Мартиросов Э.Г., Николаев Д.В., Руднев С.Г. Технологии и методы определения состава тела человека

Подождите немного. Документ загружается.

Таблица 4.2. Некоторые формулы для оценки общего содержания воды в организме, внеклеточной

жидкости, безжировой массы тела и массы скелетной мускулатуры на основе биоимпедансного анализа

[(Baumgartner, 1996), с добавлениями]

Возраст Кол-во, Формула Станд. Ссылка

(лет) пол ошибка

Формулы для оц енки ОВО , одночастотный метод (50 кГц)

4–7 дней 17 235,8(МТ·ДТ

/R)+567 0,76 л Mayfield et al., 1991

<3 65 0,67(ДТ

/Z)+0,48 0,36 л Fjeld et al., 1990

5–18 14ж,12м 0,60(ДТ

/R)−0,50 1 ,69 л Davies et al., 1988

35–65 67ж,72м 0,24(ДТ

/R)+0,172МТ+0,165ДТ+0,039(Пол·МТ)−17,577 3,47 л Heitmann, 1990

19–65 20ж,20м 0,556(ДТ

/R)+0,0 96МТ+1,73 1,75 л Kushner, Schoeller, 1986

19–42 37м 0,63(ДТ

/R)+2,03 2,03 л Lukaski et al., 1985

20–73 28ж,25м 0,372(ДТ

/R)+3,05Пол+0,142МТ−0,069Возраст 1,61 л Lukaski, Bolonchuk, 1988

19–61 20ж,88м 0,484(ДТ

/R)+0,144МТ+1,356Пол+0,105X

−0,057Возраст 1,53 л Zillikens, Conway, 1991

Формулы для оц енки ОВО , одночастотный метод (50 кГц)

10–14 41ж,53м 0,83(ДТ

/R)+4,43 2,60 кг Houtkooper et al., 1989

7–15 166 0,406(ДТ

/R)+0,36МТ+5,58ДТ+0,56Пол−6,48 1,68 кг Deurenberg et al., 1 991

7–25 140м 0,156(ДТ

/R)+0,646МТ+0,475ОП−0,116СГ−0,375ПМ−2,932 2,31 кг Guo et al., 1987

7–25 110ж 0,182(ДТ

/R)+0,682МТ−0,185СГ−0,244СТ−0,202ПЛ+4,338 2,23 кг Guo et al., 1987

17–59 41ж,34м 0,363(ДТ

/R)+0,214ДТ+0,133МТ−5,619Пол 3,06 кг Segal et al., 1985

17–62 10 69м 0,0013ДТ

−0,044R+0,305МТ−0,168Возраст+22,668 3,61 кг Segal et al., 1988

17–62 498ж 0,0011ДТ

−0,021R+0,232МТ−0 ,0 68В озраст+14,595 2,43 кг Segal et al., 1988

111

Таблица 4.2: продолжение

Возраст Кол-во, Формула Станд. Ссылка

(лет) пол ошибка

18–50 67ж,84м 0,756(ДТ

/R)+0,11МТ+0,107X

2,06 кг Lukaski et al., 1986

16–83 661 0,34(ДТ

/R)+15,34ДТ+0,273МТ+4,56Пол−0,127Возраст−12,44 2,63 кг Deurenberg et al., 1991

22–94 141ж,202м 0,518(ДТ

/R)+0,231МТ+0,130X

+4,229Пол−4,104 1,72 к г Kyle et al., 2001

65–83 37ж,35м 0,36(ДТ

/R)+0,359МТ+4,5Пол−0,20ОГ+7,0 2,50 кг Deurenberg et al., 1990

65–94 63ж,35м 0,28(ДТ

/R)+0,27МТ+4,5Пол+0,31ОГ−1,732 2,47 кг Baumgartner et al., 1991

Формулы для оц енки МСМ, одночастотный метод (50 кГц)

