Artykuł metodologiczny

Zintegrowana Ocena Składu Ciała i Wydajności Neuromięśniowej w Praktyce Klinicznej

DOI:

10.3791/71469

⸱

7 sierpnia 2026

 ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Surgical Sciences, University of Turin, 2Presidio Sanitario San Camillo, 3Laboratory for Engineering of the Neuromuscular System (LISiN), Department of Electronics and Telecommunication, Polytechnic of Turin, 4Pennington Biomedical Research Centre, 5Department of Surgical Sciences, Dentistry, Gynaecology and Paediatrics, University of Verona

W tym artykule

Podsumowanie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Ten protokół opisuje połączoną ocenę składu ciała i wydajności nerwowo-mięśniowej w celu uzyskania biomarkerów masy mięśniowej i funkcji dla charakteryzacji statusu treningowego sportowców oraz statusu zdrowia pacjentów.

Streszczenie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Ocena składu ciała i wydajności neuromiopatycznej dostarcza cennych informacji do zarządzania klinicznego sportowcami i różnorodnymi populacjami pacjentów. Ten protokół opisuje połączone użycie wieloczęstotliwościowego analizatora impedancji bioelektrycznej i analizatora siły w celu uzyskania biomarkerów masy mięśniowej i funkcji. Analizator impedancji bioelektrycznej mierzy impedancję ciała dla przemiennych prądów elektrycznych na wybranych częstotliwościach, umożliwiając oszacowanie parametrów składu ciała. Analizator siły wykrywa pionowo nakładane siły podczas ruchów ze stania do siedzenia, w tym testy stania z krzesła jeden, dwa lub trzy razy, umożliwiając ocenę wydajności neuromiopatycznej. Obie oceny są proste w wykonaniu, bezinwazyjne i dostarczają szybkich wyników poprzez automatycznie generowane raporty. Połączona analiza składu ciała i wydajności neuromiopatycznej oferuje praktyczne podejście do charakteryzacji wydajności fizycznej u sportowców oraz stanu funkcjonalnego i zdrowotnego w populacjach klinicznych. Ten protokół może ułatwić rutynowe monitorowanie i wspierać indywidualne strategie treningowe, rehabilitację oraz wyniki zarządzania klinicznego.

Wprowadzenie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Sarkopenia to utrata masy i funkcji mięśni szkieletowych (występująca w trakcie procesu starzenia się lub wtórnie do choroby podstawowej), która istotnie wpływa na stan zdrowia, szczególnie u osób starszych1,2,3. Z patofizjologicznego punktu widzenia, sarkopenia może być postrzegana jako niewydolność narządów, która może rozwijać się przewlekle (częściej) lub ostry (np. podczas unieruchomienia) i wynika z kombinacji adaptacji nerwowych i mięśniowych1,2,3. Adaptacje nerwowe obejmują procesy neuropatyczne prowadzące do denerwacji jednostek ruchowych i preferencyjnej utraty szybkich jednostek ruchowych. Adaptacje mięśniowe obejmują zmniejszenie liczby włókien mięśniowych (hipoplasia) i wielkości (atrofia), szczególnie dotyczących szybkich włókien mięśniowych (które są bardziej podatne na atrofię niż powolne włókna mięśniowe). Operacyjne definicje sarkopeni zostały niedawno zaproponowane przez kilka międzynarodowych grup, podkreślając, że niska masa mięśni szkieletowych powinna być uważana za objaw, a nie zespół4,5,6. Zgodnie ze wszystkimi międzynarodowymi grupami, choć tomografia komputerowa z prześwietleniem rentgenowskim i rezonans magnetyczny mogą być uważane za standardy referencyjne do estymacji masy mięśni szkieletowych (na przykład poprzez ocenę średnicy uda lub obszaru przekroju poprzecznego mięśni lędźwiowych), ich zastosowanie w środowisku klinicznym jest ograniczone, ponieważ te techniki są czasochłonne i wymagają wysoko wyszkolonego personelu, a także ze względu na wysokie koszty i inwazyjność4,5,6. Z drugiej strony, analiza impedancji bioelektrycznej (BIA) jest tanią, bezpieczną, prostą techniką, która może być zastosowana w praktyce klinicznej do estymacji masy wolnej od tłuszczu (czyli wszystkich nie-tłuszczowych składników ciała) i masy mięśniowej7,8,9. BIA nie mierzy bezpośrednio masy wolnej od tłuszczu i masy mięśniowej, ale zamiast tego wyprowadza estymacje masy wolnej od tłuszczu kończyn (czyli masy chudej czterech kończyn, z włączeniem minerałów kostnych) i masy mięśniowej na podstawie przewodności elektrycznej ciała i stosowania równań predykcyjnych.

