การวัดองค์ประกอบของร่างกาย (Body Composition Measurement) ตอนที่ 1

การวัดองค์ประกอบของร่างกาย ในช่วงแรกเริ่มจากการชั่งน้ำหนัก วัดส่วนสูง และการชั่งน้ำหนักเป็นส่วนๆ ต่อมาเริ่มมีการศึกษากันอย่างจริงจังโดยการใช้การวิเคราะห์ทางเคมีกับศพ (Cadaver Analysis) งานวิจัยที่ได้รับการยอมรับในวงกว้างในเรื่องนี้คือ งานของ Harold H. Mitchell และคณะ จากมหาวิทยาลัย Illinois ตีพิมพ์ในปี คศ. 1945 โดยแบ่งร่างกายออกเป็น 5 ส่วนคือ น้ำ โปรตีน (วัดผ่านปริมาณของไนโตรเจน) ฟอสฟอรัส แคลเซียม และไขมัน แม้ว่าการทำ Cadaver Analysis จะได้ข้อมูลที่มีความแม่นยำและจัดเป็น Gold Standard ในการวัดองค์ประกอบของร่างกายแต่เนื่องจากไม่สามารถทำในสิ่งมีชีวิตได้จึงได้มีการพัฒนาวิธีการวัดแบบอื่นเพิ่มขึ้นมาในภายหลัง เป็นที่มาของการวัดองค์ประกอบของร่างกายที่ใช้ในปัจจุบันครับ

แบบจำลองการคำนวณองค์ประกอบของร่างกาย (Body composition model)

หลักการลอยตัวและหลักของความหนาแน่นของอาร์คีมีดีส (Archimedes’ Principle) นั้นใช้เป็นพื้นฐาน (Principle) ในการคำนวณและการวัดองค์ประกอบของร่างกายในทุกแบบจำลอง อาร์คีมีดีสเขียนไว้ว่า “Any object, wholly or partially immersed in a fluid, is buoyed up by a force equal to the weight of the fluid displaced by the object.” สามารถอธิบายได้ง่ายๆ ดังรูปด้านล่าง ถ้าเรามีวัตถุที่ชั่งน้ำหนักบนบก ได้น้ำหนัก 10 กิโลกรัม เมื่อนำวัตถุนั้นไปชั่งน้ำหนักในน้ำวัตถุนั้นจะชั่งได้เบาขึ้นเพราะน้ำจะช่วยพยุงน้ำหนักของวัตถุไว้ โดยน้ำหนักของวัตถุที่หายไปจะเท่ากับน้ำหนักของน้ำที่ล้นถ้วยพอดี (ซึ่งเท่ากับปริมาตร (Volume) ของน้ำที่เพิ่มขึ้นจากการจมของวัตถุ และเท่ากับปริมาตรของวัตถุที่จม) ถ้าเราทำการทดลองนี้ที่อุณหภูมิ 25 องศาเซลเซียส และใช้น้ำที่ค่อนข้างสะอาดความหนาแน่น (Density) ของน้ำ 1 มิลลิตรจะใกล้เคียงกับ 1 กรัม ดังนั้น ดังนั้นน้ำที่ล้นจากถ้วยมีน้ำหนัก 3 กิโลกรัมจะมีปริมาตรใกล้เคียงกับ 3 ลิตร และ ปริมาตรของวัตถุสีดำในรูปก็ควรจะใกล้เคียงกับ 3 ลิตร เช่นกัน ด้วยหลักการนี้เราจะสามารถคำนวณหาความหนาแน่นของวัตถุดำได้จากสมการ ความหนาแน่น (Density) = Mass / Volume

