Bioimpedenziometria: composizione corporea e sue applicazioni

La bioimpedenziometria e la composizione corporea

Che cos’è la bioimpedenziometria?

La bioimpedenziometria o BIA (Bioelectrical Impedance Analysis) è un esame indiretto non invasivo per la valutazione della composizione corporea che si avvale dell’utilizzo di elettrodi (Khalil, Mohktar, Ibrahim 2014).

La bioimpedenziometria è una tecnica di indagine tri-compartimentale in quanto vengono presi in esame i seguenti compartimenti: la massa grassa del soggetto (FM, Fat Mass), la massa magra (FFM, Free Fat Mass). Quest’ultima è suddivisa in acqua extracellulare (ECW, Extracellular Water) e acqua intracellulare (ICW, Intracellular Water). Una metodica metodica che non dovrebbe mai venire a mancare all’interno di un corso di composizione corporea.

La bioimpedenziometria e le reazioni elettriche attive e passive

Lo studio delle proprietà elettriche dei tessuti ha avuto origine alla fine del XVIII secolo, le loro caratteristiche sono catalogate in base alla tipologia di sorgenti elettriche coinvolte:

• Attive
• Passive

La reazione elettrica attiva è dovuta all’attività ionica dei tessuti producendo direttamente elettricità. L’elettroencefalogramma e l’elettrocardiogramma sono esempi di tecniche che rilevano il campo elettrico attivo dei tessuti biologici.

La risposta elettrica passiva è la proprietà di una fonte elettrica esterna di stimolare i tessuti. La bioimpedenziometria ne è un esempio (Khalil, Mohktar, Ibrahim 2014).

Un po’ di Fisica della bioimpedenziometria

Il principio su cui si basa la BIA è la bioimpedenza elettrica grazie alla quale è possibile valutare le distribuzioni di acqua contenuta nel corpo umano. Per ottenere la distribuzione idrica, si appongono quattro elettrodi sul corpo del soggetto, alle estremità degli arti superiori e inferiori, e si attiva una corrente elettrica alternata a basso voltaggio (800 mA) (Cagnazzo, Cagnazzo 2009; Heymsfield et al. 2005).

La bioimpedenziometria si basa sulla capacità del corpo di opporsi al passaggio di una corrente elettrica, attraverso due principi fisici: la resistenza e la reattanza.

La resistenza (Rz) è il principio secondo cui i tessuti contenenti acqua sono degli ottimi conduttori, al contrario del tessuto adiposo che non permette il passaggio di corrente, in quanto povero di acqua (Cagnazzo, Cagnazzo 2009; Heymsfiled 2005; Rocco 2000).

La reattanza (Xc) o resistenza capacitiva, non riguarda le cellule adiposo, ma considera la massa cellulare corporea come un condensatore. Le cellule possiedono una membrana che non conduce la corrente, al contrario del citoplasma interno che è un ottimo conduttore, costituito principalmente da acqua ed elettroliti (Cagnazzo, Cagnazzo 2009; Heymsfiled 2005; Rocco 2000).

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Bioimpedenziometria: Frequenza e Reattanza Elettrica

Per stimare il valore di resistenza e di reattanza elettrica si utilizzano frequenze di 50 kHz, adatte per rilevare i compartimenti idrici della cellula e stimare l’acqua corporea totale e l’acqua intracellulare (Cagnazzo, Cagnazzo 2009; Kafri et al. 2013; Vache et al. 1998).

Frequenze più basse di 5 kHz, al contrario, vengono utilizzate per rilevare l’ECW (Kafri et al. 2013).

All’aumentare della frequenza si ha un incremento della reattanza, nonostante quest’ultima sia massima ad una specifica frequenza che dipende dalla composizione del conduttore (Heymsfield et al. 2005).

In altre parole, se la frequenza aumenta, la corrente elettrica entra attraverso lo spazio intracellulare e le membrane ritardano il ritorno della corrente stessa, provocando la reattanza.

Quali relazioni esistono tra impedenza e resistenza elettrica?

L’impedenza (Z) è data dalla somma tra la resistenza (Rz) e la reattanza (Xc) ed è definita come il parametro che rispecchia l’opporsi di un conduttore al passaggio di una corrente alternata (Dehghan, Merchant 2008). Per quanto riguarda l’analisi dell’impedenza, quest’ultima tende ad aumentare al diminuire della frequenza.

La misura in gradi dell’angolo tangente del rapporto tra reattanza e resistenza è definito angolo di fase (PA, Phase Angle). Esso è messo in relazione alla grandezza cellulare e all’integrità delle membrane (Cagnazzo, Cagnazzo 2009; Lee Y et al. 2015).

Bioimpedenziometria: la tecnica di misurazione

Come molti esami per la composizione corporea, anche la bioimpedenziometria necessita di una serie di provvedimenti per evitare che l’errore tecnico di misura possa dare risultati distanti dal valore reale. Per tale ragione ci si avvale di alcune regole che aumentano il grado di accuratezza e di precisione dell’esame.

