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LV 6/2010
Bioelektrische Impedanz-Analyse
(BIA)
Dr. rer. nat. Luzia ValentiniMedizinische Klinik für Gastroenterologie,Hepatologie und Endokrinologie
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Vortragsschwerpunkte
1) Limitationen der Methodentheorie mit Konsequenzen.
2) Wie berechnet die Gerätesoftware aus welchen Rohwerten welche Körperkompartimente?
3) Welche Ergebnis-Parameter sind auch bei Menschen mit Hydratationsstörungen verwendbar?
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BIA: Einfache Durchführung….
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…schwierige theoretische Grundlagen
1. Impedanz (Z) ist abhängig von Länge (L) und Querschnitt (A) des Leiters
2. Das Volumen eines Zylinders wird aus Länge mal Querschnitt berechnet
V = L x A
3. Berechnung eines Zylinderinhaltes durch Kenntnis der Länge und der
Impedanz Z
Ht²Impedanz-Index: TBW = Z
a) Z = L/A umformen in A = L/Zb) A = L/Z einsetzen in V = L x Ac) V = L²/Z
Körperlänge²Wassergehalt = Impedanz Z
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Leider, die Theorie, sie hinkt…
1) Einheitliche Eigenwiderstände der Gewebe im Körper
2) Konstante Leiterkonfiguration
Wichtige Voraussetzungen für dieses Modell fehlen im Menschen:
Grimnes S, Martinsen OG, Academic Press, 2008NIH statement on BIA in BC measurement. Am J Clin Nutr. 1996;64(suppl):524S-32
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Ist der Mensch wirklich ein reiner Ionenleiter?
- Sind lebende Gewebe wirklich ein reine Ionenleiter?.
- Oder gibt es lokale elektronische - oder Halbleitermechanismen?
Aus: Grimmes S, Martinsen OG, Bioimpedance and Bioelectricity Basic, 2008
Bis jetzt unklar:
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Dennoch: Gute Präzision bei Gesunden
Vorhersagefehler für
Ganzkörperwasser 3 - 8 %Magermasse 3.5 - 6 %
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Gute Reproduzierbarkeit bei Gesunden
VC für intraindividuelle Resistanzmessung
innerhalb eine Tages 1 - 2 %täglich / wöchentlich 2 - 3.5 %
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Lösung über Regressionsformeln
Männer:0,396 (H²/R)+ 0,143 KG bw + 8,399
Kushner RF, Schoeller DA, Am J Clin Nutr, 1986
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Die Rohwerte
Impedanz (Z):Wechselstromwiderstand der aus der realen Komponente R und der imaginären Komponente Xc besteht.
Z² = R² + Xc²
Resistanz (R) (beim Menschen ca. 90% von Z):Reale Komponente von Z; entspricht dem Ohm‘schen Widerstand des elektrolythaltigen Gesamtkörperwassers.
Reaktanz (Xc) (beim Menschen ca. 10% von Z):Imaginäre Komponente von Z ; kapazitativer Widerstand, der durch die Kondensatoreigenschaften der Zellmembranen entsteht.
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Phasenwinkel wird meist berechnet
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Resistanz R
M: 0,396 x (Ht²/R)+ 0,143 x KG* + 8,399 F:0,382 x (Ht²/R) + 0,105 x KG* + 8,315
Gesamtkörperwasser (TBW)
Magermasse (LBM)
LBM= TBW/0,732
50 kHz
Fettmasse (FM)
FM = KG*-LBM
* KG = Körpergewicht
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Chumlea WC & Sun SS, 2005
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Frauen: R = 400 – 750 OhmMänner: R = 350 – 650 Ohm
Werte darunter:- Ödeme oder sehr große BCM
Werte darüber:- sehr kleine BCM- Elektrodenfehler
Resistanz - Normalbereich
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Körperzellmasse (BCM)
Body Cell MassSumme aller sauerstoffoxidierten
Zellen
Extrazelluläre Masse Interstitieller und transzellulärerRaum, Knochen, Bindegewebe
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Resistanz R
M: 0,396 x (H²/R)+ 0,143 x KG + 8,399 F:0,382 x (H²/R) + 0,105 x KG + 8,315
Gesamtkörperwasser (TBW)
Magermasse (LBM)
LBM = TBW/0,732
50 kHz
Fettmasse (FM)
FM = KG-LBM
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Resistanz R
Reaktanz Xc
M: 0,396 x (H²/R)+ 0,143 x KG + 8,399 F:0,382 x (H²/R) + 0,105 x KG + 8,315
Gesamtkörperwasser (TBW)
Magermasse (LBM)
LBM = TBW/0,732
Phasenwinkel PhA
PhA = arctanR/Xc x 57,6
Körperzellmasse (BCM)
BCM = LBM x lnPhA x 0,29
50 kHz
Extrazelluläre Masse (ECM)
ECM = LBM-BCM
Fettmasse (FM)
FM = KG-LBM
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BCM Messungen bei Patienten mit Hyperhydratation
BC
M (T
BP)
-B
CM
(BIA
)[kg]
Mean BCM ([BCM-TBP + BCM-BIA]/2) [kg]
A B Ccontrols LC without ascites LC with ascites
-10
-7,5
-5
-2,5
0
2,5
5
7,5
10
10 20 30 40 50 10 20 30 40 50 10 20 30 40 50
Pirlich et al. Hepatology 2000; 32: 1208
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ECM/BCM Index
Bei Gesunden immer kleiner als 1
Erhöht bei katabolen Veränderungen jedweder Genese oft in Verbindung mit entzündlichen Prozessen
Maß der Krankheitsschwere
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ECM/BCM Index und Phasenwinkel (PhA)
102 M. Crohn Patienten in Remission
r = 0.99
ECM/BCM Index ist eine direkte Funktion des Phasenwinkels →
formelunabhängig!