Wszystkie międzynarodowe grupy zgadzały się, że diagnoza zespołu sarkopeni wymaga połączonego wykrycia niskiej masy mięśniowej i niskiej funkcji mięśniowej4,5,6. Zgodnie z tym, objawy kliniczne sarkopeni, które są istotne z perspektywy pacjentów, obejmują upośledzenia funkcji mięśni, które powodują niepełnosprawność ruchomą, niezdolność do wykonywania codziennych czynności, zwiększone ryzyko upadków, zmęczenie i obniżenie jakości życia. Ocena funkcji mięśni jest zwykle przeprowadzana w praktyce klinicznej poprzez test siły chwytu10,11 i/lub test wstania z krzesła12. Dwie odmiany tego ostatniego testu są powszechnie stosowane: test wstania z krzesła pięć razy13 i test wstania z krzesła z czasem14. Miarą jest odpowiednio czas potrzebny na pięć razy wstanie z krzesła oraz liczba razy, kiedy osoba może wstać i usiąść na krześle w ciągu 30 sekund. Ponadto ocena szybkości rozwoju siły stała się popularna w ostatniej dekadzie w charakteryzowaniu wybuchowej siły podczas szybkich dobrowolnych skurczów, takich jak ruchy siedzenie-stanie, ponieważ wpływa zarówno na komponenty produkcji siły, jak i prędkości: w porównaniu z maksymalną siłą, szybkość rozwoju siły jest lepiej związana z czynnościami funkcjonalnymi i bardziej wrażliwa na wykrywanie ostrych i przewlekłych zmian w funkcji nerwowo-mięśniowej15. Zgodnie z tym, wcześniej stwierdzono, że pomiar parametrów siły reakcji gruntu w wybuchowych ruchach wykonywanych podczas testu wstania z krzesła daje dokładniejszą ocenę dynamicznej siły kończyn dolnych w porównaniu z klasycznym testem pięciokrotnym16 oraz że połączona ocena wybuchowej siły i równowagi jest skuteczna w ocenie ryzyka upadków lub upośledzenia ruchowego17,18. Dlatego zintegrowana ocena składu ciała i wydajności nerwowo-mięśniowej (kwantyfikując odpowiednio masę mięśniową kończyn i wybuchową siłę) może być przydatna w praktyce klinicznej do oceny osłabionych pacjentów z sarkopenią lub zaburzeniami nerwowo-mięśniowymi.

Celem niniejszego protokołu jest opisanie procedur oceny składu ciała i wydajności nerwowo-mięśniowej z wykorzystaniem wieloczęstotliwościowej analizy impedancji bioelektrycznej i testowania siły na podsta

Protokół

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Wszystkie procedury z udziałem ludzkich uczestników przeprowadzane były zgodnie ze standardami etycznymi komitetów instytucjonalnych i Deklaracją Helsińską. Protokoły badań zostały zatwierdzone przez Komitet Etyczny Uniwersytetu w Turynie (numer protokołu 115311/2024) oraz Terytorialne Komitety Etyczne w Turynie (numer protokołu 223/2026). Pisemną, świadomą zgodę uzyskano od wszystkich uczestników przed przystąpieniem do badania.

