Биоэлектрический импедансный анализ
Анализ биоэлектрического импеданса ( BIA ) — это метод оценки состава тела , в частности жировой и мышечной массы, при котором через тело протекает слабый электрический ток , а напряжение измеряется для расчета импеданса ( сопротивления и реактивного сопротивления ) тела. . Большая часть воды в организме хранится в мышцах. Следовательно, если человек более мускулистый, существует высокая вероятность того, что в его организме будет больше воды, что приводит к снижению импеданса. С появлением первых коммерчески доступных устройств в середине 1980-х годов этот метод стал популярным благодаря простоте использования и портативности оборудования. На потребительском рынке он известен как простой инструмент для оценки содержания жира в организме. БМА [1] фактически определяет электрический импеданс или противодействие потоку электрического тока через ткани тела, который затем можно использовать для оценки общего количества воды в организме (TBW), что можно использовать для оценки массы тела без жира и, по разнице с массой тела вес, жировые отложения .
Точность
[ редактировать ]Многие ранние исследования показали, что BIA весьма изменчив, и многие не считали его точным показателем состава тела. В последние годы [ когда? ] технологические усовершенствования сделали BIA гораздо более надежным и, следовательно, более приемлемым способом измерения состава тела. [ нужна ссылка ] Тем не менее, именно 4-камерная модель (4C) ( ДРА и МРТ являются приемлемыми альтернативами), а не BIA, считается эталонным методом анализа состава тела. [2]
Хотя инструменты просты в использовании, следует уделять пристальное внимание методу использования (как описано производителем). [ нужна ссылка ]
Простые устройства для оценки жира в организме, часто использующие BIA, доступны потребителям в качестве измерителей жира в организме . Эти инструменты обычно считаются менее точными, чем те, которые используются в клинической практике, диетологии и медицинской практике. Они склонны занижать процентное содержание жира в организме примерно на 5 кг (±7 кг LoA). [ нужны разъяснения ] ) в среднем, несмотря на то, что линейная корреляция с измерениями на основе МРТ составляет 0,75 и 0,81 для женщин и мужчин соответственно. [2] [3]
Обезвоживание организма является признанным фактором, влияющим на измерения BIA, поскольку оно вызывает увеличение электрического сопротивления , поэтому, как было установлено, оно приводит к занижению массы без жира на 5 кг, т. е. к завышению количества жира в организме. [4]
Измерения содержания жира в организме ниже, если измерения проводятся вскоре после приема пищи, что приводит к разнице между максимальными и минимальными значениями процентного содержания телесного жира, измеренными в течение дня, до 4,2% телесного жира. [5]
Умеренные физические нагрузки перед измерениями BIA приводят к завышению обезжиренной массы и недооценке процента жира в организме из-за снижения импеданса . [6] Например, упражнения средней интенсивности в течение 90–120 минут перед измерением BIA приводят к завышению оценки безжировой массы почти на 12 кг, т. е. содержание жира в организме значительно занижается. [7] Поэтому рекомендуется не выполнять БИА в течение нескольких часов после умеренной или высокоинтенсивной тренировки. [8]
BIA считается достаточно точным для групп измерений, имеет ограниченную точность для отслеживания состава тела человека в течение определенного периода времени, но не считается достаточно точным для регистрации 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 в составе тела с течением времени у отдельных людей. [11] Двухэлектродное измерение, например измерение стопы к стопе или рука к руке, обычно оказывается менее точным, чем четырехэлектродные методы (тетраполярный метод, при котором токовая цепь создается парой дистальных электродов). при измерении импеданса как падения напряжения между отдельной парой проксимальных электродов). Можно использовать несколько электродов, обычно восемь, расположенных на руках и ногах, что позволяет измерять импеданс отдельных сегментов тела — рук, ног и туловища. Преимущество многоэлектродных устройств заключается в том, что сегменты тела можно измерять одновременно без необходимости перемещать электроды. Результаты некоторых протестированных импедансных инструментов показали плохие пределы согласия и в некоторых случаях систематическое отклонение в оценке процентного содержания висцерального жира , но хорошую точность в прогнозировании расхода энергии в состоянии покоя (REE) по сравнению с более точной магнитно-резонансной томографией всего тела (МРТ). ) и двухэнергетическая рентгеновская абсорбциометрия (ДРА). [12]
