Summary
本研究では、生体電気インピーダンスベクトル解析(BIVA)による体液過負荷の有無の評価方法と、救急科に入院した患者の四極多周波機器を使用して測定されたインピーダンス比を示します。BIVAとインピーダンス比は、悪い結果を予測するための信頼性が高く有用なツールです。
Abstract
急性疾患では、治療的介入の影響により死亡率の低下または増加につながる可能性があるため、体液過剰の早期発見と管理が非常に重要です。正確な体液状態評価には適切な治療が必要です。残念ながら、放射性同位体液測定のゴールドスタンダードの方法は、費用と時間がかかり、急性期医療の臨床現場では感度に欠けるため、臨床検査や24時間出力など、他の精度の低い方法が通常使用されます。生体電気インピーダンスベクトル解析(BIVA)は、代替インピーダンスベースのアプローチであり、被験者の生のパラメータ抵抗とリアクタンスをプロットしてベクトルを生成し、その位置をR-Xcグラフの許容区間に対して評価できます。次に、体液の状態は、健康な参照母集団から得られた平均ベクトルからの距離に基づいて、正常または異常として解釈されます。本研究の目的は、生体電気インピーダンスベクトル分析を通じて流体過負荷の存在を評価する方法を示すことです 救急科に入院した患者における四極多周波機器で測定されたインピーダンス比。
Introduction
体液過剰(FO)は、1つ以上の体液コンパートメント1における総体液の過剰または相対的な過剰として定義され、重症患者で頻繁に観察され、より高い罹患率および死亡率と関連しています1,2,3。水分補給状態の変化の範囲は広いです。腎臓、心臓、または肝不全を示すことができます。および/またはおそらく過度の経口摂取または医原性エラーの結果4.放射性同位体量測定のゴールドスタンダードには特殊な技術が必要であり、費用と時間がかかり、水分補給状態の早期障害を特定できない可能性があるため、救急部門では水分補給状態の日常的な評価は困難です。したがって、臨床検査や累積体液バランス(24時間でのmL単位の量)など、他の精度の低い方法が一般的に使用されます5。体液量の状態の正確で高感度な決定は、臨床医が体液を制御し、静脈内輸液投与を管理し、血行力学的安定性を維持し、患者が早期治療を受けることを可能にするために必要です3,5,6。量評価の誤りは、必要な治療の欠如や、過剰な水分投与などの不必要な治療の実施につながる可能性があり、どちらも入院費用の増加、合併症、および死亡率に関連しています4。
最近、個人の水分補給状態を分類するための代替方法と見なされている生体電気インピーダンス分析(BIA)への関心が高まっています。BIAは、安全で、非侵襲的で、持ち運び可能で、迅速で、ベッドサイドで、使いやすい方法で、ボディコンパートメントの構成を推定するために設計されています。この分析では、手と足に配置された4つの表面電極を介して、体内に注入された交流電流(800μA)の流れに対して軟組織によって生成された反対を測定します。BIAで推定した体内総水分量は、重水素希釈で得られた水分と高い相関があることが示されています(r=0.93、p=0.01)7。
位相に敏感なBIAデバイスは、位相角とインピーダンス(Z 50)の直接測定を評価し、単一周波数モード(50 kHz)または多周波モード(5 kHz〜200 kHz)8で抵抗(R)とリアクタンス(Xc)を取得します。RとXcの値を被験者の身長(m単位)の2乗で割って導体長の個人間差を制御し、R-Xcグラフにプロットすることは、生体電気インピーダンスベクトル分析(BIVA)で流体の状態を推定するために使用される方法です。BIVAは、Piccoli et al.9によって開発された代替インピーダンスアプローチであり、R(すなわち、細胞内および細胞外のイオン溶液を通る交流の流れに対する反対)とXcの間の空間的関係を使用して、限られた特定のサンプルで生成された重回帰予測式とは無関係に、軟組織の水和を評価します10.したがって、体液状態の分類は、全身水分の定量化よりも正確かつ正確です。被験者のRおよびXc値は、健康な参照集団11,12,13に由来する平均ベクトルからの距離に基づいて、正常または異常な水分補給を示すと解釈できるR−Xcグラフ内の許容区間に対して位置を評価できるベクトルを生成する。
以前の研究では、救急科(ED)に入院した患者の体液過負荷の検出と死亡率の予測のためにさまざまな生体電気インピーダンス分析パラメーターを比較し、BIVA(相対リスク= 6.4、1.5から27.9までの95%信頼区間、p = 0.01)とインピーダンス比(相対リスク= 2.7、1.1から7.1までの95%信頼区間、p = 0.04)が30日死亡率の確率の推定を改善することを実証しました3。
