Metingen van energiebalans onthullen feilloos eetgedrag

Hoeveel energie verbruikt de mens? Dat valt te meten met gemerkt water. De in Limburg ontwikkelde methode brengt feilloos aan het licht dat bijvoorbeeld dikke mensen die willen afvallen, er vaak op los liegen over hun eetgedrag.

Anders dan een wielrenner of marathonloper is een bergbeklimmer niet in staat om zijn energie-inname af te stemmen op zijn verbruik. Boven de vijf kilometer wordt de behoefte nog maar voor de helft gedekt. Hierdoor verliest de alpinist wekelijks één à twee kilo in gewicht en holt zijn conditie achteruit. 'Het lichaam is op die hoogte niet meer in staat zich aan te passen aan de lage zuurstofdruk en dus is het zaak zo snel mogelijk de top te bereiken,'' zegt dr. Klaas Westerterp van de vakgroep Humane Biologie van de Rijksuniversiteit Limburg. De bioloog deed onderzoek naar de energiebalans bij twee vrouwen en drie mannen tussen de 31 en 42 jaar tijdens een expeditie naar de top van de Mount Everest (8.872 meter).

Zwitserse onderzoekers van de universiteit van Genève en van de Ecole Nationale de Ski et Alpinisme in Chamonix zochten contact met Klaas Westerterp vanwege zijn unieke werkwijze. Normaal wordt het energiegebruik gemeten via ademanalyse. Het koolstofdioxidegehalte van de adem is hierbij een maat voor de verbranding van voedingsstoffen in het lichaam en dus van het energieverbruik. Bij die aanpak krijgt de proefpersoon een rugzak mee die hij voortdurend vult met uitgeademde lucht.

De aanpak van Westerterp daarentegen is een stuk eleganter. Hij werkt met zogenoemd tweevoudig gemerkt water. Volgens Westerterp is het de meest aangewezen manier voor meting van het energiegebruik onder dagelijkse leefomstandigheden buiten het laboratorium.

De techniek werkt als volgt. De proefpersonen drinken aan het begin van de meetperiode (een tot drie weken) een deciliter water dat verrijkt is met de stabiele isotopen H en O. Deze isotopen komen van nature voor. Voor de meting wordt het natuurlijk gehalte verhoogd met respectievelijk 150 en 300 ppm (delen per miljoen). De verdwijningssnelheid van O uit het lichaamswater is een functie van zowel de koolstofdioxideproduktie als het waterverlies, terwijl deuterium (H) het lichaam alleen verlaat in water. Hierdoor is het verschil in verdwijningssnelheid tussen de beide isotopen een maat voor de produktie van koolstofdioxide.

De verdwijningssnelheid van de isotopen wordt gemeten in de urine. De avond voor de start van de meting wordt een urinemonster genomen voor het meten van de natuurlijke achtergrondswaarde. Vervolgens drinkt de proefpersoon het water, dat voor tien procent is verrijkt met O en voor vijf procent met H. De volgende ochtend wordt opnieuw een monster van de urinelozing genomen. Bij een meting gedurende twee weken worden na de eerste en de tweede week op dezelfde manier urinemonsters genomen. De monsters kunnen door de deelnemers zelf worden bewaard in goed afgesloten flesjes tot het einde van de meetperiode. Tenslotte worden de monsters in het laboratorium geanalyseerd.

Kleine dieren

De tweevoudig gemerkt water methode is ontwikkeld door de Amerikaan N. Lifson in 1966. Hij baseerde de techniek op een ontdekking in 1949 betreffende de uitwisseling van zuurstof tussen water en koolstofdioxide. Eerst werd de methode toegepast bij kleinere dieren, zoals bepaling van het energiegebruik van vliegende vogels. De isotopen waren namelijk te kostbaar in de benodigde hoeveelheid voor toepassing bij de mens. Door verbetering van de meettechniek wordt de methode sinds 1982 ook bij de mens gebruikt.

Toch maken nog steeds de prijs van het gemerkte water (circa 3.000 gulden per 100 cc) en de vereiste analysefaciliteiten alleen toepassing op kleine schaal mogelijk. Meting van de isotoopverrijking vereist namelijk een speciale massaspectrometer, vanwege de extreem lage concentraties van de gebruikte isotopen. In Maastricht wordt hiervoor enkele jaren een massaspectrometer gebruikt die tot minder dan 1 ppm kan aantonen. Hiervan bestaan er slechts twee op de wereld (de andere staat in Cambridge). De methode met gemerkt water is uiterst betrouwbaar. Volgens een artikel in de Journal of Nutrition (118; 1278-1289, 1988) kan bij de mens het totale energiegebruik worden gemeten met een precisie van vier tot zes procent.