18–86 158ж,230м МСМ=0,401(ДТ

/R)+3,825Пол−0,0 71Возраст+5,102 2,7 кг Janssen et al., 2000

Формулы для оценки ОВО и ВКЖ, двухчастотный метод

19–64 36м ОВО=0,455(ДТ

100

)+0,14МТ+3,43 2,64 кг Segal et al., 1991

ВКЖ=0,284(ДТ

)+0,112МТ−6,115 1,94 кг

19–65 20ж,40м ОВО=0,297(ДТ

224

)+0,147МТ−3,637Пол+14,017 3,58 кг Van Loan et al., 1992

ВКЖ=0,099(ДТ

224

)+0,093МТ−1,396Пол−5,178 1,06 кг

19–52 27ж,33м ОВО=0,483(ДТ

100

)+8,4 2,27 кг Deurenberg et al., 1994

ВКЖ=0,229(ДТ

)+4,5 1,14 кг

ОВО — общая вода организма; БМТ — безжировая масса тела; ВКЖ — внеклеточная жидкость; МСМ — масса

скелетной мускулатуры; R — активное сопротивление (Ом); Z — полное сопротивление (Ом); X

— реактивное

сопротивление (Ом); ДТ — длина тела (см); ОП — окружность предплечья (см); ОГ — окружность голени (см);

ПЛ, ПМ, СГ, СТ — толщина подлопаточной, подмышечной кожно-жировых складок, а также складок на голени и

трицепсе соответственно (мм); МТ — масса тела (кг); Возраст (лет). Ве личина Пол принимает значения 0 (ж) или

1 (м). Нижние индексы при R и Z в формулах для ОВО и ВКЖ обозначают частоту тока, при которой измерялись

соответствующие показатели.

112

и увеличением доли разрушенных клеток в организме. Наоборот,

повышенные значения ёмкостного сопро тивления отражают более

высокое функциональное состояние клеточных мембран и, следо-

вател ьно, самих клеток. На основании этого полагают, что чем

больше величина ϕ, тем лучше состояние организма. Повышен-

ные значения X

отражают более высокое содержание активной

клеточной массы и трактуются в спортивной медицине как свиде -

тельство тренированности (Lukaski et al., 1990). У мужчин и жен-

щин общей популяции установлена значимая о братная корреляция

величины фазового угла, измеренного для ног, туловища и всего

тела, с процентным содержанием жира в массе тела (%ЖМТ), и,

кроме того, у мужчин — высокая корреляция с величиной процент-

ного содержания безжировой массы (%БМТ), определяемой мето-

дом гидростатической денситометрии (Baumgartner et al., 1988).

Отметим следующие результаты изучения величины фазового

угла для различных популяций:

1) существует высокая корреляция между величиной ϕ и мас-

сой тела, а также обхватом бицепсов у детей с нормальным питани-

ем (r=0,82 и 0,90, соответственно); дети с пониженным питанием

имели более низкие значения ϕ (Nagano et al., 2000);

2) величина ϕ снижена у пациентов с почечной недостаточно-

стью (ϕ < 5

◦

), что объясняется увеличением объёма внеклеточной

и снижением объёма внутриклеточной жидкости [цит. по (Ellis,

2000)];

3) наблюдается высокая корреляция между величиной ϕ и

временем дожития у больных циррозом печени (Selberg, Selberg,

2002);

4) при незначительных изменениях массы тела и индекса Кетле,

на ранней стадии ВИЧ-инфекции происходят выраженные измене-

ния величины ϕ и клеточной массы тела — статистически значи-

мое снижение по сравнению с нормой (Ott et al., 1993); величина

ϕ является прогностически значимым маркером скорости развития

ВИЧ-инфекции и времени дожития при СПИДе (Schwenk et al.,

2000);

5) у ВИЧ-инфицированных больных туберкулёзом величина ϕ

и клеточная масса тела статистическ и значимо снижены по срав-

нению с больными туберкулёзом без ВИЧ-инфекции (Shah et al.,

2001). Мониторинг состава тела способствует улучшению надёж-

ности оценки состояния и эффективности лечения таких больных.