!
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Phasenwinkel (PhA)
PhA (°) = arctan (Xc/R) * 57,297
Membran Membranpotential
Phasenwinkel
Wechselstrom0.8 mA, 50kHz
Zelle
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Phasenwinkel und Mortalität
< 6°Fein et al., 2002Peritoneal-D
< 5°Krause et al, 2010Syst. Sklerose
< 3°Bellizzi et al., 1998Chron. NV
< 4.5°(m), < 4.2° (f)
Maggiore et al., 1996Hämodialyse
< 5.4°Selberg et al., 2002Zirrhose
< 5.4°Toso et al., 2000Lungen-CA
< 5.57°Gupta et al., 2004Kolorektal & Pankreas-CA
< 5.3°Schwenk et al., 2000HIV
< 5.6°Ott et al., 1995HIV↑ MortalitätAutoren/JahrErkrankung
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Zusammenfassung
• Die BIA ist eine einfache, kostengünstige, rasch und am Krankenbett durchführbare Methode zur Analyse der Körperzusammensetzung
• Standardisierung der Messbedingungen ist für die Datenqualität unverzichtbar
• Trotz unklarer theoretischer Grundlagen, ist die BIA in der Lage (beim Gesunden) ausreichend genau die Körperzusammensetzung zu bestimmen
• Aufgrund der hohen Reproduzierbarkeit sind Impedanzmessungen grundsätzlich für Verlaufsmessungen geeignet
• Formelabhängig bleibt das große Handicap der BIA
• LBM und FM werden bei Hydratationsstörungen nicht valide errechnet.
• BCM ist auch bei Hydratationstörungen (limitiert) aussagekräftig.
• PhA und ECM/BCM Index sind formelunabhängig und haben prognostische Relevanz.
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Man würde nicht auf die Idee kommen, Lebewesen in einem Teich zu untersuchen, indem man die Wassermenge misst...
Antonio Talluri. Pionier der BIA-Methodik
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Einsatz von DNA in der Nano-PC-Technologie
Als DNA-, RNA- oder allgemeiner auch Biocomputer werden Computerbezeichnet, die auf der Verwendung der Erbsubstanz DNA oder RNA als Speicher- und Verarbeitungsmedium beruhen. Sie stellen einen Bereich der Bioelektronik dar.
http://de.wikipedia.org/wiki/DNA-Computer
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Pirlich et al., Hepatology, 2000
Gesamtkörperwasser Extrazelluläres Wasser
Besonderheiten bei Ernährungsinterventions-Studien20 Patienten mit aszitisch dekompensierter LC
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BIA: Eine einfache Methode zur Bestimmung der Körperzusammensetzung
• Nüchtern bzw. letzte Nahrungsaufnahme > 4h
• Horizontale Körperpositon für ca. 10 min vor Messung
• Extremitäten sollen normale Temperatur haben
• Keine Metallgegenstände direkt am Körper
• Beine ca. 45° gespreizt
• Oberarme berühren Oberkörper nicht
• Messung auf der dominanten Körperhälfte
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BIA – eine einfache Methode
• Reinigung der Haut mit Alkohol- oder Desinfektionstupfer.• Verwendung von vom Gerätehersteller empfohlenen Elektroden.• Exakte Platzierung der Elektroden (gerätespezifisch).• Mindestabstand zwischen Elektronenpaar > 4 cm (Vermeidung von
Induktionsphänomenen). • Richtige Platzierung der Alligatorclips („black is back“).• Elektrodenkabel sollen frei hängen (kein Kontakt zu Metallflächen, wie Bettrahmen)• Während Messung Kontrolle des Hand- und Fusswiderstands (50kHZ < 300 Ohm).
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Bis jetzt unbeantwortete Basisfragen
- Sind lebende Gewebe ein reine Ionenleiter?.
- Gibt es lokale elektronische - oder Halbleitermechanismen?
- Was die Leitungsmechanismen, zum Beispiel im keratinisierten Gewebe, der DNA und Myelin sind?
Aus: Grimmes S, Martinsen OG, Bioimpedance and Bioelectricity Basic, 2008
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