生物电阻抗分析(BIA)和身体组成分析


医生只用身体质量指数(BMI)来充分分析病人的健康状况和身体组成是不够的。
脂肪、水、和其他潜在的躯体疾病 是不包括在身体质量指数之内的。
这就有足够的理由使Medeia开发我们想要的 – 测量病人身体组成的新设备 – “BCA” (身体组成分析仪). 作为 QBioscan的一个组成部分, 它会按照很高的医学水平生成所有的这些测量数据。

因此我们就有这样的一个工具:在20秒之内能确定脂肪量、细胞外也和细胞内液、和骨骼肌质量,所有的有助于精确评估病人的基本评估信息。简单,便于使用,精密度高,这款设备可很方便地与您的体检日常工作融为一体。

为了使QBioscan成为满足医院和其他医疗工作环境的最优医疗身体组成分析仪,我们远远超出了许多技术要求,并考虑了很多对医务人员和患者重要的、有价值的优势和优点。 我们知道,使用起来必须快捷方便,而测量结果必须在正常的医疗工作环境下能够复制。 这就是我们设计QBioscan的由来。

QBioscan为医生和其他使用者提供了无数的诊断选择。分析模块提供准确的比率,例如细胞外液和细胞内液、脂肪质量和体重。而且它还为医生提供疾病的指征,无需再要额外的检查诊断。图示结果是它的另一个好处。 它提供一个总结和概述并有助于可视化数据。

能量
QBioscan的能量模块提供的体内能量的储存的信息。它不仅计算静息能量和总能量消耗,而且除了绝对值,它还显示脂肪量体重的相对比值。

• 体内能量储存
• 脂肪质量 (FM/%FM)
• 总能量消耗 (TEE)
• 静息能量消耗 (REE)

液体
液体模块提供全身水的结论,和细胞外和细胞内的水的详情。 利用生物电阻抗矢量分析,病人体内的液体状态可以用图形表示出来。 如果细胞外的水的比例特别高,这可能是病人身体留水的指征。

• 身体总水量 (TBW)
• 细胞外液 (ECW)
• 水合 (HYD) = 细胞外液/ 细胞内液
• 生物电阻抗矢量分析 (BIVA)

功能/复原
通过功能/复原模块,可测量病人的健康和新陈代谢活动,也可以跟踪锻炼过程。 Medeia还开发了身体组成表(BCC),有助于分析整个身体的组成。 它利用坐标系来描述脂肪量指数的测量点。

• 去脂体重 (FFM)
• 脂肪量 (FM/%FM)
• 脂肪量指数 (FFMI/FMI)
• 骨骼肌体积 (SMM)

健康风险
来确定病人的健康预后情况, 健康风险模块及其相角提供身体细胞和整个生物体健康的结论并将其在生物电阻抗矢量分析呈现出来 。 这个模块还评估脂肪量指数(FMI)和无脂质量指数(FFMI),并在身体组成表中标绘出来。

• 相角 (f)
• 水合 (HYD) = 细胞外液 (ECW)/ 细胞内液 (ICW)
• 生物电阻抗矢量分析 (BIVA)
• 脂肪量指数(FFMI/FMI)

什么是体质?


人体所必需的元素被称为身体成分,被分成两类: 瘦体重和体脂。 前者包括肌肉、身体水、蛋白质和矿物质。人体水又分为细胞内液和细胞外液。细胞通过细胞内液和血液、淋巴液等等扩大其容积,是细胞外液的组成部分,而细胞内液和代谢活跃的组织之和可确定为体细胞群。

基本营养素


人体的元素包括蛋白质、水、脂肪、矿物质和其他重要的按一定比率构成的成分。 健康的人身体成分是平衡的,不健康的人的平衡是不稳定的。 分析和评估身体成分的平衡的可能性是评估代谢状态一个重要的一步, 使用可将它作为一个肥胖和水肿和蛋白缺乏性营养不良的指数。 作为基本的体检检查工具, 人体成分分析仪可通过早期发现不平衡的身体成分用于预防和治疗疾病,。

身体成分的配置



细胞内液 + 细胞外液 = 体内水分
体内水分 + 蛋白质 = 软肌肉
软肌肉 + 矿物质 = 瘦肉组织
瘦肉组织 + 体脂量 = 体重

瘦肉组织 + 体脂量 = 体重。
有一个身体成分结果表,通过比较实际的身体成分和标准身体成分来评估结果, 评估为不足/恰好/超过。 标准身体成分范围值放在 [ ]里。

