Биоимпедансометрия

Биоимпедансометрия (от греч. βίος — жизнь, лат. impedio — препятствую, измеряю) — это неинвазивный метод инструментальной диагностики состава тела человека, основанный на измерении электрического сопротивления (импеданса) биологических тканей при пропускании через них слабого электрического тока высокой частоты. Метод позволяет оценить абсолютные и относительные показатели жировой, мышечной, костной и водной массы, а также метаболическую активность организма.

История

Первые научные работы, связывающие электрические свойства тканей с их составом, появились в середине XX века. В 1950-х годах американские исследователи О. Х. Томпсон и Дж. М. Холл показали, что сопротивление тела зависит от содержания воды и электролитов. В 1960-х годах Р. Х. Хоффер и его коллеги разработали первые эмпирические формулы для расчёта тощей массы тела (общей массы без жира) по импедансу.

В 1980-х годах, с развитием микроэлектроники, появились портативные биоимпедансные анализаторы. В СССР и России метод активно развивался с 1970-х годов в рамках космической медицины (для контроля состояния космонавтов) и спортивной физиологии. В 1985 году в Институте медико-биологических проблем РАН была создана первая отечественная методика. В 1990-х годах метод начал применяться в клинической практике для оценки нутритивного статуса пациентов с ожирением, кахексией, отёками и другими нарушениями.

Физические основы метода

Метод базируется на том, что различные ткани организма обладают разной электропроводностью. Биологические жидкости (кровь, лимфа, межклеточная жидкость), содержащие ионы, являются хорошими проводниками. Мышечная ткань, богатая водой и электролитами, проводит ток лучше, чем жировая ткань, которая содержит мало воды и имеет высокое сопротивление. Костная ткань обладает наибольшим сопротивлением.

При пропускании через тело переменного тока высокой частоты (обычно 50 кГц) измеряется комплексное сопротивление (импеданс), которое складывается из активного (омического) и реактивного (ёмкостного) компонентов. Активное сопротивление (R) отражает сопротивление жидкостей и тканей, а реактивное (Xc) — в основном ёмкость клеточных мембран, которые действуют как конденсаторы. По соотношению этих компонентов рассчитывают объём внеклеточной и внутриклеточной жидкости, а затем — общую воду тела, тощую массу и жировую массу.

Виды и методы проведения

По типу используемого тока

• Одночастотная биоимпедансометрия — измерение на одной частоте (обычно 50 кГц). Простой и распространённый метод, но даёт менее точные данные о внеклеточной и внутриклеточной жидкости.
• Многочастотная биоимпедансометрия — измерение на нескольких частотах (от 1 до 1000 кГц). Позволяет раздельно оценить внеклеточную и внутриклеточную воду, а также состояние клеточных мембран.

По способу контакта с телом

• Стандартный (тетраполярный) — накладываются четыре электрода: два на кисть и два на стопу одной стороны тела. Ток подаётся через внешние электроды, а напряжение измеряется через внутренние. Это наиболее точный метод, применяемый в клинической практике.
• Сегментарный — электроды накладываются на отдельные сегменты тела (руку, ногу, туловище). Позволяет оценить состав отдельных частей тела.
• Бипедальный — электроды встроены в платформу напольных весов. Измеряется сопротивление только нижней части тела, что даёт приблизительные результаты.
• Ручной — электроды находятся в ручках портативного прибора. Измеряется сопротивление верхней части тела.

По условиям проведения

• Клиническая — проводится в медицинских учреждениях с использованием стационарных анализаторов, с соблюдением стандартных условий (натощак, после опорожнения мочевого пузыря, в положении лёжа).
• Бытовая — проводится с помощью портативных приборов (напольные весы, ручные анализаторы) в домашних условиях. Точность таких измерений ниже из-за влияния внешних факторов (время суток, приём пищи, гидратация).

