通过生物电阻抗矢量分析评估液体超负荷

摘要

本研究展示了如何通过生物电阻抗向量分析（BIVA）以及使用四极多频设备测得的阻抗比，来评估急诊科住院患者是否存在液体超负荷。BIVA和阻抗比是预测不良预后的可靠且有用的工具。

摘要

在急性疾病中，早期发现和管理液体超负荷至关重要，因为治疗干预的影响可能导致死亡率降低或升高。准确评估液体状态是实施适当治疗的前提。然而，由于放射性同位素液体测量这一金标准方法成本高、耗时长，且在急性临床护理环境中敏感性不足，通常只能采用其他准确性较低的方法，如临床检查或24小时出入量监测。生物电阻抗向量分析（BIVA）是一种基于阻抗的替代方法，该方法将受试者的电阻和电抗原始参数绘制成向量，并在R-Xc图中根据其相对于容许区间的位�置进行评估。液体状态则依据该向量与来自健康参考人群平均向量的距离，判断为正常或异常。本研究的目的是演示如何通过生物电阻抗向量分析及使用四极多频设备测得的阻抗比，评估急诊科收治患者是否存在液体超负荷。

引言

液体超负荷（FO）是指机体总液体量过多或一个或多个液体腔隙中的相对过多¹，在危重患者中常见，并与较高的发病率和死亡率相关^1,2,3。水合状态的改变范围广泛，可能提示肾、心或肝功能衰竭，和/或可能由口服摄入过多或医源性错误所致⁴。在急诊科，常规评估水合状态具有挑战性，因为放射性同位素容积测定这一金标准需要专门技术，且成本高、耗时长，还可能无法识别早期的水合状态异常。因此，通常采用其他准确性较低的方法，包括临床检查和累计液体平衡（24小时内以mL为单位的液体量）⁵。准确且敏感地判断液体容量状态对于帮助临床医生调控体液、管理静脉输液以及维持血流动力学稳定至关重要，从而让患者能够尽早接受治疗^3,5,6。容量评估错误可能导致必要治疗的缺失，或导致不必要的治疗（如过量输液），这两者均与住院费用增加、并发症增多及死亡率升高相关⁴。

近年来，生物电阻抗分析（BIA）受到越来越多关注，该方法被认为是个体水合状态分类的一种替代手段。BIA是一种安全、无创、便携、快速、可在床旁操作且易于使用的方法，用于评估身体各组分的组成。该分析通过放置在手和脚上的四个表面电极，向体内注入微弱的交变电流（800 µA），测量软组织对该电流流动所产生的阻抗。由BIA估算的总体水含量与重水稀释法所得结果具有高度相关性（r = 0.93，p = 0.01）⁷。

相敏生物电阻抗分析（BIA）设备通过直接测量相位角和阻抗（Z₅₀），在单频模式（50 kHz）或多频模式（5 kHz 至 200 kHz）下获取电阻（R）和电抗（Xc）⁸。将R和Xc值除以受试者身高的平方（单位：m²），以校正个体间导体长度的差异，然后在R-Xc图中绘制这些数值，这是生物电阻抗向量分析（BIVA）中用于评估体液状态的方法。BIVA是由Piccoli等人提出的一种替代性阻抗分析方法⁹，它利用R（即交流电流通过细胞内外离子溶液时所遇到的阻力）与Xc之间的空间关系来评估软组织水合状态，且不依赖于在有限和特定样本中建立的多重回归预测方程¹⁰。因此，相较于总体水含量的量化，BIVA对体液状态的分类更为精确和准确。受试者的R和Xc值构成一个向量，其位置可相对于R-Xc图中的容许区间进行评估，并根据该向量与来自健康参考人群的平均向量之间的距离，判断其水合状态是否正常或异常^11,12,13。

在之前的一项研究中，我们比较了不同生物电阻抗分析参数在检测液体超负荷及预测急诊科（ED）入院患者死亡率方面的应用，结果表明，BIVA（相对风险 = 6.4；95% 可信区间为 1.5 至 27.9；p = 0.01）和阻抗比（相对风险 = 2.7；95% 可信区间为 1.1 至 7.1；p = 0.04）可提高对30天死亡概率的估计准确性³。

体液超负荷也可通过阻抗比（imp-R）来估算，该比值为使用多频生物电阻抗设备测得的200 kHz阻抗值与5 kHz阻抗值的比值。imp-R考虑了总体水（Z₂₀₀）和细胞外液空间（Z₅）中的导电性。电流进入细胞的程度具有频率依赖性，200/5 kHz的比值反映了进入细胞的电流由大到小的比例^3,8。如果这两个数值之间的差异随时间减小，可能提示细胞健康状况正在下降¹⁴。

