stringtranslate.com

Анализ биоэлектрического импеданса

Анализ биоэлектрического импеданса ( BIA ) — это метод оценки состава тела , в частности , жира и мышечной массы, при котором слабый электрический ток протекает через тело, а напряжение измеряется для расчета импеданса ( сопротивления и реактивного сопротивления ) тела. Большая часть воды в организме хранится в мышцах. Поэтому, если человек более мускулистый, существует высокая вероятность того, что у него также будет больше воды в организме, что приводит к более низкому импедансу. С появлением первых коммерчески доступных устройств в середине 1980-х годов 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 сопротивление потоку электрического тока через ткани тела, которое затем может быть использовано для оценки общей воды в организме (TBW), которая может быть использована для оценки безжировой массы тела и, по разнице с весом тела, жира в организме .

Точность

Многие из ранних исследований показали, что BIA был довольно изменчивым, и многие не считали его точным методом измерения состава тела. В последние годы [ когда? ] технологические усовершенствования сделали BIA гораздо более надежным и, следовательно, более приемлемым способом измерения состава тела. [ необходима цитата ] Тем не менее, именно 4-камерная модель (4C) ( DXA и МРТ являются приемлемыми альтернативами) – а не BIA – считается эталонным методом анализа состава тела. [2]

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

Простые устройства для оценки жира в организме, часто использующие BIA, доступны потребителям как измерители жира в организме . Эти приборы обычно считаются менее точными, чем те, которые используются в клинической или диетологической и медицинской практике. Они имеют тенденцию занижать процент жира в организме примерно на 5 кг (±7 кг LoA [ необходимо разъяснение ] ) в среднем, несмотря на то, что показывают линейную корреляцию с измерениями на основе МРТ 0,75 и 0,81 для женщин и мужчин соответственно. [2] [3]

Обезвоживание является признанным фактором, влияющим на измерения BIA, поскольку оно приводит к увеличению электрического сопротивления тела , поэтому, как было измерено, вызывает занижение на 5 кг массы тела без жира, то есть завышение 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 показаниями процента жира в организме, полученными в течение дня, до 4,2% от общего содержания жира в организме. [5]

Умеренные физические нагрузки перед измерениями BIA приводят к переоценке безжировой массы и недооценке процента жира в организме из-за сниженного импеданса . [6] Например, умеренные интенсивные упражнения в течение 90–120 минут перед измерениями BIA вызывают почти 12-килограммовую переоценку безжировой массы, т.е. жир в организме значительно недооценивается. [7] Поэтому рекомендуется не проводить BIA в течение нескольких часов после умеренных или высокоинтенсивных упражнений. [8]

BIA считается достаточно точным для измерения групп, имеет ограниченную точность для отслеживания состава тела у отдельного человека в течение определенного периода времени, но не считается достаточно точным для регистрации отдельных измерений отдельных людей. [9] [10]

Потребительские устройства для измерения BIA не оказались достаточно точными для однократного измерения и лучше подходят для измерения изменений состава тела с течением времени у отдельных лиц. [11] Двухэлектродное измерение, например, измерение от ноги к ноге или от руки к руке, как правило, оказывается менее точным, чем методы с 4 электродами (тетраполярная техника, в которой токовую цепь обеспечивает пара дистальных электродов с измеряемым импедансом, как падение 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 перемещения электродов. Результаты некоторых протестированных импедансных приборов показали плохие пределы согласованности и в некоторых случаях систематическую погрешность в оценке процента висцерального жира , но хорошую точность в прогнозировании расхода энергии в покое (REE) по сравнению с более точными магнитно-резонансной томографией всего тела (МРТ) и двухэнергетической рентгеновской абсорбциометрией (DXA). [12]