Импеданс чувствителен к частоте; при низкой частоте электрический ток протекает преимущественно только через внеклеточную воду (ECW), тогда как при высокой частоте ток может проходить через клеточные мембраны и, следовательно, течь через общую воду организма (TBW). В устройствах биоимпедансной спектроскопии (BIS) сопротивление на нулевой и высокой частоте может быть оценено и, по крайней мере теоретически, должно обеспечить оптимальные показатели ECW и TBW и, следовательно, безжировой массы тела соответственно. На практике повышение точности незначительно. Было показано, что использование нескольких частот или BIS в конкретных устройствах BIA имеет высокую корреляцию с DXA при измерении процентного содержания жира в организме. Корреляция с DXA может достигать 99% при измерении массы без жира, если соблюдать строгие рекомендации. [13] [14] Важно понимать, что корреляция не является мерой точности или согласия метода. Методы BIA обычно имеют пределы согласия с двумя стандартными отклонениями (2SD) с эталонными методами (например, DXA, МРТ или модель 4C) около ±10%.
Историческая справка
[ редактировать ]Электрические свойства тканей описываются с 1872 года. Эти свойства в дальнейшем описывались для более широкого диапазона частот на более широком диапазоне тканей, включая те, которые были повреждены или претерпели изменения после смерти.
В 1962 году Томассет провел оригинальные исследования, используя измерения электрического импеданса как показателя общего количества воды в организме (TBW) с помощью двух подкожно введенных игл. [15]
В 1969 году Хоффер пришел к выводу, что измерение импеданса всего тела может предсказать общее количество воды в организме. Уравнение (квадрат значения роста, разделенный на измерения импеданса правой половины тела) показало коэффициент корреляции 0,92 с общим количеством воды в организме. Это уравнение, как доказал Хоффер, известно как индекс импеданса, используемый в BIA. [16]
В 1983 году Ньобер подтвердил возможность использования электрического сопротивления всего тела для оценки состава тела. [17]
К 1970-м годам были заложены основы BIA, в том числе те, которые легли в основу взаимосвязи между импедансом и содержанием воды в организме. Затем стали коммерчески доступны различные одночастотные анализаторы BIA, такие как RJL Systems и ее первый коммерческий измеритель импеданса.
В 1980-х годах Лукаски, Сигал и другие исследователи обнаружили, что использование одной частоты (50 кГц) в BIA предполагает, что человеческое тело представляет собой один цилиндр, что создает множество технических ограничений в BIA. Использование одной частоты было неточным для популяций, у которых не было стандартного типа телосложения. Чтобы повысить точность BIA, исследователи создали эмпирические уравнения, используя эмпирические данные (пол, возраст, этническую принадлежность) для прогнозирования состава тела пользователя.
В 1986 году Лукаски опубликовал эмпирические уравнения, использующие индекс импеданса, массу тела и реактивное сопротивление. [4]
В 1986 году Кушнер и Шоллер опубликовали эмпирические уравнения, в которых использовались индекс импеданса, масса тела и пол. [18]
Однако эмпирические уравнения были полезны только для прогнозирования состава тела среднего населения и были неточными для медицинских целей для населения с заболеваниями. [8] В 1992 году Кушнер предложил использовать несколько частот для повышения точности устройств BIA для измерения человеческого тела как пяти разных цилиндров (правая рука, левая рука, туловище, правая нога, левая нога) вместо одного. Использование нескольких частот также позволит различать внутриклеточную и внеклеточную воду. [19]
К 1990-м годам на рынке появилось несколько многочастотных анализаторов и пара устройств BIS. Использование BIA в качестве прикроватного метода возросло, поскольку оборудование портативно и безопасно, процедура проста и неинвазивна, а результаты воспроизводимы и быстро получены. Совсем недавно была разработана сегментарная BIA для преодоления несоответствия между сопротивлением (R) и массой туловища.
