Bioelektrisk impedans-analyse til vurdering af kropssammensætning

Bioelektrisk impedans-analyse (BIA) er en noninvasiv, sikker, brugervenlig og relativt billig teknik, hvor elektrisk modstand i kroppen anvendes til vurdering af kropssammensætning, herunder fedt- og muskelmasse [1, 2]. Det sker ud fra prædiktionsligninger, som bygger på antagelser om kropsbygning og vævshydrering baseret på gennemsnitlige populationsværdier [3].

BIA-teknologien er blevet kritiseret for at være for unøjagtig og upræcis til brug i klinikken. Den nyeste forskning og forbedringen af BIA-teknologien har dog øget de potentielle anvendelsesmuligheder, og BIA kan i dag give nyttig information om helbredstilstand samt bidrage til tilpassede interventioner og forebyggelse af sundhedsproblemer hos udvalgte patientgrupper [2, 4].

I denne artikel beskriver vi BIA som teknik, dens aktuelle anvendelser, validitet og begrænsninger samt perspektiver for klinisk og forskningsmæssig anvendelse.

Grundlæggende om bioelektrisk impedans-analyse

Fysisk princip

Ved en BIA-måling sendes en svag, ufarlig elektrisk strøm (målt i μA) gennem kroppen via elektroder på huden. Strømmen følger vejen med lavest vævsmodstand (højest ledningsevne), typisk gennem væsker med høj ionkoncentration. Dermed er strømmen mere tilbøjelig til at gennemløbe muskelvæv end fedtvæv. Cellemembraner tillader kun passage af strøm ved høj frekvens. Den elektriske modstand måles som impedans (Z, ohm), der afhænger af resistans (R, ohm), som afspejler intra- og ekstracellulær væske, og kapacitiv reaktans (X_C, ohm), som afspejler cellemembranernes elektriske kapacitans (C, nF). I Tabel 1 er de mest almindelige teknikker beskrevet.

Typer af apparater

Der findes en bred vifte af BIA-apparater, der varierer i kompleksitet, anvendelighed og nøjagtighed [5]. Fælles for apparaterne er, at elektroderne placeres på huden – som oftest på hænder og fødder. Nogle måler alene på overkroppen (håndholdte apparater, Figur 1 A) eller underkroppen (badevægte uden håndtag med elektroder, Figur 1 B), mens andre er en kombination, som muliggør måling af hele kroppen (hånd til fod, Figur 1 C og D). Apparaterne kan måle ved én (50 kHz) eller flere strømfrekvenser (2-1.000 kHz).

Håndholdte apparater og badevægte er overkommelige i pris og bruger normalt kun én strømfrekvens. Deres nøjagtighed og præcision er imidlertid lavere sammenlignet med kombinerede apparater. De anbefales ikke til brug i klinik eller forskning.

Vævstyper

Vandindholdet varierer mellem forskellige vævstyper, hvilket muliggør estimater af kropssammensætning [5]. Vandmængden i kroppen varierer med alder, køn, vægt, kropssammensætning og sygdom. Væv med høj vandkoncentration, såsom muskelvæv, leder strøm effektivt på grund af den høje elektriske ledningsevne (konduktivitet), mens fedtvæv har lavere væskeindhold og dermed lavere konduktivitet, hvilket resulterer i højere impedans.

Tolkning af bioelektrisk impedans-analysemålinger

Der er to indgange til at tolke BIA-målinger: som rådata eller som beregnede parametre. Rådata har den fordel, at de er uafhængige af antagelser baseret på køn, etnicitet, alder og sygdom [6]. Udfordringen er, at rådata kan være vanskelige at relatere til kropssammensætning eller forstå intuitivt. Beregnede parametre kan estimere mål som fedtprocent, muskelmasse og væskeindhold. Disse er lettere at fortolke, men der skjuler sig en række antagelser bag beregningens algoritmer. De to tilgange uddybes i de følgende afsnit.

Rådatabaserede bioelektrisk impedans-analyseparametre

Blandt rådataparametre er især fasevinkel velundersøgt. Fasevinklen er et mål for forholdet mellem R og X_C i vævet (Figur 2).

I både klinik og forskning anvendes fasevinklen som indikator for »cellesundhed« og knyttes til væskestatus i cellerne, cellemembranintegritet og cellulær masse; høje værdier indikerer bedre cellefunktion [7-9]. Fasevinklen hos raske er normalt 5-7°. Værdier under 5° kan indikere cellulær dysfunktion, mens værdier over 8° ses hos atleter [7, 10].

