BE1017986A3

BE1017986A3 - Procede de mesure de la masse grasse et de la masse maigre d'un individu.

Info

Publication number: BE1017986A3
Application number: BE2008/0079A
Authority: BE
Original assignee: Lefebvre Guy
Priority date: 2008-02-13
Filing date: 2008-02-13
Publication date: 2010-03-02

Abstract

Ce procédé non invasif permet de mesurer localement et très facilement la quantité d'eau et de lipide contenue dans n'importe quelles matières animales ou végétales.

Description

Procédé de mesure de la Masse grasse et de la Masse maigre d'un individu

DOMAINE DE LA TECHNIQUE AUQUEL L'INVENTION SE RAPPORTE

ETAT DE LA TECHNIQUE

Le corps humain est constitué macroscopiquement de nombreux éléments de densités et de nature très différente Graisse, Os, Protéines, Eau etc. dont les quantités sont maintenues dans des proportions remarquablement constantes chez l'homme normal. On regroupe sous le nom de compartiment ou masse certains éléments ayant une valeur physiologique voisine : par exemple le compartiment graisseux, la masse musculaire.

La taille de ces compartiments permet d'abord de distinguer les individus normaux , c'est-à-dire observés le plus fréquemment et se portant bien sur une longue période d'observation (sujet maigre, musclé, gras) puis de déceler le risque pathologique ou la pathologie elle-même_ Suj e obèse,_suj et_dénutri,-suj et_ oedémateux.

La mesure de la composition corporelle est indirecte.

Depuis peu, des méthodes comme l'activation neutronique ou la résonance magnétique nucléaire permettent de faire des mesures directes de certains compartiments de l'homme vivant (graisse, protéines, calcium). Initialement, la masse corporelle (P) a été divisée en deux compartiments seulement : la masse grasse (MG) et la masse maigre (MM): La masse grasse (MG) comprend les lipides amorphes (triglycérides surtout) qu'il faut distinguer du tissu graisseux qui, lui, comprend en plus de l'eau et de la masse maigre sèche. Ce compartiment représente environ 15 % du poids du corps chez l'homme jeune et 23% chez la femme. Sa densité est de 0,90 g/ml à la température du corps. La masse maigre (MM) représente le reste de la masse corporelle c'est-à-dire le poids moins la masse grasse.

Il s'agit d'un ensemble complexe comprenant en particulier l'eau, les protéines, la masse calcique. Sa densité moyenne est de 1,10 g/ml. Ce compartiment est plus important physiologiquement que le précédent puisqu'il contient des éléments vitaux dont la disparition peut entraîner la mort. On peut diminuer de plus de 50 % ses stocks graisseux sans prendre de risque

(certains sportifs ont 4 à 5 % de graisse seulement), par contre, si l'on diminue de moitié la masse de protéines le risque vital devient considérable car les défenses de l'organisme diminuent d'autant. Les méthodes classiques ne mesurent que ces deux compartiments mais on peut actuellement séparer la masse maigre en trois à cinq compartiments. Méthodes de mesures de la MG / MM

Les Plis cutanés : la simple mesure de l'épaisseur cutanée avec un compas spécial (type Harpenden) en différents points du corps peut suffire chez des sujets normaux, pour estimer la totalité des graisses sous cutanées et profondes. L'adipomètre doit exercer une pression normalisée de 10 g/mm2. De très nombreux auteurs ont développé des équations de régression permettant de calculer la masse grasse à partir d'un nombre très variable de sites de mesures.

La Densitométrie hydrostatique :

Longtemps considérée comme la référence de la composition corporelle, elle est basée sur le principe d' Archimède, et consiste à déterminer avec une grande précision la densité du corps humain en plongeant ce corps dans de l'eau.