1. Przygotowanie uczestnika

  1. Poproś uczestnika, aby nosił tylko bieliznę i zdjął skarpetki i buty.

2. Ocena składu ciała za pomocą analizy impedancji bioelektrycznej

  1. Zarejestruj uczestnika
    1. Zmierzyć wzrost uczestnika (z dokładnością do 0,5 cm) za pomocą statyometru.
    2. Podwójne kliknięcie ikony oprogramowania na pulpicie, aby uruchomić aplikację.
    3. Przejdź do sekcji rejestracji uczestników.
    4. Kliknij Dodaj +, aby utworzyć nowy profil uczestnika.
    5. Wprowadź dane osobowe uczestnika, w tym płeć, nazwisko, imię i datę urodzenia. Wprowadź dane kontaktowe, w tym adres, kod pocztowy, kraj, adres e-mail, numer telefonu i numer komórkowy, a następnie kliknij Zapisz (Dodatkowa rycina 1).
    6. Kliknij Przejdź do ekranu głównego, a następnie kliknij przycisk po prawej stronie, aby kontynuować.
    7. Kliknij Analiza, aby przejść do ustawień oceny.
    8. Wybierz typ ciała (Standardowy lub Atleta: Typ standardowy musi być wybrany, jeśli uczestnik jest osiadły lub aktywny rekreacyjnie, natomiast typ atletyczny musi być wybrany, jeśli uczestnik wykonuje 12 lub więcej godzin ćwiczeń tygodniowo lub uczestniczy w zorganizowanych sportach zespołowych lub indywidualnych, które obejmują regularne zawody i wymagają systematycznego treningu). Wprowadź wzrost i wagę ubioru uczestnika, a następnie kliknij na Rozpocznij analizę.
  2. Zbieranie danych dotyczących składu ciała
    1. Poproś uczestnika, aby wstąpił na urządzenie i postępował zgodnie z instrukcjami na ekranie.
    2. Poproś uczestnika, aby trzymał elektrody w dłoniach (z rozluźnionymi i prostymi ramionami, lekko trzymając je od tułowia) podczas pomiaru.
    3. Poproś uczestnika, aby zwrócił elektrody w dłoniach i zeskoczył z urządzenia po zakończeniu pomiaru.
  3. Analiza danych dotyczących składu ciała
    1. Przejrzyj automatycznie wygenerowany raport dotyczący składu ciała.
    2. Zapisz masę wolną od tłuszczu, masę mięśniową, masę tłuszczu, procent tkanki tłuszczowej i podstawową przemianę materii (Rycina 1, Tabela 1), a następnie kliknij Zapisz.
      UWAGA: Dodatkowe wyniki obejmują całkowitą zawartość wody w ciele, wodę pozakomórkową, wodę wewnątrzkomórkową, całkowitą masę mięśniową i masę mięśniową segmentalną, całkowitą i segmentalną fazę kątową ciała, rezystancję, reaktancję i wartości wskaźnika sarkopenii.
    3. Wydrukuj raport (przycisk Drukuj) lub udostępnij wyniki (przycisk Udostępnij).

3. Ocena wydajności neuromiopatycznej

  1. Zarejestruj uczestnika
    1. Zmierzyć wzrost uczestnika za pomocą statyometru.
    2. Otworzyć oprogramowanie i kliknąć na okno aplikacji.
    3. Wprowadzić hasło i kliknąć na Dalej.
    4. Kliknij Funkcja mięśniowa, a następnie kliknij Zarejestruj.
    5. Wprowadź wymagane informacje, w tym imię i nazwisko, datę urodzenia, płeć, masę ciała, wzrost i typ ciała (Standardowy lub Atleta: Typ standardowy musi być wybrany, jeśli uczestnik jest osiadły lub aktywny rekreacyjnie, podczas gdy typ atletyczny musi być wybrany, jeśli uczestnik wykonuje 12 lub więcej godzin ćwiczeń tygodniowo lub uczestniczy w zorganizowanych sportach zespołowych lub indywidualnych, które obejmują regularne zawody i wymagają systematycznego treningu) (Dodatkowa rycina 2).
    6. Kliknij Zarejestruj i Rozpocznij pomiar.
  2. Zbieranie danych dotyczących wydajności neuromiopatycznej
    1. Poproś uczestnika, aby postawił obie stopy na dwóch metalowych płytach platformy (Rycina 2A).
    2. Wybierz liczbę powtórzeń wstania i ponownego ustawienia się (1, 2 lub 3) i kliknij na Rozpocznij pomiar.
    3. Poproś uczestnika, aby usiąść wyprostowanym, z rękami skrzyżowanymi na piersiach i kolanami zgiętymi pod kątem oko

