přídatný odpor způsobený kapacitním efektem buněčných membrán. Vyšší hodnoty reaktance z bioelektrických měření definují lepší zdraví a buněčnou integritu. Kondenzátoru v organismu odpovídají buněčné membrány, jejichţ vodivými deskami jsou proteiny a dielektrikem tuková vrstva. Při průchodu střídavého proudu se chovají jako biologické kondenzátory o stálé plošné kapacitě v rozmezí 0,1 – 3 µF.cm-2 (Hrazdira, Mornstein, 2001). Normálové hodnoty podle Dörhöfera a Pirlich (2005) pro populaci představují 10-12 % rezistence.
Jestli budou buněčné membrány fungovat jako rezistory, nebo jako kondenzátory, určuje frekvence procházejícího proudu. Při frekvenci menší jak 50 kHz fungují membrány jako rezistory a zastaví elektrický proud, který prochází pouze extracelulárním prostředím. Při frekvenci vyšší neţ 50 kHz proud buněčnými membránami prochází (Bioimpedance [online]; Koláčková, 2012).
31
Obrázek 3: Vztah mezi impedancí a reaktancí (Riegrová a kol., 2006, str. 39).
Fázový úhel
Fázový úhel vyjadřuje jak změny v mnoţství, tak i v kvalitě měkkých tkání hmoty (tj. propustnosti buněčné membrány a měkkých tkání, hydratace). Fázový úhel je závislý na rezistenci a reaktanci a měří vztah právě mezi těmito dvěma sloţkami. Jeho hodnoty se obvykle pohybují mezi 2° a 12°, pro zdravou populaci se pohybuje v rozmezí 6°-9° v závislosti na pohlaví. Fázový úhel je výrazně vyšší u muţů, a to především u těch, kteří mají více svalové hmoty, neţ u ţen ve všech věkových kategoriích. Nízký fázový úhel je indikátorem poruchy buněčné membrány a značí neschopnost buněk ukládat energii. Vysoké hodnoty fázového úhlu znamenají, ţe membrány buněk jsou neporušené a mnoţství BCM je vysoké (Bodystat.com [online]).
Obrazně řečeno dobře ţivené buňky se stabilními membránovými potenciály mají velký fázový úhel, oproti tomu špatně ţivené buňky s nízkým membránovým potenciálem mají odpovídajícím způsobem malé fázové úhly (Dörhöfer, Pirlich, 2005).
Velikost fázového úhlu umoţňuje provést základní klasifikaci nutričního stavu a fyzického stavu jedince. Pokud je ale organismus jedince, který pravidelně provádí intenzivní fyzickou činnost, nedostatečně zásobován sacharidy, pak je velikost fázového úhlu menší a i jeho roste nanejvýš o 0,2° za měsíc. Obecně ale fázový úhel roste s tréninkem a naopak.
32
Tabulka 4: Klasifikace a hodnocení fázových úhlů (Dörhöfer, Pirlich, 2006, str 18).
Muži Velikost fázového
úhlu Hodnocení
> 7,9 Tyto extrémně vysoké hodnoty se vyskytují pouze u vrcholových
sportovců a
kulturistů.
7,0-7,9 Velmi dobré. Tyto hodnoty jsou indikací pro vynikající nutriční a fyzický stav.
6,5-6,9 Dobré. Hodnoty v tomto rozsahu obvykle značí pravidelný trénink jedince. Předpokládá se i dostatečná rezerva makroţivin.
6,0-6,4 Uspokojivé. Jedná se o nejběţnější hodnoty pro většinu populace. Vyplývá z nich mírná fyzická aktivita a základní mnoţství makroţivin.
5,5-5,9 Dostatečné. Tyto hodnoty se často vyskytují u jedinců s nevyváţenou stravou a nízkou fyzickou aktivitou. Ukazují na špatnou fyzickou kondici.
