Ursprünge für die aktuellen Wasserbedarfsgleichungen
Die Lokalisierung der ursprünglichen Quellen der Gleichungen, die für die Schätzung des Wasserbedarfs verwendet werden, erwies sich als sehr schwierig. Die frühesten Studien wurden in den 1920er und 1930er Jahren durchgeführt, wobei diese Vorstudien in den letzten 80 Jahren kaum weiter verifiziert wurden. Es wurden fünf Möglichkeiten zur Schätzung des Flüssigkeitsbedarfs identifiziert. Sie werden von den frühesten Schätzungen bis zu neueren Zeiten vorgestellt. Die verfügbaren Darstellungen und Ursprünge der gängigen Methoden zur Schätzung des Wasserbedarfs sind in Tabelle 1 aufgeführt und werden im Folgenden diskutiert.
Prozentualer Anteil am Körpergewicht
Der früheste gefundene Hinweis auf die Schätzung des Wasserbedarfs beim Menschen war als prozentualer Anteil am Körpergewicht. 1930 stellte Adolph21 den täglichen Wasserumsatz bei verschiedenen Spezies einschließlich des Menschen vor. Für den Menschen wird ein täglicher Wasserumsatz von 3,4 % angegeben,21 wobei eine Arbeit von Adolph22 aus dem Jahr 1921 als Quelle genannt wird. Überraschenderweise wurde diese Zahl aus Beobachtungen des Wasserumsatzes von nur zwei Probanden in Ruhe (einer davon war der Autor, Tabelle 2) während der wärmeren Monate Januar und November in Oxford (Großbritannien) abgeleitet.22 Versuche, weitere Details und Bestätigungen durch andere Studien zu finden, auf die in der Arbeit von Adolph21 Bezug genommen wurde, blieben erfolglos, da der Schwerpunkt dieser Arbeiten allein auf der Nierenausscheidung lag.22, 23, 24, 25 Außerdem wurde nur das Ergebnis des Autors (und nicht das des anderen Probanden) in nachfolgenden Arbeiten zitiert (Tabelle 2). Folglich scheint der 24-Stunden-Wasserumsatz von 3,4 % des Körpergewichts auf nur einem Probanden zu beruhen.
In neueren Dokumenten wird ein Wert von 4 % des Körpergewichts als Mittel zur Beurteilung des Wasserumsatzes bei Erwachsenen angegeben.11, 26 In den Jahren 1980 und 198916, 17 gab der Nationale Forschungsrat der Vereinigten Staaten ebenfalls einen täglichen Wasserumsatz von 4 % des Gesamtkörpergewichts unter Bedingungen an, die das Schwitzen verhindern, was 2800 ml für einen 70 kg schweren Erwachsenen entspricht.17 In ihrem späteren Dokument wurde dies nicht mehr erwähnt.27 Diese Zahl unterscheidet sich nicht von anderen Autoren28, 29, die 2532-2932 ml als berechneten mittleren Wasserbedarf unter Verwendung anderer Gleichungen beschreiben.
Oberfläche (ml/m2)
Andere frühe Arbeiten schätzten den Wasserbedarf nach der Oberfläche in Quadratmetern.12, 21, 30, 31 Man war damals der Ansicht, dass viele physiologische Prozesse konstanter sind, wenn man sie in Einheiten der Oberfläche ausdrückt.31 Wasserschätzungen in ml unter Verwendung der Oberfläche wurden dann in Basiseinheiten von entweder ml/kcal (berechnet aus entweder verbrauchter12 oder aufgewendeter30 Energie) oder ml/kg umgewandelt.31
Im Jahr 1933 verwendete Adolph12 erstmals die Körperoberfläche als Basis der Wasserschätzung für Säugetiere (nicht für Menschen), die die Grundlage für die Schätzung des Wasserbedarfs mit 1 ml pro verbrauchter kcal bildete (Tabelle 2). In späteren Studien beziehen sich Holliday und Segar30 und Wallace32 auf Crawford et al.31 als Quelle für die Schätzung des Wasserbedarfs durch Berechnung der Oberfläche (ml/m2). Die Berücksichtigung der Oberfläche bestätigte, dass bei Kindern im Vergleich zu Erwachsenen mehr kg (und damit Energiebedarf) zur Oberfläche vorhanden waren.32 Holliday und Segar30 beziehen sich auf die Wasserschätzungen auf der Basis von ml/m2 von Crawford et al.31 und scheinen diese extrapoliert zu haben.31 Der Großteil der Arbeit von Crawford et al.31 konzentriert sich auf die Medikamentendosierung mit einer bloßen Erwähnung, dass die Medikamentendosierung auf der Oberfläche auf andere Anforderungen wie Wasser extrapoliert werden könnte.31
Neuere Autoren3334 beziehen sich ebenfalls auf Wasserschätzungen, die von der Körperoberfläche abgeleitet sind. Einige beziehen sich darauf, dass ältere Menschen mindestens 1600 ml/m2 benötigen, aber die Quellenangaben sind nicht belegt.4, 35 Andere berichten von einer Schätzung von 1500 ml/m2 für die Verwendung bei totaler parenteraler Ernährung sowohl bei Erwachsenen als auch bei Jugendlichen.33 Die Originalquellen sind jedoch schwer zu verifizieren.
