2 COMPONENTI

RESISTENZA

REATTANZA

BIOIMPEDENZA ELETTRICA

FONDAMENTO

IMPEDENZA : resistenza di un

conduttore al flusso di una

corrente alternata ed è composta

da due vettori

IMPEDENZA

RESISTENZA è l’opposizione al passaggio

della corrente alternata attraverso i liquidi

intra ed extra cellulari.

REATTANZA è l’opposizione al passaggio della

corrente alternata determinata dalle proprietà

dielettriche dei tessuti (è un indice della massa

cellulare corporea).

Matematicamente l’impedenza è espressa come:

Z = ( R2 +Xc2 )2

Per un cilindro la resistenza (R) è proporzionale alla lunghezza (L).

R è inversamente proporzionale all’area della sezione trasversale (A).

Volume è uguale

alla lunghezza per l’area

(L x A).

Conoscendo la resistenza e la lunghezza si può calcolare il volume.

BIA: Bioelectrical Impedence Analysis

V = pL2/R

Volume (V) = TBW or LBM, p = specific resistivity of the conductor,

L = length of conductor, R = tetrapolar measured resistance

ASSUNZIONI

1. Lunghezza standard (L)

2. Sezione area uniforme (A)

3. Conduttività omogenea (p)

V = pL2/R

V = pL2/R V = Ht2/Ruomo

Parametri statistici

Increasing lean body mass will

reduce resistance which is a positive change.

When your lean body mass increases

You will increase reactance which is positive change.

Arm-to-Leg Bioelectrial Impedance Analysis (BIA)

STEP 1

Total Body Water/Fat Free Mass = TBW/FFM

This marker refers to the hydration of the patient.

Must be higher than 69% for a test to be valid.

If <69%, patient should be put on hydration protocol and retested in 24-48 hours.

Higher is typically better

Accurate even when subject is significantly overweight

STEP 1 (CONTINUED)

TBW/Total Weight

Percentage of total weight that is water

Declines with age

Shows dehydration if person is significantly overweight.

STEP 2

Phase angle General indicator of cellular

health

Provides info on cell membrane potential at the tissue level

Cellular health tends to be

correlated to a person’s phase angleLance

Armstrong

Biomarkers 2000

• Portable

• Battery powered

• Highly accurate

meter

• Mini-computer

• Inkless printer

(thermal paper)

STEP 3

Intracellular Water

Healthy cells maintain their integrity and hold their fluid inside

>60% is optimal.

Changes with age

Extracellular Water

Water volume outside of the body cell mass

Higher values may be related to fluid retention

Tetrapolar Leg-to-Leg Bioimpedance System

Characteristics

• leg-to-leg electrode system

• 50 kHz ; 0.8 mA current

• stainless steel BIA electrodes

• current applied via anterior foot,

• voltage drop via posterior foot

BIA Scales

Foot & Hand

Advantages

1. Easy to use

Disadvantages:

1. Not portable

2. Cannot be used with

bedbound patients

3. Expensive

4. Accuracy depended on

manufacturer

BIA Handheld

Disadvantages:

1. Consumer use only

2. Only measures the top half of

the body

3. Not good in clinic situations

4. No ‘added value’

Advantages:

1. Quick

2. Cheap

Preparazione del soggetto

No attività fisica o sauna (8 ore prima della misurazione).

No alcol (12 ore della misurazione).

No diuretici (7 giorni prima della misurazione)

Non misurare se il soggetto ha la febbre o è umido

Non misurare le donne nel periodo mestruale

Misurare accuratamente altezza e peso.

Il soggetto deve essere supino (10’ prima della misurazione)

Il soggetto tiene le braccia a 30° dal corpo

le gambe sono separate

Rimuovere i gioielli nel lato ove si trovano gli elettrodi

BIA Testing Procedure

Recenti studi dimostrano cambiamenti nella composizione

corporea in donne in periodo premestruale (che non

prendono contraccettivi). Tale variazioni arrivano

all’ordine di 2 litri di TBW.

Anche la gravidanza produce aumento di TBW. In

particolare aumenta l’ICW a discapito della ECW,

soprattutto nell’ultimo trimestre.

Investigator Equation R2 SEE

Kushner et al. 1992 TBW = 0.59 (Ht2/R) + 0.065(Wt) +1.04 0.99 1.4 kg

(2 - 67 yrs)

TBW

FFM

Hootkooper et al. 1992 FFM = 0.61 (Ht2/R) + 0.25(Wt) +1.31 0.95 2.1 kg

(10 - 19 yrs)

How valid is BIA?

Hootkooper et al. Am J Clin Nutr 64 436s, 1996.

