Origins for current water requirement equations
Zlokalizowanie oryginalnych źródeł równań wykorzystywanych do szacowania zapotrzebowania na wodę okazało się bardzo trudne. Najwcześniejsze badania podjęto w latach 20. i 30. ubiegłego wieku, a w ciągu ostatnich 80 lat niewiele dalszych weryfikacji tych wstępnych badań. Wyodrębniono pięć sposobów szacowania zapotrzebowania na płyny. Przedstawiono je od najwcześniejszych szacunków do czasów najnowszych. Dostępne konta i pochodzenie wspólnych metod szacowania zapotrzebowania na wodę przedstawiono w tabeli 1 i omówiono poniżej.
Oprocentowanie masy ciała
Najwcześniejsze zlokalizowane odniesienie do szacowania zapotrzebowania na wodę u człowieka dotyczyło procentowego udziału w masie ciała. W 1930 r. Adolph21 przedstawił dzienny obrót wody u różnych gatunków, w tym u ludzi. Dla człowieka podano 3,4% dziennego obrotu wody,21 przy czym jako źródło podano pracę Adolpha22 z 1921 roku. Co zaskakujące, liczba ta pochodzi z obserwacji obrotu wody u dwóch osób w spoczynku (z których jedna jest autorem pracy, Tabela 2) podczas cieplejszych miesięcy stycznia i listopada w Oxfordzie (Wielka Brytania).22 Próby uzyskania dalszych szczegółów i potwierdzenia w innych badaniach, o których mowa w pracy Adolpha21, okazały się bezskuteczne, ponieważ prace te koncentrowały się wyłącznie na wydalaniu nerek.22, 23, 24, 25 Dodatkowo należy zauważyć, że tylko wynik autora (a nie drugiej osoby) był cytowany w kolejnych pracach (Tabela 2). W związku z tym wydaje się, że 24-godzinny obrót wody wynoszący 3,4% masy ciała jest oparty tylko na jednym uczestniku badania.
W ostatnim czasie w dokumentach podano wartość 4% masy ciała jako sposób oceny obrotu wody u osób dorosłych.11, 26 W latach 1980 i 1989,16, 17 Narodowa Rada Badań Naukowych Stanów Zjednoczonych również podała dzienny obrót wody na poziomie 4% całkowitej masy ciała w warunkach zapobiegających poceniu się, co odpowiada 2800 ml dla 70-kg dorosłego człowieka.17 Nie wspomniano o tym w późniejszym dokumencie.27 Liczba ta nie różni się od innych autorów28, 29 opisujących 2532-2932 ml jako obliczone średnie zapotrzebowanie na wodę przy użyciu innych równań.
Powierzchnia (ml/m2)
Inne wczesne prace szacowały zapotrzebowanie na wodę na podstawie powierzchni wyrażonej w metrach kwadratowych.12, 21, 30, 31 Uważano wówczas, że wiele procesów fizjologicznych jest bardziej stałych, gdy wyraża się je w jednostkach powierzchni.31 Szacunki zapotrzebowania na wodę w ml przy użyciu pola powierzchni były następnie przekształcane na jednostki bazowe ml/kcal (obliczane na podstawie zużytej energii12 lub wydatkowanej30) lub ml/kg.31
W 1933 roku Adolph12 po raz pierwszy użył pola powierzchni ciała jako podstawy do szacowania zapotrzebowania na wodę dla ssaków (nie ludzi), co stanowiło podstawę do szacowania zapotrzebowania na wodę w ilości 1 ml na zużytą kcal (Tabela 2). W późniejszych badaniach Holliday i Segar30 oraz Wallace32 powołują się na Crawforda i wsp.31 jako źródło szacowania zapotrzebowania na wodę poprzez obliczenia powierzchniowe (ml/m2). Uwzględnienie pola powierzchni potwierdziło, że u dzieci w porównaniu z dorosłymi występowało większe zapotrzebowanie na kilogramy (a tym samym zapotrzebowanie energetyczne) w stosunku do pola powierzchni.32 Holliday i Segar30 powołują się na szacunki dotyczące zapotrzebowania na wodę na podstawie ml/m2 z pracy Crawforda i wsp.31 i wydaje się, że dokonali ekstrapolacji tych szacunków. Większość pracy Crawforda i wsp.31 koncentruje się na dawkowaniu leków, a jedynie wspomina się, że dawkowanie leków na podstawie pola powierzchni może być ekstrapolowane na inne zapotrzebowanie, takie jak zapotrzebowanie na wodę.31
Najnowsi autorzy 3334 również powołują się na szacunki dotyczące zapotrzebowania na wodę na podstawie pola powierzchni ciała. Niektórzy z nich odnoszą się do osób starszych wymagających co najmniej 1600 ml/m2, ale w piśmiennictwie nie ma potwierdzenia tego źródła.4, 35 Inni podają szacunkowe wartości 1500 ml/m2 do stosowania podczas całkowitego żywienia pozajelitowego zarówno u dorosłych, jak i u młodzieży.33 Jednak oryginalne źródła pozostają trudne do zweryfikowania.
