Анализ биоэлектрического импеданса - Bioelectrical impedance analysis

Анализ биоэлектрического импеданса (BIA) - широко используемый метод оценки состав тела, в частности, жировые отложения и мышечная масса. В BIA через тело протекает слабый электрический ток, и измеряется напряжение для расчета сопротивление (сопротивление) тела. Большая часть воды в организме хранится в мышцах. Следовательно, если человек более мускулист, высока вероятность того, что у него также будет больше воды в организме, что приведет к снижению сопротивления. С момента появления первых коммерчески доступных устройств в середине 1980-х годов этот метод стал популярным благодаря простоте использования и портативности оборудования. Он известен на потребительском рынке как простой инструмент для оценки жира в организме. BIA[1] фактически определяет электрический импеданс, или противодействие прохождению электрического тока через ткани тела, которое затем можно использовать для оценки общая вода в организме (TBW), который можно использовать для оценки массы тела без жира и, по разнице с массой тела, телесный жир.

Точность

Многие из ранних исследований показали, что BIA был довольно вариабельным и не рассматривался многими как обеспечивающий точную оценку состава тела. В последние годы технологические усовершенствования сделали BIA немного более надежным и, следовательно, более приемлемым способом измерения состава тела. Тем не менее, это DEXA и МРТ - а не BIA - они считаются эталонным методом при анализе состава тела.[2]

Хотя инструменты просты в использовании, следует уделить особое внимание методу использования (как описано производителем).[нужна цитата ]

Простые устройства для оценки жира в организме, часто использующие BIA, доступны потребителям в виде измерители жира в организме. Эти инструменты обычно считаются менее точными, чем те, которые используются в клинической практике или в пищевой и медицинской практике. Они склонны занижать процентное содержание жира в организме.[3]

Обезвоживание является признанным фактором, влияющим на измерения BIA, так как вызывает увеличение электрическое сопротивление, поэтому было установлено, что это вызывает заниженную оценку обезжиренной массы на 5 кг, то есть завышенную оценку жира в организме.[4]

Измерения жира в организме ниже, если измерения проводятся вскоре после приема пищи, что приводит к разбросу между самым высоким и самым низким показателями процентного содержания жира в организме, взятыми в течение дня, до 4,2% от жира.[5]

Умеренные упражнения перед измерениями BIA приводят к переоценке обезжиренной массы и недооценке процентного содержания жира в организме из-за снижения сопротивление.[6] Например, упражнения средней интенсивности в течение 90–120 минут перед измерениями BIA приводят к завышению безжировой массы почти на 12 кг, т. Е. Жировые отложения значительно недооцениваются.[7] Поэтому рекомендуется не выполнять BIA в течение нескольких часов после упражнений средней или высокой интенсивности.[8]

BIA считается достаточно точным для измерения групп, с ограниченной точностью для отслеживания состава тела человека в течение определенного периода времени, но не считается достаточно точным для записи отдельных измерений отдельных лиц.[9][10]

Устройства потребительского уровня для измерения BIA не оказались достаточно точными для однократного измерения и лучше подходят для измерения изменений состава тела с течением времени у людей.[11] Двухэлектродное измерение между ногами менее точное, чем четырехэлектродное (ступни, руки) и восьмиэлектродное измерение. Результаты для некоторых протестированных четырех- и восьмиэлектродных приборов показали плохие пределы согласия и в некоторых случаях систематическую погрешность в оценке нутряной жир процент, но хорошая точность в предсказании расход энергии в состоянии покоя (REE) по сравнению с более точным измерением всего тела магнитно-резонансная томография (МРТ) и двухэнергетическая рентгеновская абсорбциометрия (DEXA).[12]

Было обнаружено, что использование нескольких частот в определенных устройствах BIA, которые используют восемь электродов, дает метод корреляции 94% с DEXA при измерении процентного содержания жира в организме. Корреляция с DEXA достигает 99% при измерении сухой массы при соблюдении строгих правил.[13][14]

Историческое прошлое

Электрические свойства тканей были описаны с 1872 года. Эти свойства были дополнительно описаны для более широкого диапазона частот на более широком диапазоне тканей, включая те, которые были повреждены или претерпевали изменения после смерти.

