La bioimpedenza

Una delle metodiche più precise e veloci per la valutazione della composizione corporea


 

La bioimpedenziometria è un metodo veloce e preciso per valutare la composizione corporea (CC) dell'essere umano (1985 Lukaski).

Composizione corporea

L'analisi della composizione corporea è utilizzata in diversi settori, quali: medicina, antropologia, ergonomia, sport, auxologia.
Recentemente, gli specialisti hanno convogliato energie e risorse nell'approfondimento della correlazione tra CC, stato di salute e prestazione sportiva; ne è emerso che una composizione corporea tendenzialmente ricca di tessuto adiposo (soprattutto con distribuzione addominale o ancor peggio intraddominale), e povera di massa muscolare, è correlata ad una scarsa fitness complessiva (cardio-circolatoria, respiratoria, muscolare, articolare ecc.), ad una scarsa capacità atletico-sportiva e ad un rischio fisico maggiore legato ad eventi infausti quali ipertensione, diabete, obesità, dislipidemie, sindrome metabolica, complicanze cardio-vascolari, patologie articolari... e MORTE PREMATURA.

Compartimenti

Per approfondire la conoscenza della composizione corporea è necessario avere ben chiaro che l'organismo, dal punto di vista compositivo, può essere suddiviso in compartimenti. Non esiste una sola classificazione e se ne possono descrivere almeno cinque (modificati in un secondo momento da Wang et al., 1992-1993-1995):


Modello base

Modelli multicompartimentali

  • Modello atomico - 4 compartimenti (carbonio/idrogeno/ossigeno/altri elementi)
  • Modello molecolare - 4 compartimenti (acqua/grasso/proteine/minerali)
  • Modello cellulare - 4 compartimenti (massa cellulare/solidi extracell./fluidi extracell./grasso).
  • Modello funzionale - 5 compartimenti (muscolo scheletrico/tessuto adiposo/osso/sangue/altro).

Modificati negli anni 1992-1993-1995 da Wang et al. nel seguente modo:


Modelli multicompartimentali

  • Modello elementare - 5 compartimenti (carbonio / idrogeno / ossigeno / azoto / altri elementi)
  • Modello molecolare - 5 compartimenti (acqua / grasso / proteine / minerali / glicogeno)
  • Modello cellulare - 5 compartimenti (massa cellulare / solidi extracellulare / acqua extracell. / grasso)
  • Modello funzionale - 4 compartimenti (muscolo scheletrico / tessuto adiposo / scheletro/ organi viscerali e residui).

Valutazione della composizione corporea - livelli di analisi

La struttura corporea deve essere considerata come un'organizzazione crescente di complessità; i vari livelli di analisi sono: atomi, molecole, cellule, tessuti, organi, sistemi/apparati ed infine organismo (Body Whole - BW).
NB. La conoscenza delle relazioni tra i diversi costituenti in un determinato livello o tra livelli differenti è IMPORTANTE per la stima INDIRETTA di uno specifico compartimento corporeo.

Analisi del corpo intero - BW

Il corpo può essere considerato come una singola unità caratterizzata da: DIMENSIONI, FORMA, AREA E SUPERFICIE, DENSITA' e ALTRE CARATTERISTICHE ESTERNE (peso, statura, volume); nell'analisi del BW i livelli atomico e cellulare sono di interesse relativo, pertanto, il sistema di organizzazione si riduce principalmente ai livelli :

  • Molecolare - chimico
  • Tissutale - anatomico.

Metodi: validità e accuratezza

La validità è il grado con cui uno strumento od un metodo misura realmente ciò che dice di misurare; alla base della validità risiede l'accuratezza, ovvero la precisione della misura di una quantità il cui valore reale è NOTO.
Nella valutazione della CC (quindi della massa grassa - FM) i livelli di validità sono 3:

  • I° livello - diretto: dissezione dei cadaveri ed estrazione del grasso con etere
  • II° livello - parzialmente diretto: misurazione di "alcune" quantità mediante densitometria (DEXA) e successiva relazione quantitativa per la stima della FM
  • III° livello - indiretto: rilevazione di una misura (come uno spessore o la resistenza elettrica) e derivazione di un'equazione regressa al II° livello (in realtà sarebbe meglio definirlo doppiamente indiretto).