历史


生物电阻抗分析法有很长的历史,可追溯到1786年。当时意大利物理学家Galvani用青蛙做了组织结构试验并观察到电流对它的影响。 他当时没有进一步发展他的研究使之更明确。所以直到1960年左右,这一课题才又受到重视。

法国医生Thomasset确信他可以通过电阻反映人体体液构成。 因此,在1962年,他和他的同事们开发了第一台阻抗分析仪来测量生物组织。

美国科学家Nyboer最终能够证明阻抗值确实能让我们得出我们身体成分的结论。 到了大约1970年,他奠定了今天被称为阻抗分析的现代形式的基础。到了1980年代,生物电阻抗分析最后得以确定命名。 此后,很多类似的诊断方法被开发出来, 但是这一方法却得以保留到今天,并得到世界广泛的接受和认可,并在人类学和营养要学被很多不同的领域采用,并变得越来越重要。

世界各地的专家现在借此机会经常在美国国立卫生研究院的国家卫生研究院召开共识会议生物电阻抗分析, 分享和交流他们的经验,是这一课题继续进一步发展的标志。阻抗分析的使用是一个可靠的、简单,极具成本效益的方法, ,为医护人员提供机会做鉴别诊断。许多应用于不同领域的设备和软件不停地开发出来,保证不断改进的精密度和安全性,形成了客观和长期地治疗的基础。

生物电阻抗分析测量参数


阻抗

交流电生物导体的总电阻被称为阻抗,但是到目前为止我们只研究过阻抗Z。阻抗有两个组成部分:
1. 阻抗R, 含有电解质的身体总水量的纯(ohms)阻抗以及
2. 电抗 Xc电容电阻, 因为体细胞似电容器的特性,才会有它的存在。

通过测量相角,是有可能确定和区分阻抗的这两个组成部分的。

相角

现代生物电阻抗分析设备拥有相敏电子装置,这样就能使您可测量到总阻抗并区分阻抗和电抗。
测量的公式是以此为基础的:交流电路中的电容器会导致时间延迟,意思是电流的最大值在时间上先于电压最大值。 在体内, 每个新陈代谢活跃的细胞在细胞膜有一个约50 - 100 mV的电位差, 这个电位让细胞像一个交变电场中的球形电容器那样工作。 交流电有一个而窦性波 ,所以这个转换是以 °(度)来测量的,被描述为一个相角f(φ)或(α)。
用更直观的方式来解释一下 – 你将会看到有稳定膜电位的滋养好的、“丰满”细胞的大相角, 而营养不良的“枯萎”的细胞膜电位低、相角小。
与体细胞群直接成正比例的相角在50 kHz的频率时最重要。 纯净的电解质水的相角为0度, 一个真正的细胞膜质量会有一个90度相角。 与体细胞群的细胞相反, 脂肪细胞几乎没有任何代谢活动,不能被相位敏感测量检测到,因为它们的膜电位最小。脂肪细胞是纯粹的存储细胞。
相角是细胞的膜完整性的一般测量。 它提供关于细胞的状态和患者身体的总体况。作为直接的测量参数或“基本值”,它不容易犯受测量技术所导致的问题影响的错误。

多频测量

在生物导体的电阻中,频率起着重要的作用, 例如,非常低范围的频率(范围在1到5 kHz(千赫兹))穿越细胞膜时有很大的困难,因此只能在细胞外群复制, 这意味着他们实际上没有电抗部分。 这就是为什么为了能够计算细胞外液(ECW),应使用多频的缘故。 随着频率的增加,相角和相应的电容电阻(电抗)也增加。最大频率达到约为50千赫。 更高频率将导致电阻和电抗再次降低。 Cole在1968年定义了频率和电阻之间的关系,所以 图形表示的电阻和电抗在不同频率之间的关系称为Coleplot。
通过评估细胞外群细胞外液和体细胞群在质量上的变化,多频分析的使用改进了区分细胞损失还是失水的区分度。
这个办法尤其有益于瘦体重水化等级改变的患者、重病患者如心衰竭或肾衰竭 、水肿患者和需要严格监测水平衡(透析、静脉营养)的疾病患者。 多频分析有许多优点。