В 1996 году было создано восьмиполярное стационарное устройство BIA InBody , в котором не использовались эмпирические уравнения, и было обнаружено, что оно «предлагает точные оценки TBW и ECW у женщин без необходимости использования формул для конкретной популяции». [20]
В 2018 году AURA Devices представила фитнес-трекер AURA Band со встроенным BIA. [21]
В 2020 году BIA стала доступна пользователям Apple Watch вместе с аксессуаром AURA Strap со встроенными датчиками. [22]
К началу 2020 года умные часы, такие как Samsung Galaxy Watch 4, содержали встроенный BIA.
Конфигурация измерения
[ редактировать ]Импеданс клеточной ткани можно смоделировать как резистор (представляющий внеклеточный путь) параллельно с резистором и конденсатором, включенными последовательно (представляющий внутриклеточный путь – сопротивление внутриклеточной жидкости и конденсатора клеточной мембраны). Это приводит к изменению импеданса в зависимости от частоты, используемой при измерении. Импеданс всего тела обычно измеряется от запястья до ипсилатеральной лодыжки с использованием либо двух (редко), либо четырех (в подавляющем большинстве) электродов. В двухэлектродной (биполярной) конфигурации между двумя электродами пропускают небольшой ток порядка 1–10 мкА и измеряют напряжение между ними, тогда как в тетраполярной конфигурации сопротивление измеряют между отдельными парами проксимально расположенных электродов. электроды. Тетраполярное расположение предпочтительнее, поскольку измерениям не мешает импеданс поверхности раздела кожа-электрод. [23]
Фазовый угол
[ редактировать ]При анализе биоэлектрического импеданса у людей можно получить оценку фазового угла , которая основана на изменениях сопротивления и реактивного сопротивления при прохождении переменного тока через ткани, что вызывает фазовый сдвиг. Таким образом, фазовый угол существует для всех частот измерения, хотя традиционно в BIA рассматривается фазовый угол при частоте измерения 50 кГц. Таким образом, измеренный фазовый угол зависит от нескольких биологических факторов. Фазовый угол больше у мужчин, чем у женщин, и уменьшается с возрастом. [24]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Кайл Ю.Г., Босеус I, Де Лоренцо А.Д., Деуренберг П., Элия 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): 1226–1243. дои : 10.1016/j.clnu.2004.06.004 . ПМИД 15380917 . S2CID 21000697 .
- ^ Jump up to: а б Борга, Магнус; Уэст, Янне; Белл, Джимми Д.; Харви, Николас С.; Рому, Тобиас; Хеймсфилд, Стивен Б.; Дальквист Лейнхард, Олоф (2018). «Расширенная оценка состава тела: от индекса массы тела до профиля состава тела» . Журнал исследовательской медицины . 66 (5): 1.10–9. дои : 10.1136/jim-2018-000722 . ПМЦ 5992366 . ПМИД 29581385 . S2CID 4726327 . Проверено 14 февраля 2020 г.
- ^ «Обзор и сравнение весов телесного жира» . 10 января 2010 г. Проверено 11 января 2010 г.
- ^ Jump up to: а б Лукаски ХК, Болончук В.В., Холл CB, Сайдерс В.А. (апрель 1986 г.). «Валидация метода тетраполярного биоэлектрического импеданса для оценки состава тела человека». Журнал прикладной физиологии . 60 (4): 1327–1332. дои : 10.1152/яп.1986.60.4.1327 . ПМИД 3700310 . S2CID 44184800 .
- ^ Слинде Ф., Россандер-Хюльтен Л. (октябрь 2001 г.). «Биоэлектрический импеданс: влияние трех одинаковых приемов пищи на суточные изменения импеданса и расчет состава тела» . Американский журнал клинического питания . 74 (4): 474–478. дои : 10.1093/ajcn/74.4.474 . ПМИД 11566645 .