pic01

วัตถุดำในรูปนี้จะมีความหนาแน่น = 10 / 3 = 3.33 g/ml

จากหลักการนี้ทำให้นักวิทยาศาสตร์สร้างแบบจำลองการวัดองค์ประกอบของร่างกายได้

ถึงแม้ว่า Mitchell จะแบ่งร่างกายออกเป็น 5 ส่วนคือ น้ำ โปรตีน ฟอสฟอรัส แคลเซียม และไขมัน แต่ในความเป็นจริงร่างกายมนุษย์ใช้ฟอสฟอรัสและแคลเซียมร่วมกันเป็นโครงสร้างของกระดูก แบบจำลองส่วนใหญ่จึงจะมีองค์ประกอบเพียง 4 ส่วนคือ น้ำ โปรตีน ไขมัน กระดูกและแร่ธาตุ โดยองค์ประกอบหลักของร่างกายที่พบโปรตีนคือส่วนที่เป็นกล้ามเนื้อ จึงสามารถเขียนเป็น น้ำ กล้ามเนื้อ ไขมัน กระดูกและแร่ธาตุได้เช่นเดียวกัน ในส่วนของน้ำนั้นถ้าพิจารณาจะพบว่าน้ำในร่างกายพบอยู่ใน 2 ส่วนใหญ่ๆ คือ น้ำที่อยู่ข้างในเซลล์ (Intracellular water – ICF) และน้ำที่อยู่ข้างนอกเซลล์ (Extracellular water – ECF) ในปัจจุบันมีเพียงไม่กี่วิธีเท่านั้นที่จะสามารถแยกน้ำในร่างกายออกเป็นทั้ง 2 ส่วนได้อย่างแม่นยำ ดังนั้นในแบบจำลองส่วนใหญ่จะคิดน้ำในรูปของ Body water ซึ่งรวมทั้ง ICF และ ECF เข้าด้วยกัน ในรูปด้านล่างแสดงภาพรวมขององค์ประกอบของร่างกายทั้ง 5 ส่วน และแบบจำลององค์ประกอบของร่างกายโดยสรุป

pic02

2 – Compartment model

Siri WE ได้พัฒนาแบบจำลององค์ประกอบของร่างกายโดยแบ่งออกเป็น 2 ส่วนคือ Fat Free Mass – FFM และ Fat mass โดยได้กำหนดค่าความหนาแน่นไว้ที่ 1.100 g/cm3 และ 0.900 g/cm3 ตามลำดับ และพัฒนาสมการและวิธีการวัดองค์ประกอบของร่างกายด้วยการชั่งน้ำหนักใต้น้ำ (Underwater weighting) ดังนี้

pic03

เมื่อ D แทนด้วยค่า Density ที่คำนวณได้จากการชั่งน้ำหนักใต้น้ำ

การหา Density การชั่งน้ำหนักใต้น้ำทำได้โดย

pic04

เมื่อ RV แทนด้วย Residual Lung Volume

การวัดด้วยวิธีนี้ให้ความแม่นยำอย่างมากสำหรับปริมาณไขมันในร่างกาย แต่ไม่สามารถให้รายละเอียดองค์ประกอบอื่นๆ ในร่างกายได้ครับ

จะเห็นว่าหลักการวัดองค์ประกอบของร่างกาย ค่อยๆ มีการพัฒนาอย่างเป็นระบบ ในตอนต่อไปเราจะมาดูถึงรูปแบบการวัดองค์ประกอบของร่างกายที่ใช้กันในปัจจุบันนะครับ

References:

Kushner RF, Schoeller DA. Estimation of total body water by bioelectrical impedance analysis. Am J Clin Nutr. 1986; 44(3): 417-24.

Kushner RF. Bioelectrical impedance analysis: a review of principles and applications. J Am Coll Nutr. 1992; 11(2): 199-209.

Chumlea WC, et al. Bioelectrical impedance and body composition: present status and future directions. Nutr Rev. 1994; 52(4): 123-31.

Gibson RS. Principles of nutrition assessment 2nd edition. 1990.

Wells JK, et al. Measuring body composition. Arch Dis Child. 2006; 91(7): 612–7.

Heymsfield SB, et al. Multi-component molecular-level body composition reference methods: evolving concepts and future directions. Obes Rev. 2015; 16(4): 282-94.

Fürstenberg A, et al. Comparison of multifrequency bioelectrical impedance analysis and dual-energy X-ray absorptiometry assessments in outpatient hemodialysis patients. Am J Kidney Dis. 2011; 57(1): 123-9.

ESPEN Guidelines for bioelectrical impedance analysis (part 2: utilization in clinical practice) Clin Nutr. 2004; 23: 1430-53

http://nutrition.uvm.edu/bodycomp/uww/uww-toc.html

http://www.instructables.com/id/Measure-Body-Fat-via-Underwater-Weighing/

About the author

ภวินท์พล โชติวรรณวิรัช

นักกำหนดอาหารวิชาชีพ, อาจารย์
หลักสูตรโภชนาการและการกำหนดอาหาร คณะวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี
มหาวิทยาลัยราชภัฏวไลยอลงกรณ์ ในพระบรมราชูปถัมภ์