В этом обзоре описываются требования и применение биоэлектрического импедансного векторного анализа в клинической практике у взрослых пациентов.
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Обзорная статья
В этом обзоре описываются требования и применение биоэлектрического импедансного векторного анализа в клинической практике у взрослых пациентов.
Оценка состава тела имеет решающее значение в клинической практике питания для скрининга, диагностики, лечения и прогноза пациентов. Биоэлектрический импедансный анализ (BIA) широко используется для оценки состава тела. Импедансные устройства измеряют электрический отклик (сопротивление) организма при воздействии электрического тока, тем самым косвенно оценивая состав тела путём пропуска низкого электрического тока в организм. Однако на интерпретацию результатов BIA влияют множество факторов, включая устройства, уравнения, индексы и ссылки на популяцию. Биоэлектрический импедансный векторный анализ (BIVA) был разработан как альтернативный метод полуколичественной оценки статуса гидратации, который преодолевает некоторые ограничения традиционного BIA, анализируя паттерны расстояния векторов и их распределение по сопротивлению и реактивности (R-Xc). В этом обзоре описывается классификация устройств BIA, что полезно для определения подхода BIVA для анализа состава тела. Этот обзор описывает требования и медицинское и питательное применение биоэлектрического импедансного векторного анализа у взрослых пациентов за последнее десятилетие. Несколько публикаций сообщили о клинических применениях BIVA у взрослых пациентов, включая оценку объёма жидкости, контроль организмных жидкостей и прогнозирование негативных исходов у пациентов, проходящих заместительную терапию почек или госпитализированных в отделения интенсивной терапии. Он также используется как альтернативный диагностический инструмент у взрослых с нарушениями жидкости для выявления саркопения, кахексии или недоедания, отражающих низкую массу клеток тела или уменьшение мягких тканей. Однако необходимо учитывать некоторые последствия, чтобы не повлиять на интерпретацию результатов, включая различия в устройствах, методах анализа и конкретных эталонных данных по популяциям. Таким образом, данный обзор направлен на описание различий между устройствами и методами анализа, используемыми для BIVA, которые будут рассмотрены в данном обзоре.
Оценка состава тела — один из основных факторов, которые нужно учитывать при питательном состоянии. Изменение состава организма возникает при нарушении усвоения и/или потребления питательных веществ, как при недостатке, так и при чрезмерном потреблении, и это связано с рядом медицинских состояний, таких как сердечно-сосудистые, эндокринологические и костные заболевания 1,2. Таким образом, его оценка может предоставить важную информацию во время скрининга, диагностики, лечения и прогнозапациента 2. Биоэлектрический импедансный анализ (BIA) является одним из наиболее широко изученных методов оценки состава тела как в клинических, так и в исследовательских условиях благодаря своему неинвазивному, недорогому, портативному и надёжномухарактеру 3,4.
Первое применение электрических токов для оценки состава тела по закону Ома было проведено Нибуром и др. в 1950 году и Томассетом в 1962 году для биологических тканей в качестве электрическихпроводников 1. Анализ отсека тела с использованием BIA предполагает, что человеческое тело — это цилиндр, сформированный проводящими материалами. Следуя закону Ома, объём можно оценить, когда управляемый ток индуцируется на определённой частоте, учитывая длину (L) и площадь сечения (A)проводника 2,3. Таким образом, R=ρL/A, где R — сопротивление в Омах, ρ — сопротивление проводящего материала, а LA — объём (V). Преобразование формулы — V= ρL2/R 3,4. Биологические ткани проявляют два типа сопротивления (R): проводящее сопротивление (сухая масса и телесные жидкости) и ёмкостное R или (реактивность, Xc) от изоляторов (кости, жировая масса и клеточные мембраны)2,4. Ток проходит через внеклеточные жидкости и мышечные волокна с относительно низким сопротивлением, тогда как способность проникать в клеточную мембрану зависит от применяемой частоты. Стандартный BIA использует частоту 50 кГц, где постоянный ток отражает значение R, а переменный ток отражает задержку потока тока, вызванную ёмкостным свойством клеточной мембраны (Xc); Ёмкость определяется как способность временно накапливать электрический заряд, вызывающий задержкупотока 4,5,6. Соотношение между R и Xc — это импеданс (Z), сформулированный как Z2 = R2+Xc2, отражающий внутриклеточную жидкость и клеточныекомпоненты 6. Фазовый угол (PhA) описывает позицию Z как PhA (степень) = [дуговая касательная (Xc/R)] × (180°/π)5,6. Исходные параметры, измеряемые устройствами BIA, — R, Xc и PhA (рисунок 1). Эти исходные параметры используются вместе с антропометрическими параметрами, такими как рост (соответствующий длине проводника в модели цилиндра), вес, возраст и пол, чтобы получить различные компоненты состава человеческоготела 2,6. BIA можно лучше понять, классифицируя его по частоте, области тела и анализу данных, как описано ниже7.