Показатели, получаемые при биоимпедансометрии

Стандартный протокол исследования включает следующие показатели:

• Общая вода тела (TBW) — суммарный объём жидкости в организме.
• Внеклеточная вода (ECW) — жидкость, находящаяся вне клеток (плазма, лимфа, межклеточная жидкость).
• Внутриклеточная вода (ICW) — жидкость внутри клеток.
• Тощая масса тела (FFM) — масса всех тканей, кроме жира (мышцы, кости, внутренние органы, вода).
• Жировая масса (FM) — масса жировой ткани.
• Процент жира — доля жировой массы от общей массы тела.
• Активная клеточная масса (BCM) — масса клеток, участвующих в метаболизме (мышцы, внутренние органы).
• Скелетно-мышечная масса (SMM) — масса мышц скелета.
• Минеральная масса костей (BMC) — масса костной ткани.
• Фазовый угол (PA) — параметр, отражающий состояние клеточных мембран и общее здоровье клеток. Нормальные значения — 5–7°.
• Основной обмен (BMR) — количество энергии, необходимое для поддержания жизнедеятельности в покое.

Применение

Медицина

• Оценка нутритивного статуса — диагностика ожирения (избытка жировой массы) и кахексии (дефицита тощей массы), в том числе при онкологических, инфекционных и эндокринных заболеваниях.
• Мониторинг отёков — контроль динамики внеклеточной воды при сердечной недостаточности, почечной патологии, лимфедеме.
• Диагностика саркопении — возрастной потери мышечной массы.
• Оценка эффективности лечения — контроль изменений состава тела при диетотерапии, лекарственной терапии, физической реабилитации.

Спорт и фитнес

• Контроль состава тела — оценка соотношения жира и мышц у спортсменов.
• Мониторинг гидратации — выявление обезвоживания или гипергидратации.
• Планирование тренировок — определение индивидуальных потребностей в калориях и макронутриентах.

Научные исследования

• Эпидемиология — изучение распространённости ожирения и саркопении в популяциях.
• Физиология — исследование влияния возраста, пола, физической активности на состав тела.
• Фармакология — оценка изменений состава тела при приёме лекарственных препаратов.

Критика и ограничения

• Точность — результаты зависят от соблюдения условий проведения (время суток, приём пищи, физическая активность, положение тела). Погрешность может достигать 3–5% для жировой массы и 1–2% для тощей массы.
• Влияние гидратации — избыток или дефицит воды искажает результаты, особенно при одночастотном методе.
• Индивидуальные особенности — метод менее точен у людей с выраженными отёками, асцитом, ампутациями конечностей, а также у детей и пожилых.
• Сравнение с эталонными методами — биоимпедансометрия уступает по точности двухэнергетической рентгеновской абсорбциометрии (DXA) и гидростатическому взвешиванию, но значительно доступнее и безопаснее.
• Популяционные нормы — референсные значения для многих показателей (например, фазового угла) разработаны для конкретных популяций и могут не подходить для других этнических групп.

Интересные факты

• Биоимпедансометрия используется в космической медицине для контроля состояния космонавтов в условиях невесомости, где происходит перераспределение жидкости в организме.
• Первые портативные биоимпедансные анализаторы появились в продаже в 1990-х годах и стоили несколько тысяч долларов.
• Метод не имеет противопоказаний, кроме наличия имплантированных кардиостимуляторов (из-за возможного влияния тока на работу устройства).
• Фазовый угол (PA) считается одним из предикторов выживаемости при критических состояниях: низкие значения (менее 4°) связаны с повышенным риском смерти.

Источники

• Лукина С. Ф., Сыромятникова Е. В. Биоимпедансный анализ состава тела человека: методические рекомендации. — М.: РАМН, 2007.
• Kyle U. G., Bosaeus I., De Lorenzo A. D., et al. Bioelectrical impedance analysis—part I: review of principles and methods // Clinical Nutrition. — 2004. — Vol. 23, № 5. — P. 1226–1243.
• Мартиросов Э. Г., Николаев Д. В., Руднев С. Г. Технологии и методы определения состава тела человека. — М.: Наука, 2006.
• National Institutes of Health. Bioelectrical impedance analysis in body composition measurement: NIH Technology Assessment Conference Statement // American Journal of Clinical Nutrition. — 1996. — Vol. 64, № 3. — P. 524S–532S.