Wydatek ml/kcal
Równanie 1 ml/kcal wydalonego pożywienia jest cytowane przez wielu autorów.28, 29, 35, 36, 37 Dokumenty dotyczące referencyjnych wartości spożycia,27 Sawka i wsp.38 oraz Evidence Analysis Library39 Amerykańskiego Stowarzyszenia Dietetycznego sugerują, że dowodem na poparcie tej liczby jest praca Adolpha12 z 1933 roku (którego obliczenia opierały się na zużytej energii).
W oryginalnej pracy Adolpha12 z 1933 roku słowo ssak, a nie człowiek, jest użyte w autorskim podsumowaniu 1 ml na kcal, pojawiającym się jako liberalne oszacowanie zapotrzebowania na wodę (tab. 2). We wstępnych uwagach Adolph12 otwarcie radzi, że istnieją wystarczająco duże różnice między gatunkami, aby utrudnić szerokie uogólnienia. Wśród 340 cytatów badane ssaki obejmowały psy i króliki.12 W innych dziedzinach nauki, takich jak farmakologia, nie można zakładać, że dawki na kg można ekstrapolować w odniesieniu do różnych gatunków i masy ciała.40 Nie wiadomo, jak to się ma do obliczania zapotrzebowania na wodę na podstawie powierzchni i u różnych zwierząt. Jednak pomimo ostrzeżenia Adolpha,12 wzór ten był szeroko stosowany, najwyraźniej bez dalszego uzasadnienia.
Ogółem, w pracy przeglądowej Adolpha z 1933 roku przedstawiono nieliczne dowody.12 Jest to styl narracyjny w porównaniu ze współczesną metodą naukową i obejmuje badania na zwierzętach ze względu na ograniczone dostępne dane dotyczące ludzi. Źródło obliczeń zapotrzebowania na wodę i powierzchnia ciała nie są jednoznaczne. Ostateczne obliczenie zapotrzebowania na wodę waha się od 2100 ml (minimum) do 3400-5000 ml (średnia do liberalnej). Zwracając uwagę na słowo „ssak”, autor następnie stwierdza, że „wygodny liberalny standard całkowitego spożycia wody dla każdego ssaka jest 1cc na Calorie”.
W 1950, Darrow i Pratt41 szacuje zapotrzebowanie na wodę „normalnego” 70 kg człowieka do 126 ml / 100 kcal metabolizowane, że wzrosła do 140 ml / 100 kcal metabolizowane, jeśli utrata wody z potu i stolca są brane pod uwagę. Może to stanowić uzasadnienie dla dokumentu z 1989 roku, w którym stwierdzono, że zapotrzebowanie można zwiększyć do 1,5 ml/kcal w celu uwzględnienia aktywności, pocenia się i obciążenia solutami,17 chociaż nie stwierdzono tego we wcześniejszym wydaniu z 1980 roku.16
W 1957 roku autorzy zajmujący się żywieniem pozajelitowym ponownie określili zapotrzebowanie na wodę na podstawie wydatku kcal, podsumowując zapotrzebowanie na 100 ml/100 kcal/dobę.30 Formułę tę podano jednak w odniesieniu do 3-kg niemowlęcia, chociaż w pracy omówiono połączenie dorosłych, dzieci i niemowląt. W pracy stwierdzono, że 50 ml/100 kcal/dobę należy zastąpić stratami niewrażliwymi oraz 66,7 ml/100 kcal/dobę w celu zastąpienia nerkowych strat wody.30 Łącznie 116,7 ml/100 kcal/dobę skorygowano o 16,7 ml/100 kcal w celu skompensowania wody pochodzącej z utleniania, uzyskując ostateczną wartość 100 ml/100 kcal/dobę.30 W przypadku osób dorosłych sugerowano 10% redukcję ze względu na straty niewrażliwe. Inni autorzy30 również uważali, że wszelkie równania zapotrzebowania na wodę odpowiednie dla „wszystkich grup wiekowych” (co odnosiło się do dzieci w każdym wieku, a nie do dorosłych) muszą być oparte na metabolizmie energetycznym. National Research Council16, 17 uważa, że 1 ml/kcal dla dorosłych (i 1,5 ml/kcal dla niemowląt) to rozsądna