La répartition habituelle du poids est en générale basée sur 5 compartiments : P = MG + ECF + ICF + MIN + PROT exemple : homme

P : Masse corporelle 70 kg

MG : Masse grasse 10 kg ECF_:_Eau extracellulaire.20_litres

ICF : Eau intracellulaire 25 litres MIN : Minéraux 4 kg

PROT : Protéines 11 kg

Les méthodes électriques : Le corps humain contient 60 à 65% d'eau dans laquelle sont dissous des électrolytes dont la concentration est d'une remarquable stabilité, en accord avec le principe de l'homéostasie de Claude Bernard. Le milieu intérieur est de ce fait un remarquable conducteur d'électricité. Il était donc logique d'utiliser l'électricité pour tenter de mesurer l'eau du corps. Thomasset le premier , utilisant les théories de Fricke, a mis au point une méthode de mesure des compartiments intra et extracellulaires : Vimpédancemètrie bioélectrique (IBE ou BIA pour les anglo-saxons). Pour

Fricke, le corps humain peut être considéré comme une suspension de cellules dans un milieu conducteur homogène ; on peut le représenter par un schéma électrique simple dans lequel deux résistances figurent les secteurs extra et intracellulaires. La membrane cellulaire séparant ces deux milieux se comporte comme une capacité électrique.

Lorsqu'un courant alternatif traverse le corps, il parcourt différemment ces éléments selon la fréquence utilisée : entre 1 et 5 KHz, le courant sinusoïdal passe exclusivement dans la résistance extracellulaire (REC), au-delà de 500 KHz la capacité membranaire (CM) présente une très faible résistance au passage du courant qui, dans ce cas, passe aussi bien en extra (REC) qu'en intracellulaire

(RIC) (yoirflg. 4, schéma de Fricke). Ainsi les fréquences basses permettent de calculer le volume d'eau extracellulaire (VEC), les fréquences élevées l'eau totale (VT). Le volume intracellulaire (VIC) est obtenu par différence (VIC = VT - VEC). Ces techniques, en pleine évolution présentent encore quelques limites : suivi difficile des faibles variations d'eau ou de poids et exploration médiocre des amas graisseux localisés au tronc.

La mesure de la conductivité corporelle totale (TOBEC) est une variante de Pimpédancemétrie. Dans cette technique, au lieu d'utiliser des électrodes pour faire passer un courant, celui-ci est imposé dans le corps humain par induction [29]. Le prix du matériel et sa lourdeur sont pour l'instant dissuasifs. La pédiatrie paraît être le domaine d'application le plus justifié. Le TOBEC ne présente pas d'avantages majeurs par rapport à l'impédancemétrie bioélectrique et n'est plus guère utilisé. L'absorption biphotonique(DEXA ou DP A) : elle consiste à effectuer un balayage de l'ensemble du corps avec un faisceau très fin de rayons X à deux niveaux d'énergies. Ce faisceau, en traversant le corps du patient, va subir une atténuation qui va dépendre de la composition de la matière traversée.

L'utilisation de deux énergies très différentes (40 KeV et 100 KeV) va permettre d'individualiser trois composants : la masse calcique, la masse maigre, la masse grasse. La limite pratique de cette technique, hormis son coût, est l'impossibilité de l'utiliser au lit du malade ou au cabinet pour des résultats immédiats. es__ès_gros_obèses_ne_pourrontpas_ê^ La Résonance magnétique nucléaire elle est basée sur l'étude de la résonance des protons soumis d'une part à un champ magnétique intense et d'autre part à un ou plusieurs trains d'ondes électromagnétiques transversaux réglés à une fréquence caractéristique dite de Larmor. Il est possible avec cette méthode de détecter électivement les radicaux méthyles de la graisse et d'étudier ainsi seulement et directement ce composant.

Ce type d'examen est intéressant par l'absence d'irradiation, il est toutefois limité à la recherche en raison de son coût et de la durée des mesures (1 heure). Tous les appareils ne sont pas adaptés à la mesure des gros obèses (diamètre de l'aimant = 65 cm).