Innanzitutto, per accuratezza si intende la vicinanza di una misurazione o di un risultato al valore effettivo, mentre la precisione esprime la variabilità di una misurazione.

La precisione può essere misurata tenendo conto del rapporto esistente tra la deviazione standard di una misurazione (SD) e la media delle misure (M), ottenendo così il coefficiente di variazione (CV), calcolato nel seguente modo:

Alcuni strumenti calcolano in automatico il valore CV per valutare la precisione dello strumento e risulta molto utile per ridurre al minimo l’errore intra-strumentale (Bedogni, Battistini 1998).

L’errore intrastrumentale può dare una discrepanza di risultati tra due bioimpedenze eseguite nella stessa giornata sul medesimo soggetto. L’errore è attribuibile da una differenza nella frequenza e nella tensione di corrente (Bedogni, Battistini 1998).

L’esperienza intra-operatore potrebbe essere la causa di errori tecnici insieme alla temperatura dell’ambiente in cui si esegue l’esame: a tal proposito, temperature comprese tra i 24°C e i 34°C sembrerebbero quelle ottimali per ridurre l’aumento della resistenza (Cagnazzo, Cagnazzo 2009).

Come svolgere correttamente un esame bioimpedenziometrico?

Il soggetto, per eseguire correttamente l’esame, deve:

• Trovarsi in posizione decubito supina (sdraiata)
• Essere a digiuno da almeno 4 ore, così da scongiurare un’alterazione idrica dovuta per esempio all’ingestione di bevande che stimolano la ridistribuzione dei fluidi corporei, come le sostanze nervine, o che la digestione possa alterare le condizioni di temperatura cutanea e di afflusso di sangue, alterando così la misurazione stessa (gli ultimi corsi formativi non ritengono più necessaria questa linea guida, sebbene sia consigliabile rispettarla).
• Essere appoggiato ad una superficie non conduttiva
• Avere gli arti tra loro divaricati: le gambe posizionate in modo da formare un angolo di circa 45° e le braccia un angolo di 30°, in modo da impedire il passaggio di corrente tramite contatto tra gli arti inferiori, gli arti superiori e il tronco (Cagnazzo, Cagnazzo 2009).

E’ buona pratica appuntare l’orario di svolgimento dell’esame bioimpedenziometrico, in modo tale che le misurazioni successive, se possibile, vengano eseguite nella medesima fascia oraria. Lo stato di idratazione varia nei diversi momenti della giornata e questo può influenzare i valori. Il corpo, infatti, tende ad andare incontro ad uno stato di disidratazione nelle fasce serali con conseguente aumento della frequenza cardiaca.

Le differenze tra soggetti

Se il soggetto in questione è sportivo, si sconsiglia di effettuare sedute di lavoro fisico nelle 24 ore antecedenti all’esame, per non falsare la bioimpedenziometria con la registrazione di un eccessivo stato di disidratazione indotto da un allenamento stesso (Bedogni, Battistini 1998).

Anche quest’ultima osservazione in alcuni corsi di aggiornamento non la menzionano più. In ogni caso è consigliabile applicare queste linee guida per ridurre il più possibile l’ETM (Errore Tecnico di Misura).

Il sesso femminile potrebbe avere aumento dell’acqua extracellulare nella fase premestruale. L’operatore dovrà prendere nota del periodo del ciclo mestruale per considerare tale variabile nell’interpretazione del referto finale. Inoltre, se possibile, è utile ripetere l’esame nello stesso periodo del ciclo mestruale in cui era stato effettuato il primo controllo.

L’utilizzo di contraccettivi orali, invece, non sembrerebbe influire sui risultati dell’esame (Chumlea et al. 1987).

Un altro fattore che influenza l’impedenza è la temperatura della cute. Un suo aumento determina una diminuzione dell’impedenza, il fenomeno opposto si verifica invece con una diminuzione della temperatura. Per questo motivo l’esame non può essere svolto su un soggetto in stato febbrile, poiché la bioimpedenziometria risulterebbe del tutto inattendibile (Bedogni, Battistini 1998).

Le modalità di misurazione

Oggi la tecnica bioimpedenziometrica è tetrapolare, ovvero prevede l’uso di quattro elettrodi, di cui due iniettori e due rilevatori.

La prima coppia è posizionata sulla superficie dorsale della mano e del piede (elettrodi iniettori). La seconda coppia è posizionata sulla prominenza distale del radio e dell’ulna (primo elettrodo rivelatore) e tra il malleolo mediale/laterale della caviglia (secondo elettrodo rivelatore).