流体過負荷は、多周波生体電気インピーダンス装置で求めた200kHzで測定したインピーダンスと5kHzで測定したインピーダンスとの比であるインピーダンス比(imp-R)を用いて推定することもできる。Imp-Rは、体内総水(Z200)および細胞外水流体空間(Z5)での伝導を考慮します。セルへの電流の浸透は周波数に依存し、200/5kHz比は、セル3,8への電流の流入が大きいか小さいかの比率を表します。これら2つの値の差が時間の経過とともに減少する場合は、細胞の健康状態が低下していることを示している可能性があります14。
健康な人では、男性で≤0.78、女性で≤0.82のImp-R値が観察されています15。1.0 に近い値は、2 つのインピーダンスが互いに近く、体細胞の正常性が低いことを示します。重篤な病気の場合、5kHzでの細胞膜の抵抗が減少し、5kHzと200kHzでのインピーダンス値の差が著しく低くなり、細胞の悪化を示しています3。値 > 1.0 は、デバイス エラー16,17 を示します。したがって、本研究の目的は、生体電気インピーダンスベクトル分析を通じて流体過負荷の存在を評価する方法を示すことであり、 救急科に入院した患者の四極多重周波機器で測定されたインピーダンス比を使用します。
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Protocol
以下のプロトコルが承認され(REF.3057)、国立科学研究所の人間研究倫理委員会のガイドラインに従います。さらに、この研究については患者から事前の同意を得た。
注意: この手順は、テトラポーラ多周波機器( 材料表を参照)を使用した生体電気インピーダンス分析の測定に使用され、50 kHzの単一周波数での正確な抵抗値とリアクタンス値、および200 kHzと5 kHzのインピーダンス値の比率(200/5 kHz)を提供します。
1. テストの前に
- その分野の資格を持つ人、または測定に豊富な経験を持つ人として、測定を行う人の標準化を実行します。
- テストの前に4〜5時間食事を控えるように患者に依頼します。.
- 機器を定期的にテストして、既知の値が500 Ω(範囲496〜503 Ω)のテスト抵抗を使用して、製造元が提供するガイドラインに従って、インピーダンス測定が可能な限り正確であることを確認します。接着電極がメーカーの推奨に対応していることを確認してください。
- クロルヘキシジンワイプを使用して機器を清掃してから、手を洗ってください。機器の画面に凡例が表示されている場合:バッテリーを交換してから、バッテリーを交換してください。
- 患者が意識がある場合は、手順を説明してください。患者の身長(cm単位)の年齢と正確な測定値を取得し、これらのデータを機器に導入します。
- 右足から靴と靴下、および患者が着用している時計やブレスレットなどの金属物を取り外します。測定を行う前に、患者を5分間仰臥位にし、脚と腕を約45°広げて、体の他の部分と接触していないことを確認します。肥満の患者では、太もも間の接触を避けるために、足の間にシートを置きます。
2. BIAパラメータの測定
- 電極を配置する表面を70%アルコールパッドで2回清掃します。右手背側に2つの電極を配置し、1つは3番目の中手指節(中指)のナックルの後ろに、もう1つは手首の尺骨頭手根関節の隣に配置します。手首の突き出た骨の間に想像上の直線を描き、その線の中央に各電極を配置すると便利な場合があります。
- 右足に2つの電極を配置し、1つは第3中足指節関節の後ろに、足首の内側と外側くるぶしの間の足根関節を配置します。電極を配置するには、下の骨をたどります。手のサイズに応じて、足と手の電極間の距離が少なくとも5〜10cmであることを確認してください。
- リード線を機器に接続し、赤いワニ口クリップを爪に、黒いクリップを足首または手首に最も近いようにします。ワイヤーがそれらの間を交差しないようにしてください。
- 測定中は結果に影響するため、患者が話したり動いたりしていないことを確認してください。
- 患者のIDが最初の画面に表示されます。スクロールして、患者のパラメータ(性別、年齢、身長、体重)を変更します。電極が正しく固定されていることを確認し、 Enter キーを押します。画面上に測定が表示されます。測定には約6〜10秒かかり、測定が完了するとビープ音が鳴ります。
3. 生体インピーダンスパラメータの解析
- 装置は、5、50、100、200kHzの4つの異なる周波数での生のインピーダンス値(Z)と、液体過負荷の患者を分類するために必要な値である50kHzでの抵抗とリアクタンスを表示します。
- BIVA公差R-Xcグラフ13( 材料表を参照)という名前のソフトウェアをダウンロードして開きます。
- ソフトウェアが、ガイド、参照母集団、ポイントグラフ、パス、被験者、Zスコア、Zグラフの7つのワークシートを含むスプレッドシートプログラムのワークブック内にあることを確認します。
- 参照母集団シートを右クリックし、選択した参照 母集団 の行を選択し、コピーして2行目(黄色の行)に貼り付けます。