Impedansratio og cellemembrankapacitans er andre rådataparametre, men deres kliniske relevans er mindre afklaret [1, 5].

Algoritmer og beregninger

Ved hjælp af impedansmålinger og demografiske data som alder, køn, vægt og højde kan BIA-apparater estimere bl.a. kropsvæske, muskelmasse og fedtprocent [5]. Forskellige apparater benytter forskellige prædiktionsligninger, hvoraf nogle er tilgængelige, mens andre er forretningshemmeligheder. Der er ingen generel sammenlignelighed mellem firmaernes forskellige algoritmer til at måle kropssammensætning. Udfordringen med prædiktionsligninger er, at de bygger på flere antagelser [3], f.eks. at kroppen alene består af to typer homogent væv: fedtfri masse (muskel, knogle og organer) og fedtvæv. Ofte er prædiktionsligninger udviklet på én population (f.eks. raske voksne) og må derfor anvendes med varsomhed på en anden population (f.eks. børn). Desuden påvirkes BIA-estimaterne af faktorer som hydrering, temperatur og forskelle i vævskonduktivitet, kropsbygning mv.

Anvendelse i klinik og forskning

BIA er genstand for omfattende forskning og er en af de hyppigst anvendte teknikker til kropssammensætningsanalyse [8, 9]. Mens prædiktionsligninger muliggør intuitivt forståelige estimater af væskevoluminer, muskelmasse og fedtprocent, gør ligningernes begrænsninger det relevant at fokusere på rådata [1].

En enkelt BIA-måling er sjældent tilstrækkelig til at drage konklusioner. I nogle studier er BIA-målinger angivet som resultat i sig selv uden at måle, om forbedringen af BIA-resultatet var associeret med klinisk effekt. BIA har vist sig særlig nyttig som et redskab til monitorering af ændringer over tid i hydrering (R) og cellulær sundhed (fasevinkel), hvilket kan give indikationer om en persons kropssammensætning og ernæringsstatus. Resultater fra BIA skal altid tolkes i sammenhæng med andre kliniske data og vurderinger og kan ikke stå alene som resultat.

Klinisk anvendelse

Global Leadership Initiative on Malnutrition (GLIM) anbefaler, at muskelmasse estimeres, når sundhedsprofessionelle undersøger patienter for malnutrition [11]. BIA er en af de anerkendte målemetoder til at estimere muskelmasse og er bl.a. anvendt hos patienter med lever-, mave-, tarm- eller lungesygdomme til vurdering af underernæring, prognose og monitorering af behandlingsrespons [12].

Lav fasevinkel er forbundet med underernæring, sarkopeni og nedsat funktionsevne [13]. I forbindelse med nyresygdom, leversygdom, lungesygdom, hiv-infektion, COVID-19-infektion og kritisk sygdom er en lav fasevinkel en risikofaktor for øget mortalitet [14, 15]. For patienter med lav fasevinkel blandt disse grupper bør der være en øget opmærksomhed på behandlingen, da patienterne er ekstra skrøbelige.

Hos patienter med kræftsygdom er fasevinkel moderat til stærkt korreleret med fysisk funktion. Fasevinkel kan bidrage til vurderingen af graden af fejlernæring hos patienter med kræft, og normalværdier bør etableres gennem yderligere forskning [16, 17]. Tidlig påvisning af sarkopeni vha. fasevinkel hos patienter med lungekræft, kombineret med personlige ernæringsstrategier, har vist en positiv effekt på bevarelse af muskelstyrke og muskelmasse [17].

Anvendelse i forskningssammenhæng

Fasevinkel bruges som indikator for cellesundhed, inflammation og oxidativ skade, hvor lave værdier af fasevinkel svarer til højere niveauer af inflammatoriske markører. Tilsvarende korrelerer ændringer i fasevinkel over tid med ændringer af disse markører [18, 19]. Ligeledes har patienter med kardiovaskulære sygdomme vist sig at have nedsat fasevinkel [20], og fasevinkel kan potentielt bistå i klinisk og prognostisk vurdering af hjertesvigt [21]. Derudover er en lav fasevinkel blevet brugt til at vurdere prognose for øget mortalitet hos patienter med nyresygdom [14, 15].