在健康个体中，男性Imp-R值≤0.78，女性≤0.82¹⁵。Imp-R值越接近1.0，表明两种阻抗越接近，细胞健康状况越差。在重症情况下，细胞膜在5 kHz频率下的电阻降低，5 kHz与200 kHz阻抗值之间的差异显著减小，提示细胞状态恶化³。Imp-R值>1.0可能提示设备误差^16,17。因此，本研究的目的是演示如何通过生物电阻抗向量分析以及使用四极多频设备测得的阻抗比，来评估急诊科住院患者是否存在液体超负荷。

方案

本方案已获批准（编号：3057），并遵循国家医学与营养科学研究所SZ人类研究伦理委员会的指导方针。此外，本研究已事先获得患者的知情同意。

注意：本实验步骤用于采用四极多频设备（见材料表）进行生物电阻抗分析，可准确测量50 kHz单一频率下的电阻和电抗值，以及200 kHz与5 kHz阻抗值的比值（200/5 kHz）。

1. 检测前准备

1. 由具备相关专业资质或具有丰富测量经验的人员进行测量操作，并对其进行标准化培训。
2. 要求患者在检测前4至5小时内禁食。
3. 按照制造商提供的指南，定期使用已知阻值为500 Ω（范围496–503 Ω）的测试电阻对设备进行校准，以确保阻抗测量尽可能准确。确保所使用的粘性电极符合制造商的推荐要求。
4. 使用氯己定擦拭布清洁设备，然后洗手。若设备屏幕显示“更换电池”提示，则应及时更换电池。
5. 若患者意识清醒，应向其解释操作过程，并获取患者的年龄及准确的身高（以cm为单位），并将这些数据输入设备中。
6. 取下患者右脚的鞋袜，以及任何金属物品（如手表或手链）。在测量前，让患者仰卧5分钟，四肢外展约45°，并确认肢体之间无相互接触。对于肥胖患者，为避免大腿接触，应在两腿间放置一张纸巾或薄垫。

2. BIA 参数的测量

1. 用70%的酒精棉片对电极放置区域进行两次清洁。在右手背侧放置两个电极，一个位于第三掌指关节（中指）后方，另一个位于腕部靠近尺骨头腕关节处。可在腕部突出的骨性结构之间画一条假想的直线，将每个电极置于该直线的中点位置，有助于准确定位。
2. 在右脚放置两个电极，一个位于第三跖趾关节后方，另一个位于内、外踝之间的踝部跗骨关节处。放置电极时应沿下方骨骼的走向定位。确保足部与手部电极之间的距离至少为5至10 cm，具体距离根据手部大小调整。
3. 将导联线连接至设备，红色鳄鱼夹连接靠近指甲的一端，黑色鳄鱼夹连接靠近踝部或腕部的一端；确保导联线之间不发生交叉。
4. 测量过程中确保患者不说话或移动，以免影响测量结果。
5. 患者ID将显示在第一屏界面上。滚动并修改患者的参数（性别、年龄、身高和体重）。确认电极已正确贴附后，按下Enter键，屏幕将显示“正在测量”。测量过程约需6至10秒，测量完成时会发出蜂鸣声提示。