В 1962 году Томассет провел оригинальные исследования, используя измерения электрического импеданса в качестве показателя общего содержания воды в организме (TBW), используя две подкожно введенные иглы.[15]

В 1969 году Хоффер пришел к выводу, что измерение импеданса всего тела может предсказать общее содержание воды в организме. Уравнение (значение квадрата роста, деленное на измерения импеданса правой половины тела) показало коэффициент корреляции 0,92 с общим объемом воды в организме. Это уравнение, как доказал Хоффер, известно как индекс импеданса, используемый в BIA.[16]

В 1983 году Нюобер подтвердил использование электрического импеданса всего тела для оценки состава тела.[17]

К 1970-м годам были заложены основы BIA, в том числе те, которые лежали в основе взаимосвязи между импедансом и содержанием воды в организме. Затем на коммерческой основе стали доступны различные одночастотные анализаторы BIA, такие как RJL Systems и ее первый коммерческий измеритель импеданса.

В 1980 году Лукаски, Сегал и другие исследователи обнаружили, что использование одной частоты (50 кГц) в BIA предполагало, что человеческое тело представляет собой один цилиндр, что создало множество технических ограничений в BIA. Использование одной частоты было неточным для популяций, не имевших стандартного телосложения. Чтобы повысить точность BIA, исследователи создали эмпирические уравнения с использованием эмпирических данных (пол, возраст, этническая принадлежность) для прогнозирования состава тела пользователя.

В 1986 году Лукаски опубликовал эмпирические уравнения, в которых используются индекс импеданса, масса тела и реактивное сопротивление.[18]

В 1986 году Кушнер и Шоллер опубликовали эмпирические уравнения, в которых использовались индекс импеданса, масса тела и пол.[19]

Однако эмпирические уравнения были полезны только для прогнозирования состава тела среднего населения и были неточными для медицинских целей для групп населения с заболеваниями.[20] В 1992 году Кушнер предложил использовать несколько частот для повышения точности устройств BIA для измерения человеческого тела в виде 5 различных цилиндров (правая рука, левая рука, туловище, правая нога, левая нога) вместо одного. Использование нескольких частот также позволяет различать внутриклеточную и внеклеточную воду.[21]

К 1990-м годам на рынке было несколько многочастотных анализаторов. Использование BIA в качестве прикроватного метода увеличилось, поскольку оборудование является портативным и безопасным, процедура проста и неинвазивна, а результаты воспроизводимы и быстро получаются. Совсем недавно сегментарный BIA был разработан для преодоления несоответствий между сопротивлением (R) и массой тела туловища.

В 1996 году было создано восьмиполюсное устройство BIA, в котором не использовались эмпирические уравнения, и было обнаружено, что он «предлагает точные оценки TBW и ECW у женщин без необходимости использования формул для конкретной популяции».[22]

Конфигурация измерения

Импеданс клеточной ткани можно смоделировать как резистор (представляющий внеклеточный путь), подключенный параллельно резистору и конденсатору (представляющий внутриклеточный путь). Это приводит к изменению импеданса в зависимости от частоты, используемой при измерении. Измерение импеданса обычно проводится от запястья до контралатеральной лодыжки с использованием двух или четырех электродов. Между двумя электродами пропускается небольшой ток порядка 1-10 мкА, и измеряется напряжение между ними (для конфигурации с двумя электродами) или между двумя другими электродами.[23]