4,5-5,4 Nevyhovující. Hodnoty v tomto rozpětí vykazují nedostatečnou kvalitu a mnoţství výţivy a omezenou pohyblivost.
< 4,5 Fázový úhel v tomto rozsahu vypovídá o extrémně špatném nutričním stavu a podvýţivě.
Podle výše uvedené tabulky lze očekávat, ţe při našem výzkumu se budou objevovat hodnoty od 6,5 do 7,5°, coţ značí dobrou aţ velmi dobrou trénovanost a kvalitu svalové hmoty.
Fázový úhel je nejvýznamnější při frekvenci 50 kHz. Čisté buněčné membrány mají fázový úhel 90°, naopak úhel 0° má voda. Fázový úhel je tedy přímo úměrný hodnotě BCM (Dörhöfer, Pirlich, 2005). Odpor biologického vodiče je také závislý na pouţité frekvenci. Nízké frekvence v rozmezí 1 aţ 5 kHz jsou stěţí schopny překonat buněčné membrány. Jsou schopné se šířit v extracelulární hmotě a prakticky neobsahují ţádné sloţky reaktance. Z tohoto důvodu se tyto frekvence pouţívají pro výpočet extra celulární vody (ECW). Se zvyšující se frekvencí vzrůstá i fázový úhel a maximální
33
hodnoty odporu je dosaţeno při frekvenci 50 kHz. Pokud se frekvence bude stále zvyšovat, odpor se bude opět sniţovat. Rozdíly mezi BCM a ECM lze hodnotit díky pouţití multifrekvenční analýzy. Tato analýza je vhodná především u těch pacientů, u kterých se sleduje vodní bilance. (Dörhöfer, Pirlich, 2005).
1.2.3 Komponenty složení lidského těla
Ve své práci budeme pracovat s mnoha komponenty z oblasti tělesného sloţení a posléze je i hodnotit. V této kapitole tedy tyto komponenty přiblíţíme a zabývat se budeme jejich fyziologickým popisem. Těmito sloţkami lidského těla jsou voda, a to extracelulární, intracelulární a celková, tělesný tuk, tukuprostá hmota, celková bunečná hmota, extracelulární buněčá hmota, bazální metabolismus a další.
Celková tělesná voda
Voda je jednou z nejvýznamnějších a také nejvíce zastoupených sloţek lidského těla, která plní mnoho důleţitých funkcí. Hodnota celkové tělesné vody (total body water, TBW) vyjadřuje mnoţství veškeré vody, která je přítomna v těle, tedy celkové tělesné vody. Pomocí bioelektrické impedance je moţno velmi přesně stanovit mnoţství vody obsaţené v lidském těle. Přičemţ voda, kterou pacient poţil ústně a která ještě není tělem absorbována, se v měření nezobrazuje. Ascites (břišní vodnatelnost) se také neměří, protoţe není součástí tukuprosté hmoty (Dörhöfer, Pirlich, 2005). Objem TBW je závislý na mnoha faktorech, jako jsou pohlaví, věk, tělesná konstituce nebo vnitřní a vnější podmínky působící na člověka. Průměrné hodnoty TBW se pohybují okolo 60 % tělesné hmotnosti a u běţně hydratovaného člověka tvoří 73 % tukuprosté hmoty.
