Deze review beschrijft de eisen en toepassingen van bio-elektrische impedantievectoranalyse in de klinische praktijk bij volwassen patiënten.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Reviewartikel
Deze review beschrijft de eisen en toepassingen van bio-elektrische impedantievectoranalyse in de klinische praktijk bij volwassen patiënten.
Beoordeling van de lichaamssamenstelling is cruciaal in de klinische voedingspraktijk voor screening, diagnose, behandeling en prognose van patiënten. Bio-elektrische impedantieanalyse (BIA) wordt veel gebruikt om de lichaamssamenstelling te beoordelen. Impedantieapparaten meten de elektrische respons (weerstand) van het lichaam wanneer het wordt blootgesteld aan een elektrische stroom, en schatten zo indirect de lichaamssamenstelling door een lage elektrische stroom in het lichaam te leiden. Echter, meerdere factoren, waaronder apparaten, vergelijkingen, indices en populatiereferenties, beïnvloeden de interpretatie van BIA-resultaten. Bio-elektrische impedantievectoranalyse (BIVA) is ontwikkeld als een alternatieve methode voor semi-kwantitatieve beoordeling van hydratatiestatus, die enkele beperkingen van traditionele BIA overwint door vectorafstandspatronen en hun verdeling op weerstand en reactantie (R-Xc) te analyseren. Deze review beschrijft de classificatie van BIA-apparaten, die nuttig is om te bepalen wanneer de BIVA-benadering geschikt is voor lichaamssamenstellingsanalyse. Deze verhalende review schetst de vereisten en medische en nutritionele toepassingen van bio-elektrische impedantievectoranalyse bij volwassen patiënten in het afgelopen decennium. Verschillende publicaties hebben de klinische toepassingen van BIVA bij volwassen patiënten gerapporteerd, waaronder de evaluatie van de vloeistofvolumestatus, controle van lichaamsvloeistoffen en voorspelling van negatieve uitkomsten bij patiënten die niervervangende therapie ondergaan of opgenomen zijn op intensive care-afdelingen. Het is ook gebruikt als een alternatief diagnostisch hulpmiddel bij volwassenen met vloeistofafwijkingen om sarcopenie, cachexia of ondervoeding op te sporen, wat wijst op een lage celmassa of een afname van zacht weefsel. Er moeten echter enkele implicaties worden meegenomen om te voorkomen dat de interpretatie van de resultaten wordt beïnvloed, waaronder verschillen in apparaten, analysemethoden en specifieke populatiereferenties. Deze review beoogt daarom de verschillen te beschrijven tussen de apparaten en analysetechnieken die voor BIVA worden gebruikt, die in deze review besproken zullen worden.
De beoordeling van de lichaamssamenstelling is een van de belangrijkste aspecten om te overwegen met betrekking tot de voedingsstatus. Veranderde lichaamssamenstelling treedt op wanneer opname en/of inname van voedingsstoffen, zowel ontbering als overconsumptie, worden beïnvloed en wordt in verband gebracht met verschillende medische aandoeningen, zoals cardiovasculaire, endocrinologische en botziekten 1,2. Daarom kan de evaluatie cruciale informatie opleveren tijdens de screening, diagnose, behandeling en prognose van een patiënt2. Bio-elektrische impedantieanalyse (BIA) is een van de meest gerapporteerde methoden voor het beoordelen van lichaamssamenstelling in zowel klinische als onderzoeksomgevingen vanwege het niet-invasieve en goedkope, draagbare en betrouwbare karakterervan.
