本文综述了生物电阻抗向量分析在成年患者临床实践中所需条件及其应用。
需要JoVE订阅才能观看此内容。 请登录或开始免费试用
本文综述了生物电阻抗向量分析在成年患者临床实践中所需条件及其应用。
身体成分评估在临床营养实践中对患者的筛查、诊断、治疗及预后至关重要。生物电阻抗分析（BIA）被广泛用于评估身体成分。阻抗设备通过向人体施加微弱电流，测量机体对电流的电学反应（电阻），从而间接估算身体成分。然而，多种因素会影响BIA结果的解读，包括设备类型、计算公式、指数以及人群参考值。生物电阻抗向量分析（BIVA）作为一种替代方法，可用于半定量评估水合状态，其通过分析电阻与电抗（R-Xc）平面上的向量距离模式及其分布，克服了传统BIA的部分局限性。本综述介绍了BIA设备的分类，有助于判断在何种情况下采用BIVA方法进行身体成分分析是合适的。该叙述性综述总结了过去十年间生物电阻抗向量分析在成年患者中的应用要求及其在医学和营养学领域的用途。多项研究已报道BIVA在成年患者中的临床应用，包括评估体液容量状态、监控体液平衡，以及预测接受肾脏替代治疗或入住重症监护病房患者的不良结局。此外，BIVA还被用作检测成人液体异常相关疾病的替代诊断工具，用于识别肌肉减少症、恶病质或营养不良，反映机体细胞质量降低或软组织减少。然而，在结果解读时需考虑若干影响因素，以避免干扰判断，包括设备差异、分析方法不同以及特定人群参考值的使用。因此，本综述旨在阐述用于BIVA的各类设备及分析技术之间的差异，相关内容将在下文进行讨论。
身体成分评估是评价营养状况时需要考虑的主要因素之一。当营养吸收和/或摄入（包括营养缺乏和营养过剩）受到影响时，会导致身体成分发生改变，并与多种疾病相关，例如心血管疾病、内分泌疾病和骨骼疾病1,2。因此，在患者的筛查、诊断、治疗及预后过程中，身体成分的评估可提供关键信息2。生物电阻抗分析（BIA）由于具有无创性、低成本、便携性和可靠性，在临床和科研领域被广泛用于身体成分评估，是目前最常报道的方法之一3,4。
根据欧姆定律，首次将电流应用于人体成分估算的研究由 Nyboer 等人于 1950 年以及 Thomasset 于 1962 年开展，其将生物组织视为电导体1。使用生物电阻抗分析（BIA）进行身体区室分析时，假设人体为由导电材料构成的圆柱体。根据欧姆定律，当在特定频率下施加可控电流，并结合导体的长度（L）和横截面积（A）时，可估算体积2,3。因此，R = ρL/A，其中 R 为以欧姆为单位的电阻，ρ 为导电材料的电阻率，而 LA 等于体积（V）。公式变换后为 V = ρL²/R3,4。生物组织表现出两种类型的电阻（R）：传导性电阻（来自瘦体组织和体液）以及来自绝缘体（骨骼、脂肪组织和细胞膜）的容抗性电阻（即电抗，Xc）2,4。电流主要流经电阻较低的细胞外液和肌纤维，而穿透细胞膜的能力则取决于所施加的频率。标准 BIA 使用 50 kHz 频率，其中直流成分反映电阻值（R），而交流成分则反映由于细胞膜的容性特性导致的电流流动延迟（Xc）；电容定义为暂时储存电荷的能力，这会引起电流流动的延迟4,5,6。电阻（R）与电抗（Xc）之间的关系即为阻抗（Z），其公式为 Z² = R² + Xc²，反映细胞内液和细胞组分的情况6。相位角（PhA）描述阻抗（Z）的位置，表达式为 PhA（度）= [arctan(Xc/R)] × (180°/π)5,6。BIA 设备测得的原始参数为 R、Xc 和 PhA（图 1）。这些原始参数需结合人体测量学参数，如身高（对应圆柱模型中的导体长度）、体重、年龄和性别，以估算人体成分的不同组分2,6。可通过频率、测量身体区域和数据分析方法对 BIA 进行分类，从而更好地理解其原理，如下所述7。
按频率分类，设备可分为：1）单频设备，使用50 kHz频率，为目前全球最常见类型。该方法的优势包括可获取原始数据用于分析、成本低以及易于校准22）多频设备在 2-6 个频率（通常为 1、5、50、100、200 和 500 kHz）；频率 ≥5 kHz 的交流电可在一定程度上穿透细胞膜8；然而，频率 >50 kHz 用于模拟无限频率下的电阻以预测总体水（TBW）。这使得能够计算TBW并提取细胞外液（ECW），从而得到细胞内液（ICW）及体液分布。9,10某些多频设备不提供原始数据9此外，3）光谱设备采用多项式Cole-Cole模型，该模型根据多个频率下测得的阻抗（Z）和相位角（PhA）值，将R0外推至R∞，以生成Cole图。6,9获得的电学参数被用于基于组织电学特性的方程估算身体成分容积，该方法依据的是Hanai模型。9然而，该模型所基于的假设并不适用于脂肪组织分布异常和体液失衡的患者8基于该技术的研究日益增多，但许多研究未明确说明其基于光谱学，这限制了研究间的比较2必须考虑获取原始数据的可能性，因为并非所有光谱设备都会报告特定频率下的R和Xc值，这限制了采用其他数据分析方法的可行性6,10临床研究尚未证实光谱技术相较于多频设备具有明显优势6.