normální rozsah hodnot pro muţe: 50-60 % tělesné hmotnosti
normální rozsah hodnot pro ţeny: 55-65 % tělesné hmotnosti
velmi svalnatý jedinec: 70-80 % tělesné hmotnosti
obézní jedinec: 45-50 % tělesné hmotnosti
Rozloţení vody v organismu je různé. Nachází se jak ve vnitřním prostředí buněk, tak ale i omývá i jejich vnější povrch a vyplňuje prostor mezi nimi. Nejvíce vody je v tělních tekutinách, poměrně bohatě hydratovaná je i svalová tkáň, naopak málo vody je v tukové tkáni a kostech. Celkovou tělesnou vodu můţeme dále dělit na vodu extracelulární, která tvoří přibliţně 43 % celkové tělesné vody, a na vodu intracelulární,
34
jeţ představuje 57 % celkové tělesné vody. Podle Kaňkové a kol. (2007) je tento poměr 35 % a 65 %. Extracelulární voda zahrnuje intercelulární a transcelulární tekutinu a plazmu (Kittnar, 2011). Mnoţství vody v těle je určováno v prvé řadě prostřednictvím BCM, tedy prostřednictvím celkové buněčné hmoty. Zvýšené hodnoty ECM/BCM indexu a sníţené procento buněk jsou známkami ukládání vody (Dörhöfer, Pirlich, 2005).
Mnoţství celkové tělesné vody lze vypočítat dle vztahu:
TBW = výška2 / Z Tukuprostá hmota
Tukuprostá hmota (TPH)označuje tělní tkáň, která neobsahuje ţádný tuk.
Můţeme ji tedy definovat jako rozdíl mezi celkovou tělesnou hmotností a hmotností tělesného tuku. TPH je tvořena především svaly, vnitřními orgány, kosterním systémem a centrálním nervovým systémem. Tyto orgánové struktury jsou sice morfologicky velice odlišné, ale jejich funkční struktury jsou identické. Skládají se z buněk, které jsou zodpovědné za metabolické procesy v těle. Obsahují i extracelulární tekutiny a látky, které napomáhají látkové výměně v těle. Tuto tělesnou hmotu nazýváme aktivní z toho důvodu, ţe při své činnosti spotřebovává energii. Pro tělesný tuk i pro tukuprostou hmotu platí, ţe jde o sloţky velice rozmanité a jejich podoba tudíţ závisí na věku, pohlaví, pohybové aktivitě a na dalších exogenních a endogenních faktorech. TPH u běţného dospělého zdravého pacienta obsahuje okolo 73,2 % vody, z toho tedy vyplívá, ţe TPH se vypočítá podle vztahu: (Dörhöfer, Pirlich, 2005; Riegrová a kol, 2006).
TPH =
BCM - celková buněčná hmota
BCM neboli celková buněčná hmota je soubor všech buněk, které se aktivně podílejí na metabolických procesech v těle. Zahrnuje tedy všechny buňky, které vyuţívají kyslík a které jsou schopny oxidovat sacharidy, a tudíţ se přímo podílejí na svalové práci. Kaţdá tkáň lidského organismu obsahuje určitý podíl BCM. Jde o příčně
35
pruhované svalstvo, srdeční svalovinu, hladkou svalovinu, vnitřní orgány, gastrointestinálního trakt, krev, ţlázy a nervovou soustavu. Svalová tkáň obsahuje této hmoty nejvíce (Dörhöfer, Pirlich, 2005; Riegrová a kol, 2006).
Vnitrobuněčná hmota je odvozena od tukuprosté hmoty podle vztahu:
BCM = TPH · In(α) · 0,29 ,kde In(α) je přirozený algoritmus fázového úhlu při frekveci 50 kHz
Mnoţství BCM v těle kaţdého jedince je závislé na mnoha faktorech, jako jsou věk, pohlaví, genetická podmíněnost nebo fyzická aktivita. U běţné populace se mnoţství BCM u muţů pohybuje kolem 53 % aţ 59 % aktivní tělesné hmoty, u ţen pak jde o rozmezí mezi 50 % a 56 % aktivní tělesné hmoty. U vrcholových sportovců můţe mnoţství BCM činit aţ 60 % aktivní tělesné hmoty. Mnoţství BCM v těle jsme schopní rozpoznat pouze pomocí bioelektrické impedance (Dörhöfer, Pirlich, 2005).