процент жира в организме варьировался на 8,8% от самого высокого до самого низкого измерения у женщин и на 9,9% от самого высокого до самого низкого измерения у мужчин. У субъекта с наибольшим снижением процента жира в организме наблюдалось снижение на 23%, с От 17,9% телесного жира в исходном состоянии до 13,7% телесного жира при измерении № 17.
- ^ Кушнер Р.Ф., Гудивака Р., Шоллер Д.А. (сентябрь 1996 г.). «Клинические характеристики, влияющие на измерения биоэлектрического импедансного анализа» . Американский журнал клинического питания . 64 (3 дополн.): 423S–427S. дои : 10.1093/ajcn/64.3.423S . ПМИД 8780358 .
- ^ Абу Халед М., Маккатчеон М.Дж., Редди С., Пирман П.Л., Хантер Г.Р., Вайнсер Р.Л. (май 1988 г.). «Электрический импеданс в оценке состава тела человека: метод BIA». Американский журнал клинического питания . 47 (5): 789–792. дои : 10.1093/ajcn/47.5.789 . ПМИД 3364394 .
- ^ Jump up to: а б Деган М., Торговец AT (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 . ПМК 2543039 . ПМИД 18778488 .
- ^ Бухгольц А.С., Барток С., Шоллер Д.А. (октябрь 2004 г.). «Действительность моделей биоэлектрического импеданса в клинических популяциях». Питание в клинической практике . 19 (5): 433–446. дои : 10.1177/0115426504019005433 . ПМИД 16215137 .
В целом, технология биоэлектрического импеданса может быть приемлемой для определения состава тела групп и для мониторинга изменений состава тела отдельных лиц с течением времени. Однако использование технологии для проведения единичных измерений у отдельных пациентов не рекомендуется.
- ^ Фосбёль, Мари О; 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 . ПМИД 24735332 . S2CID 34598395 .
- ^ Петерсон Дж.Т., Репович В.Е., Парасканд Ч.Р. (2011). «Точность устройств анализа биоэлектрического импеданса потребительского уровня по сравнению с плетизмографией со смещением воздуха» . Межд. Дж. Упражнение. Наука . 4 (3): 176–184.
- ^ Боси-Вестфаль А., Позже В., Хитце Б., Сато Т., Коссель Э., Глюер CC, Хеллер М., Мюллер М.Дж. (2008). «Точность потребительских устройств биоэлектрического импеданса для измерения состава тела по сравнению с магнитно-резонансной томографией всего тела и двойной рентгеновской абсорбциометрией» . Факты об ожирении . 1 (6): 319–324. дои : 10.1159/000176061 . ПМК 6452160 . ПМИД 20054195 . Один из восьми авторов этого исследования работает в компании Omron, производящей мониторы состава тела, которая финансировала исследование.
- ^ Миллер, Райан М.; Чемберс, Тони Л.; Бернс, Стивен П. (октябрь 2016 г.). «Валидация многочастотного анализатора биоэлектрического импеданса InBody 570 по сравнению с DXA для анализа процентного содержания жира в организме» (PDF) . Интернет-журнал физиологии физических упражнений . 19 : 71–78. ISSN 1097-9751 .
- ^ Линг, Каролина HY; де Крен, Антон Ж.М.; Слагбум, Питернелла Э.; Ганн, Дэйв А.; Стоккель, Марсель ПМ; Вестендорп, Руди Г.Дж.; Майер, Андреа Б. (октябрь 2011 г.). «Точность прямого сегментарного многочастотного биоимпедансного анализа в оценке общего и сегментарного состава тела у взрослого населения среднего возраста» . Клиническое питание . 30 (5): 610–615. дои : 10.1016/j.clnu.2011.04.001 . ПМИД 21555168 .
- ^ Томассет, Массачусетс (15 июля 1962 г.). «Proprietes bioelectrique des tisuş, Mesures de l'impedance en Clinique» [Биоэлектрические свойства тканей. Измерение импеданса в клинической медицине. Значение полученных кривых. Лион Медикал (на французском языке). 94 : 107–118. ПМИД 13920843 .