По частоте устройства можно классифицировать следующим образом: 1) одночастотные устройства используют частоту 50 кГц и остаются самыми распространёнными во всём мире. Преимущества этого метода включают доступность исходных данных для анализа, низкую стоимость и простотукалибровки 2. 2)Многочастотные устройства работают на 2-6 частотах (обычно 1, 5, 50, 100, 200 и 500 кГц); переменный ток, подаваемый на частотах ≥5 кГц, проникает в мембраны клетки вопределённой степени 8; однако частоты >50 кГц используются для моделирования сопротивления на бесконечной частоте с целью прогнозирования TBW. Это позволяет рассчитывать TBW и экстракцию ECW, что приводит к распределению ICWи жидкости 9,10. Некоторые многочастотные устройства не предоставляют исходныеданные 9. Кроме того, 3) спектроскопические устройства используют полиномиальную модель Коула-Коула, которая экстраполирует R0 в R∞ по измерениям Z и PhA на различных частотах для получения графикаКоула 6,9. Полученные электрические параметры использовались для оценки объёмов состава тела с помощью уравнений, основанных на электрических свойствах ткани, согласно моделиХанаи 9. Однако предположения, сделанные моделью, не применимы к пациентам с изменённым распределением жировой ткани и дисбалансомжидкости 8. Исследований этой технологии растёт, но многие не уточняют, что она основана на спектроскопии, что ограничивает возможностисравнений 2. Доступ к исходным данным должен учитываться, поскольку не все спектроскопические устройства сообщают R и Xc с определённой частотой, что ограничивает возможность использования других методов анализаданных 6,10. Клинические исследования пока не продемонстрировали явных преимуществ спектроскопии по сравнению с многочастотнымиустройствами 6.
Анализ регионов тела, делённый на всё тело, рассматривает человеческое тело как симметричный цилиндр с однородным составом, генерируя оценку объёма с помощью уравненийпопуляции 6,9. Измерения проводятся по стандартной тетраполярной схеме, которая включает размещение двух электродов на кистине (один на запястье между шиловидными отростками локтевой и лучевой кости, другой сразу за пястными костями) и двух электродов на стопе (один на лодыжке между медиальной и латеральной молотками, другой — сразу за плюсновыми костями)9 Также называется «рука на ногу» с одной стороны, что делает его практичным для клинического применения в различных позах — с перевязанными конечностями или привеноклизе 2. Кроме того, сегментарные измерения, которые рассматривают человеческое тело как пять цилиндров (руки, ноги и туловище) с разной устойчивостью. Для тетраполярных или октаполярных измерений требуется как ноги, так и рычаги, а отсутствие стандартизации в размещении электродов увеличивает риск ошибкиизмерения 2,4. Эталонные данные ограничены, и сумма сегментальных импедансов отличается от импеданса всего тела2.