dawka wody w zwykłych okolicznościach, uznając, że wiele czynników uniemożliwia zastosowanie ogólnej wartości. Jeśli nie istnieje ryzyko zatrucia wodnego, sugeruje się, że zapotrzebowanie może być zwiększone do 1,5 ml/kcal, aby uwzględnić aktywność, pocenie się i ładunek solutu.17 Nie określono jednoznacznie, czy dane te opierają się na energii zużytej czy wydatkowanej. Nie podano żadnych danych referencyjnych, ale liczba ta wydaje się zgodna z danymi podanymi przez pierwotnych autorów przeliczających zapotrzebowanie na wodę na jednostkę powierzchni na zapotrzebowanie na wodę na kcal. Ostatnie krajowe badania nad spożyciem ponad 2000 dorosłych Niemców potwierdzają takie szacunki dotyczące całkowitego spożycia wody (w tym wilgoci w pożywieniu, napojów i wody metabolicznej), dokumentując spożycie 1,01 ml/kcal w przypadku mężczyzn i 1,06 ml/kcal w przypadku kobiet.42
ml/kg
Z analizy prac wynika, że konwersja zapotrzebowania na wodę z ml/kcal na ml/kg dla ułatwienia stosowania miała miejsce zarówno u niemowląt30, 32, 41, jak i u dorosłych.37, 41, 43, 44
Często stosowany wzór 35-45 ml/kg/dzień do szacowania zapotrzebowania na wodę u dorosłych20 mógł pochodzić z oryginalnej pracy Hollidaya i Segara.30 Recenzent postuluje, że zakres szacowanego zapotrzebowania na wodę 35-45 ml/kg/dzień może wynikać z szacowanego zapotrzebowania zależnego od płci, a nie z większego lub mniejszego zapotrzebowania na wodę z powodu czynników środowiskowych lub innych. Przy zastosowaniu powszechnie stosowanej wówczas dawki 1 ml/kcal i podanego szacunkowego zapotrzebowania energetycznego 2500 kcal dla mężczyzn i 2000 kcal dla kobiet30 otrzymano szacunkowe zapotrzebowanie 35,7 ml/kg dla przeciętnego mężczyzny o wadze 70 kg i 44,4 ml/kg dla przeciętnej kobiety o wadze 45 kg. W tamtym czasie uznano, że 45 kg to za mało dla typowej kobiety, ale autorzy stwierdzili, że uwzględnia to niższy ciężar metaboliczny na jednostkę masy ciała.30
Na podstawie zasad fizjologicznych Darrow i Pratt41 oszacowali podobne zapotrzebowanie na wodę na 38 ml/kg dla osoby o masie 70 kg w przeciętnych warunkach. Obliczenia uwzględniały wiele czynników, takich jak szacowane zapotrzebowanie na kcal, rodzaj diety, stężenie w moczu, 42 ml/100 kcal na niewrażliwe straty wody oraz 12 ml/100 kcal w celu uwzględnienia wody pochodzącej z utleniania. Badania te nie wyjaśniają źródła oszacowania zapotrzebowania na wodę na poziomie 30 ml/kg.28, 29, 43
Wielu autorów28, 29, 35 podawało 30 ml/kg dla oszacowania zapotrzebowania na wodę u starszych dorosłych. Nie podano jednak oryginalnego źródła tej formuły. Hodgkinson i wsp.35 podają za Chidesterem i Spanglerem,29 którzy nie podają źródła wzoru. Holben i wsp.28 podają, że wykorzystano rzeczywistą masę ciała, a jako źródło tej liczby podają Granta i DeHooga. Jednak Grant i De-Hoog nie podali ani zastosowania rzeczywistej masy ciała, ani źródła tej formuły.37 Holben i wsp.28 podają Chernoffa43 jako źródło dodatkowej formuły proponującej 30 ml/kg przy minimum 1500 ml, ale nie podają źródła tej informacji. Wartość 35 ml/kg podana przez Austina36 pochodzi od Zemana,34 gdzie 35 ml/kg podano jako dolną granicę zakresu dla aktywnych młodych dorosłych (35-40 ml/kg) i górną granicę zakresu dla przeciętnych dorosłych (30-35 ml/kg), ale ponownie nie podano oryginalnych źródeł.