Оборудование для биоимпедансного анализа. Биоимпеданс-

ные анализаторы производятся во многих странах мира. По нашей

113

Tanita 2001 BF-531 BF-558 BF-350e

TBF-410 TBF-300 TBF-215

Рис. 4.6. Биоимпедансные анализаторы фирмы Tanita (Япония)

оценке, в настоящее время используется не менее 100 тысяч таких

приборов, большинство из которых — недорогие одночастотные

анализаторы, применяемые в спортивно-оздоровительной медицине

для контроля жировой и скелетно-мышечной массы тела. Более

дорогостоящие двухчастотные и многочастотные биоимпедансные

анализаторы применяются в основном в клинической медицине и

научных исследованиях. Устройства отл ичаются по используемой

частоте (или набору частот) переменного тока, по измеряемым по-

казателям (активное, реактивное и полное сопротивление, фазовый

угол), рекомендуемым схемам наложения электродов и встроен-

ным формулам для определения состава тела. В настоящее время

наблюдается тенденция к выработке единых стандартов выпускае-

мого оборудования, программного обеспечения и процедуры изме-

рений.

Первые формулы для оценки %ЖМТ, встроенные в программ-

ное обеспечение биоимпедансных анализаторов, были получены на

114

Рис. 4.7. Биоимпедансные анализаторы: а — HBF-300, б — HBF-306

(Omron, Япония)

основе регрессионного анализа с использованием данных гидро-

статической денситометрии. Они показали от носительно высокое

соответствие оценок состава тела у людей с нормальным уров-

нем питания, но в случае избыточной или недостаточной массы

тела приводили к заниженной или, соответственно, завышенной

оценке. Среднеквадратическое от к лонение результатов определе-

ния %ЖМТ методом биоимпедансометрии от результатов подвод-

ного взвешивания для общей популяции в ранних публикация х

оценивалось на уровне 5–6,4% (Segal et al., 1985; Jackson et al.,

1988). В настоящее время встроенные формулы позволяют учиты-

вать половые, возрастные и этнические особенности, а также раз-

меры тела и уровень физического развития индивидов. Примене-

ние ф ормул для конкретных популя ций с использованием данных

антропометрии позволило снизить величину стандартной ошибки

%ЖМТ до 2,5–3%.

Некоторые модели биоимпедансных анализаторов выполнены

в виде напольных весов, измеряющих характеристики импедан-

са ног и паховой области (рис. 4.6). Основной производитель та-

кого оборудования — японская фирма Tanitа. Профессиональные

модели анализаторов подключаются к ПК и дают возможность

оценки ЖМТ, скелетно-мышечной массы, ОВО, рекомендуемого

диапазона жировой массы и других показателей. Другие модели

можно использовать для индивидуального самоконтроля в домаш-

них условиях. Фирмы Omron (Япония) и American Weights and

Measures (США) выпускают ручные биоимпеда нсные жироанали-

115

заторы, снимающие информацию с плечевого пояса (рис. 4.7). При-

менение таких устройств существенно ограничивает возможности

биоимпедансного анализа. Использование характеристик электри-

ческого сопротивления небольших участков тела может приводить

к существенной погрешности оценки интегральных показателей

состава тела. Ошибка определения %ЖМТ с использованием руч-

ного анализатора HB F-306 (Omron) в сравнении с четырёхком-

понентной моделью составляет 4,5% (Deurenberg, Deurenberg-Yap,

2002). Согласно (Lohman, 1992), качество такой оценки следует

считать удовлетворительным (см. табл. 1.2.3. на стр. 31).

Наилучшую точность оценки состава тела методом биоимпе-

дансометрии обеспечивают устройства для измерения импеданса

всего тела по стандартной схеме — с наложением электродов на

голень и запястье. Оборудование, позволяющее проводить иссле-

дования по всем существующим на сегодняшний день методикам

биоимпедансного измерения, а также соответствующее программ-

ное обеспечение, в России выпускается научно-техническим цен-

тром “Медасс” (г. Москва).