De eerste toepassing van elektrische stromen voor lichaamssamenstellingsschatting uit de wet van Ohm werd uitgevoerd door Nyboer et al. in 1950 en Thomasset in 1962 voor biologische weefsels als elektrische geleiders1. Lichaamcompartimentanalyse met BIA gaat ervan uit dat het menselijk lichaam een cilinder is gevormd door geleidende materialen. Volgens de wet van Ohm kan het volume worden geschat wanneer een gecontroleerde stroom wordt opgewekt bij een specifieke frequentie, rekening houdend met lengte (L) en doorsnede (A) van een geleider 2,3. Dus, R=ρL/A, waarbij R de weerstand in Ohm is, ρ de weerstand van het geleidende materiaal, en LA gelijk is aan volume (V). De formuletransformatie is V= ρL2/R 3,4. Biologische weefsels vertonen twee soorten weerstand (R): geleidende weerstand (magere massa en lichaamsvloeistoffen) en capacitieve R of (reactantie, Xc) van isolatoren (bot, vetmassa en cellulaire membranen)2,4. De stroom stroomt door de extracellulaire vloeistoffen en spiervezels met relatief lage weerstand, terwijl de capaciteit om het celmembraan te doordringen afhangt van de toegepaste frequentie. Standaard BIA gebruikt een frequentie van 50 kHz, waarbij de gelijkstroom de R-waarde weergeeft, en de wisselstroom de vertraging in de stroomstroom weerspiegelt vanwege de capacitatieve eigenschap van het cellulaire membraan (Xc); De capaciteit wordt gedefinieerd als het vermogen om tijdelijk een elektrische lading op te slaan, wat de vertraging in de stromingveroorzaakt 4,5,6. De relatie tussen R en Xc is de impedantie (Z), geformuleerd als Z2 = R2+Xc2, die intracellulaire vloeistof en cellulaire componenten6 weerspiegelt. Fasehoek (PhA) beschrijft de Z-positie als PhA (graad) = [boograaklijn (Xc/R)] × (180°/π)5,6. De ruwe parameters die door de BIA-apparaten worden gemeten zijn R, Xc en PhA (Figuur 1). Deze ruwe parameters worden gebruikt in combinatie met antropometrische parameters, zoals lengte (overeenkomend met de geleiderlengte in het cilindermodel), gewicht, leeftijd en geslacht, om verschillende componenten van de lichaamssamenstelling van het menselijk lichaamte verkrijgen 2,6. BIA kan beter worden begrepen door het te classificeren op basis van frequentie, lichaamsgebied en data-analyse, zoals hieronder beschreven7.
Per frequentie kunnen apparaten worden ingedeeld als 1) Enkelfrequentie-apparaten gebruiken een frequentie van 50 kHz en blijven wereldwijd het meest voorkomend. De voordelen van deze methode zijn onder andere de beschikbaarheid van ruwe data voor analyse, lage kosten en eenvoudige kalibratie2. 2)Multifrequentieapparaten werken op 2-6 frequenties (meestal 1, 5, 50, 100, 200 en 500 kHz); wisselstroom toegediend op frequenties ≥5kHz dringt tot op zekere hoogtedoor celmembranen; echter, frequenties >50 kHz worden gebruikt om de weerstand op oneindige frequenties te modelleren en zo TBW te voorspellen. Dit maakt TBW-berekening en ECW-extractie mogelijk, wat resulteert in ICW- en vloeistofverdeling 9,10. Sommige multifrequentieapparaten leveren geen ruwe data9. Bovendien gebruiken 3) spectroscopieapparaten het polynomiale Cole-Cole-model, dat R0 extrapoleert naar R∞ volgens maten van Z en PhA bij meerdere frequenties om een Cole-grafiek 6,9 te genereren. De verkregen elektrische parameters werden gebruikt om lichaamssamenstellingsvolumes te schatten met behulp van vergelijkingen gebaseerd op weefselelektrische eigenschappen, volgens het Hanai model9. De aannames van het model zijn echter niet van toepassing op patiënten met veranderde vetweefselverdeling en vochtonevenwicht8. Studies naar deze technologie nemen toe, maar veel specificeren niet dat ze spectroscopie-gebaseerd zijn, wat vergelijkingen beperkt2. Toegang tot ruwe data moet worden meegenomen omdat niet alle spectroscopieapparaten R en Xc op een specifieke frequentie rapporteren, wat de mogelijkheid beperkt om andere data-analysemethoden toe te passen 6,10. Klinisch onderzoek heeft nog niet aangetoond dat spectroscopie duidelijk de voordelen heeft ten opzichte van apparaten met meerdere frequenties6.