Ostatnio w badaniach nad dziennym obrotem wody i zapotrzebowaniem na nią zastosowano bardziej zaawansowane techniki wykorzystujące znakowaną wodę. Podzielenie dziennego przepływu litrów wody przez średnią masę ciała wykazało zapotrzebowanie na wodę wynoszące ∼ 40-50 ml/kg u poruszających się pieszo mieszkańców społeczności, bez istotnych różnic w zależności od płci i wieku (40-69 lat).45, 46, 47 Poziomy 75-100 ml/kg występowały przy dużej aktywności fizycznej48, 49 i wysokiej temperaturze (gaszenie pożarów).50 Z wyjątkiem jednej pracy (n=458),45 badania nadal dotyczą małej liczby (n=8-17) i przeważnie męskich uczestników (51 mężczyzn i 15 kobiet).46, 47, 48, 49, 50
Zapotrzebowanie na wodę według kategorii wagowych 10 kg
Najwcześniej zlokalizowane prawdopodobne źródło tego wzoru to trzy oddzielne równania stosowane do szacowania zapotrzebowania energetycznego.30 Szacunki zapotrzebowania na wodę wyrażone jako 1 ml/kcal12, 30 umożliwiają bezpośrednią konwersję z równań wyrażonych w kcal (na przykład 100 kcal/kg) na równania wyrażone w ml (na przykład 100 ml/kg). Obliczenie pierwsze wynosiło 100 kcal/kg, jeśli masa ciała wynosiła od 0 do 10 kg.30 Obliczenie drugie wynosiło 1000 kcal, a następnie 50 kcal/kg dla każdego kilograma o masie od 10 do 20 kg.30 Obliczenie trzecie wynosiło 1500 kcal, a następnie 20 kcal/kg dla każdego kilograma o masie powyżej 20 kg.30 Szacunki dotyczące zapotrzebowania na energię odnoszą się do rozdziału podręcznika pediatrii z 1949 roku autorstwa Talbota51 dotyczącego „Podstawowej przemiany materii u dzieci”. Wykres30 odnosi się do „różnych grup wiekowych”, ale w kontekście opisuje kcal na kg w zależności od wieku i odnosi się do wymagań dla dzieci z Wallace.32 Nieznane jest uzasadnienie ekstrapolacji i zastosowania równań z dzieci na dorosłych.
Obliczenia te uległy innym zmianom. Tekst pediatryczny52, do którego odwołują się Chidester i Spangler29, podaje 20 ml/kg jako ostateczną wartość, a maksymalna ilość wody na dobę wynosi 2400 ml u „pacjentów o dorosłych rozmiarach”. Ostatnio Skipper 33, 53 wyraźnie dokumentuje to wyliczenie dla dzieci i przedstawia nieco inne wyliczenie 20 ml/kg dla osób o wadze od 21 do 40 kg (co odpowiada 1900 ml dla osoby o wadze 40 kg). Równanie jest jednak skrócone i nie zawiera żadnych uwag dotyczących wagi powyżej 40 kg. W oryginalnych źródłach rozszerzono wagę do 70 kg,30 przedstawiając kcal na kg od 4-miesięcznego niemowlęcia do młodych dorosłych w wieku 20 lat.32 Większość uczestników badania Hollidaya i Segara30 stanowiły dzieci i niemowlęta, a tylko 5 z 61 badanych było dorosłych (nie podano wieku). Czynniki te budzą poważne wątpliwości co do pewności, z jaką formułę należy stosować u osób dorosłych.
Dalsze zmiany nastąpiły po zastosowaniu u osób dorosłych.28, 29, 36 Ostateczna korekta dla masy ciała pozostającej powyżej 20 kg zmienia się bez wyjaśnienia z pierwotnych 20 ml/kg na 15 ml/kg28, 29, 35 lub 25 ml/kg36. Wzór wykorzystujący 15 ml/kg do ostatecznego oszacowania był badany podczas oceny spożycia wody (z żywności i napojów) przez starszych dorosłych.28, 29, 35 Ponieważ kcal na kg spada wraz z wiekiem,32 może być większe uzasadnienie dla niższej, a nie wyższej wartości końcowej, jeśli stosuje się ją do dorosłych. Jeśli założenie 1 ml/kcal zostanie kiedykolwiek skutecznie zakwestionowane, szacowanie zapotrzebowania na wodę również ulegnie zmianie.