Биоимпедансметр АВС-01 «МЕДАСС»

Биоимпедансный анализ: основы метода, протокол обследования и интерпретациярезультатов (лекция) 1Николаев Д.В., 2 Руднев С.Г. 1Научно-технический центр “МЕДАСС”, 2Институт вычислительной математики РАНРЕЗЮМЕ: Одним из современных методов морфологической и функциональной диаг-ностики в спортивной медицине является биоимпедансный анализ состава тела. В на-стоящей лекции, открывающей цикл лекций по биоимпедансному анализу в спортив-ной медицине, рассматриваются физические основы метода, описаны существующиеметодики биоимпедансных измерений и способы интерпретации результатов. КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: биоимпедансный анализ, компонентный состав тела, электро-проводность биологических тканей, основной обмен, индекс массы тела, безжировая(тощая) масса, скелетно-мышечная масса, активная клеточная масса, общая вода орга-низма, внеклеточная жидкость, спортивная медицина. 1Nikolaev D.V., 2Rudnev S.G. 1Scientific research centre “MEDASS”, 2Institute of Numerical Mathematics, Russian Academy of Sciences ABSTRACT: Bioimpedance analysis of human body composition is one of the contemporary methods of morphological and functional diagnosis. In this opening lecture on the method application in sports medicine, physical basics, existing techniques and the examples of data interpretation of bioimpedance measurements are considered. KEYWORDS: bioelectric impedance analysis, body composition, tissue resistivity, basic metabolic rate, body mass index, fat-free (lean) mass, skeletal muscle mass, body cell mass, total body water, extracellular water, sports medicine ВведениеОбъективная количественная оценка состояния физической работоспособностиспортсмена является необходимым условием контроля эффективности тренировочногопроцесса и прогноза спортивных достижений. Наряду с традиционными антропометри-ческими методами для этих целей широко применяются биофизические методы [1,2]. Наиболее распространённым из них является биоимпедансный анализ (БИА) – опера-тивный, неинвазивный и высокоинформативный метод современной нутриметаболо-мики, используемый в клинических, амбулаторных и полевых условиях [3,4]. Биоимпедансный анализ состава тела – это диагностический метод, позволяю-щий на основе измеренных значений электрического сопротивления тела человека иантропометрических данных оценить абсолютные и относительные значения парамет-ров состава тела и метаболических коррелятов, соотнести их с интервалами нормаль-ных значений признаков, оценить резервные возможности организма и риски развитияряда заболеваний. Антропометрические индексы и, в частности, индекс массы тела (ИМТ) являют-ся эпидемиологически значимыми индикаторами риска заболеваний. Вместе с тем, ис-пользование их на индивидуальном уровне для оценки жироотложения имеет серьез-ные недостатки. Использование ИМТ в диагностике ожирения и других нарушенийтрофического статуса обладает низкой диагностической чувствительностью – порядка50% [5]. Иллюстрацией этого служит рис. 1, где сопоставлены оценки жировой массы впроцентах от массы тела и ИМТ у здоровых взрослых москвичей (n=5077). Коэффици-ент детерминации (r2) составил 0,55 для мужчин и 0,68 для женщин [3]. Из рисункавидно, что одним и тем же значениям ИМТ соответствуют широкие диапазоны значе-ний процента жировой массы. Рис. 1. Диаграммы рассеяния значений %ЖМТ в зависимости от ИМТ, слева – длямужчин, справа – для женщинБиоимпедансный анализ дает возможность получить достоверные оценки ли-пидного, белкового и водного обмена и ряда метаболических коррелятов. Для измере-ний используются специальные устройства – биоимпедансные анализаторы состава те-ла с программным обеспечением. История и классификация методов биоимпедансного анализа состава телаПервые применения биоимпедансного анализа для изучения состава тела чело-века связывают с работами французского анестезиолога A. Thomasset [6], выполненны-ми в начале 1960-х. Метод основан на измерении полного электрического сопротивле-ния (импеданса) тела. Термин «биоимпеданс» стал общепринятым в зарубежных пуб-ликациях второй половины 20 века для характеристики электрических свойств биоло-гических объектов, имеющих клеточную структуру. Электрический импеданс Z биоло-гических тканей имеет две компоненты – активное R и реактивное сопротивление Xc, которые связаны соотношением Z2 = R2 + Xc2. Субстратом активного сопротивленияявляются биологические