身体区域分析按全身划分，将人体视为具有均匀组成的对称圆柱体，利用人群方程估算体积6,9。测量采用标准的四极排列方式，即在手部放置两个电极（一个位于尺骨和桡骨茎突之间的腕部，另一个位于掌骨后方稍远处），在足部放置两个电极（一个位于内、外踝之间的踝部，另一个位于跖骨后方稍远处）9 ，也称为单侧手-足法，适用于不同体位下的临床应用，包括肢体包扎或静脉输液的情况2。此外，节段式测量将人体视为五个具有不同电阻率的圆柱体（双臂、双腿和躯干），需要双侧足部和手臂进行四极或八极测量，但由于电极放置缺乏标准化，增加了测量误差的风险2,4。目前参考数据有限，且各节段阻抗之和与全身阻抗存在差异2。
可使用相位角等原始参数进行数据分析，相位角表示电阻与电抗之间的几何关系。它是体液分布和细胞膜完整性的指标，已被报道作为生存率、并发症、水合状态、营养状况和肌肉质量的预后标志物2。回归方程可用于定量估算身体组织成分3。这些方程以电阻（R）为主要预测因子，结合身高、电抗（Xc）、体重和年龄3。常见参数包括去脂体质量、四肢骨骼肌质量、脂肪质量、体细胞质量以及总体水、细胞外液和细胞内液2。这些方程假设导电特性均匀分布、横截面积恒定且导体长度成比例，从而在电流受控时实现体积计算2,3。结果受水合状态和肌肉质量变化的影响8。尽管大多数方程在健康个体中与其他评估方法具有良好的相关性，但在营养不良、脱水或水过多的患者（如因肾功能衰竭、肝功能衰竭和心力衰竭而住院的患者）中相关性较差。此外，设备差异以及年龄、性别和种族特异性的方程可能导致结果不一致2,12。另一种方法是生物电阻抗向量分析（BIVA），由Piccoli等人于1994年提出，作为回归方程的替代方法，该方法使用原始生物电阻抗测量值（50 kHz时的R和Xc），并除以身高（单位：米）。正常人的阻抗向量通常落在基于种族和性别绘制的第75百分位容差椭圆范围内13,14,15。
本综述总结了过去十年中生物电阻抗向量分析在成年患者中的应用要求及其在医学和营养学领域的用途。
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
进行生物电阻抗向量分析及解释的要求
在讨论生物电阻抗向量分析（BIVA）的临床应用之前，必须认识到并非所有市售设备均适用于执行BIVA。图2展示了一个应参考的算法，以确保可用于分析的原始生物电阻抗数据可获取，并且设备符合使用所需的各项标准。此外，必须通过标准化和对原始参数采集的质量控制，验证设备的可靠性、精确性和准确性，从而确保在不同方法间实现可信的解释，并提高结果的质量7。质量控制包括使用同一设备并定期利用制造商提供的具有已知电阻或阻抗的测试电路进行设备校准、使用高质量电极及其准确定位、控制皮肤和核心温度、受试者充分准备，以及在相同身体和肢体位置下保持一致的测量方案。González-Correa等提出了一项作为检查清单的协议，用于标准化成人生物电阻抗测量16，该协议的具体实施方法此前已有描述17。