Utilité de ces mesures

Pour être utiles les mesures relevées de manière directe ou indirecte doivent être comparées à celle d'un individu de même sexe, de même âge et dans le même état somatique (ex : femme enceinte).

Grâce à ces mesures, on peut estimer de manière indirecte la masse grasse et la masse maigre d'une personne. AVANTAGES DE L INVENTION

Ce nouveau procédé utilise simplement les lois naturelles d'absorption d'une partie du rayonnement par les matières que nous désirons étudier. Ce procédé a l'avantage de ne pas être invasif et de donner instantanément les éléments recherchés. Il est très facile d'usage, plus précis que les méthodes actuelles et fort peu coûteux. Ce procédé à un avantage indéniable sur tout les procédés de mesures actuels de par le fait qu'il peut donner le taux de lipide ou d'eau de manière locale et ciblée par exemple pour détecter une tumeur du sein ou une répartition anormale des masses graisseuses ou l'apparition d'un oedème.

Notre méthode présente également un avantage majeur par rapport à impédancemétrie qui ne mesure que l'eau intra et extra cellulaire et essaye d'en tirer de manière statistique la masse graisseuse. Avec ce procédé nous pouvons directement mesurer la masse graisseuse.

Ce procédé permet également de mesurer la concentration d'autres composants tels que l'hémoglobine, le taux de globule blancs ou le collagène. EXPOSE DE L INVENTION

Le principe du procédé présenté consiste à envoyer dans la peau un faisceau dlondes électromagnétiques situé-dansTe proche-infrarouge et à mesurer-le pic d'atténuation à certaines fréquences caractérisant la présence d'eau ou la présence de lipide. La zone de mesure intéressante se situe en dessous de 1000 nm, au dessus l'eau absorbe pratiquement tout le spectre. Elle se situera au dessus de 650 nm pour éviter les pics d'absorption de l'hémoglobine. Dans cette zone, les rayonnements dans le proche infrarouge peuvent atteindre une profondeur de

8 cm.

Dans ce procédé, nous avons retenu les fréquences de 930 nm + /- 15 nm et

970 nm +/- 40 nm

Les + /- représentent la fenêtre dans laquelle une raie peut être choisie. Le pic à 930 nm correspond à une fréquence propre des lipides et des graisses et donc à un pic d'absorption énergétique traduisant leur présence (Dimiti GERASKIN RheinAhrCampus Zurich BMT 2006 6-9 september Algorithms for Muscle Oxygénation Monitoring corrected for Adipose Tissue Tickness). Le pic à 970 nm correspond à une fréquence propre de l'eau et donc à un pic d'absorption énergétique traduisant sa présence (Jacquemoud,S. ;Ustin,S.L. (2003). Cette fréquence est du à la combinaison des modes d'étirement symétriques et antisymétriques des ponts hydrogénés de l'eau (Suzuki Takayuki Revue Applied Surface Science ISSN 0169-4332 2002 vol 187 n[deg.]3-4, pp 261265).

Il est à signaler qu'un autre pic d'absorption à 1200 nm propre à l'eau permet également de déceler sa présence et peut être exploité comme celui à 970 nm. Une fois ce taux de lipide et d'eau obtenus, sachant que la répartition des masses d'un individu normal par exemple de 18,5 ans et de sexe féminin est comme suit :

E : Eau 60% P : Protéine et minéraux : 15%

L : Lipide 25%

Remarque : cette répartition doit être adaptée selon l 'âge et le sexe du sujet Grâce à ces données statistiques connues, nous pouvons estimer si l'individu de cet âge et de ce sexe est en surpoids, par exemple dans ce cas par l'équation :