De analyse van lichaamsgebieden, gedeeld door het hele lichaam, beschouwt het menselijk lichaam als een symmetrische cilinder met een homogene samenstelling, en genereert volumeschatting met behulp van populatievergelijkingen 6,9. De meting wordt uitgevoerd met de standaard tetrapolaire opstelling, waarbij twee elektroden op de hand worden geplaatst (één op de pols tussen de styloïde uitsteeksels van de ulna en radius en de andere net achter de middenhandsbeentjes) en twee elektroden aan de voet (één op de enkel tussen de mediale en laterale malleolen en de andere net achter de middenvoetsbeentsbeentjes)9 Ook wel hand-tot-voet genoemd aan één zijde, waardoor het praktisch is voor klinisch gebruik in verschillende posities, met verbonden ledematen, of met Venoclyse2. Verder is er segmentale meting, waarbij het menselijk lichaam wordt beschouwd als vijf cilinders (armen, benen en romp) met verschillende weerstanden. Voor tetrapolaire of octapolaire metingen zijn zowel voeten als armen nodig, en het gebrek aan standaardisatie in de plaatsing van elektroden verhoogt het risico op meetfout 2,4. Referentiegegevens zijn beperkt, en de som van de segmentale impedanties verschilt van de vol-lichaamimpedantie2.
Data-analyse kan worden uitgevoerd met ruwe parameters zoals de fasehoek, die de geometrische relatie tussen weerstand en reactantie weergeeft. Het is een indicator voor de verdeling van lichaamswater en de integriteit van het celmembraan en is gerapporteerd als een prognostische marker voor overleving, complicaties, hydratatie, voeding en spierkwaliteit2. Regressievergelijkingen maken kwantitatieve schatting van lichaamsweefselcomponenten mogelijk3. Deze vergelijkingen gebruiken R als belangrijkste voorspeller, samen met lengte, Xc, gewicht en leeftijd3. Veelvoorkomende parameters zijn vetvrije massa, appendiculaire skeletspiermassa, vetmassa, lichaamscelmassa en totaal, extracellulair en intracellulair water2. De vergelijkingen gaan uit van een gelijke verdeling van geleidingseigenschappen, constante doorsnede en evenredige geleiderlengte, waardoor volumeberekening mogelijk is wanneer de stroomstroomwordt geregeld 2,3. De resultaten worden beïnvloed door de hydratatietoestand en spiermassaveranderingen8. Hoewel de meeste vergelijkingen goed correlleren met andere beoordelingsmethoden bij gezonde proefpersonen, correleren ze niet goed bij patiënten met ondervoeding, uitdroging of overhydratatie, zoals patiënten die in het ziekenhuis zijn opgenomen met nier-, lever- en hartfalen. Daarnaast kunnen apparaatverschillen en leeftijd-, geslacht- en etniciteitsspecifieke vergelijkingen inconsistenties veroorzaken in de resultaten 2,12. Alternatief gebruikt bio-elektrische impedantievectoriële analyse (BIVA), geïntroduceerd door Piccoli et al. in 1994 als alternatief voor regressievergelijkingen, ruwe BIA-metingen (R en Xc bij 50 kHz) gedeeld door hoogte in meters. De impedantievector van een normaal persoon valt meestal binnen de 75e tolerantie-ellips op grafieken gebaseerd op etniciteit en geslacht 13,14,15.
Deze verhalende review schetst de vereisten en medische en nutritionele toepassingen van bio-elektrische impedantievectoranalyse bij volwassen patiënten in het afgelopen decennium.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Vereisten voor het uitvoeren van bio-elektrische impedantievectoranalyse en -interpretatie
Voordat we de klinische toepassing van bio-elektrische impedantievectoranalyse (BIVA) bespreken, is het cruciaal te beseffen dat niet alle commercieel verkrijgbare apparaten geschikt zijn voor het uitvoeren van BIVA. Figuur 2 toont een algoritme dat geraadpleegd moet worden om te waarborgen dat de ruwe bio-elektrische impedantie die nodig is voor analyse toegankelijk is en dat het apparaat voldoet aan de vereiste criteria voor het gebruik. Daarnaast is het essentieel om de betrouwbaarheid, precisie en nauwkeurigheid van het apparaat te verifiëren door standaardisatie en kwaliteitscontrole van de ruwe parameterverwerving, zodat een betrouwbare interpretatie via verschillende methoden wordt gegarandeerd en de kwaliteit van de resultaten wordt verbeterd7. Kwaliteitscontrole omvat het gebruik van hetzelfde apparaat met reguliere apparaatkalibratie met een door de fabrikant geleverde testcircuit met bekende weerstand of impedantie, hoogwaardige elektroden en hun positie, huid- en kerntemperatuur, adequate voorbereiding op proefpersonen en consistente meetprotocollen zoals gemeten in dezelfde lichaams- en ledemaatposities. González-Correa et al. stelden een protocol voor als checklist om BIA-metingen bijvolwassenen van 16 jaar te standaardiseren, en hoe dit protocol uitgevoerd moet worden is eerder beschreven17.
