BMI und Körperoberfläche

Klinischer Hintergrund

BMI und Körperoberfläche (BSA) sind zwei anthropometrische Maße mit unterschiedlicher Funktion. Der BMI klassifiziert den Gewichtsstatus und dient der Risikostratifizierung metabolischer und kardiovaskulärer Erkrankungen. Die BSA indexiert hämodynamische Variablen, etwa das Herzzeitvolumen (Herzindex = Herzzeitvolumen/BSA), und bildet die Dosierungsgrundlage für Arzneimittel mit enger therapeutischer Breite, vor allem Zytostatika.

Beide Maße beruhen ausschließlich auf Gewicht und Körpergröße. Was sie praktisch macht, nämlich dass sie weder eine Laboranalyse noch aufwendige Messtechnik erfordern, ist zugleich ihre Schwäche: Sie reduzieren die Körperzusammensetzung auf zwei äußere Dimensionen und trennen Fettmasse nicht von Muskelmasse.

Berechnung von BMI und Körperoberfläche

Der BMI wird als Gewicht dividiert durch das Quadrat der Körpergröße berechnet:

$$\text{BMI} = \frac{\text{Gewicht (kg)}}{\text{Größe (m)}^2}$$

Die Körperoberfläche wird mit empirisch abgeleiteten Formeln berechnet. Der Rechner gibt drei aus:

Mosteller [1]: $$\text{BSA} = \sqrt{\frac{\text{Größe (cm)} \times \text{Gewicht (kg)}}{3600}}$$

Du Bois: $$\text{BSA} = 0{,}007184 \times \text{Größe (cm)}^{0{,}725} \times \text{Gewicht (kg)}^{0{,}425}$$

Haycock: $$\text{BSA} = 0{,}024265 \times \text{Größe (cm)}^{0{,}3964} \times \text{Gewicht (kg)}^{0{,}5378}$$

Die Mosteller-Formel wurde 1987 als Vereinfachung früherer Formeln, vor allem der Du-Bois-Gleichung, publiziert und verbreitete sich wegen ihrer Einfachheit rasch [1]. Die Du-Bois-Gleichung wurde 1916 aus neun Versuchspersonen abgeleitet, von denen mehrere Säuglinge waren, und war trotz dieser schmalen Ableitungsgrundlage ein Jahrhundert lang die meistverwendete Körperoberflächenformel [2]. Die Haycock-Formel wurde 1978 an Säuglingen, Kindern und Erwachsenen validiert und wird in der Pädiatrie häufig bevorzugt [2].

Interpretation in der Praxis

Der BMI wird nach WHO in vier Hauptkategorien eingeteilt:

Die Schwellen 25 und 30 wurden anhand des Zusammenhangs zwischen BMI und Mortalität in großen Kohortenstudien gewählt und werden von der WHO seit 1997 beibehalten. Bei Grenzwerten, insbesondere zwischen 24 und 26, sollte das Maß gemeinsam mit der abdominellen Adipositas und dem metabolischen Risikoprofil interpretiert und nicht als alleiniges Klassifikationsmerkmal verwendet werden.

Die BSA hat keine Klassifikationsbereiche. Der Wert wird als kontinuierliche Variable genutzt: Zytostatikadosen werden auf die BSA bezogen (mg/m²), und das Herzzeitvolumen wird als Herzzeitvolumen dividiert durch die BSA indexiert (l/min/m²). Der normale Herzindex liegt bei etwa 2,5–4,0 l/min/m². Bei erwachsenen Patientinnen und Patienten der klinischen Routine liegt die BSA meist zwischen 1,5 und 2,2 m².

Werden mehrere BSA-Formeln bei derselben Person verglichen, weichen die Ergebnisse meist um wenige Prozent voneinander ab. Bei ausgeprägter Adipositas kann der Unterschied größer werden, was bei der Dosierung von Zytostatika mit enger therapeutischer Breite zu berücksichtigen ist.