Der ml/kcal-Verbrauch
Die Gleichung von 1 ml/kcal verbraucht wird von vielen Autoren zitiert.28, 29, 35, 36, 37 Dietary reference intake documents,27 Sawka et al.38 und die Evidence Analysis Library39 der American Dietetic Association weisen alle darauf hin, dass die Evidenz zur Unterstützung dieser Zahl die Arbeit von Adolph12 aus dem Jahr 1933 ist (dessen Berechnungen auf der verbrauchten Energie basierten).
In der Originalarbeit von Adolph12 aus dem Jahr 1933 wird das Wort Säugetier und nicht Mensch in der vom Autor aufgestellten Summe von 1 ml pro kcal verwendet, was als großzügige Schätzung des Wasserbedarfs erscheint (Tabelle 2). In den einleitenden Bemerkungen von Adolph12 wird offen darauf hingewiesen, dass die Unterschiede zwischen den Spezies groß genug sind, um grobe Verallgemeinerungen zu verhindern. Unter seinen 340 Referenzen waren unter den untersuchten Säugetieren auch Hunde und Kaninchen.12 In anderen Fachgebieten wie der Pharmakologie kann nicht davon ausgegangen werden, dass Dosierungen pro kg über Spezies und Gewicht hinweg extrapoliert werden können.40 Wie dies für Wasserbedarfsberechnungen auf der Basis der Oberfläche und bei verschiedenen Tieren gilt, ist nicht bekannt. Trotz der Warnung von Adolph wurde die Formel jedoch weithin angewandt, anscheinend ohne weitere Belege.
Insgesamt sind die Belege in der Übersichtsarbeit von Adolph aus dem Jahr 1933 spärlich.
Im Vergleich zu den heutigen wissenschaftlichen Methoden ist sie in einem narrativen Stil gehalten und bezieht Tierstudien mit ein, da nur wenige Humandaten zur Verfügung stehen. Die Quelle der Wasserbedarfsberechnungen und die Körperoberfläche werden nicht explizit genannt. Die endgültige Berechnung des Wasserbedarfs reicht von 2100 ml (minimal) bis 3400-5000 ml (durchschnittlich bis großzügig). Unter Hinweis auf das Wort „Säugetier“ stellt der Autor dann fest, dass ein „bequemer liberaler Standard der Gesamtwasseraufnahme für jedes Säugetier 1cc pro Kalorie“ ist.
Im Jahr 1950 schätzten Darrow und Pratt41 den Wasserbedarf eines „normalen“ 70 kg schweren Mannes auf 126 ml/100 kcal verstoffwechselt, der sich auf 140 ml/100 kcal verstoffwechselt erhöht, wenn der Wasserverlust durch Schweiß und Stuhl berücksichtigt wird. Dies könnte eine Begründung für das Dokument von 1989 sein, das besagt, dass der Bedarf auf 1,5 ml/kcal erhöht werden kann, um Aktivität, Schwitzen und gelöste Stoffe zu berücksichtigen,17 obwohl dies in der früheren Ausgabe von 1980 nicht angegeben wurde.16
Im Jahr 1957 ermittelten Autoren, die sich mit der parenteralen Ernährung beschäftigten, den Wasserbedarf erneut anhand des kcal-Verbrauchs und fassten einen Bedarf von 100 ml/100 kcal/Tag zusammen.30 Diese Formel wurde jedoch in Bezug auf einen 3-kg-Säugling angegeben, obwohl in dem Papier eine Kombination aus Erwachsenen, Kindern und Säuglingen diskutiert wurde. In dem Papier heißt es, dass 50 ml/100 kcal/Tag erforderlich sind, um die unempfindlichen Verluste zu ersetzen, und 66,7 ml/100 kcal/Tag, um die renalen Wasserverluste zu ersetzen.30 Die Gesamtzahl von 116,7 ml/100 kcal/Tag wird um 16,7 ml/100 kcal korrigiert, um das Wasser aus der Oxidation zu kompensieren, was zu einer endgültigen Zahl von 100 ml/100 kcal/Tag führt.30 Für Erwachsene wurde eine 10 %ige Reduzierung für unempfindliche Verluste vorgeschlagen. Andere Autoren30 vertraten ebenfalls die Ansicht, dass alle Wasserbedarfsgleichungen, die für „alle Altersgruppen“ geeignet sind (was sich auf Kinder jeden Alters, nicht auf Erwachsene bezog), auf dem Energiestoffwechsel basieren müssen. Folglich scheint eine Extrapolation auf Erwachsene ohne spezifische Begründung erfolgt zu sein.