Der er varierende resultater om BIA’s evne til at afgøre dialysebehov hos patienter med nyrelidelser. Et randomiseret studie viste, at tørvægten kunne kontrolleres bedre med BIA end ved klinisk vurdering [22]. Det har desuden vist sig, at fasevinklen stiger ved styrketræning som udtryk for øget cellemasse [23, 24]. Højintensive og varierede styrketræningsprogrammer er de mest effektive, men det er endnu uafklaret, om en øget fasevinkel faktisk generelt er forbundet med effekt af træning i forskellige befolkningsgrupper [23, 24]. Fasevinkel kan anvendes ved monitorering af patienter med adipositas, men dens respons på vægttabsbehandling er komplekst og varierer [25].

Man har også fundet, at fasevinkel prædikterer prognose ved vurdering af ernærings- og inflammationsstatus hos børn med alvorlig sygdom, indlagt på pædiatrisk intensiv afdeling for medfødt hjertefejl, septisk shock eller underernæring. En lav fasevinkel er forbundet med øget mortalitet hos disse børn [26].

Nøjagtighed, præcision og standardisering

Selv om BIA er en udbredt teknik til at vurdere kropssammensætning, er dens nøjagtighed og præcision blevet kritiseret [27]. Udfordringerne handler især om urealistiske forventninger og manglende standardisering. For at forbedre BIA’s anvendelighed inden for klinik og forskning skal standardiserede måleprotokoller udvikles. Dette gælder bl.a. valg og dokumentation af BIA-parametre og faktorer som apparatur, elektrodeplacering, segmentale eller helkropsanalyser og kropsbygning, som skal udvælges i overensstemmelse med producentens anvisninger eller anbefalinger fra litteraturen [28]. Dette vil også bidrage til at modvirke ukritisk brug, der potentielt kan resultere i unøjagtige resultater [29].

Ved sammenligning med andre metoder til måling af kropssammensætning, f.eks. fedtfri masse eller totalt kropsvand, observeres typisk stærke korrelationer mellem BIA og referencemetoder som dual-energy X-ray absorptiometry (DXA) og deuterium. Andelen af absolutte fejl er normalt 1-2%, selv om limits of agreement vurderet med Bland-Altman-metoden typisk ligger inden for ± 5-10% [27]. DXA, deuterium og BIA har hver deres egne begrænsninger og målefejl, som kan påvirke resultaternes nøjagtighed og præcision afhængigt af protokoller og udstyrets kalibrering [30].

Manglen på internationalt accepterede standarder for måling af kropssammensætning gør det udfordrende at sammenligne resultater mellem forskellige enheder og teknikker [2]. Dette gælder især for BIA, hvor udstyr fra forskellige producenter sjældent giver de samme resultater [3, 27]. Det er derfor afgørende at vælge prædiktionsligninger, der er valideret til den pågældende population [3], for at opnå pålidelige, sammenlignelige og kvalitetssikrede resultater.

Fremtidige perspektiver

Der er kliniske og forskningsmæssige potentialer for BIA, hvis man kan overvinde nogle af dens største udfordringer. Som teknologien modnes, og vores forståelse af kropssammensætningens betydning udvikler sig, kan BIA blive et relevant klinisk værktøj.

Standardiserede målinger fortsætter med at være afgørende for at sikre kvaliteten af BIA-resultater. Dette kan f.eks. opnås gennem koordinering i et nationalt forum med det formål at etablere fælles retningslinjer og danske referenceværdier for brugen af BIA både i klinisk praksis og forskning [6]. Dette gælder særlig i en tid, hvor den demografiske udvikling øger behovet for en persontilpasset og omkostningseffektiv indsats i sundhedssektoren.

Konklusion

BIA har mange potentielle kliniske anvendelsesmuligheder, men manglen på standardiserede måleprotokoller begrænser metodens kliniske accept. Denne accept kan opnås gennem en dybere forståelse af BIA’s styrker og svagheder. Fremtidig forskning bør omfatte kontrollerede kliniske studier for bedre at forstå rådata og deres relation til kropssammensætning, sygdom og kliniske mål. Der er behov for udvikling af danske referenceværdier, der kan gøre BIA til et mere effektivt beslutningsstøtteværktøj inden for monitorering og patientbehandling. Valget af teknik afhænger af det specifikke kliniske behov, det ønskede detaljeringsniveau og de økonomiske muligheder.