жидкости (вне- и внутриклеточная), обладающие ионным ме-ханизмом проводимости. Субстратом реактивного сопротивления являются клеточныемембраны. Для оценки общей воды организма, безжировой и скелетно-мышечной мас-сы (ОВО, БМТ, СММ) используются значения активного сопротивления на частоте 50 кГц, а внеклеточной жидкости (ВКЖ) – на частоте 5 кГц. По величине реактивной со-ставляющей импеданса рассчитываются значения основного обмена (ОО) и активнойклеточной массы (АКМ). E. Hoffer и соавт. [7] показали наличие высокой корреляции между индексомимпеданса и величиной ОВО, что открыло возможности для применения метода в ис-следованиях состава тела. Первые серийные биоимпедансные анализаторы появились вСША в конце 1970-х [2]. В многочисленных зарубежных публикациях показана точ-ность и надежность биоимпедансных оценок состава тела в сравнении с эталоннымиметодами [8,9]. В 2004-2009 гг. в ГУ НИИ питания РАМН проводилась верификацияоценок жировой массы и основного обмена, получаемых отечественным биоимпеданс-ным анализатором АВС-01 «Медасс». В качестве эталона использовали данные рентге-новской денситометрии и непрямой калориметрии для тех же пациентов. Была уста-новлена высокая корреляция оценок значений признаков (r2=0,94 для ЖМТ и r2=0,82 для ОО) [10,11]. Таким образом, биоимпедансный анализ состава тела позволяет с ус-пехом заменять более дорогостоящие и длительные исследования, не применимые вполевых условиях. Методики биоимпедансных измерений принято классифицировать по несколь-ким признакам [4]: по частоте зондирования (одно-, двух-, многочастотные), по уча-сткам измерений (региональные, интегральные, полисегментные), по тактике измере-ний (однократные, мониторные). В спортивной медицине применяются двухчастотныеинтегральные методики измерений с расположением электродов на щиколотке и запя-стье, а также полисегментные многочастотные методики. Физические основы методаБиоимпедансный анализ состава тела основан на различиях электропроводноститканей организма ввиду разного содержания в них жидкости и электролитов (табл.1). Так, например, активное сопротивление жировой ткани примерно в 10-15 раз выше, чем у большинства других тканей, составляющих безжировую массу тела. Таблица 1. Типичные значения удельного электрического сопротивления биологических жидко-стей и тканей [12] Наименование Удельное сопротивление, Ом × мСпинномозговая жидкость 0,65 Кровь 1,5 Нервно-мышечная ткань 1,6 Легкие без воздуха 2,0 Скелетные мышцы 3,0 Печень 4,0 Кожа 5,5 Жировая ткань 15 Костная ткань 150 В теоретических исследованиях была описана наблюдаемая в эксперименте за-висимость импеданса от частоты зондирующего тока [13]. На рис. 2 эта зависимостьпоказана в виде дуги окружности в координатах R, Xc. Рис. 2. Зависимость величины импеданса от частоты зондирующего тока [4] В области низких частот величина импеданса практически равна активному со-противлению, а реактивное сопротивление близко к нулю. С увеличением частоты зон-дирующего тока f реактивное сопротивление возрастает до определенного максимума, и при дальнейшем увеличении частоты снижается. Для достаточно высоких частот им-педанс будет снова представлен лишь активным сопротивлением. При изменении частоты тока меняется угол между вектором импеданса и осьюактивного сопротивления (см. рис. 2). Данный угол имеет название фазового угла и оп-ределяется как арктангенс отношения реактивного и активного сопротивлений: ϕ = arctg (Xc/R). Установлена связь фазового угла импеданса с параметрами функциональ-ного состояния организма и трофического статуса [14]. Методика интегрального исследованияОборудование для биоимпедансного исследования включает: • биоимпедансный анализатор АВС-01 “Медасс” (рис. 3), подключенный к персо-нальному компьютеру с установленным специальным программным обеспечением; • кушетку, надувной матрас или гимнастический мат шириной не менее 85-90 см• ростомер, весы, сантиметровую лентуРис. 