BIVA bepaalt de status van vloeistofoverbelasting of dehydratie op basis van de vectorpositie in de RXc-grafiek langs de verticale as van R en Xc. Vectoren die onder of boven de 75e tolerantie-ellips in de onderste pool vallen, geven respectievelijk vloeistofoverbelasting (extracellulaire volume-expansie) en uitdroging aan. Alle vectoren binnen de ellipsen van de 50e en 75e tolerantie specificeerden normale vloeistof- en celmassastatus 6,13,15 (Figuur 3). Voorbeelden van klinische toepassingen worden beschreven in Figuur 4.
Klinische toepassingen van vectoriële analyse van bio-elektrische impedantie
De klinische praktijkaanvragen die in PubMed van 2015 tot 2025 zijn gerapporteerd, worden in Tabel 1 weergegeven en omvatten het gebruik van BIVA om de hydratatiestatus van vocht te beoordelen (detectie van uitdroging, overhydratatie, vochtophoping en vochtverdeling) en voedingsstatus (ondervoeding, cachexia, sarcopenie, spiermassa en vetmassa). Studies met atleten werden uitgesloten. De gebruikte filters omvatten menselijke soorten, volwassen populaties en Engels.
Beoordeling van de status van vloeistofvolume
BIVA is beschreven als het beoordelen van de vloeistofvolumestatus, het beheersen van lichaamsvloeistoffen, het beheren van intraveneuze vloeistoftoediening en het detecteren of voorspellen van negatieve uitkomsten. Een van de eerste klinische toepassingen van deze grafiekmethode was bij hemodialysepatiënten om hydratatie te monitoren als alternatief voor gewichtsveranderingen vóór en na dialyse18. Samoni et al.19beschreef het gebruik ervan bij kritisch zieke patiënten op de intensive care afdeling, en rapporteerde dat ernstige hyperhydratatie die door BIVA werd geëvalueerd geassocieerd met sterfte. Kammar-García et al.20meldden dat patiënten die op de spoedeisende hulp werden opgenomen en door BIVA als vochtoverbelast werden geclassificeerd, een verhoogde kans op overlijden hadden. Pineda-Juarez vond dat patiënten met ischemische ziekte met een veranderde hydratatiestatus volgens BIVA een lagere cardiopulmonale respons vertoonden21. Varaldo et al.22vonden dat acromegalische patiënten met actieve of gecontroleerde ziekten een overhydratatietoestand vertoonden in het 75e percentiel voor de gezonde bevolking.
Een andere toepassing is het evalueren van vloeistofveranderingen en het stimuleren van vloeistoftherapie. Costa et al. rapporteerden een progressieve toename van vochtophoping met een significant verminderde vectorlengte 24 uur na hartoperatie23. Ondertussen ontdekten Maioli et al. dat de evaluatie van BIVA bij opname bij patiënten met stabiele coronaire hartziekte aanpassing van de intravasculaire volumegroei mogelijk maakt, wat resulteert in een lager CI-AKI optreden na angiografische procedures24.