BIVA 根据向量在 RXc 图中沿 R 和 Xc 垂直轴的位置来确定液体超负荷或脱水状态。位于第75百分位容差椭圆下极以下或以上的向量分别表示液体超负荷（细胞外液容量扩张）和脱水。所有位于第50百分位和第75百分位容差椭圆内的向量表示正常的体液和细胞质量状态6,13,15 （图3）。临床应用示例见图4。
生物电阻抗矢量分析的临床应用
PubMed 中报道的 2015 年至 2025 年间的临床实践应用如表 1 所示，包括使用 BIVA 评估体液水合状态（检测脱水、水过多、液体积聚和液体再分布）以及营养状态（营养不良、恶病质、肌肉减少症、肌肉量和脂肪量）。涉及运动员的研究已被排除。应用的筛选条件包括人类物种、成人群体和英文文献。
体液容量状态评估
生物电阻抗向量分析（BIVA）已被用于评估体液容量状态、控制体液平衡、管理静脉输液以及检测或预测不良结局。该图形方法最早的临床应用之一是在血液透析患者中，用于监测水合状态，作为透析前后体重变化的替代指标18。Samoni 等人19描述了其在重症监护病房危重患者中的应用，报告指出，通过 BIVA 评估的严重液体超负荷与死亡率相关。Kammar-García 等人20报告称，在急诊科就诊并被 BIVA 判定为液体超负荷的患者，其死亡概率增加。Pineda-Juarez 发现，根据 BIVA 判断存在水合状态异常的缺血性疾病患者，其心肺反应较低21。Varaldo 等人22发现，患有活动性或已控制肢端肥大症的患者，其水合状态超过健康人群第75百分位数，表现为水潴留状态。
另一个应用是评估体液变化并指导液体治疗。Costa 等报道，在心脏手术后24小时，体液积聚逐渐增加，同时显著降低的矢量长度23。与此同时，Maioli 等发现，在稳定型冠心病患者入院时进行生物电阻抗矢量分析（BIVA）评估，可调整血管内液容量扩张，从而降低血管造影术后对比剂诱导的急性肾损伤（CI-AKI）的发生率24。
基于BIVA置信度的组间比较
另一方面，如果目的是比较患者组别，可将 R/H 和 Xc/H 的均值、标准差及相关性数据录入 BIVA 置信度分析软件，该软件可通过霍特林 T² 检验和马哈拉诺比斯广义距离来确定组间是否存在显著差异25各组平均值的向量分布相对于95th 百分位数，称为置信椭圆或置信区间26BIVA 置信度比较已在 Charlson 合并症指数 ≥3 的心肌梗死患者中报道 <2. 指数较高者向量较长且向右偏移，提示软组织缺失27Guerrini 等人发现，肌少症或营养不良患者的向量分布椭圆与无营养不良或肌少症患者相比存在显著差异，表现为阻抗向量明显向右偏移，提示软组织质量较低。生物电阻抗向量分析（BIVA）还可识别出亚急性卒中患者康复后改善程度较大或较小的个体，入院时向量的左移趋势可解释为软组织和肌肉质量的增加28.