3. Биоимпедансный анализатор АВС-01 «Медасс» Процедура обследования начинается с антропометрических измерений. Опреде-ляют длину, массу тела, обхваты талии и бедер. Затем в компьютерной программе за-водится учетная запись пациента с указанием ФИО, пола, даты рождения. В карточкутекущего обследования вносятся данные антропометрических измерений. Биоимпе-дансное измерение выполняют в положении пациента лежа на спине (рис. 4). Однора-зовые биоадгезивные электроды устанавливают, как показано на рис. 5. Измерение вы-полняют с использованием зондирующего тока очень низкой, безопасной амплитуды, что дает возможность не ограничивать количество и длительность повторных измере-ний. Единственное ограничение метода – исследование не рекомендовано лицам свживленным кардиостимулятором. Рис. 4. Положение тела пациента при обследовании [4] Рис. 5. Схема расположения электродов на руках и на ногах [3] В практике биоимпедансных измерений принято проводить исследование по ут-рам, перед завтраком [4]. Затраты времени на исследование одного пациента составля-ют 2-3 минуты. Интерпретация результатов исследования1. Экспресс-анализВ протоколе биоимпедансного исследования состава тела отражены оценки сле-дующих параметров (рис. 6): основной обмен (ОО), фазовый угол (ФУ), индекс массытела (ИМТ), жировая масса тела (ЖМТ), безжировая (тощая) масса (БМТ), активнаяклеточная масса (АКМ), процентное содержание АКМ в безжировой массе (%АКМ), скелетно-мышечная масса (СММ), процентное содержание скелетно-мышечной массыв безжировой массе (%СММ), удельный (нормированный на площадь поверхности те-ла) основной обмен (УОО), общая вода организма (ОВО), объем внеклеточной жидко-сти (ВКЖ), индекс талия-бедра (ИТБ), а также процентное содержание жира в теле(%ЖМТ). Указанные оценки представлены на фоне графических шкал нормальных значе-ний показателей, учитывающих пол, возраст и рост индивида. Участки шкал, лежащиелевее нижней границы нормы, соответствуют низким значениям, правее – высоким. Справа от шкал указан процент от нормы для каждого из параметров. Индекс массы тела отражает соотношение веса и роста. У спортсменов высокиезначения ИМТ нередко связаны с развитием мышечной, а не жировой ткани.Величина избытка или дефицита жировой массы позволяет оценить примерныесроки коррекции данного нарушения. Согласно литературным данным, адекватная дие-тотерапия у пациентов с избыточной массой тела позволяет снижать жировую массу всреднем на 500 г в неделю. Положение маркера на шкале тощей (безжировой) массы указывает на консти-туциональные особенности индивида. Так, положение маркера вблизи середины Ин-тервала нормальных значений принято связывать с нормостеническим телосложением. В кардиологии значения безжировой массы используются для уточнения диагноза ги-пертрофии левого желудочка. Пониженное значение АКМ свидетельствует о дефиците белковой компонентыпитания, что может быть вызвано как общим недостатком белка в рационе, так и инди-видуальными особенностями усвоения отдельных видов белкового питания конкрет-ным спортсменом.  %АКМ в тощей массе служит коррелятом двигательной активности и физиче-ской работоспособности спортсменов. У действующих мастеров спорта в циклическихи игровых видах значения %АКМ, как правило, превышают 62-63%. Низкие значения%АКМ у здоровых индивидов принято связывать с гиподинамией. Значение СММ относительно интервала нормальных значений используется дляобщей характеристики физического развития. Величина %СММ в тощей массе является одной из трех ключевых характери-стик физической работоспособности спортсмена, наряду с %ЖМТ и фазовым углом. Положение маркера удельного основного обмена УОО указывает на относи-тельную интенсивность обменных процессов. Причиной изменений УОО могут бытьэндокринологические нарушения, воздействия лекарственных препаратов, переходныесостояния, связанные с большими объемами физической нагрузки и др. Рис. 6. Протокол исследования состава тела футболистаБольшинство наблюдаемых нарушений состояния гидратации в клиническойпрактике связано с изменениями объема внеклеточной жидкости. Изменения клеточнойгидратации наблюдаются редко: при отравлениях, ожогах, за несколько часов до смер-ти у больных с полиорганной недостаточностью. Внеклеточные отеки чаще регистри-руются при нефрологических и кардиологических заболеваниях, локальных отеках ко-нечностей различной этиологии. Повышенная внеклеточная гидратация у здоровыхлюдей может быть связана с задержкой жидкости, например, из-за потребления про-дуктов с повышенным содержанием поваренной соли. Процедуры сгонки веса в спортеприводят к кратковременному снижению содержания внеклеточной жидкости. Шкалы отношения обхватов талии и бедер и процента жировой массы исполь-зуются совместно для диагностики висцерального ожирения и оценки риска развитияметаболического синдрома. Кроме того, шкала %ЖМТ позволяет выявить истощение, избыточный вес и ожирение. Интервал нормальных значений %ЖМТ разбит