- ^ Хоффер, ЕС; Мидор, СК; Симпсон, округ Колумбия (октябрь 1969 г.). «Корреляция импеданса всего тела с общим объемом воды в организме». Журнал прикладной физиологии . 27 (4): 531–534. дои : 10.1152/яп.1969.27.4.531 . ПМИД 4898406 .
- ^ Нюбоер, Дж.; Лидтке, Р.Дж.; Рид, Калифорния; Гессерт, Вашингтон (1983). Нетравматическое электрическое определение общего количества воды и плотности тела человека . Материалы 6-й Международной конференции по электрическому биоимпедансу. стр. 381–384.
- ^ Кушнер Р.Ф., Шоллер Д.А. (сентябрь 1986 г.). «Оценка общего количества воды в организме с помощью биоэлектрического импедансного анализа». Американский журнал клинического питания . 44 (3): 417–424. дои : 10.1093/ajcn/44.3.417 . ПМИД 3529918 .
- ^ Кушнер Р.Ф. (апрель 1992 г.). «Анализ биоэлектрического импеданса: обзор принципов и приложений». Журнал Американского колледжа питания . 11 (2): 199–209. дои : 10.1080/07315724.1992.12098245 . ПМИД 1578098 .
- ^ Сарторио А., Малавольти М., Агости Ф., Мариноне П.Г., Каити О., Баттистини Н., Бедогни Г. (февраль 2005 г.). «Распределение воды в организме при тяжелом ожирении и его оценка с помощью восьмиполярного биоэлектрического импедансного анализа» (PDF) . Европейский журнал клинического питания . 59 (2): 155–160. дои : 10.1038/sj.ejcn.1602049 . hdl : 11380/310281 . ПМИД 15340370 .
- ^ Эллисон, Коннор (2 мая 2018 г.). «Отслеживание гидратации Aura Band подскажет вам, когда нужно выпить» . Пригоден для использования .
- ^ Купер, Дэниел (30 сентября 2020 г.). «Ремешок Aura добавляет новые возможности вашим Apple Watch» . Engadget .
- ^ Фостер, КР; Лукаски, ХК (сентябрь 1996 г.). «Импеданс всего тела — что он измеряет?» . Американский журнал клинического питания . 64 (3): 388С–396С. дои : 10.1093/ajcn/64.3.388S . ПМИД 8780354 .
- ^ Барбоза-Сильва, MC; и др. (2005). «Анализ биоэлектрического импеданса: эталонные значения фазового угла населения по возрасту и полу» . Американский журнал клинического питания . 82 (1): 49–52. дои : 10.1093/ajcn.82.1.49 . ПМИД 16002799 . Проверено 3 апреля 2016 г.
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Цао CC, Линь К.Х., Лай Дж.С., Лан С. (сентябрь 1995 г.). «Надежность измерения содержания жира в организме: кожная складка, анализ биоэлектрического импеданса и инфракрасный анализ» . Журнал Ассоциации физиотерапии Китайской Республики . 20 (2): 102–8. дои : 10.29616/JPTAROC.199509.0002 .
- Маттар Дж.А. (ноябрь 1996 г.). «Применение общего биоимпеданса тела к тяжелобольным пациентам. Бразильская группа по изучению биоимпеданса». Новые горизонты . 4 (4): 493–503. ПМИД 8968982 .
- Хибер Д., Инглес С., Эшли Дж.М., Максвелл М.Х., Лайонс Р.Ф., Элашофф Р.М. (сентябрь 1996 г.). «Клиническое выявление саркопенического ожирения методом биоэлектрического импедансного анализа» . Американский журнал клинического питания . 64 (3 доп.): 472S–477S. дои : 10.1093/ajcn/64.3.472S . ПМИД 8780366 .
- Деган М., Торговец AT (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 . ПМК 2543039 . ПМИД 18778488 .