Анализ данных может проводиться с использованием необработанных параметров, таких как фазовый угол, который отражает геометрическое соотношение сопротивления реактивности. Это индикатор распределения воды в организме и целостности клеточной мембраны, а также отмечено как прогностический маркер выживаемости, осложнений, гидратации, питания и качествамышц 2. Регрессионные уравнения позволяют количественно оценивать компоненты тканейтела 3. В этих уравнениях R используется как основной предиктор вместе с ростом, Xc, весом ивозрастом 3. Распространённые параметры включают безжировую массу, мышечную массу аппендикулярного скелета, жировую массу, массу клеток тела и полную, внеклеточную и внутриклеточнуюводу. Уравнения предполагают равномерное распределение проводящих свойств, постоянную площадь сечения и пропорциональную длину проводника, что позволяет рассчитывать объём при контроле тока 2,3. Результаты зависят от состояния гидратации и изменениймышечной массы 8. Хотя большинство уравнений хорошо коррелируют с другими методами оценки у здоровых пациентов, они плохо коррелируют у пациентов с недоеданием, обезвоживанием или перегидратацией, например, госпитализированных с почечной, печенёночной и сердечной недостаточностью. Кроме того, различия в устройствах и уравнения, специфичные для возраста, пола и этнической принадлежности могут вызывать несоответствия врезультатах 2,12. Альтернативно, биоэлектрический импедансный векторный анализ (BIVA), введённый Пикколи и соавт. в 1994 году как альтернатива регрессионным уравнениям, использует исходные измерения BIA (R и Xc при 50 кГц), делённые на высоту в метрах. Вектор импеданса у нормального человека обычно находится в пределах 75-го эллипса толерантности на графиках, основанных на этнической принадлежности иполу 13,14,15.
Этот обзор описывает требования и медицинское и питательное применение биоэлектрического импедансного векторного анализа у взрослых пациентов за последнее десятилетие.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Требования к проведению биоэлектрического импедансного векторного анализа и интерпретации
Прежде чем обсуждать клиническое применение биоэлектрического импедансного векторного анализа (BIVA), важно понимать, что не все коммерчески доступные устройства подходят для проведения BIVA. На рисунке 2 представлен алгоритм, который следует проконсультировать, чтобы убедиться, что необработанный биоэлектрический импеданс для анализа доступен и что устройство соответствует необходимым критериям для его использования. Кроме того, необходимо проверять надёжность, точность и точность устройства через стандартизацию и контроль качества получения необработанных параметров, обеспечивая надёжную интерпретацию с помощью различных методов и повышая качестворезультатов 7. Контроль качества включает использование одного и того же устройства с обычной калибровкой устройства с использованием производственной тестовой схемы с известным сопротивлением или импедансом, высококачественными электродами и их положением, температурой кожи и корпуса, достаточной подготовкой испытуемого и согласованными протоколами измерений, измеряемыми в тех же положениях тела и конечностей. Гонсалес-Корреа и др. предложили протокол в качестве контрольного списка для стандартизации измерений BIA увзрослых 16 лет, и способы проведения этого протокола уже описывалисьранее 17.
BIVA определяет статус перегрузки или обезвоживания жидкости в соответствии с положением вектора на графике RXc вдоль вертикальной оси R и Xc. Векторы, падающие ниже или выше эллипса допуска 75-го допуска в нижнем полюсе, указывают соответственно на перегрузку жидкости (расширение внеклеточного объёма) и обезвоживание. Все векторы, попадающие в пределы эллипсов 50-го и 75-го допуска, указывали нормальный статус жидкости и массы клетки 6,13,15 (см. рисунок 3). Примеры клинических применений описаны на рисунке 4.
Клинические применения векторного анализа биоэлектрического импеданса
Клинические практические приложения, представленные в PubMed с 2015 по 2025 годы, изложены в Таблице 1 и включают использование BIVA для оценки состояния гидратации жидкости (обнаружение обезвоживания, перегидратации, накопления жидкости и перераспределения жидкости) и питательного статуса (недоедание, кахексия, саркопения, мышечная масса и жировая масса). Исследования с участием спортсменов были исключены. Фильтры включали человеческие виды, взрослые популяции и английский язык.