на два: «норма» и «фитнес-стандарт», что соответствует верхним и нижним интервалам нор-мальных значений. На рис. 6 показан первичный протокол состава тела футболиста 20 лет. Избытокжировой массы составляет 6 кг. Увеличенные значения тощей и скелетно-мышечноймассы указывают на эндоморфный тип телосложения. Повышенное значение АКМ ука-зывает на отсутствие проблем с потреблением и усвоением белковой части рациона пи-тания. Доля АКМ соответствует высокому уровню двигательной активности. ЗначенияСММ и %СММ свидетельствуют о хорошем физическом развитии. Положение марке-ров УОО, ОВО и отношения обхватов талии и бедер соответствуют норме. Избыточ-ный вес по %ЖМТ – нередкая ситуация для футболистов, испытывающих спорадиче-ские анаэробные нагрузки. Незначительное увеличение отношения обхватов талии ибедер указывает на отсутствие абдоминального ожирения и невысокий риск развитияметаболического синдрома. Рис. 7. Протокол исследования состава тела бодибилдераНа рис. 7 представлен протокол исследования состава тела 27-летнего бодибил-дера с резко выраженной гипертрофией мышечной массы. Абсолютные значения жи-ровой массы соответствуют норме, а относительные – “истощению” из-за высокого со-держания безжировой массы. Справа от графических шкал, над значениями процентаот средних, показаны перцентильные оценки относительно общей популяции. Рис. 8. Протокол фазового угла спортсменаИнформацию о состоянии метаболизма обследуемого также дает протокол фазо-вого угла, представленный на рис. 8. Верхняя диаграмма характеризует соответствиефазового угла и жировой массы диапазонам нормальных значений. Нижняя диаграммапозволяет учесть возрастные изменения интервала нормальных значений фазового уг-ла. На ней изображена соответствующая полу индивида популяционная кривая и кри-вые, ограничивающие область значений фазового угла в интервале плюс минус одностандартное отклонение. Значения фазового угла принято интерпретировать следующим образом: ФУ < 4,4° – высокая вероятность катаболических сдвигов; 4,4° < ФУ < 5,4° – гиподинамия; 5,4° < ФУ < 7,8° - норма; 7,8° < ФУ – повышенные значения, характерные для спорт-сменов. Низкие значения фазового угла встречаются у больных онкологическими забо-леваниями, при гепатите, СПИДе, циррозе печени, туберкулезе, и ассоциированы снизким периодом дожития. По величине фазового угла в спорте высших достиженийпрогнозируется предстартовая работоспособность спортсмена. 2. Протоколы динамических наблюденийАнализ динамических наблюдений позволяет оценить эффективность и коррек-тировать тактику тренировочного процесса спортсмена, прогнозировать изменения фи-зической работоспособности в результате пиковых нагрузок в соревновательный пери-од или вынужденного снижения физической активности после травм и заболеваний. Текущий протокол (рис. 9) генерируется программой с момента второго иссле-дования. Он содержит таблицу антропометрических и биоимпедансных параметров, гистограмму изменений от первого до заключительного исследования. Рис. 9. Текущий протокол биоимпедансных исследованийГрафическая форма отчета (см. рис. 10) генерируется программой биоимпеданс-ного анализатора после проведения третьего исследования и описывает динамику ак-тивной клеточной массы, жировой массы и общей массы тела. Дополнительно можетстроиться график изменений пяти произвольно выбранных параметров состава тела. Наиболее показательный набор параметров мониторинга для спортсменов включаетФУ, %ЖМТ, %СММ. Такое представление данных удобно для анализа тенденций из-менения параметров состава тела. В качестве примера на рис. 10 показан графическийпротокол изменений состава тела 19-летнего футболиста в период с 19.11.2008 по26.01.2009. На графике видно резкое увеличение %ЖМТ и снижение величины фазово-го угла в результате увеличения питания и уменьшения физических нагрузок в периодновогодних праздников. Снижение %СММ выражено менее заметно. Данный примерпоказывает высокую чувствительность метода к краткосрочным изменениям структур-ных (%ЖМТ, %СММ) и функциональных (фазовый угол) показателей, которые невоз-можно или достаточно трудно определить традиционными антропометрическими ме-тодами. Рис. 10. Графический протокол биоимпедансных исследований. Красным обозначеныизменения %ЖМТ, синим – фазового угла, зеленым – %СММРегиональные и полисегментные методики оценки состава телаОдин из способов биоимпедансных полисегментных измерений предполагаетразмещение пар токовых и