Groepsvergelijkingen met BIVA-vertrouwen
Aan de andere kant, als het doel is om groepen patiënten te vergelijken, kunnen het gemiddelde, de standaardafwijking en de correlatie van R/H en Xc/H worden geregistreerd in BIVA-betrouwbaarheidssoftware, waarmee significante verschillen kunnen worden bepaald via de T2-test van Hotelling en Mahalanobis' gegeneraliseerde afstand25. De vectorverdeling van de groepsgemiddelde waarden werd gegrafeerd ten opzichte van het95e percentiel, aangeduid als de betrouwbaarheidsellips of betrouwbaarheidsinterval26. BIVA-betrouwbaarheidsvergelijking is gerapporteerd bij post-myocardinfarct patiënten met een Charlson-comorbiditeitsindex van ≥3 versus <2. Degenen met een hogere index hebben langere vectoren die naar rechts zijn verschoven, wat wijst op verlies van zacht weefsel27. Guerrini et al. vonden significante verschillen in de vectorverdelingsellipsen tussen patiënten met sarcopenie of ondervoeding, gekenmerkt door een grote verschuiving naar rechts van hun impedantievectoren vergeleken met patiënten zonder ondervoeding of sarcopenie, wat wijst op een lagere massa van het zachte weefsel. BIVA identificeerde ook proefpersonen met grotere en kleinere verbeteringen na revalidatie bij subacute post-beroertepatiënten, waarbij een verschuiving naar links van de opnamevectoren werd getoond, wat kan worden geïnterpreteerd als een toename van zacht weefsel en spiermassa28.
Bio-elektrische impedantievectoranalyse z-score
BIVA-software bevat de BIVA Z-score analyse, die wordt berekend op basis van het aantal standaardafwijkingen van weerstand/hoogte en reactantie/hoogte waarden van een proefpersoon uit de gemiddelden van de referentiepopulatie, deze omgezet in een bivariate Z-score en deze uitgezet op de R-Xc Z-scoregrafiek 6,29. Als de subjectvector zich in het vierde kwadrant bevindt (rechtsonder) en buiten de tolerantie-ellipsen van het 75e percentiel, dat wil zeggen, -1 Xc-Z-score duidt op extracellulaire expansie en zacht weefselafval30. Het gebruik van z-scores is in de literatuur weinig onderzocht; Er is gerapporteerd dat het verschillen in lichaamssamenstelling bepaalt op basis van type en stadium van kanker31, de voedingsstatus evalueert bij patiënten met gedecompenseerde cirrose32, en bij subacute post-beroertepatiënten29.
Beoordeling van lichaamscelmassa, cachexie en sarcopenie
Daarnaast kan het nuttig zijn voor de classificatie van cachexie, bepaald door hoge weerstand en lage reactantiewaarden, weergegeven door een vector rechts van de grafiek, >75e van de tolerantie-ellips, die een lagere celmassa aangeeft, zoals in de studie van Santillán-Díaz et al., waar deze benadering werd gebruikt om de prevalentie van reumatoïde cachexia bij patiënten met reumatoïde artritis33 te evalueren. Ze ontdekten dat patiënten met cachexie een lagere handgreepkracht en fysieke functie vertoonden en hogere voorschrijfpercentages van methotrexaat. Ramos-Vázquez et al. vonden een hogere frequentie van cachexia bij patiënten met orofaryngeale dysfagie die uitsluitend buisvoeding kregen dan bij patiënten met oraleinname 34.
Ten slotte zijn de belangrijkste voordelen van deze BIVA-aanpak de gelijktijdige analyse van hydratatie- en lichaamsmassacomponenten en de mogelijkheid tot proportionele continue analyse van de gezondheidstoestand, aangezien continue metingen op dezelfde grafiek kunnen worden uitgezet om lichaamssamenstellingsaanpassingen (zowel hydratatie als voedingsstatus) te vergelijken. De gepaarde T2-test van Hotelling met één monster en de gegeneraliseerde afstand van Mahalanobis kunnen worden gebruikt om de vloeistof en veranderingen in de dR/H-dXc/H-grafiek30 te evalueren. Lozada-Mellado et al. evalueerden veranderingen in hydratatiestatus en lichaamscelmassa na een dynamisch oefenprogramma bij patiënten met reumatoïde artritis in Mexico, waarbij ze een verplaatsing in het cachexia-massakwadrant vonden bij patiënten die niet deelnamen aan het oefenprogramma35. Quizzini et al. pasten deze analyse toe op ouderen met sarcopenie om het effect van een krachttrainingsprogramma zonder verbetering te evalueren36.