La plicometria e la bioimpedenziometria sono metodi appartenenti al III° livello di validità e pertanto INDIRETTI; sono ALTAMENTE "campione specifici" in quanto la relazione tra adipe e densità dipende da molte variabili come: idratazione corporea, densità corporea, muscolarità, comprimibilità e spessore dell'adipe, distribuzione del grasso, quantità di grasso intraddominale.

Bioimpedenziometria - storia

La bioimpedenziometria si basa sul concetto di impedenza bioelettrica, ovvero il rapporto tra l'ampiezza di un potenziale alternato e la conseguente ampiezza della corrente alternata in un conduttore biologico.
Il concetto di impedenza bioelettrica è stato approfondito da Lukaski, nel 1985:
Z = opposizione di un conduttore biologico verso una corrente alternata
sulla base degli studi:

  • Pletismografici ad impedenza, riguardanti le proprietà elettriche di cellule, dei tessuti e del flusso ematico, svolti nel 1959 da Nyboer, il quale concluse che le modificazioni del volume conduttivo si associano a modificazioni dell'impedenza del conduttore.
  • Sperimentali sulla tecnica bipolare invasiva (elettrodi sottocutanei mano-piede contro laterale), Thomasset 1962.
  • Approfonditi in seguito da Hoffer (1969) che applicò quattro elettrodi cutanei

Negli anni '80 era già in uso la impedenziometria a monofrequenza (50KHz) per la valutazione della CC, mentre nel decennio successivo venne diffusa la impedenziometria a multifrequenza per la stima della compartimentazione dell'acqua totale corporea (total body water - TBW): lo XITRON, primo strumento a multifrequenza per la bioimpedenziometria.

Bioimpedenziometria - caratteristiche e funzionamento

La bioimpedenziometria è un metodo di valutazione della CC indiretto, campione dipendente ma con numerosi pregi e vantaggi; tra questi riconosciamo: rapidità di esecuzione, facilità d'uso, non invasività, più economica della DEXA (densitometria), ideabile sia per l'ambulatorio che per le rilevazioni da campo (trasportabile).
La bioimpedenziometria misura l'impedenza offerta da un corpo al passaggio di una corrente elettrica alternata a bassa intensità (800µA) e frequenza fissata; i tessuti magri conducono la corrente fissata più dei tessuti grassi giacché contengono una maggior quantità di acqua ed elettroliti. Ne deriva che la capacità di conduzione è direttamente proporzionale alla quantità di acqua ed elettroliti contenuti. Inoltre, la TBW può essere predetta dall'impedenza (Z) poiché gli elettroliti contenuti nell'acqua sono buoni conduttori di corrente elettrica; se la TBW è molta, la corrente fluisce facilmente attraverso il corpo con minore resistenza (R), che di per sé appare inversamente proporzionale alla massa magra (FFM). Per logica, la resistenza è direttamente proporzionale (alta) negli individui con maggior quantità di tessuto adiposo perché il grasso è un pessimo conduttore di corrente a causa del suo basso contenuto in acqua.

Bioimpedenziometria e forme corporee

bioimpedenzaIl corpo umano NON è un unico cilindro con sezione uniforme e deve essere interpretato come cinque cilindri distinti tra loro e collegati in serie; i vari segmenti non sono uniformi né in lunghezza né in sezione, pertanto la resistenza è variabile.
Esiste poi anche una relazione tra l'opposizione di un conduttore biologico verso una corrente alternata (Z) e la LUNGHEZZA ed il VOLUME del conduttore; l'impedenza (Z) al flusso di corrente attraverso il corpo è direttamente proporzionale alla lunghezza del conduttore (STATURA) e inversamente proporzionale alla sezione, tenendo sempre in considerazione che: impedenza (Z)  = ƿ (resistività) * [lunghezza (L)  / sezione (A)]  - dove ƿ è pari alla RESISTIVITA' specifica dei tessuti corporei (costante).