Оценка состояния объёма жидкости
BIVA описывается для оценки состояния объёма жидкости, контроля организмных жидкостей, управления внутривенным введением жидкости и выявления или прогнозирования негативных последствий. Одним из первых клинических применений этого метода графа было у пациентов с гемодиализом для мониторинга гидратации в качестве альтернативы изменениям веса до и последиализа 18. В то время как Samoni и др.19описывали его применение у тяжело больных пациентов в отделении интенсивной терапии, отмечая, что тяжелая гипергидратация, оценённая BIVA, была связана со смертностью. Каммар-Гарсия и др.20сообщили, что пациенты, поступившие в отделение неотложной помощи и классифицированные с перегрузкой жидкости из-за BIVA, имели повышенную вероятность смертности. Пинеда-Хуарес обнаружила, что у пациентов с ишемическим заболеванием с изменённым статусом гидратации по BIVA наблюдался более низкий кардиопульмональныйответ 21. Варальдо и др.22обнаружили, что акромегалики с активными или контролируемыми заболеваниями демонстрировали состояние перегидратации из 75-го процентиля здоровой популяции.
Ещё одно применение — оценка изменений жидкости и управление гидротерапией. Коста и др. сообщили о постепенном увеличении накопления жидкости с существенным уменьшением длины вектора через 24 часа послекардиологической операции 23. В то же время Майоли и соавторы обнаружили, что оценка BIVA при поступлении у пациентов со стабильной ишемической болезнью артерий позволяет корректировать расширение внутрисосудистого объёма, что приводит к снижению частоты CI-AKI после ангиографическихпроцедур 24.
Сравнения групп по доверию BIVA
С другой стороны, если цель — сравнивать группы пациентов, среднее, стандартное отклонение и корреляцию R/H и Xc/H можно зарегистрировать в программном обеспечении BIVA, что позволяет определять значимые различия с помощью теста T2 Хотеллинга и обобщённогорасстояния 25 по Махаланобису. Векторное распределение средних значений группы было построено на графике относительно95-го перцентиля, называемого эллипсом доверия или доверительныминтервалом 26. Сравнение доверия BIVA было зарегистрировано у пациентов после инфаркта миокарда с индексом коморбидности Чарлсона ≥3 против <2. У тех, у кого индекс выше, более длинные векторы смещены вправо, что указывает на потерю мягкихтканей 27. Геррини и др. обнаружили значительные различия в эллипсах распределения векторов у пациентов с саркопенией или недоеданием, что характеризуется значительным сдвигом импеданса вправо по сравнению с пациентами без недоедания или саркопении, что указывает на меньшую массу мягких тканей. BIVA также выявила пациентов с большими или меньшими улучшениями после реабилитации у пациентов с подостраим постинсультом, что показало смещение векторов влево, что можно интерпретировать как увеличение мягкой ткани имышечной массы 28.
Биоэлектрический импедансный векторный анализ z-балла
Программное обеспечение BIVA включает анализ BIVA Z-score, который рассчитывается на основе количества стандартных отклонений от значений сопротивления/высоты и реактивности/высоты испытуемого по средам эталонной популяции, преобразуя их в бимерную Z-оценку и отображая их на графике R-XcZ-score 6,29. Если субъектный вектор находится в четвёртом квадранте (нижний правый угол) и находится вне эллипсов толерантности 75-го процентиля, то есть -1 Xc-Z указывает на экстраклеточное расширение и отходы мягкихтканей 30. Использование z-партитур мало исследовано в литературе; Он был зафиксирован для определения различий в составе тела по типу и стадии рака31, оценки питательного статуса у пациентов с декомпенсированнымциррозом 32 и у пациентов с подострольным постинсультом29.
Оценка массы клеток организма, кахексии и саркопении
Кроме того, он может быть полезен для классификации кахексии, определяемой по высоким значениям устойчивости и низкой реактивности, представленной вектором справа от графика, >75-й от эллипсы толерантности, указывающим на меньшую массу клеток тела, как в исследовании Сантильяна-Диаса и др., где этот подход использовался для оценки распространённости ревматоидной кахексии у пациентов с ревматоиднымартритом 33. Они обнаружили, что у пациентов с кахексией была снижена сила и физическая функция руки, а также более высокая частота назначения метотрексата. Рамос-Васкес и др. обнаружили более высокую частоту кахексии у пациентов с орофарингеальной дисфагией, которые питались исключительно через зонд, чем у тех, у когоперорально 34 таблетки.