ECM – extracelulární hmota
ECM je popisována jako mnoţství tukuprosté hmoty, které je uloţené mimo buňky, tedy mimo BCM. Pevnými sloţkami ECM jsou pojivové tkáně jako kolagen, elastin, kůţe, šlachy, fascie a kosti. Tekutými sloţkami jsou potom plazma, intercelulární a transcelulární voda (Dörhöfer, Pirlich, 2005; Riegrová a kol, 2006).
Mnoţství ECM je dáno rovnicí:
ECM = TPH - BCM Index ECM/BCM
BCM a ECM spolu po stránce morfologické i funkční velice úzce souvisí a společně tvoří aktivní tělesnou hmotu. Díky poměru extracelulární hmoty a celkové buněčné hmoty (ECM/BCM) jsme schopni posoudit míru vyuţitelnosti tukuprosté hmoty pro pohybovou aktivitu. Tento poměr je také velice důleţitým parametrem pro posouzení stavu výţivy jednice. Tento poměr je taktéţ proměnlivý s biologickým věkem, kdy s rostoucím věkem klesá. Čím je index niţší, tím má jedinec větší mnoţství tukuprosté hmoty vyuţitelné pro pohybovou aktivitu. V opačném případě, kdy hodnota dosahuje hodnot vyšších neţ 0,8, je vyuţitelnost tukuprosté hmoty pro pohybovou aktivitu nízká. Z toho vyplívá, ţe trénovaní jedinci disponují niţšími hodnotami tohoto
36
indexu. U vysoce trénovaných jedinců je hodnota indexu ECM/BCM ≤ 0,7. (Riegrová a kol, 2006). Jde o určitý ukazatel stupně trénovanosti jedince. Obecně vzato zdraví jedinci mají větší mnoţství BCM neţ ECM, a tudíţ by měl být index menší neţ 1.
Rostoucí index ECM/BCM můţe mít tři příčiny, a sice katabolismus, dehydratace nebo otoky (Dörhöfer, Pirlich, 2005).
Tělesný tuk
Tělesný tuk (TT) má hustotu 0,9 g/cm3 a působí jako izolátor při průchodu elektrického proudu. Tukové buňky postrádají typické vlastnosti buněk v BCM a tudíţ nekladou téměř ţádný odpor. Hmotnost tuku se vypočítá jako rozdíl mezi hmotností a tukuprostou hmotou:
TT = hmotnost-TPH BIA vektor
Pomocí tzv. BIA vektoru je moţné graficky znázornit elektrické odpory lidského těla v systému souřadnic. Za tímto účelem, kapacitní odpor z tělních buněk (Xc) je znázorněn na ose y a odpor tělesné vody i s obsahem elektrolytů (R) na ose x. Oba odpory se vztahují k tělesné výšce (Xc/výška; R/výška). Propojením těchto hodnot v systému souřadnic nám vzniká výsledný vektor (Dörhöfer, Pirlich, 2005). BIA vektor získaný z hodnot reaktance a rezistence se jeví jako uţitečný parametr v hodnocení determinantů BIA (viz obrázek 4). Některé studie zkoumají vliv věku na výsledky BIA měření prostřednictvím BIA vektoru, který zohledňuje věk, pohlaví a BMI (Koláčková, 2012).
37 Bazální metabolismus
Bazální metabolismus (BMR), neboli základní energetická přeměna, pokrývá všechny vitální funkce organismu energeticky dostačujícím způsobem, tedy tak, aby byly tyto funkce udrţeny. Laicky můţeme říci, ţe BMR je energie potřebná pro „provoz těla“. Veškerá lidská aktivita přitom energetické nároky organismu zvyšuje. Existují tedy podrobné tabulky, které vyjadřují energetickou náročnost různých lidských činností, z čehoţ poté vyplívá konkrétní potřeba krytí energie potravinami, vztaţená na určitý čas (Trojan, 2003).