电阻

与身体总水量成反比, 电阻R是交流电导体的纯电阻。 脂肪的电阻大。瘦体重是很好的电流导体, 按比例,它需要大量的水和电解质。
在健康、体重正常的人中,电阻是计算身体水分的一个很好的手段, 它95%从人的四肢产生。因此四肢的灌注和液体成分的作用很关键并解释偶尔发生的阻力的超比例的变化。 它的产生是由于外部条件的影响, 如周围的温度和气压等, 以及内部因素,如疾病和身体活动导致的充血等。所有的这些条件影响四肢的含水量。 这也可能发生在非常低的含水量的四肢(由高压或寒冷引起)。 用这种计算方法测量电阻的结果将很大程度上高于正常范围。 身体的水和瘦体重往往会过低,脂肪也会被计算得太高。
在另一种情况下,如果在四肢血液循环增加或堵塞,阻力会向下转移。 身体水和瘦体重就会太大,体脂的计算就会在结果中显得太低。
不要忘记的很重要的一点是,人体从来不是静止的,而是在动态系统的帮助下运行,身体水分每小时每天都在变化。 每个生物电阻抗分析当前的结果因而只能是动态系统和某时情况下的一个快照。 这就是为什么几个重复和反应测量将会提供更精确的画面并改善身体成分的测量结果。

电抗

电容器对交流电产生的阻力叫电抗Xc。因为有脂蛋白层,身体所有的细胞膜都如微型电容器那样工作,因此电抗是对体细胞群的评估。

总则


生物电阻抗测量 (BIM) 这个术语代表各种 使用电流 传统和新的非侵入性手段和技术。 在 一个或多个表面电极的帮助下,一旦合成电能脉冲通过,很少量的电流被激活并在放置在身体其他地方的表面电极上被检测到。
当它快速经过身体的不同生理区域时,电压会下降。 电流在通过不同的区域时会遇到这些区域里的液体和组织固有的阻抗或阻力, 其中有细胞内空间、淋巴系统、血液等。 电压的下降提供了关于电流所经过的这些区域的物理特性的间接信息。

交流电生物电阻抗分析 (BIA):

目前在市场上的各种交流电生物电阻抗分析型号中,大多数只用来间接测量全身水和估计身体的脂肪含量。 生物电阻抗分析利用交流电做为最常用的测试方式。各种测量系统的复杂性和设计大不相同,其强度、频率和电流也很不一样。 对于患者来说,通到身体的电量一般探测不到,而且远远达不到损害细胞或组织的地步。 一旦电流达到或超过50千赫,它们一定会通过细胞外以及细胞内的空间, 各种交流电生物电阻抗分析研究已经证实了这一点。
一旦以50 KHz的频率将电流发送到主动触觉电极, 其强度使系统测量另外两个被动触觉电极之间的电抗和电阻(四极模式)。



生物电阻抗分析及其计算参数取


身体总水量(TBW)


阻抗测量提供一个组织中电解质水含量相当精确地全景。 刚刚饮用而未被吸收的水测量不到; 腹水也一样,因为它是不瘦体重的一部分。 但是静脉注射的液体会被立刻测量到。

正常值范围 - 男性: 50 - 60 %
正常值范围 - 女性: 55 - 65 %
肌肉很发达: 70 - 80 %
肥胖: 45 - 50 %

身体总水量分布
细胞外: 身体总水量的43 % (细胞间、 间隙水、 淋巴液、血清)
细胞内: 身体总水量的57 %

要测量身体的含水量,必须分析体细胞群,主要存在于肌肉里。细胞外群/体细胞群的比值增大可以成为探测到沉积水的一个潜在条件,而细胞组分百分比的下降也可说明有积水。



瘦体重 (LBM)


瘦体重在很大程度上是由内部器官、肌肉、骨骼系统和中枢神经系统,指不含脂肪的组织质量。这些器官系统,尽管在形态上截然不同, 但包含匹配功能结构。
所有这些器官系统都包含基质和细胞外液,支持代谢交换和基质运输,并由体内执行合成和代谢的细胞构成。
Pace和Rathburn (1945) 的定义是瘦体重含有73%的水,因此两者的计算如下:

瘦体重 = 身体总水量/0.73

这个公式所基于的假设是,瘦体重有正常和持续水化值,而且测试地区人口健康。 但是儿童体内水含量是较高的,而且特殊情况下的水测量也有不同的值: 例如全身水肿,水含量已经到了85%,所以较高;而在脱水病中则较低:67%(Shizgal 1981)。
水肿和重症监护室的病人的瘦体重水化是病态的,可收集体细胞群、瘦体重、和细胞外群非正常的计算值,- 次级参数 - 而且将会让生物电阻抗分析的测量评估更加困难。考虑初始的电阻、相角、和电抗会有助于这些问题的处理。
瘦体重包括两部分。 一部分是体细胞群,也叫生物运动肌, 另一部分是结缔组织和传输介质, 和细胞外群。

体细胞群 (BCM)