- [被験者] シートを右クリックし、2 行目に次のデータを挿入します: 患者に割り当てられたサブジェクト ID。Seq という名前の 2 番目の列には、常に数値 1 を入力します。必要に応じて、姓と名前の列に入力します。性別列に、女性患者の場合はF、男性患者の場合はMを入力します。次の2つの列では、それぞれ50kHzでの入力抵抗とリアクタンス。次の 2 つの列に身長 (cm) と体重 (kg) を挿入します。
- [ポピュル コード] 列に、参照母集団シートの最初の列に表示される番号を挿入します。グループコードで、1〜10の数値をランダムに選択し(この数値はポイントグラフシートで必要になります)、次の列に患者の年齢を挿入します。
- スプレッドシートプログラムメニューで、[ 補数 ]タブに移動し、[ 計算 ]オプションを右クリックして、高さと位相角によって調整された抵抗とリアクタンスの値を取得します。
- ポイントグラフシートを右クリックし、選択した参照母集団(つまり、参照母集団シートの上部にある最初の黄色の行の母集団)に対して50%、75%、および95%の許容誤差楕円が描画されていることを確認します。
- ダイアログボックスでグループを選択し、被験者のシートにあるグループコードに配置された番号を右クリックして、[ OK]を右クリックします。次に、BIVAグラフが表示され、主題ベクトルが幾何学的図形(Δ、•、□)として表示されます。
- 75%の許容誤差楕円の下極の外側にあるベクトルを持つ患者は、流体過負荷として分類されます( 図1を参照)。
- インピーダンス比(Imp-R)を得るために、200kHzのZを5kHzのZで割ると、それぞれ全身水分と細胞外水コンパートメントが反映されます。値 ≥0.85 は、流体の過負荷を示します。
注意: 新しい四極多周波デバイスでは、R-Xcグラフはすでに含まれています。ただし、参照母集団が正しいことを確認することが重要です。
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Representative Results
上記の方法の例として、救急科に入院した2人の女性の結果を提示します。生体電気インピーダンス分析は、位相感受性多周波デバイス( 材料表を参照)を使用して入院時に評価され、得られた抵抗(R)およびリアクタンス(Xc)値を使用してBIVAグラフが計算されました。結果は、水分過剰の患者は予後が悪く、体液過剰に関連するSOFAやチャールソン指数スコアなどの臨床的特徴が良好であることを示しています。
図2において、Δでプロットされた結果は、正常な体液状態の77歳の女性(身長= 155cm)と、次の生体インピーダンスの結果を示す:R = 586.7、Xc = 62.1。臨床変数のデータは以下の通りであった:逐次臓器不全評価スコア(SOFA)= 3;チャールソン併存疾患指数スコア= 5;入院の主な原因=利尿薬の使用と下痢に続発する低張性低ナトリウム血症。入院期間= 2日。
一方、□でプロットした結果は、62歳の女性(身長= 149 cm)を示し、流体過負荷および生体インピーダンスの結果R = 332.6、Xc = 33.6を示します。臨床変数のデータは以下の通りであった:SOFA = 16;チャールソン併存疾患指数= 4;入院の主な原因=軟部組織感染に続発する敗血症性ショック。入院期間=3日間。この患者は難治性ショックの進行により死亡し、急性呼吸窮迫症候群は徐々に悪化しました。
図1:患者の体液状態を分類するための生体電気インピーダンスベクトル分析のRXcグラフ。 75%(+2標準偏差)未満の個々のベクトルは、流体過負荷Δとして分類できます。 略語:R =抵抗、Xc =リアクタンス、H =高さ。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
図2:救急科に入院した2人の女性患者のデータを含むRXcグラフ。 Δは、正常な流体状態を示す50%許容楕円の患者である。□は、流体過負荷で分類された75%楕円以下の患者です。この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
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Discussion
公開された文献では、1〜500 kHzの複数の周波数(MF-BIA)、50 kHzの位相感受性単一周波数(SF-BIA)、5 kHz〜2 MHzの分光BIAの使用など、さまざまな生体電気インピーダンス分析(BIA)アプローチが提案されていることに言及することが重要です。 単一周波数および複数周波数のBIA機器に関する合意に関して、研究は一貫性のない結果を提供しました6米国国立衛生研究所(NIH)の技術評価会議声明21に記載されているように、ソース電流、周波数、電流が指定された許容範囲内にある総インピーダンス範囲、分解能、および精度を含みます。生体電気インピーダンス分光法(BIS)機器は重要な制限を提示する:全身生データのRおよびXcは取得できず、これは他のセグメントインピーダンスパラメータから計算またはモデル化されなければならず、位相感受性の単一および複数周波数デバイスと比較すると過小評価を提示するようである5,22。したがって、このようなテクノロジーの使用はお勧めしません。