Угол фазы

При анализе биоэлектрического импеданса у людей оценка угол фазы может быть получен и основан на изменениях сопротивления и реактивного сопротивления при прохождении переменного тока через ткани, что вызывает фазовый сдвиг. Таким образом, измеренный фазовый угол зависит от нескольких биологических факторов. Фазовый угол больше у мужчин, чем у женщин, и уменьшается с возрастом.[24]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Кайл У.Г., Босэус I, Де Лоренцо А.Д., Деуренберг П., Элиа М., Гомес Дж. М., Хейтманн Б. Л., Кент-Смит Л., Мельхиор Дж. К., Пирлих М., Шарфеттер Х, Шолс А. М., Пичард С. (октябрь 2004 г.). «Анализ биоэлектрического импеданса - часть I: обзор принципов и методов». Клиническое питание. 23 (5): 1226–43. Дои:10.1016 / j.clnu.2004.06.004. PMID  15380917.
  2. ^ «Расширенная оценка состава тела: от индекса массы тела до профилирования состава тела». 2018. Получено 14 февраля 2020.
  3. ^ «Обзор и сравнение весов жировых отложений». 10 января 2010 г.. Получено 11 января 2010.
  4. ^ Лукаски ХК, Болончук В.В., Холл СВ, Сидерс В.А. (апрель 1986 г.). «Валидация метода тетраполярного биоэлектрического импеданса для оценки состава человеческого тела». Журнал прикладной физиологии. 60 (4): 1327–32. Дои:10.1152 / jappl.1986.60.4.1327. PMID  3700310. S2CID  44184800.
  5. ^ Slinde F, Rossander-Hulthén L (октябрь 2001 г.). «Биоэлектрический импеданс: влияние трех одинаковых приемов пищи на изменение суточного импеданса и расчет состава тела». Американский журнал клинического питания. 74 (4): 474–8. Дои:10.1093 / ajcn / 74.4.474. PMID  11566645. процент телесного жира варьировался на 8,8% от самого высокого до самого низкого измерения у женщин и на 9,9% от самого высокого до самого низкого показателя у мужчин. Субъект с самым большим уменьшением процентного содержания жира в организме имел уменьшение на 23% с 17,9% жира на исходном уровне до 13,7% жира на этапе измерения № 17.
  6. ^ Кушнер Р.Ф., Гудивака Р., Шоллер Д.А. (сентябрь 1996 г.). «Клинические характеристики, влияющие на измерения анализа биоэлектрического импеданса». Американский журнал клинического питания. 64 (3 доп.): 423S – 427S. Дои:10.1093 / ajcn / 64.3.423S. PMID  8780358.
  7. ^ Абу Халед М., Маккатчеон М.Дж., Редди С., Пирман П.Л., Хантер Г.Р., Вайнсьер Р.Л. (май 1988 г.). «Электрический импеданс в оценке состава человеческого тела: метод BIA». Американский журнал клинического питания. 47 (5): 789–92. Дои:10.1093 / ajcn / 47.5.789. PMID  3364394.
  8. ^ Дехан М., Торговец А.Т. (сентябрь 2008 г.). «Является ли биоэлектрический импеданс точным для использования в крупных эпидемиологических исследованиях?». Журнал питания. 7: 26. Дои:10.1186/1475-2891-7-26. ЧВК  2543039. PMID  18778488.
  9. ^ Бухгольц А.С., Барток К., Шоллер Д.А. (октябрь 2004 г.). «Действительность моделей биоэлектрического импеданса в клинических популяциях». Питание в клинической практике. 19 (5): 433–46. Дои:10.1177/0115426504019005433. PMID  16215137. В общем, технология биоэлектрического импеданса может быть приемлемой для определения состава тела в группах и для мониторинга изменений состава тела у людей с течением времени. Однако использование этой технологии для проведения единичных измерений у отдельных пациентов не рекомендуется.
  10. ^ Фосбёль, Мари Ø; Зеран, Бо (2015). «Современные методы измерения состава тела». Клиническая физиология и функциональная визуализация. 35 (2): 81–97. Дои:10.1111 / cpf.12152. ISSN  1475-097X. PMID  24735332.
  11. ^ Петерсон Дж. Т., Репович В. Е., Парасканд CR (2011). «Точность приборов для анализа биоэлектрического импеданса потребительского класса по сравнению с плетизмографией с вытеснением воздуха». Int J Exerc Sci. 4 (3): 176–184.