(2,4 x Masse Lipide) / (Masse Eau) = Indice de Surpoids Si i < 1 individu maigre

Si i = 1 individu normal

Si i > 1 individu en surpoids Si i > 2 individu-obèse

DESCRIPTION DES MODES DE REALISATION

PREMIERE FORME DE REALISATION

Dans une première forme de réalisation présentée à la figure 1, un émetteur (1) d'ondes infrarouges reprenant une fenêtre du spectre situé entre 800 nm et 1000 nm est réalisé au moyen d'une lampe halogène (1) munie de filtres (13). Le faisceau (2) est appliqué sur la matière (3) à analyser, par exemple le muscle d'une personne et la traverse. De l'autre côté de cette matière sont placés 3 récepteurs (4,5 et 6) sensibles à une fréquence précise du spectre infrarouge ; ceux-ci recueillent une partie du rayonnement transmis par la matière. Les deux premiers récepteurs sont sensibles d'une part (4) au 930 nm (raie d'absorption des lipides), d'autre part (5) à 970 nm (raie d'absorption de l'eau).

Le troisième récepteur (6) est choisi arbitrairement en dehors du pic d'absorption de tout matériau contenu dans la matière à analyser soit par exemple entre 800 nm et 900 nm. Nous garderons par exemple le 850 nm +/- 50 nm pour cette raie neutre qui est atténuée de la même manière par les lipides, l'hémoglobine et l'eau, va servir de raie étalon.

La mesure de la quantité d'eau sera donnée via le système d'analyse (7) par l'équation suivante :

Concentration d'eau = (M 970 nm - M étalon 850 nm) : M étalon 850 nm

Où M = la mesure relevée sur le récepteur cité

Remarque : l'eau présente également des pics d'absorption à 1200 nm, 1470 nm +/- 50 nm et 2000 nm +/- 50 nm ; ces pics peuvent être retenus en lieu et place du pic à 970 nm.

La mesure de la quantité de lipide ou de graisse sera donnée par l'équation suivante : Concentration de lipide = (M 930 nm - M étalon 850 nm) : M étalon 850 nm

Où M = la mesure relevée sur le récepteur cité

Remarque : les lipides et les graisses présentent également des pics d'absorption à 865 nm +/- 15 nm, 1710 nm +/- 10 nm, 1820 nm +/- 20 nm et le collagène à

578 nm ; ces pics peuvent être retenus en lieu et place du pic à 930 nm. SECONDE FORME DE REALISATION

Dans une seconde forme de réalisation présentée à la figure 2, des émetteurs (8, 9 et 10) de longueur d'onde plus précise peuvent être choisis, typiquement deux diodes émettrices à 930 nm (8) et 970 nm (9) et une troisième diode étalon (10) dont la longueur d'onde est située au choix dans le spectre infrarouge et hors des pics d'absorption de la matière à analyser. Cette raie en ce qui concerne le corps humain sera choisie typiquement vers 730 nm ou entre 800 nm et 900 nm soit hors des pics d'absorption de l'hémoglobine.

TROISIEME FORME DE REALISATION

Dans une troisième forme de réalisation présentée à la figure 3, les récepteurs (4, 5 et 6) sont situés au milieu et au même niveau que l'émetteur de forme torique (11). Cet émetteur composé d'une lampe (1) ou de diodes ( 4, 5, 6) comme exposé à la figure 4 va envoyer dans la peau le faisceau infrarouge sélectionné.

Les récepteurs (8, 9, 10) recueillent les rayonnements (12) dispersés, diffusés et réfléchis dans la matière analysée (3).

Cette mesure est moins précise car elle analyse par diffusion et réflexion l'absorption de la lumière Infra rouge, et ce, dans sur la zone proche de la sonde. Cette partie proche de la sonde comprend le derme qui peut être riche en lipide et en hémoglobine.

La mesure par réflexion comparé à la mesure par transmission, en général, donne une teneur en lipides plus élevée et une teneur en eau plus faible. Il faudra donc appliquer un facteur correctif en fonction de l'endroit de la mesure. Ce type de mesure est cependant beaucoup plus facile à utiliser que le mode par transmission puisqu'il suffit de placer la tête d'émission-réception (11) sur l'endroit d'analyse.