Импеданс чувствителен к частоте; на низкой частоте электрический ток протекает преимущественно только через внеклеточную воду (ECW), в то время как на высокой частоте ток может пересекать клеточные мембраны и, следовательно, протекать 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 обеспечивать оптимальные предикторы ECW и TBW и, следовательно, массы тела без жира соответственно. На практике улучшение точности незначительно. Было показано, что использование нескольких частот или BIS в определенных устройствах BIA имеет высокую корреляцию с DXA при измерении процента жира в организме. Корреляция с DXA может достигать 99% при измерении массы тела без жира, если соблюдать строгие рекомендации. [13] [14] Важно признать, что корреляция не является мерой точности или согласованности метода, методы BIA обычно демонстрируют пределы согласованности в 2 стандартных отклонения (2SD) с эталонными методами (например, DXA, МРТ или модель 4C) около ±10%.

Историческая справка

Электрические свойства тканей описываются с 1872 года. Эти свойства были впоследствии описаны для более широкого диапазона частот и большего спектра тканей, включая те, которые были повреждены или претерпели изменения после смерти.

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

В 1969 году Хоффер пришел к выводу, что измерение импеданса всего тела может предсказать общее количество воды в организме. Уравнение (квадрат роста, деленный 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, включая те, которые лежали в основе взаимосвязей между импедансом и содержанием воды в организме. Затем на рынок поступили 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 предполагало, что человеческое тело представляет собой один цилиндр, что создавало множество технических ограничений в BIA. Использование одной частоты было неточным для популяций, не имеющих стандартного типа телосложения. Чтобы повысить точность BIA, исследователи создали эмпирические уравнения, используя эмпирические данные (пол, возраст, этническая принадлежность), для прогнозирования состава тела пользователя.

В 1986 году Лукаски опубликовал эмпирические уравнения с использованием индекса импеданса, веса тела и реактивного сопротивления. [4]

В 1986 году Кушнер и Шоллер опубликовали эмпирические уравнения с использованием индекса импеданса, массы тела и пола. [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 5 различных цилиндров (правая рука, левая рука, туловище, правая нога, левая нога) вместо одного. Использование нескольких частот также позволило бы различать внутриклеточную и внеклеточную воду. [19]

К 1990-м годам на рынке появилось несколько многочастотных анализаторов и несколько устройств BIS. Использование BIA в качестве метода у постели больного возросло, поскольку оборудование портативно и безопасно, процедура проста и неинвазивна, а результаты воспроизводимы и быстро получены. Совсем недавно был разработан сегментарный BIA для преодоления несоответствий между сопротивлением (R) и массой тела туловища.

В 1996 году было создано восьмиполюсное устройство BIA InBody, которое не использовало эмпирические уравнения и было обнаружено, что оно «дает точные оценки TBW и ECW у женщин без необходимости использования формул, специфичных для конкретной популяции». [20]

В 2018 году компания AURA Devices выпустила фитнес-трекер AURA Band со встроенным BIA. [21]

В 2020 году BIA стал доступен для пользователей Apple Watch с аксессуаром AURA Strap со встроенными датчиками. [22]

К началу 2020-х годов такие умные часы, как Samsung Galaxy Watch 4, уже содержали встроенные BIA.

Конфигурация измерения

Сопротивление клеточной ткани можно смоделировать как резистор (представляющий внеклеточный путь) параллельно с резистором и конденсатором последовательно (представляющим внутриклеточный путь – сопротивление внутриклеточной жидкости, а конденсатор – клеточной мембраны). Это приводит к изменению сопротивления в зависимости от частоты, используемой при измерении. Сопротивление всего тела обычно измеряется от запястья до ипсилатеральной лодыжки и использует либо два (редко), либо четыре (в подавляющем большинстве случаев) электрода. В конфигурации с 2 электродами (биполярной) небольшой ток порядка 1–10 мкА пропускается между двумя электродами, и напряжение измеряется между ними, тогда как в тетраполярной конфигурации сопротивление измеряется между отдельной парой проксимально расположенных электродов. Тетраполярная конфигурация предпочтительнее, поскольку измерение не искажается импедансом интерфейса кожа–электрод [23]