Наконец, основными преимуществами подхода BIVA являются одновременный анализ компонентов гидратации и массы клеток тела, а также возможность пропорционально непрерывного анализа состояния здоровья, поскольку непрерывные измерения можно отображать на одном графике для сравнения модификации состава тела (как гидратационного, так и питательного состояния). Парный однообразный тест Hotelling's T2 и обобщённое расстояние Махаланобиса могут использоваться для оценки жидкости и изменений в графике dR/H-dXc/H 30. Лозада-Мельядо и соавторы оценили изменения в состоянии гидратации и массе клеток организма после динамической программы упражнений у пациентов с ревматоидным артритом в Мексике, обнаружили смещение в массовом квадранте кахексии у пациентов, не участвовавших в программеупражнений 35. Квиззини и др. применили этот анализ к пожилым людям с саркопенией, чтобы оценить эффект программы силовых упражнений безулучшения 36.
Как показано в Таблице 1, несколько исследований сообщили о анализе BIVA; однако использовались только параметры BIA, такие как мышечная масса (кг), ECW, TBW иPhA 19,20,21,22,23,24,28,32,33,34,35,36,37,38,39,40, 41. Векторная классификация или смещение вектора по эллипсам допуска или осям R-Xc не использовались и не былизафиксированы 37,38,39,40,41.
Перспективы
Будущие исследования могут оценить, имеют ли пациенты с нарушениями в телесных жидкостях, возвращаясь к 75-й референсной точке, то есть нормальному состоянию жидкости, лучший прогноз или меньшая частота худших исходов, а также количественно оценить это изменение Z-шкалы.
У пациентов с перегрузкой жидкости или дисбалансом жидкости значения мышечной массы смещены из-за физиологической связи с гидратацией мягкихтканей 30, что завышение значений мышечной массы и затрудняет выявление саркопенического ожирения. Для выявления наличия изменений жидкости и определения, можно ли применять регрессионные уравнения, BIVA Z-балл может быть полезен при оценке состояния жидкости при дискриминации пациентов с перегидратацией, которых можно ошибочно классифицировать без саркопении или кахексии. Поэтому необходимо провести новые исследования, сосредоточенные на этом методе.
Оценка эффекта медицинской нутрициологии для различия между накоплением жидкости и увеличением массы клеток тела, что может сочетаться с функциональным тестом на мощность, например, силой рукоятки, является ещё одним клиническим применением для дальнейших исследований. Основные проблемы включают отсутствие стандартизации в применении метода, необходимость различать статистически значимые различия и клинически значимые, а также непонимание или нежелание признавать ограничения и масштабы этой методики. Эти аспекты критически важны при использовании биоимпеданса в качестве инструмента оценки7. Важно учитывать, что исходные измерения BIA различаются между устройствами и могут влиять на результаты BIVA, что необходимо учитывать при сравнении исследований и выборе эталонной популяции, так как это может повлиять на интерпретацию результатов, особенно по сравнению с другими эталонными популяциями из разныхустройств 42. Кроме того, категории классификации могут быть проблематичными в определённых группах, например, в женщинах старше 60 лет, поскольку могут возникать различия из-за устройств или других факторов, оправдывающихинтерпретацию 43.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Анализ биоэлектрического импеданса (BIA) предоставляет несколько исходных параметров, таких как сопротивление, реактивность и фазовый угол, которые можно визуализировать и интерпретировать с помощью BIVA. Эти компоненты графически представлены с помощью RXc-графов, где положение и смещение вектора импеданса внутри эллипсов допуска дают представление о состоянии гидратации и массе клеток организма. Однако большинство исследований на сегодняшний день сосредоточены на оценках, полученных из...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Авторы не заявляют о конфликтах интересов.
Авторы выражают благодарность профессорам. Пикколи и Пастори из кафедры медицинских и хирургических наук Падуанского университета, Италия, за предоставление программного обеспечения BIVA.
Это исследование не получило конкретных грантов от фондов в государственном, коммерческом или некоммерческом секторе. Этот протокол/исследование является частью диссертации Юнуэна Рейеса-Паса, поддерживаемой стипендией Национального совета по науке и технологиям (CONACYT, CVU 1076076).
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.