QUATRIEME FORME DE REALISATION Dans une quatrième forme de réalisation, un procédé identique est appliqué à l'analyse de l'hémoglobine.

Les deux premiers récepteurs sont sensibles d'une part au 760 nm + /- 10 nm (raie d'absorption du deoxyhemoglobin), d'autre part à 925 nm +/- 100 nm (raie d'absorption de l'oxyhemoglobin). Les + /- représentent la fenêtre dans laquelle une raie peut être choisie.

Le troisième récepteur est choisi arbitrairement en dehors du pic d'absorption de tout matériau contenu dans la matière à analyser soit par exemple à 800 nm +/10 nm dans le cas de la chair animale. Cette raie neutre est atténuée de la même manière par les lipides, l'hémoglobine indépendamment de sa concentration en oxygène et en eau, et servira de raie étalon.

La mesure de la quantité de deoxyhemoglobin sera donnée par l'équation suivante :

Concentration de deoxyhemoglobin = (M 760 nm - M étalon 800 nm) : M étalon 800 nm

Où M = la mesure relevée sur le récepteur cité

La mesure de la quantité d'oxyhemoglobin sera donnée par l'équation suivante :

Concentration de HbO2 = (M 925 nm - M étalon 800 nm) : M étalon 800 nm

Où M = la mesure relevée sur le récepteur cité

La concentration de HbO2 présente également un pic fort d'absorption à 590 nm +/- 3 nm qui s'effondre à 600 nm; ce pic peut remplacer celui choisi à 925 nm.

De même, le pic d'absorption de HbO2 à 925 nm est légèrement dans la raie d'absorption des lipides et de l'eau. En présence de ces 2 constituants, il sera préférable de choisir cette raie de référence à 870 nm +/- 10 nm. FIGURES

1 : Lampe d'émission infrarouge

2 : Rayonnement émis

3 : Matière (Liquide, solide ou gaz) analysée 4 : Capteur sensible au 930 nm

5 : Capteur sensible au 970 nm

6 : Capteur sensible au 850 nm

7 : Appareil de traitement des données

8 : Emetteur à 930 nm 9 : Emetteur à 970 nm

10 : Emetteur à 850 nm

11 : Emetteur torique Infra Rouge (800 à 950 nm) 12 : Rayonnement réfléchit-et diffusé-par la matière

13 : Filtres électromagnétiques colorés

Claims

REVENDICATIONS

Revendication 1

Procédé non invasif permettant d'estimer le rapport entre le teneur en graisse et la teneur en eau d'une substance en générale et d'un tissus animal en particulier et d'en déduire la Masse Grasse et la Masse Maigre caractérisé par le fait que cette mesure est réalisée en comparant simultanément l'absorption directe (transmission) ou indirecte (réflexion-diffusion) de trois raies infrarouges rayonnées et injectées dans la substance ou le tissus testé ; La première étant relative au lipide et se situant à 930 nm + /- 15 nm, La seconde étant relative à l'eau et se situant à 970 +/- 40 nm La troisième étant la raie étalon se situant en dehors des pics d'absorption des éléments analysés par exemple 850 nm pour la chair animale

Les + /- représentent la fenêtre spectrale dans laquelle une raie peut être choisie.

Revendication
2 Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce que la mesure peut être effectuée par transmission directe à travers la cible analysée.

_Rey.endication.3_ Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce que la mesure peut être effectuée en mesurant uniquement la diffusion et la réflexion des raies infrarouges dans la matière analysée.

Revendication 4

Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce que la mesure peut porter sur tous les produits laitiers solides ou liquides.

Revendication 5

Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce que la mesure peut porter sur tous les produits végétaux comportant des huiles ou des graisses végétales.

Revendication 6

Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce que la mesure peut porter sur tous les produits animaliers.

Revendication 7

Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce que la mesure peut porter sur tous les produits contenant des huiles ou graisses minérales. Revendication 8

Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce que la mesure peut permettre de mettre en évidence des zones de rétention d'eau (OEdème) ou de lipide (Boutons).