Bioimpedenziometria e principi fisici

  • I tessuti biologici agiscono come conduttori o isolanti ed il flusso di corrente segue un percorso di minima resistenza. L'uso della bioimpedenziometria per valutare la CC si basa su diverse proprietà conducenti e dielettriche dei tessuti biologici al variare della frequenza riferita alla corrente elettrica; i tessuti che contengono acqua ed elettroliti come il liquido cerebrospinale, il sangue ed i muscoli sono buoni conduttori, mentre il grasso, l'osso e gli spazi pieni d'aria come i polmoni sono tessuti dielettrici. Nel corpo umano, il volume (V) di questi tessuti può essere dedotto dalla misura della loro resistenza (R).
  • L'impedenza è una funzione di resistenza (R) e reattanza (Xc): Z = R2 + Xc2

L'impedenza (Z) è l'opposizione dipendente dalla resistenza di un conduttore al flusso di una corrente elettrica alternata ed è scomponibile in due membri: resistenza (R) e reattanza (Xc). La resistenza (R) è la misura pura di opposizione al flusso di corrente elettrica ed è inversa alla CONDUTTANZA. La reattanza (Xc) è l'opposizione al flusso di corrente causato dalle massa corporea (MC) ed è il reciproco della CAPACITANZA; nella bioimpedenziometria, resistenza (R) e impedenza (Z) sono intercambiabili perché la reattanza (Xc) è molto bassa (<4%). A 50Hz, la resistenza (R) è maggiore della reattanza (Xc) perciò la resistenza (R) è il miglior predittore della impedenza (Z).
L'indice di resistenza corrisponde a: statura (S)2/resistenza (R), mentre il miglior predittore di acqua extra cellulare (ECW) è: statura (H)2 / reattanza (Xc).
La resistenza (R) tra due punti è definita dalla legge di Ohm: resistenza (R) = distanza tra due punti (V) / intensità di corrente (I).
Come già anticipato, per un conduttore cilindrico isotropo, la resistenza (R) è direttamente proporzionale alla lunghezza (L) ed inversamente proporzionale alla sua sezione (A), pertanto, la resistività (ƿ) specifica del tronco è 2 o 3 volte superiore rispetto alla resistività (ƿ) di quella delle estremità. Anche la resistività (ƿ) degli adulti è maggiore che nei bambini e la resistività (ƿ) degli obesi è maggiore che nei normopeso.

Bioimpedenziometria - fattori di errore

Il livello di errore "accettabile" per un'analisi della CC previa bioimpedenziometria è < 3,5kg per gli uomini e < 2,5kg per le donne.
Il livello di accuratezza e precisione del metodo bioimpedenziometrico è influenzato soprattutto dalle variabilità intra-strumentali (taratura) e dalle variabilità inter-strumentali (diversi modelli).
Negli impedenziometri a monofrequenza può variare sensibilmente l'INTENSITA' della corrente alternata (800:500 µA) anche con la stessa frequenza 50KHz, così come l'EQUAZIONE di PREDIZIONE (diversità dei software) e il tipo di CALIBRAZIONE (interna o esterna).
Gli impedenziometri a multifrequenza hanno prezzi certamente superiori di quelli a monofrequenza; utilizzano una tri-frequenza (5-50-100KHz) per misurare resistenza (R) e reattanza (Xc), ma trovano impiego soprattutto nella ricerca scientifica.
In definitiva, per ottenere misure utili alla valutazione della CC di un soggetto è necessario utilizzare SEMPRE lo stesso strumento e TARARLO SEMPRE prima dell'uso. Meglio utilizzare elettrodi con una superficie di 5cm2 e disporli in modalità a tutto corpo (distale/prossimale).
E' anche opportuno specificare che esistono condizioni parafisiolofiche in grado di alterare la rilevazione della composizione corporea. La prima è lo stato di idratazione; è stato osservato che uno stato di digiuno solido e liquido da almeno 5 ore è in grado di modificare la rilevazione sul soggetto. Allo stesso modo, l'esercizio aerobico intenso può determinare una riduzione della resistenza (R) per squilibrio tra gli elettroliti corporei e l'acqua totale; un rapporto a favore degli elettroliti rispetto all'acqua determina una maggior conducibilità. Anche la temperatura corporea influisce significativamente sulla rilevazione con bioimpedenziometria; incrementandola si ha una riduzione della resistenza (R), pertanto, con piressia o ipertermia la bioimpedenziometria NON è attendibile. Infine, la cute sulla quale sono applicati gli elettrodi aumenta la sua conducibilità se pulita con alcol etilico.
NB. Errori di 1 cm nel posizionamento degli elettrodi nel corpo determina una modifica della rilevazione pari al 2% del totale, così come la temperatura ambientale <14°C compromette la stima della massa magra fino a 2,2kg.