MF-BIAは、それ自体で位相に敏感なテトラポーラ機器であり、さまざまな周波数(5、50、100、200、および500 kHz)で位相角とインピーダンスを直接測定し、各周波数で0.5%の偏差と500 Ωの精度を報告し、次の原理に基づいて細胞内水と細胞外の水を区別できます。 より低い周波数では、電流は細胞外水を流れます。 より高い周波数では、それは水域全体を流れます。この種のデバイスは生データを提供するので、以前に説明したようにIRを計算することができる6,23。
また、測定対象の位置に加えて、電極の種類、および電極の特定の解剖学的位置が、生の生体電気値に影響を与える可能性があることを考慮することも重要です。したがって、代償不全(心臓、腎臓、肝不全など)の患者、または急性イベントまたは別の慢性疾患に苦しんでいる患者で、異なる機器で得られた結果を外挿することは避けるべきです6。入院時の体液過負荷を決定するために、方法を標準化するためのプロトコルを実装することが不可欠です。したがって、基礎液の分布状態を取得することで、早期かつ適切な治療アプローチをとることができます。
臨床診療ガイドラインとメーカーは、電流が印加されることによる電磁干渉を引き起こす可能性があるため、ペースメーカーや植込み型除細動器などの心臓埋め込み型電子機器(CIED)を使用している患者にBIA評価を実施することを推奨していません。しかし、身体に伝達される電流の大きさが低いことがCIEDの感受性限界より劣っており、その機能に変化がない場合、BIAは安全であると考えられ、このグループの患者24で実施することができる。
考慮すべき別の考慮事項は、BIAおよびBIVAは、切断または異常な身体構造の患者では実行できないことです21。
緊急入院時の患者の状況において制御されない可能性のある測定技術のいくつかの制限には、絶食時間、アルコール消費、以前の身体運動、および膀胱排尿が含まれる25。
体液過負荷が検出された場合、それが体液蓄積の結果であるという仮定に基づいて、利尿薬の使用は臨床診療で頻繁に行われます。ただし、主な病態生理学的メカニズムは、蓄積ではなく体液の再分布に関連している可能性があり、高用量のフロセミドは腎機能に有害である可能性があります。.例えば、拡張期機能障害および肺水腫を有する心不全患者では、高い収縮期血圧を血管拡張薬(硝酸塩)で治療することができ、したがって利尿薬の使用を回避することができる26。したがって、患者の診断、身体検査、およびバイオマーカー(ヘモグロビン、アルブミン、ナトリウム、クレアチニンなど)のコンテキストでBIVA結果を解釈することが不可欠です。
最後に、BIVAの使用方法を説明するために、以前の報告では、救急科への入院時にBIVAによると、体液過負荷に分類された患者は、正常と見なされる値である1212 mLの液体の累積バランスがあっても、SOFAに関して統計的に有意に高い疾患重症度を示し、より高い死亡率を示したことがわかりました。 正常な体液状態の患者と比較して、重症患者27におけるBIVAの有用性を実証する。
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Disclosures
著者は競合する利益を宣言しません。
Acknowledgments
著者は教授に感謝したいと思います。イタリアのパドヴァ大学医学外科科学部のピッコリとパストリ、BIVAソフトウェアを提供してくれました。この研究は、公的、商業的、または非営利セクターの資金提供機関から特定の助成金を受け取っていませんでした。
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Alcohol 70% swabs | NA | NA | Any brand can be used |
| BIVA software 2002 | NA | NA | Is a sofware created for academic use, can be download in http://www.renalgate.it/formule_calcolatori/bioimpedenza.htm in "LE FORMULE DEL Prof. Piccoli" section |
| Chlorhexidine Wipes | NA | NA | Any brand can be used |
| Examination table | NA | NA | Any brand can be used |