Bazální metabolismus můţeme stanovit v případě, ţe jsme v klidu, nejlépe, kdyţ leţíme, při pokojové teplotě, 12-14 hodin po posledním jídle a 24 hodin bez vyčerpávající tělesné aktivity. Ve spánku hodnota BMR klesá, a to přibliţně o 10%, a při dlouhodobém hladovění můţe klesnout aţ o 40 % (Ganong, 2005). BMR je u ţen ve všech věkových kategoriích o něco niţší neţ u muţů. Je naopak vyšší u dětí, ale s věkem se sniţuje. Pro zdravého jedince, přibliţně o hmotnosti 70 kg činí hodnota BMR u muţů 1705 kcal a u ţen o hmotnosti 60 kg přibliţně o 10 % méně. Uvádí se hodnota 1505 kcal. Jakákoliv aktivita, včetně duševní, přitom energetické nároky organismu zvyšuje (Kittnar, 2011). Lidé s vyšším mnoţstvím svalové hmoty, tedy především sportovci, vykazují vyšší hodnoty BMR, a to z toho důvodu, ţe je potřebu tuto svalovou
Obrázek 4: Znázornění BIA vektoru vzhledem k rezistenci a reaktanci (Dörhöfer, Pirlich, 2005, str.26).
38
hmotu vyţivovat. Současně samozřejmě platí, ţe člověk, který má málo svalové hmoty, má mnohem niţší hodnotu BMR (Viviente.cz [online]).
1.2.4 Druhy BIA
Přístroje podle použitých frekvencí
Monofrekvenční bioimpedanční analýza
Bioimpedanční analýza, která vyuţívá proud o jedné frekvenci, se nazývá monofrekvenční. Obvykle se při těchto měřeních uţívá frekvence proudu o hodnotě 50 kHz. Při frekvenci 50 kHz bioimpedanční analýza striktně vzato neměří objem celkové tělesné vody, ale váţený součet odporů extracelulární a intracelulární vody.
Monofrekvenční přístroje obvykle měří velice přesně celkovou tělesnou vodu (TBW), tukuprostou hmotu (TPH), ale není jimi moţné určit rozdíl mezi ICW a ECW (Kyle, 2004).
Multifrekvenční bioimpedanční analýza
Základním principem multifrekvenční bioimpedanční analýzy je šíření střídavého proudu, který má nízkou intenzitu, biologickými strukturami, přičemţ se vyuţívají různé frekvence, a to v rozmezí 1 aţ 100 kHz. Tento princip je zaloţený na tom, ţe různé tkáně, voda nebo tuk vedou proud různým způsobem, a chovají se tudíţ buď jako vodiče, nebo jako izolátory. Tukuprostá hmota, obsahující vysoký podíl vody a elektrolytů je dobrým vodičem proudu, zatímco tuková tkáň se chová jako izolátor a špatný vodič. Pomocí nízkých frekvencí (1 kHz, 5kHz) lze mnoţství TBW rozdělit na hodnoty extracelulární a intracelulární vody, protoţe proud o takto nízké frekvenci neproniká do intracelulárního prostoru, a proto jím lze měřit hodnoty pouze extracelulární tekutiny. Naopak proud o vysoké frekvenci cca 50 aţ 100 kHz proniká přes buněčnou membránu do buňky a lze jím tak měřit hodnoty celkové tělesné vody (Stablová a kol, 2003).