Wyniki

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Natychmiast po przeprowadzeniu analizy impedancji bioelektrycznej, oprogramowanie analizatora (system nr 1) zapewnia estymację składu ciała, w tym masy wolnej od tłuszczu, masy mięśniowej, masy tłuszczowej, procentowej zawartości tłuszczu w ciele i podstawowej szybkości metabolizmu, które są generowane za pomocą własnych algorytmów (Rysunek 1, Tabela 1). Ponadto system zapewnia estymację całkowitej ilości wody w ciele (TBW), wody pozakomórkowej (ECW), wody wewnątrzkomórkowej (ICW) oraz wskaźnik ECW/TBW (Rysunek 1). Analiza daje również wartości masy mięśniowej całego ciała i segmentalnej dla górnych i dolnych kończyn, co umożliwia obliczenie wskaźnika sarkopenii, definiowanego jako suma masy mięśniowej górnych i dolnych kończyn normalizowana przez wysokość w kwadracie. Wartości wskaźnika sarkopenii poniżej 7,26 kg/m2 u mężczyzn i 5,5 kg/m2 u kobiet są wskaźnikiem niskiej masy mięśniowej19,20. Co więcej, całkowite wartości rezystancji i reaktancji oraz wartości fazowe w ciele i segmentalne przy 50 kHz są dostarczane wraz z pomiarami rezystancji i reaktancji uzyskanymi na wielu częstotliwościach. Te surowe parametry bioelektryczne mogą być używane do wyprowadzenia dodatkowych wskaźników składu ciała i statusu nawodnienia, w tym relacji między wodą pozakomórkową a wewnątrzkomórkową, co może zapewnić dalsze wgląd w jakość mięśni i zdrowie komórek21. W rzeczywistości wartości całkowitej i segmentalnej rezystancji i reaktancji uzyskane na wielu częstotliwościach mogą być używane do obliczenia współczynników rezystancji wody pozakomórkowej do wewnątrzkomórkowej (ECW/ICW) zgodnie z równaniem R5 / [(R5 × R250)/(R5 − R250)]21, gdzie R5 i R250 reprezentują wartości rezystancji mierzone odpowiednio na 5 kHz i 250 kHz.

Natychmiast po zakończeniu testu siadania i wstawania, oprogramowanie analizatora wydajności neuromiopatycznej (system nr 2) generuje trzy zmienne za pomocą własnych algorytmów (Rysunek 2C): (i) siła mięśni nóg, definiowana jako siła generowana podczas ruchu z siadania na wstawanie i obliczona jako maksymalne obciążenie podzielone przez wagę ciała; (ii) prędkość wstawania, definiowana jako prędkość ruchu z siadania na wstawanie i obliczona jako maksymalny przyrost obciążenia na jednostkę czasu podzielony przez wagę ciała; i (iii) stabilność, wskaźnik łączący stopień ruchu ciała podczas wstawania i czas potrzebny na ustanie wahadła posturalnego. Stabilność jest raportowana jako wynik T oparty na danych referencyjnych z populacji dopasowanych pod względem wieku i płci. Te wyjścia są używane do klasyfikacji osób jako słabych, przeciętnych lub silnych pod względem siły mięśni nóg; powolnych, przeciętnych lub szybkich pod względem prędkości wstawania; oraz niestabilnych, stabilnych lub bardzo stabilnych pod względem stabilności. Ponadto oprogramowanie zapewnia wykres T-score siły i stabilności (Rysunek 2C), który klasyfikuje ogólną siłę i stabilność jako niską lub wysoką.