La tecnica risulta è di tipo segmentale, poiché gli elettrodi vengono posizionati nell’emilato destro del soggetto a distanza di almeno 5 cm l’uno dall’altro. Questa precauzione serve ad evitare interferenze elettromagnetiche che rischierebbero di compromettere la precisione e l’accuratezza dell’esame (Bedogni, Battistini 1998).

È importante inoltre sottolineare come questa tecnica tenda a sovrastimare il quantitativo di massa grassa (Lamb et al. 2014).

Quanto è attendibile la bioimpedenziometria?

La bioimpedenziometria stima il valore idrico del corpo. In quanto esame strumentale ha delle criticà dovute a tre aspetti:

• lo strumento stesso, in termini di precisione e accuratezza;
• il soggetto analizzato e alla temperatura cutanea dove si appongono gli elettrodi;
• l’operatore che esegue la misura (e agli errori sia interpretativi sia di svolgimento dell’esame stesso).

Che cos’è la precisione di uno strumento? Questo parametro indica quanto un dato è replicabile. Immaginiamo di avere a disposizione un bersaglio e di poter puntare sulla medesima area (vicina o lontana dal centro del bersaglio poco importa). Il fatto che si riesca a replicare l’area del bersaglio e colpire sempre il medesimo punto è un parametro di precisione.

Lo strumento può essere preciso per qualcosa, ma essere lontano dal centro del bersaglio e dal dato reale.

Quando invece colpiamo il centro del nostro bersaglio e quindi abbiamo un dato vicino a quello reale parliamo di accuratezza. Uno strumento può essere accurato, ma non preciso oppure preciso ma poco accurato.

La BIA dove si colloca? Si colloca con una percentuale di errore che può toccare anche l’8%. Senza troppi giri di parole è un errore statisticamente rilevante. Per tale ragione è fondamentale rispettare alcune semplici regole:

1. ripetere la misurazione nel medesimo orario;
2. consigliare un digiuno al soggetto di circa 4 ore;
3. astenersi dall’allenamento le 12-24 ore prima;
4. assicurarsi che si possa acclimatare alla temperatura dello studio affinché non ci siano alterazioni nell’impedenza dovute alla temperatura cutanea.

Inoltre è fondamentale ricordare che qualsiasi tecnica di misurazione della composizione corporea presenta alcune criticità, specie se tecniche indirette di misurazione che tendono a stimare il dato, con inevitabile errore di misurazione (più o meno marcato). Il consiglio è di svolgere molti esami, maturare esperienza e contestualizzare adeguatamente ogni singolo caso, sconsigliando determinati esami se rischiano di essere fuorvianti per l’operatore e l’utente finale.

A cura del Dottor Giulio Merlini

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BIBLIOGRAFIA – REFERENCES:

1. Bedogni G, Battistini NC (1998). Impedenza bioelettrica e composizione corporea, Edra Editore, Milano
2. Cagnazzo F, Cagnazzo R (2009). Valutazione antropometrica in clinica, riabilitazione e sport, Edi-Ermes Editore, Milano; 246-253
3. Cappello F (2015). Effect of influenza-induced fever on human bioimpedance values, Plos One; DOI:10.1371
4. Chumlea WC et al. (1987). The influence of physiologic variables and oral contraceptives on bioelectric impedance, Hum Biol; 59: 257-269
5. Dehghan M, Merchant AT (2008). Is bioelectrical impedance accurate for use in large epidemiological studies?, Nutr J; 7:26
6. Heymsfield SB et al. (2005). Human Body Composition, Human Kinetics (2nd Edition); p.12
7. Khalil SF, Mohktar MS, Ibrahim F (2014). The theory and fundamentals of bioimpedance analysis in clinical status monitoring and diagnosis of diseases, ISSN; 14: 10895-10928
8. Kyle et al. (2004). Bioelectrical impedance analysis – part II: utilization in clinical practice, Clin Nutr; 23(6): 1430-1453
9. Kushner RF, Gudivaka R, Schoeller DA (1996). Clinical characteristics influencing bioelectrical impedance analysis measurements, Am J Clin Nutr; 64: 423S-427S
10. Lamb MJE et al. (2014). Evaluation of bioelectrical impedance analysis for identifying overweight individuals at increased cardiometabolic risk: a cross-sectional study, PLOS One 9(9): e106134
11. Lee Y et al. (2015). Use of Bioelectrical Impedance Analysis for the Assessment of Nutritional Status in Critically ill Patients, Clin Nutr Res; 4:32-40
12. Lukaski H (2013). Evolution of bioimpedance: a circuitous journey from estimation of physiological function to assessment of body composition and a return to clinical research, Eur J Clin Nutr; 67: S2-S9
13. Mialich MS, Sicchieri JMF, Junior AAJ (2014). Analysis of body composition: a critical review of the use of bioelectrical impedance analysis, Int J Clin Nutr; 2: 1-10
14. Rocco S (2000). Composizione corporea, Edizioni Alea, Milano; p. 33-36, 65-78.