生物电阻抗向量分析Z评分
BIVA软件包含BIVA Z评分分析，该分析基于受试者的电阻/身高和电抗/身高值相对于参考人群均值的标准差数量进行计算，将其转换为双变量Z评分，并绘制在R-Xc Z评分图上6,29。如果受试者的向量位于第四象限（右下），且在第75百分位容差椭圆之外，即Xc-Z评分为-1，提示细胞外液扩张和软组织消耗30。目前文献中对Z评分的应用研究较少，已有报道将其用于根据癌症类型和分期评估身体成分差异31，评价失代偿性肝硬化患者的营养状况32，以及用于亚急性卒中患者的研究29。
体细胞质量、恶病质和肌肉减少症的评估
此外，该方法可用于恶病质的分类，其特征为高电阻和低电抗值，在图中表现为位于容差椭圆右侧的向量，>75th 百分位，提示体细胞质量较低。Santillán-Díaz 等人的研究即采用此方法评估类风湿关节炎患者中类风湿性恶病质的患病率33。他们发现，患有恶病质的患者握力和身体功能较低，且甲氨蝶呤的处方率较高。Ramos-Vázquez 等人发现，在 exclusively 经鼻饲管喂养的口咽期吞咽困难患者中，恶病质的发生频率高于经口进食的患者34。
最后，这种BIVA方法的主要优势在于能够同时分析水合状态和体细胞质量组分，并具备对健康状况进行比例性连续分析的能力，因为连续测量的数据可以绘制在同一张图上，以比较身体成分的变化（包括水合状态和营养状态）。配对单样本Hotelling's T2检验和Mahalanobis广义距离可用于评估dR/H-dXc/H图中体液及其变化情况30。Lozada-Mellado等人在墨西哥对类风湿关节炎患者进行动态运动计划后的水合状态和体细胞质量变化进行了评估，发现未参与运动计划的患者其数据点向消耗性体质象限偏移35。Quizzini等人将此分析应用于患有肌肉减少症的老年人群，以评估抗阻运动计划的效果，但未观察到改善36。
如表1所示，已有若干研究报道了BIVA分析；然而，仅使用了BIA参数，例如肌肉质量（kg）、细胞外液（ECW）、总体水（TBW）和相位角（PhA）19,20,21,22,23,24,28,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41。未使用或未报告基于容差椭圆或R-Xc轴的矢量分类或矢量位移37,38,39,40,41。
展望
未来的研究可以评估，将体液异常的患者恢复至第75篇参考文献所定义的正常液体状态后，是否具有更好的预后或更低的不良结局发生率，同时量化Z评分的这一变化。
对于存在液体超负荷或液体失衡的患者，由于肌肉质量与软组织水合状态之间存在生理学关联30，导致肌肉质量的测量值出现偏差，从而高估肌肉质量，并阻碍对少肌性肥胖的检出。为了检测是否存在液体异常，并判断回归方程是否适用，生物电阻抗向量分析（BIVA）Z评分可用于评估患者的体液状态，有助于识别因水负荷过多而可能被误判为无少肌症或恶病质的患者。因此，有必要开展针对该方法的进一步研究。
评估医学营养治疗的效果，以区分液体潴留与体细胞质量增加，并可结合握力等身体功能测试，是该技术另一项有待深入研究的临床应用。主要挑战包括：该方法在应用上缺乏标准化；需要区分具有统计学意义的差异与具有临床意义的差异；以及对该技术局限性和适用范围的误解或接受度不足。当生物电阻抗分析作为评估工具时，这些因素尤为关键7。需要注意的是，不同设备测得的原始BIA数据存在差异，可能影响BIVA结果，在比较不同研究或选择参考人群时必须考虑这一因素，尤其当与来自不同设备的参考人群进行比较时，可能影响结果的解读42。此外，分类标准在某些人群中可能存在问题，例如60岁以上的女性，其差异可能源于设备本身或其他因素，需谨慎解释43。
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
生物电阻抗分析（BIA）可提供多个原始参数，如电阻、电抗和相位角，这些参数可通过生物电阻抗向量分析（BIVA）进行可视化和解读。这些成分通过电阻-电抗图（RXc图）进行图形化表示，其中阻抗向量在容差椭圆内的位置和位移可反映机体的水合状态和体细胞质量。然而，迄今为止大多数研究主要关注基于BIA得出的估算值，而非充分应用向量分类或报告向量位移，这限制了我们对BIVA潜力的全面理解。
本研究简要回顾了生物电阻抗向量分析（BIVA）已应用的临床研究及相关疾病状况，重点阐述其在评估体液状态、肌肉量以及检测少肌性肥胖等疾病中的应用。尽管BIVA的Z评分可能有助于识别那些被常规方法误分类的体液失衡患者，但当前研究仍受限于缺乏一致的向量分析方法和报告标准。现有证据表明，BIVA在临床人群中的判别能力具有重要价值；然而，仍需进一步研究以明确其预后意义，并优化其临床应用价值。
尽管生物电阻抗矢量分析（BIVA）具有应用前景，但仍存在一些局限性，包括缺乏标准化的应用方案、不同设备在原始生物电阻抗测量值上的差异，以及难以区分统计学显著性与临床意义之间...
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
作者声明无利益冲突。
作者谨此感谢意大利帕多瓦大学医学与外科学系的 Piccoli 和 Pastori 教授提供 BIVA 软件。
本研究未从公共、商业或非营利机构的资助组织获得任何专项拨款。该方案/研究是Yunuen Reyes-Paz博士论文的一部分，由墨西哥国家科学技术委员会（CONACYT）奖学金（CVU 1076076）资助。
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。