| Leadwires square socket | BodyStat | SQ-WIRES | |
| Long Bodystat 0525 electrodes | BodyStat | BS-EL4000 | |
| Quadscan 4000 equipment | BodyStat | BS-4000 | Impedance measuring range: 20 - 1300 Ω ohms Test Current: 620 μA Frequency: 5, 50, 100, 200 kHz Accuracy: Impedance 5 kHz: +/- 2 Ω Impedance 50 kHz: +/- 2 Ω Impedance 100 kHz: +/- 3 Ω Impedance 200 kHz: +/- 3 Ω Resistance 50 kHz: +/- 2 Ω Reactance 50 kHz: +/- 1 Ω Phase Angle 50 kHz: +/- 0.2° Calibration: A resistor is supplied for independent verification from time to time. The impedance value should read between 496 and 503 Ω. |
References
- da Silva, A. T., et al. Association of hyperhydration evaluated by bioelectrical impedance analysis and mortality in patients with different medical conditions: Systematic review and meta-analyses. Clinical Nutrition ASPEN Association of hyperhydration evaluated by bioelectrical. Clinical Nutrition ESPEN. 28, 12-20 (2018).
- Kammar-García, A., et al. Comparison of Bioelectrical Impedance Analysis parameters for the detection of fluid overload in the prediction of mortality in patients admitted at the emergency department. Journal of Parenteral and Enteral Nutrition. 45 (2), 414-422 (2021).
- Kammar-García, A., et al. SOFA score plus impedance ratio predicts mortality in critically ill patients admitted to the emergency department: Retrospective observational study. Healthcare (Basel). 10 (5), 810 (2022).
- Frank Peacock, W., Soto, K. M. Current technique of fluid status assessment). Congestive Heart Failure. 12, 45-51 (2010).
- Lukaski, H. C., Vega-Diaz, N., Talluri, A., Nescolarde, L. Classification of hydration in clinical conditions: Indirect and direct approaches using bioimpedance. Nutrients. 11 (4), 809 (2019).
- Bernal-Ceballos, F. Bioimpedance vector analysis in stable chronic heart failure patients: Level of agreement single and multiple frequency devices. Clinical Nutrition ESPEN. 43, 206-211 (2021).
- Uszko-Lencer, N. H., Bothmer, F., van Pol, P. E., Schols, A. M. Measuring body composition in chronic heart failure: a comparison of methods. European Journal of Heart Failure. 8 (2), 208-214 (2006).