人类有机体需要的所有组织在一定程度上需要身体细胞群,而积极参与 代谢的所有细胞总和叫体细胞群。 它首先是一个解剖学上的定义,其次才是功能上的定义。 它包括内部器官所有的细胞, 而肌肉所占的体细胞群的百分比最大。 但是低纤维细胞含量的结缔组织只占全部体细胞群的很小的百分比, 而脂肪细胞,由于它们的能量代谢低,所有不被认为体细胞群的一部分。 所以,脂肪细胞的总和在体内形成自己的间隔。
体细胞群包括以下组织形式: 平滑肌、骨骼肌系统细胞、内部器官、心脏肌肉、血液、胃肠道、神经系统和腺体。
因为所有的身体代谢功能都在体细胞群的细胞内部完成, 体细胞群是分析病人营养状态的主要标准。 它也用作确立身体的热量需求的评估和能量消耗的标准规范。
除了分解代谢,体细胞群还执行合成代谢的工作,包括保持细胞外群的合成和细胞结构: 例如,运输蛋白质和酶、结缔组织纤维的形成、软骨组织和骨骼。
身体细胞团只是瘦体重的一个组成部分, 许多因素, 如年龄和身体状况或遗传(体质类型)都在体细胞群中发挥作用。
瘦体重体细胞群百分比较高的多见于运动量大的年轻人,例如竞技性运动员。 他们的肌肉在身体成熟的时候受到锻炼, 因此在这个群体中这个较高的比例一般终生都有(持续肌肉细胞的肥大)。 在竞技运动员中,体细胞群可高达瘦体重的60%。 年龄也是体细胞群的一个因素。 例如在儿童和年轻人中, 他们还没有完全发育,他们只有不到50%。 身高增长完成后,肌肉细胞做后分化,一个营养正常的成人,其瘦体重中有50%以上的体细胞群。 随着年龄的增长,又有了变化,体细胞群体力活动的减少或没有体力活动而开始变小,最后经常是在40-45%固定下来。 但是如果上年纪的人锻炼较多,他们可将体细胞群保持在一个较高的水平。
一般认为瘦体重中的正常体细胞群比例是:在18-75岁的男性是53-59%;女性是50-56%。这是瘦体重中体细胞群的最佳比例。 在评估身体组成的简便的测量方法中, 只有相敏感的生物电阻抗分析可看成是可以确定体细胞群。 维持体细胞群应成为任何营养疗法的主要目标。
应当牢记,即使在饮食中,体细胞群损失 – 即便有必要的话- 也应当绝对不要超过20%,因为身体补偿体细胞群时要比损失时缓慢得多。比如比减肥之后的增加体重要缓慢得多。 因为生物电阻抗分析中体细胞群的减少是体细胞群真正的重大损失,所以也可能会有暂时的细胞内液损失。
这就是为什么只有当相角下降的时候才会有体细胞群的真正损失,同时,细胞密度的百分比和电抗也下降。

细胞外群 (ECM)


细胞外群(ECM)是存在于体细胞群细胞之外的瘦体重。
皮肤、弹性蛋白、胶原蛋白、肌腱、骨骼和筋膜是确定的细胞外群结缔组织结构, 其液体部分包括血浆、间质和细胞间液体。 细胞间液体是指体腔的液体, 例如胃肠道腔和脊髓液中的液体, 而非生理细胞间液体是腹水或心包或胸膜腔积液。
大约95%的电阻抗是在四肢里测量到的,躯干只有身体水总电阻抗的5%,而细胞间水是生物电阻抗分析测量不到的。
例如,在5升的腹水中,躯干的阻抗只有几欧母的变化,而整个阻抗基本上不受影响。 因为体重不同而导致的脂肪量的区别一般不会引起阻抗的变化,所以腹水或怀孕导致的体重增加的生物电阻抗分析测量按脂肪量变化计算。

细胞外群/体细胞群比指数


因为体细胞群在健康人中的瘦体重总是比细胞外群大很多,所以这个指数总是小于1。
细胞外群/体细胞群比指数的上升是营养状态的一个早期指征,说明营养受到了影响并且在变坏。 体细胞群降低说明是早期的营养不良。 这会伴随着细胞外群的上升,而体重和瘦体重保持不变。

细胞外群/体细胞群比指数上升有3个原因:
a. 体细胞群的分解代谢:
各种分解代谢变化后,通常会有体细胞群的减少。 为了维持身体总水量的稳定,身体通过在细胞外群中储藏水来补偿。
b. 胰岛素过多造成细胞外群水沉积 :
慢性的胰岛素过多和代谢综合症会引起钠和水在细胞外群的潴留。
c. 细胞外群水沉积的其他原因:
即使没有体重的变化,细胞外群中的水沉积也是有可能的,例如在体细胞群的分解代谢的过程中或者有伴随性的水损失时。 在这些情况下,细胞外群/体细胞群比指数是最敏感的参数。