Vantaggi della bioimpedenziometria rispetto alla plicometria

Sia la plicometria che la bioimpedenziometria sono tecniche di rilevazione della CC indirette e presentano lo stesso grado di accuratezza; tuttavia, a volte sarebbe preferibile utilizzare una bioimpedenziometria in quanto presenta alcuni vantaggi applicativi. Tra questi menzioniamo:

  • Non necessita un alto grado di manualità e abilità dell'operatore
  • E' più confortevole
  • Può essere stimata per la valutazione degli obesi e degli allettati
  • Valuta anche la CC locale
  • Ha la possibilità di valutare l'ECW (acqua extracellulare) e l'ICW (acqua intracellulare)

In breve: una buona rilevazione con bioimpedenziometria

Per compiere una corretta rilevazione bioimpedenziometrica è necessario:

  • PORRE CORRETTAMENTE GLI ELETTRODI (4 cm di distanza nero prossimale rosso distale)
  • RICONOSCERE LA DISIDRATAZIONE
  • VALUTARE L'IMPORTANZA DELL'ESERCIZIO FISICO SVOLTO
  • INSTAURARE UN AMBIENTE DIŒ RILEVAZIONE TERMICAMENTE IDONEO
  • PULIRE LA SUPERFICIE DIŒ CONDUZIONE

Inoltre, ricordiamo che per ottenere dati attendibili e ripetibili il soggetto deve:

  • ESSERE A DIGIUNO DA ALMENO 4 ORE
  • ESSERE ASTINENTE DALL'ESERCIZIO FISICO DA ALMENTO 12 ORE
  • AVERE LA VESCICA VUOTA
  • ESSERE ASTINENTE DA ALCOL DA ALMENTO 48 ORE
  • ESSERE ASTINENTE DA DIURETICI DA ALMENO 7 GIORNI

Volendo essere ancora più precisi, ricordiamo che il periodo pre-mestruale nella donna determina una modifica dell'equilibrio corporeo e che il cambiamento del contenuto idrico e salino nei bambini necessita l'impiego di equazioni di previsione SPECIFICHE.
NB. Secondo alcuni ricercatori l'accuratezza di predizione con BIA può essere migliorata usando:

  • Eq. età-specifiche Lohman 1992
  • Eq. razza-specifiche Rising et al., 1991
  • Eq. specifiche per livello di adiposità Segale t al., 1988
  • Eq. specifiche per livello di attività fisica Houtkooper 1989

Sono state formulate EQUAZIONI GENERALIZZATE che includono ETA' e SESSO ma è anche possibile che SOVRASTIMINO LA MASSA GRASSA IN INDIVIDUI CON BASSA PERCENTUALE DI MASSA GRASSA (il contrario della plicometria) E SOTTOSTIMINO LA MASSA GRASSA IN INDIVIDUI CON ALTA PERCENTUALE.

 

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