Фазовый угол

При биоэлектрическом импедансном анализе у людей можно получить оценку фазового угла , которая основана на изменениях сопротивления и реактивного сопротивления при прохождении переменного тока через ткани, что вызывает сдвиг фаз. Таким образом, фазовый угол существует для всех частот измерения, хотя традиционно в BIA рассматривается фазовый угол на 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]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Кайл Ю.Г., Босей 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., Шольс А.М., Пичард С. (октябрь 2004 г.). «Анализ биоэлектрического импеданса - часть I: обзор принципов и методов». Клиническое питание . 23 (5): 1226–1243. doi :10.1016/j.clnu.2004.06.004. PMID  15380917. S2CID  21000697.
  2. ^ ab Borga, Magnus; West, Janne; Bell, Jimmy D.; Harvey, Nicholas C.; Romu, Thobias; Heymsfield, Steven B.; Dahlqvist Leinhard, Olof (2018). «Расширенная оценка состава тела: от индекса массы тела до профилирования состава тела». Journal of Investigative Medicine . 66 (5): 1.10–9. doi : 10.1136/jim-2018-000722 . PMC 5992366 . PMID  29581385. S2CID  4726327 . Получено 14 февраля 2020 г. . 
  3. ^ "Обзор и сравнение весов для измерения жира в организме". 10 января 2010 г. Получено 11 января 2010 г.
  4. ^ ab Lukaski HC, Bolonchuk WW, Hall CB, Siders WA (апрель 1986 г.). «Валидация метода тетраполярного биоэлектрического импеданса для оценки состава тела человека». Журнал прикладной физиологии . 60 (4): 1327–1332. doi :10.1152/jappl.1986.60.4.1327. PMID  3700310. S2CID  44184800.
  5. ^ Slinde F, Rossander-Hulthén L (октябрь 2001 г.). «Биоэлектрическое сопротивление: влияние 3 одинаковых приемов пищи на дневное изменение импеданса и расчет состава тела». The American Journal of Clinical Nutrition . 74 (4): 474–478. doi : 10.1093/ajcn/74.4.474 . PMID  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 самым большим снижением процента жира в организме наблюдалось снижение на 23%, с 17,9% жира в организме на исходном уровне до 13,7% жира в организме при измерении № 17.
  6. ^ Кушнер РФ, Гудивака Р., Шоллер Д.А. (сентябрь 1996 г.). «Клинические характеристики, влияющие на измерения анализа биоэлектрического импеданса». Американский журнал клинического питания . 64 (3 Suppl): 423S–427S. doi : 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 тела человека: метод BIA». Американский журнал клинического питания . 47 (5): 789–792. doi :10.1093/ajcn/47.5.789. PMID  3364394.
  8. ^ ab Dehghan M, Merchant AT (сентябрь 2008 г.). «Является ли биоэлектрический импеданс точным для использования в крупных эпидемиологических исследованиях?». Nutrition Journal . 7 : 26. doi : 10.1186/1475-2891-7-26 . PMC 2543039. PMID  18778488 . 
  9. ^ Buchholz AC, Bartok C, Schoeller DA (октябрь 2004 г.). «Достоверность моделей биоэлектрического импеданса в клинических популяциях». Nutrition in Clinical Practice . 19 (5): 433–446. doi :10.1177/0115426504019005433. PMID  16215137. В целом, технология биоэлектрического импеданса может быть приемлема для определения состава тела групп и для мониторинга изменений состава тела у отдельных лиц с течением времени. Однако использование этой технологии для проведения единичных измерений у отдельных пациентов не рекомендуется.
  10. ^ Fosbøl, Marie Ø; Zerahn, Bo (2015). «Современные методы измерения состава тела». Клиническая физиология и функциональная визуализация . 35 (2): 81–97. doi :10.1111/cpf.12152. ISSN  1475-097X. PMID  24735332. S2CID  34598395.