39 Přístroje podle umístění a počtu elektrod
V České republice se dále běţně pouţívají přístroje, které se liší tím, jak jsou elektrody, mezi nimiţ probíhá proud, umístěny. V komerční sféře se nejčastěji setkáme s bipolárními přístroji, neboli ruční BIA, kdy elektrický proud probíhá pouze horní částí těla, nebo bipedální BIA, noţní, kdy elektrický proud prochází dolní částí těla (Riegrová et al, 2006). Setkáme se tedy s přístroji, kde jsou elektrody na madlech pro uchopení rukama, tedy s uspořádáním bimanuálním (od společnosti Omron), dále s uspořádáním bipedálním (např. přístroje společnosti Tanita), při němţ vyšetřovaná osoba stojí na váze s vyznačeným umístěním elektrod, či s uspořádáním tetrapolárním, kde jede o kombinaci bipedálního a bimanuálního uspořádání (InBody, Tanita). Další moţnou variantou jsou tetrapolární přístroje bioimepdanční analýzy, kdy je měření prováděno vleţe a elektrody se nacházejí po dvou na zápěstí a nad hlezenním kloubem pravostranných končetin (Bodystat, Nutriguard M). Tato metoda je vhodná pro pouţití v odborných studiích a její výhodou je určení tělesného sloţení s uvedením zastoupení jednotlivých tělesných tkání (Buţga a kol, 2012; Riegrová a kol, 2006).
Obrázek 5: Umístění elektrod na zápěstí a na nártu (Dörhöfer, Pirlich, 2005).
40
Obrázek 6: Celkový pohled na vyšetřovanou osobu (Dörhöfer, Pirlich, 2005).
Obrázek 7: Elektrický obvod lidského těla (Dörhöfer, Pirlich, 2005).
Přesnost měření
Existuje skutečně mnoho faktorů, které určitým způsobem ovlivňují naměřené hodnoty a následně výsledky při měření bioimpedanční metodou. Pro přesnost měření pomocí BIA je jedním z rozhodujících faktorů umístění elektrod na hřbetu ruky a na nártu nohy. Posunutí detektoru o 1 cm můţe znamenat změnu aţ 2 % rezistence. Další proměnné, které mají vliv na platnost, reprodukovatelnost a přesnost měření, jsou polohy těla, stav hydratace, který můţe způsobit dle Riegrové (2006) chybu měření 2-4
41
%, dále konzumace jídla nebo nápojů, teplota okolního vzduchu a teplota kůţe, poslední fyzická aktivita, a to především tělesné zatíţení anaerobního charakteru, u ţen menstruace, výběr vhodné predikční rovnice, správné dosazení proměnných do predikčních rovnic, pozice těla a jiţ zmíněné umístění elektrod (Anon, 1994;
Bioimpedance [online]; Koláčková, 2012; Riegrová a kol, 2006).
Obecná doporučení pro měření jsou (Koláčková, 2012; Riegrová, 2006):
Zákaz konzumace jídla a pití 4-5 hodin před testem.
Ţádná fyzická aktivita po dobu 12 hodin před testem.
Nepoţívat alkohol 24 před testem.
Přesně umístit elektrody.
U ţen neprovádět měření během menstruačního cyklu nebo během těhotenství.
Teplota v místnosti kolem 20-25 °C, normální vlhkost vzduchu.
Provádět test po 5 minutách v klidu a vleţe.
Pacient musí leţet v klidu na zádech, horní i dolní končetiny jsou roztaţené a části těla se tak nedotýkají.
Nenatírat si před vyšetřením ruce a nohy ţádným mastným krémem.
Neměřit pacienty uţívající léky, které ovlivňují vodní reţim v organismu a vyhnout se osobám s implantáty (kardiostimulátor, umělé klouby).
Při opakovaní měření provádět BIA za stejných podmínek a ve stejnou denní dobu.
Ţádné elektrické rušení jako např. hodinky, kovový rám postele apod.
1.3 Sportovní trénink
Sportovní trénink dle Lehnerta (2001) představuje dlouhodobý, systémově řízený proces přípravy sportovce prioritně zaměřený na zvyšování sportovní výkonnosti ve zvolené sportovní disciplíně, přičemţ obsah sportovního tréninku tvoří následující procesy: sociálně-biologická adaptace, motorické učení a psychosociální interakce.
Hlavním cílem sportovního tréninku je dosaţení relativně maximální výkonnosti v daném sportovním odvětví. Úkolem je ovlivňovat tělesné, psychické i sociální
