Введение

Метод оценки состава тела Анализ биоэлектрического импиданса (BIA) - это метод оценки состава тела, в частности жира и мышечной массы, при котором через тело проходит слабый электрический ток, и измеряется напряжение для расчета импиданса (сопротивления и реактанса) тела. Большая часть воды в организме сохраняется в мышцах. Поэтому, если человек более мускулистый, есть высокая вероятность, что у человека также будет больше воды в организме, что приводит к снижению импиденции. С появлением первых коммерчески доступных устройств в середине 1980-х годов метод стал популярным из-за его простоты использования и переносимости оборудования. На потребительском рынке он известен как простой инструмент для оценки жира в организме. BIA фактически определяет электрический импиденс, или сопротивление потоку электрического тока через ткани тела, которые затем могут быть использованы для оценки общей воды тела (TBW), которая может быть использована для оценки массы тела без жира и, по разнице с массой тела, жира.

Точность

Многие из ранних исследований показали, что BIA довольно изменчива и многие не считали, что она обеспечивает точную оценку состава тела. В последние годы технологические усовершенствования сделали BIA гораздо более надежным и, следовательно, более приемлемым способом измерения состава тела. Тем не менее, эта модель 4 отсеков (4C) (DXA и МРТ являются приемлемыми альтернативами) , а не BIA , считается эталонным методом в анализе состава тела. Хотя приборы просты в использовании, следует обратить особое внимание на способ использования (как описано производителем). Простые устройства для оценки жира в организме, часто использующие BIA, доступны потребителям в качестве счетчиков жира. Эти приборы, как правило, считаются менее точными, чем те, которые используются в клинической или в диетологической и медицинской практике. Они имеют тенденцию к занижению показателей процента жира в организме примерно на 5 кг (±7 кг LoA) в среднем, несмотря на линейную корреляцию с МРТ-измерениями 0,75 и 0,81 для женщин и мужчин соответственно. Обезвоживание является признанным фактором, влияющим на измерения BIA, поскольку оно вызывает увеличение электрического сопротивления организма, поэтому было измерено, что оно вызывает недооценку свободной массы жира на 5 кг, т.е. переоценку жира в организме. Измерения жира в организме ниже, когда измерения проводятся вскоре после приема пищи, что приводит к изменению между наивысшим и наименьшим показаниями процента жира в организме, взятых в течение дня, до 4,2% жира в организме. Умеренные физические нагрузки перед измерениями BIA приводят к переоценке свободной от жира массы и недооценке процента жира в организме из-за снижения импиданса. Например, умеренная интенсивность упражнений в течение 90-120 минут до измерения BIA приводит к почти 12-килограммовой переоценке свободной от жира массы, т. е. жир тела значительно занижен. Поэтому рекомендуется не выполнять BIA в течение нескольких часов после упражнений умеренной или высокой интенсивности. 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 людей. Было установлено, что потребительские устройства для измерения BIA не являются достаточно точными для использования в качестве однократного измерения, и лучше подходят для измерения изменений в составе тела с течением времени для людей. Двухэлектродные, например, нога к ноге или рука к руке измерения, как правило, менее точны, чем 4 методов электродов (тетраполярный метод, в котором ток обеспечивается парой дистальных электродов с измеренным импиденцией, как падение напряжения между отдельной парой проксимальных электродов). Можно использовать несколько электродов, обычно восемь, расположенных на руках и ногах, позволяющих измерять импиданс отдельных сегментов тела - рук, ног и туловища. Преимущество многоэлектродной системы заключается в том, что сегменты корпуса могут измеряться одновременно без необходимости перемещения электродов. Результаты для некоторых импидансных инструментов, протестированных, показали слабые границы согласия и в некоторых случаях систематическую предвзятость в оценке процента 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 абсорбциометрией рентгеновских лучей двойной энергии (DXA). Импеданс чувствителен к частоте; при низкой частоте электрический ток предпочтительно протекает только через внеклеточную воду (ECW), в то время как при высокой частоте ток может пересекать клеточные мембраны и, следовательно, протекает через общую воду тела (TBW). В устройствах биоимпедансной спектроскопии (BIS) сопротивление при нулевой и бесконечной частотах 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. Использование множественных частот или BIS в конкретных устройствах BIA было показано, чтобы иметь высокую корреляцию с DXA при измерении процента жира в организме. Корреляция с DXA может достигать 99% при измерении массы без жира, если соблюдаются строгие рекомендации. Важно признать, что корреляция НЕ является мерой точности или методом со...