  12. ^ Bosy-Westphal A, Later W, Hitze B, Sato T, Kossel E, Gluer CC, Heller M, Muller MJ (2008). «Точность потребительских устройств с биоэлектрическим импедансом для измерения состава тела по сравнению с магнитно-резонансной томографией всего тела и двойной рентгеновской абсорбциометрией». Факты об ожирении. 1 (6): 319–24. Дои:10.1159/000176061. ЧВК  6452160. PMID  20054195. Один из восьми авторов этого исследования работает у производителя мониторов состава тела Omron, который финансировал исследование.
  13. ^ Миллер, Райан М .; Чемберс, Тони Л .; Бернс, Стивен П. (октябрь 2016 г.). «Проверка многочастотного анализатора биоэлектрического импеданса InBody 570 по сравнению с DXA для анализа процентного содержания жира в организме» (PDF). Журнал физиологии упражнений онлайн. 19: 71–78. ISSN  1097-9751.
  14. ^ Линг, Каролина Х.Ю .; де Крен, Антон J.M .; Slagboom, Pieternella E .; Ганн, Дэйв А .; Стоккель, Марсель П.М.; Westendorp, Rudi G.J .; Майер, Андреа Б. (октябрь 2011 г.). «Точность прямого сегментарного многочастотного биоимпедансного анализа в оценке общего и сегментарного состава тела взрослого населения среднего возраста». Клиническое питание. 30 (5): 610–615. Дои:10.1016 / j.clnu.2011.04.001. PMID  21555168.
  15. ^ Томассет, Массачусетс (15 июля 1962 г.). "Proprietes bioelectrique des Fabrics, Mesures de l'impedance en Clinique" [Биоэлектрические свойства ткани. Измерение импеданса в клинической медицине. Значение полученных кривых. Lyon Medical (На французском). 94: 107–18. PMID  13920843.
  16. ^ Hoffer, E C; Мидор, К. К.; Симпсон, Д. К. (октябрь 1969 г.). «Корреляция полного сопротивления всего тела с общим объемом воды в организме». Журнал прикладной физиологии. 27 (4): 531–4. Дои:10.1152 / jappl.1969.27.4.531. PMID  4898406.
  17. ^ Nyboer, J .; Liedtke, R.J .; Reid, K.A .; Гессерт, В.А. (1983). Нетравматическое электрическое определение общего количества воды и плотности в организме человека. Материалы 6-й Международной конференции по электрическому биоимпедансу. С. 381–4.
  18. ^ Лукаски ХК, Болончук В.В., Холл СВ, Сидерс В.А. (апрель 1986 г.). «Валидация метода тетраполярного биоэлектрического импеданса для оценки состава человеческого тела». Журнал прикладной физиологии. 60 (4): 1327–32. Дои:10.1152 / jappl.1986.60.4.1327. PMID  3700310. S2CID  44184800.
  19. ^ Кушнер Р.Ф., Шёллер Д.А. (сентябрь 1986 г.). «Оценка общего содержания воды в организме с помощью анализа биоэлектрического импеданса». Американский журнал клинического питания. 44 (3): 417–24. Дои:10.1093 / ajcn / 44.3.417. PMID  3529918.
  20. ^ Дехан М., Торговец А.Т. (сентябрь 2008 г.). «Является ли биоэлектрический импеданс точным для использования в крупных эпидемиологических исследованиях?». Журнал питания. 7: 26. Дои:10.1186/1475-2891-7-26. ЧВК  2543039. PMID  18778488.
  21. ^ Кушнер РФ (апрель 1992 г.). «Анализ биоэлектрического импеданса: обзор принципов и приложений». Журнал Американского колледжа питания. 11 (2): 199–209. PMID  1578098.
  22. ^ Сарторио А., Малаволти М., Агости Ф., Мариноне П. Г., Каити О, Баттистини Н., Бедони Дж. (Февраль 2005 г.). «Распределение воды в организме при тяжелом ожирении и его оценка на основе анализа восьмиполюсного биоэлектрического импеданса» (PDF). Европейский журнал клинического питания. 59 (2): 155–60. Дои:10.1038 / sj.ejcn.1602049. PMID  15340370.
  23. ^ Фостер, К. Р.; Лукаски, Х.С. (сентябрь 1996 г.). «Импеданс всего тела - что он измеряет?». Американский журнал клинического питания. 64 (3): 388S – 396S. Дои:10.1093 / ajcn / 64.3.388S. PMID  8780354.
  24. ^ Барбоса-Сильва, MC; и другие. (2005). «Анализ биоэлектрического импеданса: эталонные значения фазового угла по возрасту и полу». Американский журнал клинического питания. 82 (1): 49–52. Дои:10.1093 / ajcn.82.1.49. PMID  16002799. Получено 3 апреля 2016.

дальнейшее чтение

внешняя ссылка