Validierung und Testgüte

Die Fähigkeit des BMI, eine Adipositas zu erkennen, definiert als erhöhter Körperfettanteil in der bioelektrischen Impedanzanalyse, wurde in der NHANES-III-Kohorte mit 13 601 Erwachsenen im Alter von 20 bis 80 Jahren untersucht [3]. An der Grenze BMI ≥30 war die Spezifität hoch: 95 Prozent bei Männern und 99 Prozent bei Frauen. Die Sensitivität war dagegen niedrig: 36 Prozent bei Männern und 49 Prozent bei Frauen. Der BMI korrelierte mäßig mit dem Fettanteil (R² = 0,44 bei Männern, 0,71 bei Frauen), aber ebenso gut mit der fettfreien Masse (R² = 0,50 beziehungsweise 0,55), was bestätigt, dass das Maß Fett nicht von Muskelmasse trennt. Die diagnostische Leistung nahm mit steigendem Alter ab, und im intermediären Bereich von BMI 25–30 war das Instrument am schwächsten.

Für die BSA-Formeln haben Verbraecken et al. [2] Mosteller, Du Bois und sechs weitere Formeln an 1868 erwachsenen Personen mit Normalgewicht, Übergewicht und Adipositas verglichen. Alle Formeln korrelierten untereinander hoch. Die Du-Bois-Gleichung unterschätzte die Körperoberfläche bei Adipositas im Vergleich zu einem 3D-basierten Referenzverfahren, und Mosteller wurde für Erwachsene aufgrund seiner Einfachheit und zufriedenstellenden Übereinstimmung empfohlen.

Fancher et al. [4] verglichen die Du-Bois- und die Mosteller-Formel bei extremen Größen- und Gewichtswerten und fanden, dass die Differenz zu klinisch bedeutsamen Unterschieden in der Zytostatikadosis führen kann, insbesondere bei Personen in den oberen Perzentilen für Größe und Gewicht.

Limitationen

Der BMI beruht auf der Annahme, dass Gewicht und Körpergröße die Körperzusammensetzung erfassen, was nur teilweise zutrifft. Gut trainierte Personen mit großer Muskelmasse können einen BMI in der Adipositasklasse haben, ohne einen erhöhten Fettanteil aufzuweisen. Umgekehrt können ältere Personen mit Sarkopenie und relativ höherem Fettanteil einen normalgewichtigen BMI haben und dennoch ein metabolisches Risiko tragen. Bei Aszites oder Ödemen bildet das Gewicht nicht die Körpermasse, sondern die Flüssigkeitsretention ab.

Die BSA-Formeln teilen eine gemeinsame Schwäche: Sie sind empirisch aus kleinen und nicht immer repräsentativen Kohorten abgeleitet. Die Du-Bois-Gleichung beruht auf neun Versuchspersonen, von denen mehrere Kinder waren. Keine der Formeln ist bei ausgeprägter Adipositas gegen ein modernes 3D-Scanning validiert, und die Übereinstimmung untereinander ist gerade in dieser Gruppe am schlechtesten.

Für die Zytostatikadosierung wurde die Frage aufgeworfen, ob eine BSA-basierte Dosierung überhaupt rational ist, da die Pharmakokinetik unabhängig von der Körperoberfläche variiert. Manche Protokolle sind daher zu festen Dosen oder zu einer Dosierung pro kg Körpergewicht statt pro BSA übergegangen.

Quellen

1. Mosteller RD. Simplified calculation of body-surface area. N Engl J Med. 1987;317(17):1098. PMID: 3657876
2. Verbraecken J et al. Body surface area in normal-weight, overweight, and obese adults. A comparison study. Metabolism. 2006;55(4):515–524. PMID: 16546483
3. Romero-Corral A et al. Accuracy of body mass index in diagnosing obesity in the adult general population. Int J Obes (Lond). 2008;32(6):959–966. PMID: 18283284
4. Fancher KM et al. Comparison of two different formulas for body surface area in adults at extremes of height and weight. J Oncol Pharm Pract. 2016;22(5):690–695. PMID: 26385906