Tabela 2 podsumowuje zmienne składu ciała i wydajności neuromiopatycznej uzyskane od czterech reprezentatywnych mężczyzn: sportowca (31 lat), osób zdrowych, siedzących (51 lat), osoby z otyłością (59 lat) oraz pacjenta z chorobą Parkinsona (60 lat). Dane ilustrują różne profile fizjologiczne i funkcjonalne wśród czterech osób. Sportowiec i osoba siedząca wykazywali normalną wagę ciała, podczas gdy osoba z otyłością miała otyłość stopnia II, a pacjent z chorobą Parkinsona był wychudzony. Status nawodnienia, ocenianym przez wskaźnik TBW/waga ciała, był w przewidywanym zakresie (50%–65%) u sportowca, osoby siedzącej i pacjenta z chorobą Parkinsona, podczas gdy niższe wartości obserwowano u osoby z otyłością. Wskaźnik sarkopenii był w normalnym zakresie u sportowca, osoby siedzącej i osoby z otyłością, ale był obniżony u pacjenta z chorobą Parkinsona (7,15 kg/m2). Najwyższe i najniższe wartości kąta fazowego całego ciała przy 50 kHz obserwowano u sportowca i osoby z otyłością, odpowiednio. Podobnie, najwyższe i najniższe wskaźniki rezystancji wody pozakomórkowej do wewnątrzkomórkowej obserwowano u sportowca i osoby z otyłością, podczas gdy najwyższe i najniższe wskaźniki rezystancji wody pozakomórkowej do wewnątrzkomórkowej w kończynach dolnych obserwowano u sportowca i pacjenta z chorobą Parkinsona, odpowiednio. Analiza wydajności neuromiopatycznej sklasyfikowała sportowca i osobę siedzącą jako silnych, szybkich i bardzo stabilnych. W przeciwieństwie do tego, osoba z otyłością została sklasyfikowana jako słaba, powolna i bardzo stabilna, podczas gdy pacjent z chorobą Parkinsona został sklasyfikowany jako słaby, przeciętny i bardzo stabilny.