Zoals te zien is in Tabel 1, hebben verschillende studies een BIVA-analyse gerapporteerd; echter, alleen BIA-parameters werden gebruikt, zoals spiermassa (kg), ECW, TBW en PhA 19,20,21,22,23,24,28,32,33,34,35,36,37,38,39,40, 41. Vectoriële classificatie of verplaatsing van de vector volgens tolerantie-ellipsen of R-Xc-assen werd niet gebruikt of gerapporteerd, 37,38,39,40,41.
Perspectieven
Toekomstig onderzoek kan beoordelen of patiënten met afwijkingen in lichaamsvloeistoffen, terug naar de 75e referentie, dat wil zeggen normale vloeistofstatus, een betere prognose hebben of een lagere incidentie van slechtere uitkomsten, evenals deze verandering in Z-score kwantificeren.
Bij patiënten met een overbelasting van vocht of een onevenwichtigheid zijn spiermassawaarden bevooroordeeld vanwege de fysiologische relatie met hydratatie van het zachte weefsel30, waardoor spiermassawaarden worden overschat en de detectie van sarcopenische obesitas wordt belemmerd. Om de aanwezigheid van vloeistofveranderingen te detecteren en te bepalen of regressievergelijkingen kunnen worden toegepast, kan de BIVA Z-score nuttig zijn bij het evalueren van de vloeistofstatus bij het onderscheiden van patiënten met overhydratatie die verkeerd geclassificeerd kunnen worden zonder sarcopenie of cachexia. Daarom moet er nieuw onderzoek worden uitgevoerd dat zich richt op deze methode.
De evaluatie van het effect van medische voedingstherapie om het verschil te maken tussen vochtophoping of een toename van de celmassa van het lichaam, wat gecombineerd kan worden met een functionele capaciteitstest, zoals handgreepsterkte, is een andere klinische toepassing voor verder onderzoek. De belangrijkste uitdagingen zijn onder meer het gebrek aan standaardisatie in de toepassing van de methode, de noodzaak om onderscheid te maken tussen statistisch significante verschillen en die met klinische relevantie, en het misverstand of de onwil om de beperkingen en reikwijdte van deze techniek te accepteren. Deze aspecten zijn cruciaal wanneer bioimpedantie als evaluatieinstrument wordt gebruikt7. Het is belangrijk te beseffen dat ruwe BIA-metingen verschillen tussen apparaten en BIVA-resultaten kunnen beïnvloeden, wat in overweging moet worden genomen bij het vergelijken van studies en het selecteren van een referentiepopulatie, omdat dit de interpretatie van resultaten kan beïnvloeden, vooral wanneer deze wordt vergeleken met andere referentiepopulaties van verschillende apparaten42. Daarnaast kunnen de classificatiecategorieën problematisch zijn in bepaalde populaties, zoals vrouwen ouder dan 60 jaar, omdat er verschillen kunnen zijn door de apparaten of andere factoren die interpretatie43 rechtvaardigen.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Bio-elektrische impedantieanalyse (BIA) biedt verschillende ruwe parameters, zoals weerstand, reactantie en fasehoek, die kunnen worden gevisualiseerd en geïnterpreteerd met behulp van BIVA. Deze componenten worden grafisch weergegeven via RXc-grafieken, waarbij de positie en verplaatsing van de impedantievector binnen de tolerantie-ellipsen inzicht geven in de hydratatiestatus en lichaamscelmassa. De meeste studies tot nu toe hebben zich echter gericht op BIA-afgeleide schattingen in pl...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De auteurs geven geen belangenconflicten aan.
De auteurs willen de professor(en) bedanken. Piccoli en Pastori van de afdeling Medische en Chirurgische Wetenschappen van de Universiteit van Padua, Italië, voor het leveren van de BIVA-software.
Dit onderzoek heeft geen specifieke subsidies ontvangen van financieringsinstanties in de publieke, commerciële of non-profitsector. Dit protocol/onderzoek maakt deel uit van het proefschrift van Yunuen Reyes-Paz, ondersteund door een beurs van de National Council of Science and Technology (CONACYT) (CVU 1076076).
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.