  11. ^ Peterson JT, Repovich WE, Parascand CR (2011). «Точность приборов 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 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. doi :10.1159/000176061. PMC 6452160. PMID  20054195 . Один из восьми авторов этого исследования является сотрудником компании-производителя мониторов состава тела Omron, которая финансировала исследование.
  13. ^ Миллер, Райан М.; Чемберс, Тони Л.; Бернс, Стивен П. (октябрь 2016 г.). «Сравнение многочастотного анализатора биоэлектрического импеданса InBody 570 и DXA для анализа процентного содержания жира в организме» (PDF) . Журнал физиологии упражнений онлайн . 19 : 71–78. ISSN  1097-9751.
  14. ^ Ling, Carolina HY; de Craen, Anton JM; Slagboom, Pieternella E.; Gunn, Dave A.; Stokkel, Marcel PM; Westendorp, Rudi GJ; Maier, Andrea B. (октябрь 2011 г.). «Точность прямого сегментарного многочастотного биоимпедансного анализа при оценке общего и сегментарного состава тела у взрослых людей среднего возраста». Clinical Nutrition . 30 (5): 610–615. doi : 10.1016/j.clnu.2011.04.001 . PMID  21555168.
  15. ^ Thomasset, MA (15 июля 1962 г.). «Proprietes bioelectrique des tissuş, Mesures de l'impedance en clinique» [Биоэлектрические свойства ткани. Измерение импеданса в клинической медицине. Значение полученных кривых]. Lyon Medical (на французском языке). 94 : 107–118. PMID  13920843.
  16. ^ Hoffer, EC; Meador, CK; Simpson, DC (октябрь 1969). «Корреляция импеданса всего тела с общим объемом воды в организме». Журнал прикладной физиологии . 27 (4): 531–534. doi :10.1152/jappl.1969.27.4.531. PMID  4898406.
  17. ^ Nyboer, J.; Liedtke, RJ; Reid, KA; Gessert, WA (1983). Нетравматическое электрическое определение общей воды и плотности тела у человека . Труды 6-й Международной конференции по электрическому биоимпедансу. С. 381–384.
  18. ^ Кушнер RF, Шоллер DA (сентябрь 1986 г.). «Оценка общего содержания воды в организме с помощью анализа биоэлектрического импеданса». Американский журнал клинического питания . 44 (3): 417–424. doi :10.1093/ajcn/44.3.417. PMID  3529918.
  19. ^ Кушнер РФ (апрель 1992 г.). «Анализ биоэлектрического импеданса: обзор принципов и приложений». Журнал Американского колледжа питания . 11 (2): 199–209. doi :10.1080/07315724.1992.12098245. PMID  1578098.
  20. ^ Sartorio A, Malavolti M, Agosti F, Marinone PG, Caiti O, Battistini N, Bedogni G (февраль 2005 г.). «Распределение воды в организме при тяжелом ожирении и его оценка с помощью восьмиполюсного анализа биоэлектрического импеданса» (PDF) . European Journal of Clinical Nutrition . 59 (2): 155–160. doi : 10.1038/sj.ejcn.1602049 . hdl : 11380/310281. PMID  15340370.
  21. ^ Эллисон, Коннор (2 мая 2018 г.). «Отслеживание гидратации с помощью Aura Band подскажет вам, когда следует выпить». Wareable .
  22. ^ Купер, Дэниел (30 сентября 2020 г.). «Ремешок Aura добавляет новые возможности вашим Apple Watch». Engadget .
  23. ^ Фостер, KR; Лукаски, HC (сентябрь 1996 г.). «Импеданс всего тела — что он измеряет?». Американский журнал клинического питания . 64 (3): 388S–396S. doi : 10.1093/ajcn/64.3.388S . PMID  8780354.
  24. ^ Barbosa-Silva, MC; et al. (2005). «Анализ биоэлектрического импеданса: референтные значения для фазового угла в популяции по возрасту и полу». American Journal of Clinical Nutrition . 82 (1): 49–52. doi : 10.1093/ajcn.82.1.49 . PMID  16002799 . Получено 3 апреля 2016 г. .

Дальнейшее чтение

Внешние ссылки