体脂肪 (BF)


体脂肪是交流电的绝缘体。它的密度是0.9 g/cm3, 很少有体细胞群细胞一般的特性,几乎没有任何电容电阻(电抗)。 体重和瘦体重之间的差被计算成体脂肪。

(%)-细胞分数


瘦体重是定义其整体细胞外群和体细胞群的术语,而后两者功能、质量、和形态上紧密相连。
体细胞群细胞战瘦体重的百分比是评估身体生理和营养状况的测量单位。 称为细胞百分比,这是测量人瘦体重的一个很好的限定词。

男性细胞百分比正常范围: 53% - 59%
男性细胞百分比正常范围: 50% - 56%.

在细胞外水分过多或者营养不良时,百分比较低。 在没有明显水肿的情况下,如果细胞百分比低于这些指导值,说明营养不良。 在有遗传性疾病并伴有肌肉萎缩症的病人中百分比也低。
在评估营养不良的阶段时,降低的细胞百分比会提供重要线索。

人类有机体激活糖稳态的细胞内蛋白质,一旦摄取了食物或者营养缺乏的时候,就从中制造糖。 细胞内蛋白质损失导致细胞体积的缩小,但是同时细胞外区体积增大。 这是由蛋白结合的细胞内液的释放造成的。在这种情况下,体细胞群和细胞外群以相反的方式反应,引起细胞百分比不成比例地急剧下降。
另一方面,很多年的体育锻炼或者训练将会使细胞百分比升高。
这同样适用于体力活动量高的人 – 细胞百分比上升。 早期从事体育运动会有长久的效果, 因为只要这个人还活着,她/他的细胞百分比测量就会高, 甚至在不运动之后还会高。成年以后开始的娱乐性运动对提升细胞百分比基本上没有效果, 在专业的运动训练中,细胞百分比上升得也非常缓慢。

坐标系统和容受区间


生物电阻抗矢量分析 (BIVA)是A. Piccoli教授开发的对身体阻抗作出更好解读的图形化显示手段。它利用有容受区间的坐标系 对人体阻和脂肪质量指数作图形显示。QBioscan利用这一显示原理并利用它通过传统的方式以数值、百分位曲线和柱形图的手段显示其评估模型。 而且Medeai公司的最新设备开发还包括对体脂量指数作出解读。

生物电阻抗矢量分析(BIVA)


生物电阻抗矢量分析是由A. Piccoli概述出来的对身体的电阻抗的图形显示,在坐标系中显示出来的患者的电阻抗是一个测量点:

欧姆电阻(R)在X轴,电容电阻(Xc)在纵坐标轴。R和 Xc 都被看作相对于体型的大小(电导体的长度)的两个尺寸。
利用这一矢量图形来检查先证者可以同时分析他/她的体细胞群--Xc及其身体的总水量 – R. 在Y轴上的差异意味着体细胞群增加或减少, 平行于X轴的测量的变化点(R,Xc)指示流体体积的变化。

坐标系象限具体如下:

• I: Xc 高, R 高 = 更低比例的水
• II: Xc 低, R 高 = 更高比例的细胞
• III: Xc 低, R 低 = 更低比例的细胞
• IV: Xc 高, R 低 = 更高比例的水

可以将患者的测量值与参考值加以比较是生物电阻抗矢量分析的另一个优点。
容受区间为50%、75%和95%的百分位数,并记录在坐标系统中。



脂肪量指数 (FFMI AND FMI)


A. Piccoli教授的系统也可用于视觉表达脂肪量指数。 根据 Schutz等人的研究,无脂肪量指数(FFMI)和脂肪量指数(FMI)是在4种典型的情况下图形显示的:

坐标系象限具体如下:

• I: 无脂肪量指数高, 脂肪量指数 高= 肌肉发达
• II: 无脂肪量指数 低, 脂肪量指数 高 = 肥胖
• III: 无脂肪量指数 低, 脂肪量指数 低 = 长期能量不足
• IV: 无脂肪量指数 高, 脂肪量指数 低 = 肌肉不发达

而且无脂肪量指数 (X 轴) 和脂肪量指数 (纵坐标轴)也显示在坐标轴上。容受区间为50%、75%和95%的百分位数,并记录在坐标系统中。