3. 生物阻抗参数分析

1. 设备将显示四个不同频率（5、50、100 和 200 kHz）下的原始阻抗值（Z），以及 50 kHz 时的电阻和电抗值，这些数值可用于对患者是否存在液体超负荷进行分类。
2. 下载名为 BIVA tolerance R-Xc graph¹³ 的软件（见材料表）并打开。
3. 请注意，该软件是一个电子表格程序中的工作簿，包含七个工作表：guide（指南）、reference populations（参考人群）、point graph（点图）、path（路径）、subjects（受试者）、Z-score（Z评分）、Z-graph（Z图）。
4. 右键单击参考人群工作表，选择所选参考人群对应的行，并将其复制粘贴到第二行（黄色行）。
5. 右键单击受试者工作表，在第二行中输入以下数据：分配给患者的受试者编号；在名为 Seq 的第二列中始终输入数字 1；可选择性填写姓氏和名字两列；在性别列中，女性患者输入 F，男性患者输入 M；在接下来的两列中分别输入 50 kHz 时的电阻和电抗值；再接下来的两列中分别输入身高（单位：cm）和体重（单位：kg）。
6. 在 Popul Code 列中输入参考人群工作表第一列中对应的编号；在 group code（组编号）列中随机输入 1 至 10 之间的任意数字（该数字将在“点图”工作表中使用），并在下一列中输入患者的年龄。
7. 在电子表格程序菜单中，进入插件选项卡，右键单击计算选项，以获得经身高校正后的电阻、电抗值及相位角。
8. 右键单击点图工作表，可观察到已为所选参考人群绘制出 50%、75% 和 95% 的容差椭圆（即参考人群工作表顶部第一行黄色行所对应的人群）。
9. 在对话框中选择“groups”（组），右键单击“受试者”工作表中 group code 所填入的数字，然后右键单击确定。随后将显示 BIVA 图，其中受试者的向量以几何图形（Δ、•、□）表示。
10. 若患者的向量位于 75% 容差椭圆下极点之外，则被判定为液体超负荷（见图 1）。
11. 将 200 kHz 时的 Z 值除以 5 kHz 时的 Z 值（分别反映总体水和细胞外液 compartments），得到阻抗比（Imp-R）。当该值 ≥0.85 时，提示存在液体超负荷。
    注意：新型四极多频设备通常已内置 R-Xc 图功能；但需确保所用参考人群数据正确无误。

结果

作为上述方法的一个示例，我们展示了两名被收治入急诊科的女性患者的结果。入院时使用相敏多频设备（见材料表）进行生物电阻抗分析，并利用测得的电阻（R）和电抗（Xc）值绘制BIVA图形。结果表明，存在液体超负荷的患者预后较差，其临床特征如SOFA评分和Charlson指数评分也更差，这些指标均与液体超负荷相关。

在图2中，以 Δ 标注的结果代表一名77岁女性（身高 = 155 cm），其体液状态正常，生物电阻抗检测结果为：R = 586.7，Xc = 62.1。临床变量数据如下：序贯器官衰竭评估评分（SOFA）= 3；Charlson合并症指数评分 = 5；入院主要原因为利尿剂使用和腹泻继发的低张性低钠血症；住院时间 = 2天。

与此同时，用□表示的结果来自一名62岁女性（身高 = 149 cm），其体液超负荷，生物阻抗结果为 R = 332.6，Xc = 33.6。临床变量数据如下：SOFA = 16；Charlson合并症指数 = 4；...

讨论

需要指出的是，已发表的文献中提出了多种生物电阻抗分析（BIA）方法，包括使用1–500 kHz多个频率的多频生物电阻抗分析（MF-BIA）、在50 kHz下采用相敏单频的单频生物电阻抗分析（SF-BIA），以及频率范围为5 kHz至2 MHz的频谱生物电阻抗分析（spectroscopic BIA）。关于单频与多频BIA设备之间的一致性，已有研究得出的结果尚不一致。⁶，包括源电流、频率、电流在指定容差范围内的总阻抗范围、显示阻抗的分辨率和准确性，如美国国立卫生研究院（NIH）技术评估会议声明中所述²¹生物电阻抗频谱（BIS）仪器存在一个重要局限性：无法直接获取全身原始数据的电阻（R）和电抗（Xc），必须通过其他节段性阻抗参数进行计算或建模得出；与相敏单频和多频设备相比，这些参数似乎存在低估现象。^5,22因此，我们不推荐使用此类技术。

MF-BIA 本身是一种相敏四极仪器，...

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
70% 酒精棉片	NA	NA	可使用任意品牌
BIVA software 2002	NA	NA	是一款为学术用途开发的软件，可在 http://www.renalgate.it/formule_calcolatori/bioimpedenza.htm 网站的 "LE FORMULE DEL Prof. Piccoli" 部分下载
氯己定擦拭巾	NA	NA	可使用任意品牌
检查床	NA	NA	可使用任意品牌
导联线方插座	BodyStat	SQ-WIRES
长型 Bodystat 0525 电极	BodyStat	BS-EL4000
Quadscan 4000 设备	BodyStat	BS-4000	阻抗测量范围：20 - 1300 Ω 欧姆 测试电流：620 μA 频率：5、50、100、200 kHz 准确度：5 kHz 阻抗：± 2 Ω 50 kHz 阻抗：± 2 Ω 100 kHz 阻抗：± 3 Ω 200 kHz 阻抗：± 3 Ω 50 kHz 电阻：± 2 Ω 50 kHz 电抗：± 1 Ω 50 kHz 相位角：± 0.2° 校准：配备一个电阻器，用于定期独立验证。阻抗读数应在 496 至 503 Ω 之间。