Revendication 9

Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce que la mesure peut permettre de détecter les tumeurs accompagnées d'une prolifération anormale de lipide ou d'eau (kystes)

Revendication 10 Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce que la mesure peut permettre de piloter un processus industriel en dosant le ratio lipide-eau.

Revendication 11 Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce que les raies d'absorption retenues pour l'eau peuvent être différentes de celles proposées, par exemple 1200 nm, 1470 nm et 2000 nm

Revendication 12

Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce que les raies d'absorption retenues peuvent être différentes, par exemple 865 nm, 1710 nm et 1820 nm.

Revendication 13

Procédé suivant les revendications 1 , 2 et 3 caractérisé en ce que une mesure par réflexion, diffusion de la teneur en eau faite sur la peau d'une personne sera plus basse que celle obtenue par transmission du fait que cette mesure de part son principe a une faible pénétration cutanée va augmenter les effets du derme fortement vascularisé et donc contenant plus d'hémoglobine que d'eau. Il faudra donc majorer légèrement cette mesure en eau pour extrapoler le résultat afin d'obtenir ce que donnerait une mesure par transmission De même les régions cutanées sont en générales plus riches en lipide et il faudra diminuer légèrement les résultats cutanés de la mesure par réflexion des lipides pour extrapoler le résultat afin d'obtenir ce que donnerait une mesure par transmission.

En clair, l'effet derme faussant la mesure par réflexion, une mesure du ratio masse maigre sur masse grasse obtenue par réflexion devra être majorée pour avoir la mesure réelle qui serait obtenue par transmission. Revendication 14

Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce que d'autres raies d'absorption peuvent être retenues pour analyser d'autres substances, typiquement les fréquences suivantes pour analyser dans la chair animale le ratio entre le deoxyhemoglobin (Hb) et l'oxyhemoglobin (HbO2); dans ce cas la raie caractérisant la deoxyhemoglobin sera à 925 nm +/- 100 nm , la raie caractérisant l'oxyhemoglobin sera à 760 nm + /- 10 nm et la raie étalon à 800 nm +/- 10 nm. Les émetteurs et les récepteurs doivent alors être réglés pour émettre et recevoir au moins les trois raies spectrales retenues. Les + /- représentent la fenêtre dans laquelle une raie peut être choisie.

Revendication 15

Procédé suivant la revendication 14 caractérisé en ce que, pour la détection de l'hémoglobine, la raie étalon peut être prise à 870 nm et le pic d'absorption de HbO2 à 590 nm +/- 3 nm. Revendication 16

Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce que d'autres raies -d'absorption-peuvent-être retenues-pour analyser_dlautres-Substances,_ typiquement la raie à 578 nm pour le collagène, la raie étalon étant par exemple 800 nm +/- 5 nm

Revendication 17

Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce que d'autres raies d'absorption peuvent être retenues pour analyser d'autres substances, typiquement les fréquences suivantes pour analyser dans la quantité de globule blanc; dans ce cas la fenêtre d'absorption caractérisant la présence de globules blancs sera située entre 830 et 930 nm, la raie étalon sera à 800 nm +/- 5 nm. Les + /- représentent la fenêtre dans laquelle une raie peut être choisie.

Revendication 18

Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce que, si on utilise des raies d'absorption différentes et propres à d'autres substances, le procédé retenu peut s'appliquer à l'analyse d'autres ratios entre deux ou plusieurs substances contenues dans une matière solide ou liquide.

Revendication 19 Procédé suivant la revendication 16 caractérisé en ce que les raies d'absorption peuvent être choisies dans l'ensemble du spectre électromagnétique. Revendication 20

Procédé suivant les revendications ci-avant caractérisé en ce que, si on utilise les raies d'abso[phi]tion citées et des puissances suffisantes, on peut exciter et échauffer chacune des matières citées et augmenter ainsi leur métabolisme afin d'obtenir des actions curatives.