Рис. 4.8. Биоимпедансный

анализатор АВС-01 Медасс

(НТЦ “Медасс”, Россия)

На рис. 4.8 показан биоимпе-

дансный анализатор водных секто-

ров организма ABC-01. Прибор ори-

ентирован на применение в дие-

тологии, спортивной медицине, ре-

аниматологии, интенсивной тера-

пии, нефрологии, эндокринологии и

в других областях медицины. Прин-

цип его работы основан на исполь-

зовании зависимости баланса элек-

трического сопро тивления тканей

на низкой и высокой частоте (20

и 500 к Гц) от объёмов клеточной и

внеклеточной жидкости. Для рас-

ширенных исследований использу-

ется набор из 6 ч астот переменного

тока от 5 до 500 кГц. Электродная

система анализатора может состоять из 4, 8, 10 или 12 электродов,

соответственно, для интегрального (классического), 5-сегментного

(туловище, руки, ноги), 7-сегментного (голова, торакальная и аб-

доминальная области, бёдра, голени) и 9-сегментного (торс, плечи,

бёдра, предплечья, голени) обследования. Обработка и представле-

ние результатов измерений осуще ствляются ПЭВМ с визуализаци-

116

Рис. 4.9. Разновидности анализатора АВС-01 “Медасс” (Россия):

а — универсальный вариант, б — портативный вариант

ей показателей состава тела, в том числе водного баланса в виде

чисел (экспресс-оценка), временных трендов (мониторирование),

или графиков, построенных на основе множественных экспресс-

оценок. Длительность цикла измерений по данным всех комму-

таций и графического воспроизведения результатов может состав-

лять от 1,2 до 4,5 с. Анализ параметров производится в абсолют-

ных (л, кг) и относительных величинах (проценты от должных

величин, а также проценты от массы тела и безжировой массы).

Программное обеспечение позволяет сопоставлять импедансную и

калиперометрическую оценку тощей массы, опреде ляемую по че-

тырём кожно-жировым складкам. На экран выдаются методиче-

ские материалы, помогающие правильно интерпретировать резуль-

таты обследования. Конструкция анализатора защищена патентами

1991, 1996, 1997 и 2003 г.

На рис. 4.9 показаны разновидности анализатора АВС-01 “Ме-

дасс”, применяемые в спортивной медицине, научных исследова-

ниях и клинической практике. Портативный а нализатор “Спрут-К”

(рис. 4.9б), разработанный НТЦ “Медасс” совместно с Институ-

том медико- биологических проблем, используется в медико-биоло -

гических исследованиях на Международной космической станции

и для мониторинга изменений состава тела в условиях невесомости

(рис. 4.10) (Носков и др., 2005).

Варианты схем измерения. На рис. 4.11 представлены схемы

измерений, используемые в известных методиках биоимпедансно-

го анализа. Для каждой схемы штриховкой показана область тела,

по которой распространяется зондирующий ток и которая, следо-

вател ьно, вносит свой вклад в измеряемое значение импеданса. Во

всех схемах измерения импеданса выполняются по тетраполярной

методике, в соответствии с которой одна пара электродов служит

117

Рис. 4.10. Биоимпедансный анализатор “Спрут-К” в момент

обследования космонавта на Международной космической станции

для пропускания зондирующего тока, а другая пара — для реги-

страции напряжения (разности потенциалов).

На рис. 4.11a приводится схема Томассета. На рис. 4.11б пока-

зана схема измерения от запястья до щиколотки по одной стороне

тела, широко используемая для оценки состава тела в диетологии

и фитнесе. На рис. 4.11в показана схема измерения “по Тищенко”:

руки и ноги соединяются внешними проводниками. Эти три схемы

интегральные, так как с их помощью оцениваются параметры всего

тела без деления на сегменты. Следующие две схемы региональ-

ные: рис. 4.11г — схема фирмы “Омрон” и рис. 4.11д — схема фирмы

“Танита”. Они позволяют оценивать параметры верхней и нижней

частей тела, соответственно. О стальные схемы — полисегментные,

реализуемые, наряду с вышеперечисленными схемами, только при-

бором АВС-01 “Медасс” (рис. 4.11е-з).