Der National Research Council16, 17 hält 1 ml/kcal für Erwachsene (und 1,5 ml/kcal für Säuglinge) für einen angemessenen Wasserbedarf unter normalen Umständen, wobei er anerkennt, dass viele Faktoren die Verwendung eines allgemeinen Wertes ausschließen. Wenn kein Risiko einer Wasserintoxikation besteht, wird vorgeschlagen, den Bedarf auf 1,5 ml/kcal zu erhöhen, um Aktivität, Schwitzen und gelöste Stoffe abzudecken.17 Ob die Zahlen auf der verbrauchten oder der aufgewendeten Energie basieren, wird nicht explizit angegeben. Es wurden keine Referenzen angeboten, aber die Zahl scheint mit denen übereinzustimmen, die von den ursprünglichen Autoren berichtet wurden, die den Wasserbedarf pro Flächeneinheit in den Wasserbedarf pro kcal umrechnen. Eine kürzlich durchgeführte nationale Verzehrsstudie mit über 2000 deutschen Erwachsenen stützt solche Schätzungen der Gesamtwasserzufuhr (einschließlich Nahrungsfeuchtigkeit, Getränke und Stoffwechselwasser), indem sie 1,01 ml/kcal für Männer und 1,06 ml/kcal für Frauen dokumentiert.42
ml/kg
Aus der Durchsicht von Veröffentlichungen geht hervor, dass eine Umrechnung des Wasserbedarfs von ml/kcal in ml/kg zur Vereinfachung der Anwendung sowohl für Säuglinge30, 32, 41 als auch für Erwachsene erfolgte.37, 41, 43, 44
Eine häufig verwendete Formel von 35-45 ml/kg/Tag zur Schätzung des Wasserbedarfs von Erwachsenen20 könnte von der ursprünglichen Arbeit von Holliday und Segar abgeleitet worden sein.30 Der Rezensent postuliert, dass die Spanne des geschätzten Wasserbedarfs von 35-45 ml/kg/Tag eher auf geschlechtsspezifische geschätzte Anforderungen als auf einen größeren oder geringeren Wasserbedarf aufgrund von Umwelt- oder anderen Faktoren zurückzuführen sein könnte. Die Verwendung von 1 ml/kcal, die damals weit verbreitet war, und der angegebene geschätzte Energiebedarf von 2500 kcal für Männer und 2000 kcal für Frauen30 ergibt einen geschätzten Bedarf von 35,7 ml/kg für den durchschnittlichen 70 kg schweren Mann und 44,4 ml/kg für die durchschnittliche 45 kg schwere Frau. Damals wurde anerkannt, dass 45 kg die typische Frau unterschätzt, aber die Autoren gaben an, dass dies das geringere Stoffwechselgewicht pro Körpergewichtseinheit berücksichtigte.30
Auf der Grundlage physiologischer Prinzipien schätzten Darrow und Pratt41 einen ähnlichen Wasserbedarf von 38 ml/kg für eine 70 kg schwere Person unter durchschnittlichen Bedingungen. In die Berechnungen flossen verschiedene Faktoren ein, wie der geschätzte kcal-Bedarf, die Art der Ernährung, die Urinkonzentration, 42 ml/100 kcal für unempfindliche Wasserverluste und 12 ml/100 kcal zur Anpassung an das Wasser aus der Oxidation. Solche Studien erklären nicht die Quelle für Wasserschätzungen, die so niedrig wie 30 ml/kg sind.28, 29, 43
Viele Autoren28, 29, 35 haben 30 ml/kg für die Schätzung des Wasserbedarfs bei älteren Erwachsenen angegeben. Die Originalquelle für die Formel wird jedoch nicht angeboten. Hodgkinson et al.35 zitieren Chidester und Spangler,29 die die Formel nicht angeben. Holben et al.28 geben an, dass das tatsächliche Körpergewicht verwendet wurde, und nennen Grant und DeHoog als Quelle für diese Zahl. Grant und De-Hoog geben jedoch weder die Verwendung des tatsächlichen Körpergewichts noch ihre Quelle für diese Formel an.37 Holben et al.28 geben Chernoff43 als Quelle für die zusätzliche Formel an, die 30 ml/kg mit einem Minimum von 1500 ml vorschlägt, aber es wird keine Quelle für diese Angabe angegeben. Die von Austin36 angegebene Zahl von 35 ml/kg wurde von Zeman34 übernommen, wo 35 ml/kg als unteres Ende des Bereichs für aktive junge Erwachsene (35-40 ml/kg) und als oberes Ende des Bereichs für durchschnittliche Erwachsene (30-35 ml/kg) angegeben wird, aber auch hier werden keine Originalquellen angeboten.