Behalve bij bergbeklimmers hebben Westerterp en de zijnen ook studie verricht onder deelnemers aan de Tour de France, de Zweedse Olympische cross-country equipe en marathonlopers. Hieruit blijkt dat de menselijke prestatiegrens ligt bij vier à vijfmaal het energiegebruik tijdens de rust, zoals gemeten in respiratiekamers gedurende de slaap. Westerterp: 'Het is interessant om dat plafond te kennen, omdat daarna geprobeerd kan worden het te verleggen via intensieve trainingsprogramma's gekoppeld aan voedingssupplementen.''

Met de methode is tevens goed inzicht te krijgen in de lichaamssamenstelling, voor wat betreft de verhouding spier- en vetmassa. Aan de hand van het gehalte deuterium in de urine is de exacte hoeveelheid lichaamswater te bepalen. Gecombineerd met het totale lichaamsgewicht is hieruit de vetmassa te herleiden (ervan uitgaande dat in de vetvrije massa 73 procent water zit).

Deze benadering is ondermeer toegepast in een studie naar de effecten van verhoging van lichamelijke activiteit op het lichaamsgewicht en de energiebalans. De resultaten zijn gepubliceerd in het British Journal of Nutrition (68, pag. 21-30, 1992). Hieruit blijkt dat joggen niet echt helpt om ongewenste kilo's kwijt te raken. Een groep van 32 ongetrainde mensen van rond de dertig werd binnen een jaar tijd klaargestoomd voor de halve marathon. Uiteraard hield niet iedereen de training vol, de meeste uitvallers zaten in de hogere gewichtsklassen. Het gewichtsverlies bij de vrouwelijke volhouders was nihil, terwijl de mannen op het eind van het trainingsprogramma gemiddeld een kilo minder wogen. Opvallend was wel de verandering in lichaamssamenstelling. Gemiddeld verloren de mannen vier kilo vet en kregen daar drie kilo spiermassa voor terug. Bij de vrouwen werd twee kilo vet vervangen door anderhalve kilo spieren.

Eetdagboek

Onderzoek met gemerkt water gebeurt overigens niet alleen onder sporters. In de gezondheidszorg is het onlangs toegepast bij een studie naar overgewicht. Mensen met overgewicht beweren vaak dat ze niet veel eten en toch aanzetten. Onderzoek met gemerkt water rekent volgens Westerterp resoluut met dit fabeltje af. 'Het energiegebruik van zwaarlijvigen werd tot nu toe bepaald uit wat de mensen zelf opschreven in een eetdagboek. Dat is vrij subjectief. Meting van het energiegebruik via gemerkt water is een objectieve methode.''

Vergelijking van persoonlijke notities in het dagboek met de harde cijfers bracht grote verschillen aan het licht. 'Hoe zwaarder men is, hoe harder men liegt over het eigen dieet,'' meent Westerterp. 'Er zijn mensen die beweren slechts de helft te eten van wat ze werkelijk nuttigen. Mensen die te zwaar zijn geven blijkbaar niet op wat ze eten, maar wat ze zouden willen eten.''

In Maastricht wordt op dit moment de tweevoudig gemerkt water methode ingezet bij onderzoek naar de relatie tussen het vetgehalte in de voeding en de kans op overgewicht. Westerterp: 'Er zijn aanwijzingen dat het dagelijks energiegebruik lager is bij een voeding met een hoog vetgehalte. Verlaging van het vetgehalte in de voeding zou kunnen resulteren in een verhoging van het energiegebruik en daarmee de kans op een positieve energiebalans verkleinen.''

De Limburgse vakgroep Humane Biologie wordt overstelpt met aanvragen voor onderzoek waarin de nieuwe techniek wordt toegepast.. Zo ligt er een verzoek van het Rotterdamse Zuiderziekenhuis voor een studie naar de beste instelling van pacemakers bij hartpatiënten. De energiebalans is immers een goede indicator voor het zich fit voelen van de patiënt. Verder is gevraagd om het energiegebruik van AIDS-patiënten te meten. Verondersteld wordt dat de infectie met het HIV-virus mogelijk leidt tot een verhoogd energiegebruik. Zelfs is de vakgroep benaderd om de veranderende lichaamssamenstelling van transseksuelen te bestuderen via gemerkt water.