Одночастотный метод биоимпедансного анализа. Среди экс-

плуатируемых в настоящее время биоимпедансных анализаторов

одночастотные составляют свыше 90%. Данный метод анализа со-

става тела стал наиболее популярным благодаря использованию в

диетологии, фитнесе, косметологии и спортивной медицине. Воз-

можности применения одночастотного метода обогатились в ре-

зультате установления высокой корреляции параметров биоимпе-

118

Рис. 4.11. Схемы измерений, используемые в известных методиках

биоимпедансного анализа (см. объяснение в тексте)

дансного анализа с показателями основного обмена и активной

клеточной массы, полученными на основе применения более тру-

доёмких и дорогостоящих эталонных методов.

Реализация одночастотного интегрального метода биоимпедан-

сометрии включает следующие этапы.

1. На основе измеренного значения активного сопротивления

определяются объём общей воды организма и тощая масса тела.

Жировая масса вычисляется как разность значений массы тела и

тощей массы.

2. По измеренному значению реактивного сопротивления рас-

считываются активная клеточная масса и основной обмен.

На рис. 4.12–4.13 показаны стандартные про токолы исследова-

ний одночастотным методом биоимпедансного анализа в програм-

ме АВС-037 “Медасс”. На рис. 4.12 показан протокол первичного

обследования, в котором отражены входные данные (пол, возраст,

длина и масса тела, обхваты талии и бёдер), а также представлены

численно и графически результаты оценки различных пок азателей

119

состава тела: основного обмена, жировой и тощей массы тела, абсо-

лютного и относительного содержания ак тивной клеточной массы,

общей жидкости организма и процентного содержания жировой

массы. Приводятся границы нормальных значений перечисленных

показателей, устанавливаемых в зависимости от пола, возраста и

длины тела. Протокол повторных обследований (рис. 4.13) включа-

ет диаграмму изменений, а также таблицы абсолютных значений и

относительных изменений о сновных показателей состава тела для

первого и шести последних обследований. Графический протокол

динамики изменений состава т ела строится по результатам не ме-

нее чем четырёх обследований и включает показатели массы тела,

а также жировой и активной клеточной массы (рис. 4.14).

Региональная и локальная биоимпедансометрия. Возможно-

сти биоимпедансометрии не исчерпываются оценкой интегральных

показателей, относящихся ко всему организму. В диагностике мно-

гих заболеваний значительный интерес представляют параметры

состава тканей отдельных регионов (конечностей, туловища, груд-

ных желез) и локальных участков тканей, непосредственно приле-

гающих к коже и слизистым оболочкам. В работах С. Оллмара и

И. Никандер приводятся результаты применения метода на коже,

слизистой рта, носа, желудка, к ишечника, влагалища (Nicander,

1998). Получены верифицированные гистологическими методами

результаты реакций на дегидратацию кожи моющими средствами,

результаты оценки содержания подкожной жировой ткани, уста-

новлены биоэлектрические характеристики тка ней при базальном

клеточном раке и контактном дерматите. Метод биоимпедансной

спектрометрии с успехом применялся для оценки состояния тка-

ней пародонта (Мо сковец, Николаев, 2005), а также для оценки

выраженности повреждений эпителия мочевого пузыря (Keshtkar

et al., 2001). Интересно, что полученные характеристики импеда н-

са тканей эпителия при карциноме значимо отличались от данных,

соответствующих воспалению.

На основе сопоставления результатов биоимпедансного анализа

и магнитно-резонансной томографии было показано, что биоимпе-

дансометрию можно использовать для определения объёма мышц

в отдельных сегментах конечностей, а также для изучения взаимо-

связей между размерами мышц и их силовыми характеристиками

(Miyatani et al., 2001). В указанной работе коэффициент корреля-

ции между индексом импеданса L

/Z (где L — длина исследуемо-

го участка конечности, а Z — его импеданс) и объёмом мышц для

разных конечностей составил от 0,90 до 0,97. Биоимпедансный

120