Połączona ocena składu ciała i wydajności neuro

Dyskusja

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Komercyjnie dostępne systemy umożliwiają oceny opisane w tym protokole: rozwiązania te są bezinwazyjne i łatwe w użyciu, a badania są proste, szybkie i niedrogie. Jednak kilka ograniczeń wyżej opisanych rozwiązań, procedur i parametrów wymaga podkreślenia. Po pierwsze, wieloczęstotliwościowy analizator impedancji bioelektrycznej użyty w tym badaniu nie jest przenośny ze względu na swoją wielkość (124 cm × 45 cm × 74 cm) i wagę (33 kg). Po drugie, BIA i test na stołku mogą być wykonywane tylko u osób, które mogą przyjąć i utrzymać pozycję stojącą. Dlatego te badania nie mogą być przeprowadzane u pacjentów neurologicznych lub krytycznie chorych z ciężką niepełnosprawnością ruchową. Ponadto, BIA wymaga, aby osoba badana trzymała elektrody w dłoniach; zadanie to może być trudne (lub nawet niemożliwe) dla pacjentów z drżeniem lub zaburzeniami górnych kończyn (np. upośledzeniem ruchowym po udarze). Jednak BIA może być również przeprowadzona u pacjentów z ciężką niepełnosprawnością ruchową przy użyciu innych komercyjnie dostępnych urządzeń przeznaczonych do pomiarów w pozycji leżącej (tj. przy łóżku) z użyciem elektrod klejących9. Po trzecie, parametry składu ciała są uzyskiwane za pomocą specyficznych dla urządzenia, własnościowych algorytmów; dlatego zmienność analityczna może uniemożliwić porównanie danych uzyskiwanych z różnych urządzeń. Jednak użycie surowych miar rezystancji i reaktancji wraz z równania zweryfikowanymi krzyżowo może przynajmniej częściowo przezwyciężyć tę ograniczenie. Alternatywnym podejściem do porównywania danych uzyskiwanych z różnych urządzeń jest użycie surowych pomiarów, takich jak kąt fazowy i stosunek rezystancji ECW/ICW. Pierwsza zmienna jest wskaźnikiem integralności błon22,23, podczas gdy druga zmienna jest wskaźnikiem nawodnienia komórkowego21,24,25. Zgodnie z tym kilka ostatnich badań wykazało, że zarówno kąt fazowy26,27,28,29, jak i stosunek rezystancji ECW/ICW21,24,25 są przydatnymi wskaźnikami funkcji mięśni u osób starszych i mogą być przydatne do przewidywania niepełnosprawności i śmiertelności25,30. Niższe wartości kąta fazowego obserwowane u dwóch pacjentów w porównaniu z naszymi dwoma zdrowymi osobami mogą być związane ze zmianami w zdrowiu komórkowym związanymi z wiekiem i/lub chorobą22,23. Niższe wartości stosunków rezystancji ECW/ICW obserwowane u dwóch pacjentów w porównaniu z naszymi dwoma zdrowymi osobami mogą być związane z wiekową i/lub chorobową względną ekspansją ECW (z konsekwentnym spadkiem rezystancji ECW) i/lub spadkiem ICW (z konsekwentnym wzrostem rezystancji ICW)21,24.

Mimo tych ograniczeń, połączona ocena składu ciała i wydajności neuromio-motorycznej zapewnia praktyczne, bezinwazyjne podejście do oceny masy i funkcji mięśni w środowisku klinicznym i sportowej medycyny. Integracja zmiennych składu ciała z pomiarami siły, szybkości stojącej i stabilności może ułatwić bardziej kompleksową charakterystykę stanu czynnościowego niż każda ocena samodzielnie. W konsekwencji, to podejście może wspierać monitorowanie sportowców i pacjentów oraz pomóc w identyfikacji osób z ryzykiem upośledzenia funkcji mięśniowych lub sarkopenii.

Oświadczenia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

A.P. i S.B.H. są członkami komitetu doradczego medycznego Tanita Corporation. M.A.M. otrzymał sprzęt na wypożyczenie na mocy umowy badawczej z Tanita Corporation. Ten artykuł był inicjatywą autorską, niezależną od Tanita Corporation, a treść nie była wpływana przez firmę.

Podziękowania

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Autorzy dziękują dr Federico Todella (Uniwersytet w Turynie) za jego wsparcie w pozyskiwaniu danych.

Wsparcie finansowe dla tej pracy zostało zapewnione przez “Grant na Międzynarodowe – GFI” Uniwersytetu w Turynie.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
System #1
Multifrequency impedance analyzerTanita Corporation, Tokyo, JapanMC-980-MA-N„System #1” w manuskrypcie
Mobee® 360 - Tanita Pro SportMed SA, Echternach, LuksemburgWersja 4.6.0„Oprogramowanie systemu #1” w manuskrypcie
System #2
Muscle function Monitor Tanita Corporation, Tokyo, JapanzaRitz BM-220„System #2” w manuskrypcie
Muscle function Monitor softwareTanita Corporation, Tokyo, JapanWersja 1.7.3„Oprogramowanie systemu #2” w manuskrypcie

Przedruki i uprawnienia

Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE

Poproś o pozwolenie

Tagi

MedycynaWydanie 234Wydanie 234Warto pustaWydanieBezt uszczowa masa ko czynanaliza bioimpedancyjnatest wstawania z krzes a
Film wkrótce dostępny

Powiązane artykuły