- Lukaski, H. C., Kyle, U. G., Kondrup, J. Assessment of adult malnutrition and prognosis with bioelectrical impedance analysis: phase angle and impedance ratio. Current Opinion in Clinical Nutrition and Metabolic. 20 (5), 330-339 (2017).
- Piccoli, A., Rossi, B., Pillon, L., Bucciante, G. A new method for monitoring body fluid variation by bioimpedance analysis: the RXc graph. Kidney International. 46 (2), 534-539 (1994).
- Lukaski, H. C., Piccoli, A. Bioelectrical Impedance Vector Analysis for Assessment of Hydration in Physiological States and Clinical Conditions. Handbook of Anthropometry. , Springer. New York, NY. 287-305 (2012).
- Piccoli, A., et al. Bivariate normal values of the bioelectrical impedance vector in adult and elderly populations. The American Journal of Clinical Nutrition. 61 (2), 269-270 (1995).
- Roubenoff, R., et al. Application of bioelectrical impedance analysis to elderly populations. The Journals of Gerontology. Series A, Biological Sciences and Medical Sciences. 52 (3), 129-136 (1997).
- Espinosa-Cuevas, M. A., et al. Bio impedance vector análisis for body composition in Mexican population. Revista de Investigación Clínica. 59 (1), 15-24 (2007).
- Demirci, C., et al. Impedance ratio: a novel marker and a power predictor of mortality in hemodialysis patients. International Urology and Nephrology. 48 (7), 1155-1162 (2016).
- Plank, L. D., Li, A. Bioimpedance illness marker compared to phase angle as a predictor of malnutrition in hospitalized patients. Clinical Nutrition. 32, 85 (2013).
- Castillo-Martinez, L., et al. Bioelectrical impedance and strength measurements in patients with heart failure: comparison with functional class. Nutrition. 23 (5), 412-418 (2007).
- Earthman, C. P. Body composition tools for assessment of adult malnutrition at the bedside: A tutorial on research considerations and clinical applications. Journal of Parenteral and Enteral Nutrition. 39 (7), 787-822 (2015).
- Piccoli, A., Pastori, G. BIVA software. Department of Medical and Surgical Sciences. , University of Padova. Padova, Italy. (2002).
- Basso, F., et al. Fluid management in the intensive care unit: bioelectrical impedance vector analysis as a tool to assess hydration status and optimal fluid. Blood Purification. 36 (3-4), 192-199 (2013).
- Piccoli, A. Bioelectrical impedance measurement for fluid status assessment. Contributions to Nephrology. 164, 143-152 (2010).
- National Institutes of Health Technology. Bioelectrical impedance analysis in body composition measurement: National Institutes of Health Technology Assessment Conference Statement. The American Journal of Clinical Nutrition. 64, 524-532 (1996).
- Silva, A. M., et al. Lack of agreement of in vivo raw bioimpedance measurements obtained from two single and multifrequency bioelectrical impedance devices. European Journal of Clinical Nutrition. 73 (7), 1077-1083 (2019).
- Mulasi, U., Kuchnia, A. J., Cole, A. J., Earthman, C. P. Bioimpedance at the bedside: current applications, limitations, and opportunities. Nutrition in Clinical Practice. 30 (2), 180-193 (2015).
- Chabin, X., et al. Bioimpedance analysis is safe in patients with implanted cardiac electronic devices. Clinical Nutrition. 38 (2), 806-811 (2019).
- González-Correa, C. H., Caicedo-Eraso, J. C. Bioelectrical impedance analysis (BIA): a proposal for standardization of the classical method in adults. Journal of Physics: Conference Series. 47, 407 (2012).
- Di Somma, S., Gori, C. S., Grandi, T., Risicato, M. G., Salvatori, E. Fluid assessment and management in the emergency department. Contributions to Nephrology. 164, 227-236 (2010).
- Kammar-García, A., et al. Mortality in adult patients with fluid overload evaluated by BIVA upon admission to the emergency department. Postgraduate Medical Journal. 94 (1113), 386-391 (2018).