Исторический фон

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 подвергались изменениям после смерти. В 1962 году Thomasset провел первоначальные исследования с использованием измерений электрического импиданса в качестве показателя общей воды тела (TBW), используя две подкожно вставленные иглы. В 1969 году Хоффер пришел к выводу, что измерение импиденции всего тела может предсказать общую воду тела. Уравнение (квадрат значения высоты, деленный на измерения импеданса правой половины тела) показало коэффициент корреляции 0,92 с общей водой тела. Это уравнение, доказанное Хоффером, известно как индекс импеданса, используемый в BIA. В 1983 году Нюбер подтвердил использование электрического импиденса всего тела для оценки состава тела. К 1970-м годам были установлены основы BIA, в том числе те, которые легли в основу отношений между импиденцией и содержанием воды в организме. Затем появились различные одночастотные анализаторы BIA, такие как RJL Systems и его первый коммерческий импеданс-метр. В 1980-х годах Лукаски, Сегал и другие исследователи обнаружили, что использование одной частоты (50 кГц) в BIA предполагает, что человеческое тело является одним цилиндром, что создало много технических ограничений в BIA. Использование одной частоты было неточным для групп населения, не имеющих стандартного типа тела. Для повышения точности 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, массы тела и реактанса. Однако эмпирические уравнения были полезны только для прогнозирования состава тела среднего населения и были неточными для медицинских целей для населения с заболеваниями. К 1990-м годам на рынке было несколько многочастотных анализаторов и пара устройств BIS. Использование BIA в качестве метода лечения у больных увеличилось, потому что оборудование переносится и безопасно, процедура проста и неинвазивна, а результаты воспроизводимы и быстро получаются. Совсем недавно сегментальная БИА была разработана для преодоления несоответствий между сопротивлением (R) и массой тела ствола. В 1996 году был создан восьмиполярный стенд на устройстве BIA, InBody, который не использовал эмпирические уравнения и был обнаружен, чтобы "предложить точные оценки TBW и ECW у женщин без необходимости в специфических формулах для популяции". В 2018 году AURA Devices представила фитнес-трекер AURA Band с встроенным BIA. В 2020 году BIA стал доступен для пользователей Apple Watch с аксессуаром AURA Strap со встроенными датчиками. К началу 2020-х годов смарт-часы, такие как Samsung Galaxy Watch 4, были встроены в BIA.

Конфигурация измерения

Импиданс клеточной ткани может быть смоделирован как резистор (представляющий внеклеточный путь) параллельно с резистором и конденсатором в серии (представляющий внутриклеточный путь, сопротивление внутриклеточной жидкости и конденсатор клеточной мембраны). Это приводит к изменению импеданса по сравнению с частотой, используемой при измерении. Измерение импиденции всего тела обычно измеряется от запястья до ипсилатеральной лодыжки и использует два (редко) или четыре (подавляющее большинство) электрода. В двухэлектродной (биполярной) конфигурации между двумя электродами пропускается небольшой ток порядка 1 10 мкА, и напряжение измеряется между ними, тогда как в четырехполярной конфигурации сопротивление измеряется между отдельными парами электродов, расположенных вблизи друг друга. Предпочтительно использовать четырехполярный режим, поскольку измерение не нарушается импиденцией интерфейса электродного соединения кожи.

Фазовый угол

При анализе биоэлектрического импиденса у человека можно получить оценку фазового угла, основанную на изменениях сопротивления и реактивности при прохождении переменного тока через ткани, что вызывает сдвиг фазы. Таким образом, угол фазы существует для всех частот измерений, хотя обычно в BIA рассматривается угол фазы при частоте измерений 50 кГц. Измеренный угол фазы зависит от нескольких биологических факторов. Фазовый угол больше у мужчин, чем у женщин, и уменьшается с возрастом.