In jüngster Zeit wurden in Studien zum täglichen Wasserumsatz und -bedarf fortschrittlichere Techniken unter Verwendung von markiertem Wasser eingesetzt. Die Division des täglichen Wasserumsatzes in Litern durch das Durchschnittsgewicht ergab einen Wasserbedarf von ∼40-50 ml/kg bei ambulanten Gemeindebewohnern, wobei keine wesentlichen Unterschiede zwischen den Geschlechtern oder dem Alter (40-69 Jahre) zu erkennen waren.45, 46, 47 Werte von 75-100 ml/kg wurden bei hoher körperlicher Aktivität48, 49 und Hitze (Brandbekämpfung) festgestellt.50 Bis auf eine Arbeit (n=458) handelt es sich bei den Studien um geringe Zahlen (n=8-17) und überwiegend männliche Teilnehmer (51 männlich und 15 weiblich).46, 47, 48, 49, 50
Wasserbedarf nach 10 kg Gewichtsklassen
Die am ehesten zu findende wahrscheinliche Quelle für diese Formel sind drei separate Gleichungen, die zur Schätzung des Energiebedarfs verwendet werden.30 Schätzungen des Wasserbedarfs, ausgedrückt als 1 ml/kcal12, 30, ermöglichen eine direkte Umrechnung von Gleichungen, die in kcal ausgedrückt sind (z. B. 100 kcal/kg), in Gleichungen, die in ml ausgedrückt sind (z. B. 100 ml/kg). Berechnung eins war 100 kcal/kg, wenn zwischen 0 und 10 kg.30 Berechnung zwei war 1000 kcal und dann 50 kcal/kg für jedes kg zwischen 10 und 20 kg.30 Berechnung drei war 1500 kcal und dann 20 kcal/kg für jedes kg über 20 kg.30 Die Energiebedarfsschätzungen beziehen sich auf das pädiatrische Lehrbuchkapitel von Talbot51 aus dem Jahr 1949 über den „Grundstoffwechsel bei Kindern“. Die Grafik30 bezieht sich auf „verschiedene Altersstufen“, aber im Kontext beschreibt sie kcal pro kg nach Alter und bezieht sich auf den Bedarf für Kinder von Wallace.32 Die Begründung für die Extrapolation und Anwendung der Gleichungen von Kindern auf Erwachsene ist nicht bekannt.
Diese Berechnung hat weitere Änderungen erfahren. Der pädiatrische Text52 , auf den sich Chidester und Spangler29 beziehen, gibt 20 ml/kg als Endwert an, mit einer maximalen Wassermenge von 2400 ml pro Tag bei „erwachsenen Patienten“. In neuerer Zeit dokumentiert Skipper33, 53 diese Berechnung eindeutig für die Anwendung bei Kindern und zeigt eine leicht abweichende Berechnung von 20 ml/kg zwischen 21 und 40 kg (was 1900, ml für eine 40-kg-Person entspricht). Die Gleichung ist jedoch abgeschnitten, ohne dass ein Kommentar zu Gewichten über 40 kg angeboten wird. Die ursprünglichen Quellen dehnten das Gewicht auf 70 kg aus,30 wobei die kcal pro kg von einem 4 Monate alten Säugling bis zu jungen Erwachsenen im Alter von 20 Jahren angegeben wurden.32 Die meisten Teilnehmer der Studie von Holliday und Segar30 waren Kinder und Säuglinge, nur 5 der 61 untersuchten Personen waren Erwachsene (es wurde kein Alter angegeben). Diese Faktoren werfen erhebliche Fragen hinsichtlich des Vertrauens auf, mit dem die Formel auf Erwachsene angewendet werden sollte.
Weitere Änderungen bei der Anwendung auf Erwachsene sind aufgetreten.28, 29, 36 Die endgültige Anpassung für das Restgewicht über 20 kg variiert ohne Erklärung von den ursprünglichen 20 ml/kg auf entweder 15 ml/kg28, 29, 35 oder 25 ml/kg36. Formeln, die 15 ml/kg für die endgültigen Schätzungen verwenden, wurden bei der Bewertung der Wasserzufuhr (aus Nahrungsmitteln und Getränken) älterer Erwachsener untersucht.28, 29, 35 Da die kcal pro kg mit dem Alter abnehmen,32 ist bei der Anwendung auf Erwachsene möglicherweise eher eine niedrigere als eine höhere endgültige Zahl gerechtfertigt. Sollte diese Annahme von 1 ml/kcal jemals erfolgreich in Frage gestellt werden, würde sich auch die Schätzung des Wasserbedarfs ändern.