BIVA

• L'analisi vettoriale d'impedenza tramite

nomogramma Biavector (BIVA=bieletrical

impedance vector analysis) offre uno schema

interpretativo immediato circa lo stato idrico

e nutrizionale del soggetto. i valori bioelettrici

di Resistenza (RZ) e Reattanza (Xc) misurati

dallo strumento sono divisi per l'altezza del

soggetto (conducibilità/metro) e plottati sul

nomogramma.

An individual vector can then be compared

with the reference 50%, 75%, and 95%

tolerance ellipses calculated in the healthy

population of the same gender and race (R

Xc graph method)

Le ellissi di cui abbiamo parlato sopra non

sono altro che sezioni d’isodensità di

probabilità, parallele al piano RXc, ricavate

da una distribuzione gaussiana bivariata del

vettore impedenza.

La variazione d’idratazione, senza variazione

della struttura tessutale, viene visualizzata

lungo l’asse maggiore, se il vettore si accorcia

si va verso uno stato di disidratazione,

viceversa se si allunga si va verso

l’iperidratazione del paziente

A sinistra dell’asse maggiore cadono i

soggetti con tessuti molli più rappresentati,

cioè meglio nutriti rispetto ai soggetti con

vettori della stessa lunghezza che si cadono

nella parte destra.

Variazioni combinate d’idratazione e

nutrizione portano a migrazione del vettore

lungo entrambi gli assi.

BIVA: Limits

An individual vector can be compared

with the reference 50%, 75%, and 95%

tolerance ellipses calculated in the healthy

population of the same gender and race

SEG-BIASegmental-BIA is performed by either placing two additional electrode on

wrist and foot on the opposite side, or by placing sensor electrodes on

wrist, shoulder (acromion), upper iliac spine and ankle.

The trunk of the body contributes only as 10% to whole bodyimpedance;

This implies three aspects :

(1) Changes of the impedance are closely related to changes of the FFM

(or muscle mass or body cell mass (BCM)) of the limbs;

(2) Changes of the FFM of the trunk are probably not adequately described

by whole body impedance measurements;

(3) Segmental BIA must be used to determine fluid shifts and fluiddistribution in some diseases (ascites, renal failure, surgery), and may behelpful in providing information on fluid accumulation in the pulmonaryor abdominal region of the trunk (PD?)

ANALISI SEGMENTALE

Gli elettrodi iniettori vanno posizionati sempre alla base delle

dita della mano e del piede, mentre gli elettrodi sensori possono

essere posizionati in varie parti, come: il polso, il gomito,

l’acromion (spalla), la spina iliaca antero-superiore, il ginocchio

e la caviglia.

Per esempio, per la misurazione del tronco gli elettrodi sensori

vanno posizionati nell’acromion e nella spina iliaca antero

superiore

L’uso dell’impedenza di singoli segmenti corporei non è

precisa nella stima della composizione corporea totale.

Può essere utile in alcuni casi:

• Nei bambini e adulti con alterata morfologia corporea

• Nel monitoraggio della composizione corporea in

pazienti costretti a letto

• Difficile accessibilità dei siti per il posizionamento

elettrodi

Plicometria

pliche D Fat%

1 volta al mese

Presenta valori di

riferimento

Parte dalla misurazione

del grasso sottocutaneo

(1/3 del totale)

Impedenziometria

Z H2O FFM

Anche 1 volta alla

settimana ma solo per

monitorare l’acqua

Misura la massa magra

totale

Le due metodiche sono complementari, ma non sovrapponibili

BIA non adatta per i soggetti che hanno placche metalliche di stabilizzazione vertebrali.

I soggetti che possiedono pacemaker possono sottoporsi all’analisi BIA, ma sotto monitoraggio medico.

Vantaggi: grazie al calcolo dell’angolo di fase, può

essere utilizzata anche in casi di condizioni fisiologiche

alterate o patologie quali: trapianti di cuore, fegato e

polmone, anoressia nervosa, anziani, deperimento

dovuto ad AIDS, patologie croniche renali, diabete e

cancro.

Svantaggi: non è stata validata alcuna equazione

specifica per pazienti con BMI estremi (<17 o >33,8) o

con alterata idratazione.

Ma visti i costi e la semplicità d’uso continua ad essere

una delle tecniche più utilizzate

NIR (interattanza all’infrarosso vicino)

Il Futrex emette una luce vicino all’infrarosso (938 e 948 nm) che penetrano i tessuti fino a

una profondità di 4 cm. Il grasso corporeo assorbe la luce, la massa magra la riflette.

Near-Infrared Interactance (NIR)

Absorptiometry of infrared Light.