потенциальных электродов на обеих руках и ногах анало-гично рис. 4. Автоматическое переключение измерительных и токовых цепей междуэлектродами дает значения импедансов рук, ног и туловища. Таким образом, в допол-нение к параметрам всего тела получают оценки параметров регионов тела и асиммет-рии конечностей (рис. 11). Эта информация может быть использована как в спортивноймедицине, так и в клинических исследованиях – например, для характеристики выра-женности локальных отеков конечностей. В полисегментных исследованиях оцениваются два дополнительных интеграль-ных показателя: объем циркулирующей крови (ОЦК) и масса висцерального жира. Рис. 11. Фрагмент протокола программы АВС01-0454 для полисегментных измеренийЗаключениеПроведенные отечественные и зарубежные исследования свидетельствуют овзаимосвязи физической работоспособности спортсменов и спортивных достижений споказателями компонентного состава тела [2, 15, 16]. Биоимпедансный анализ – наибо-лее распространенный метод исследования состава тела, дающий в руки тренеров испортивных врачей современный инструмент для объективной оценки и контроля со-стояния спортсмена. В представленной работе описаны физические основы метода иобщие подходы к анализу и интерпретации результатов обследования. В нашей сле-дующей публикации в журнале «Спортивная медицина: наука и практика» будет пред-ставлен обзор результатов исследований состава тела спортсменов с практическимирекомендациями по применению биоимпедансного анализа в спорте.Литература1. Heymsfield S.B., Lohman T.G., Wang Z., et al. Human body composition (2nd ed.). Champaign, IL: Human Kinetics, 2005. 533p. 2. Мартиросов Э.Г., Николаев Д.В., Руднев С.Г. Технологии и методы определениясостава тела человека. М.: Наука, 2006. 256с. 3. Николаев Д.В., Смирнов А.В., Бобринская И.Г. и др. Биоимпедансный анализ соста-ва тела человека. М.: Наука, 2009. 392с. 4. Мартиросов Э.Г., Руднев С.Г., Николаев Д.В. Применение антропологических ме-тодов в спорте, спортивной медицине и фитнесе: учебное пособие для студентов ву-зов. М.: Физическая культура, 2010. 119с. 5. Russell C.A., Elia M. Nutrition screening survey in the UK in 2007. British Association of Parenteral and Enteral Nutrition, 2008. 39p. 6. Thomasset A. Bio-electrical properties of tissue impedance measurements // Lyon Med. 1962. V.207. P.107-118. 7. Hoffer E.C., Meador C.K., Simpson D.C. Correlation of whole-body impedance with total body water volume // J. Appl. Physiol. 1969. V.26. P.531-534. 8. Janssen I., Heymsfield S.B., Baumgartner R.N., et al. Estimation of skeletal muscle mass by bioelectrical impedance analysis // Am. J. Clin. Nutr. 2000. V.89, N.2. P.465-471. 9. Segal K.R., Van Loan M., Fitzgerald P.I. et al. Lean body mass estimation by bioelectrical impedance analysis: a four- site cross-validation study // Am. J. Clin. Nutr. 1988. V.47, N.1. P.7-14. 10. Васильев А.В., Хрущева Ю.В., Попова Ю.П. и др. Одночастотный метод биоимпе-дансного анализа состава тела у больных с сердечно-сосудистой патологией – но-вые методические подходы // Сб. тр. науч.-практ. конф. “Диагностика и лечение на-рушений регуляции сердечно-сосудистой системы”. М., 2005. С.152-159. 11. Хрущева Ю.В., Зубенко А.Д., Чедия Е.С. и др. Верификация и описание возрастнойизменчивости биоимпедансных оценок основного обмена // Сб. тр. науч.-практ. конф. “Диагностика и лечение нарушений регуляции сердечно-сосудистой систе-мы”. М., 2009. С.353-357. 12. Шван Х.П., Фостер К.Р. Воздействие высокочастотных полей на биологическиесистемы: Электрические свойства и биофизические механизмы // ТИИЭР. 1980. Т.68, №1. С.121-132. 13. Cole K.S., Cole R.H. Dispersion and absorption in dielectrics // J. Chem. Phys. 1941. V.9. P.341-351. 14. Selberg O., Selberg D. Norms and correlates of bioimpedance phase angle in healthy human subjects, hospitalized patients, and patients with liver cirrhosis // Eur. J. Appl. Physiol. 2002. V.86, N.6. P.509-516. 15. Башкиров П.Н., Лутовинова Н.Ю., Уткина М.И. и др. Строение тела и спорт. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1968. 236с. 16. Stewart A.D., Sutton L. Body composition in sport, exercise and health. L.: Routledge, 2012. 232p. 

© 2013-2019 by MKS. All rights reserved. Данный сайт носит исключительно информационный характер и информация, размещенная на нем ни при каких обстоятельствах не является публичной офертой, определяемой положениями статьи 437 Гражданского кодекса Рф.