Process:

1. Single site (anterior of bicep)

2. Wand delivers low-energy near-infrared

light

3. Wand measures intensity of re-emitted light

4. Uses mass % height to calculate % BF

Near-Infrared Interactance (NIR)

Advantages of infrared Light.

• Easy

• Quick to perform

• Low risk

• Low cost

• Non Invasive

Near-Infrared Interactance (NIR)

Disadvantages:

Not representative

Questionable validity

Low accuracy

of whole body composition

Skill

Not suitable for Very lean / obese

Equazione

Sembra che tale equazione sottostimi il grasso corporeo in modo sistematico del 2-10%

Il TOBEC

(Total Body Electrical Conductivity)

Come il BIA, si basa sulla conducibilità dei tessuti, ma il flusso di corrente elettrica è generata da un campo elettromagnetico

DEXA (Dual Xray Absorptiometry )

DEXA: Dual-Energy X-ray Absorptiometry

Vengono usati due livelli di raggi

Il tessuto osseo attenua il passaggio, mentre i tessuti molli

vengono da essi attraversati. Viene generata un’immagine

computerizzata.

Alcuni risultati con il DEXA

DXA Lumbar Spine Measurement

DXA for Whole Body Composition

Metodi pletismografici: Bodpod

Metodo del Bod-pod

D= Massa (peso)/ volume

Correlazione con la pesata in immersione: r= 0,96

The BOD POD offre:

• Accuratezza e precisione della determinazione della

composizione corporea

• Rapidità di utilizzo (circa 5 minuti).

• Possibilità di adattarlo a tutta la popolazione (incluso

bambini, anziani e disabili).

• Possibilità di utilizzarlo per gli obesi (fino a 220 kg)

• Metodica non invasiva.

• Facilità di utilizzo.

Per i bambini: Pea Pod

Gold standard~ specialist usePortable methods~ daily use

Hierarchy of Accuracy BM

I

Infr

a

red S

kin

Fold

calli

pers

Tetr

apolo

r BIA

Air-d

ispla

cem

ent

Ple

thysm

ogra

phy

(Bodpod)

Dexa~

Dual-

Energ

y X

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Un

der

wat

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wei

ghin

g

Dual Conta

ct B

IA

Risonanza Magnetica Nucleare (RMN)Basata sull’interazione tra gli atomi di H e i campi magnetici. Protoni e neutroni

assorbono energia e la riemettono in funzione della composizione del tessuto.

RMN Scanner: 1.5 Tesla “Open” RMN

RMN Mobile

Immagini della Risonanza Magnetica (MRI)

Ross et al., J Appl Physiol 72:787-795, 1992

Image 1 Image 45

Tomografia Assiale Computerizzata (TAC)

Con l’emissione di Raggi X permette di osservare sezioni trasverse del corpo umano. Utile per la valutazione della distribuzione del grasso. Per definire l’obesità il sito migliore è tra la L4 e L5.

Utile per la determinazione della massa muscolare del braccio e della gamba. Differenze significative con i metodi antropometrici.

ULTRASUONI

Le onde sonore ad alta frequenza attraversano i tessuti omogenei, ma una porzione dell’energia emessa viene riflessa ad ogni interfaccia tra i diversi tessuti. L’onda riflessa viene poi trasformata in segnale elettrico. In base al tempo tra la trasmissione e il ritorno viene calcolato lo spessore del pannicolo adiposo

Negli obesi può sostituire efficacemente la plicometria

Dosaggio dei cataboliti muscolari (creatinina)

Si misura l’escrezione urinaria della creatinina nell’arco delle 24 hLa creatinina deriva dalla degradazione (più o meno costante) della creatina, che si trova principalmente nella massa muscolare.La creatinuria ci dà un’indicazione della quantità totale di creatina e quindi di massa muscolare.Ogni grammo di creatinina nelle urine delle 24 h corrisponde a 17,9-20 kg di muscolo scheletrico.

FFM= (29,08 x creatinuria g/die) + 7,38

Metodo del potassio (K)

FFM= TBK/68,1

Il K è costante in tutti i tessuti (2,5g/kg), ma i grassi di riserva ne sono privi. L’isotopo 40K è naturalmente presente nell’organismo.

Metodo del Calcio (Ca)

Attivazione neutronica ritardata

48Ca + n 49Ca

-

Attivazione neutronica immediata:

misura dell’azoto (N)

14N + n 15N (inst) 15N (stab) +

Vantaggi e svantaggi delle metodiche più utilizzate

Precisione Velocità Sicurezza Specificità x

popolazione

BOD POD ***** ***** ***** ***

DEXA ***** *** ** **

PESATA

IDROSTATICA

***** * *** **

BIA * ***** *** ****

PLICOMETRI

A

* *** ***** *****

BMI * ***** ***** *