Введение
По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), в последние годы в мире наблюдается тенденция к росту числа пациентов с избыточной массой тела и ожирением [1, 2]. По сравнению с данными, полученными в 1980 г., распространенность ожирения в мире в 2015 г. увеличилась вдвое, и на сегодняшний день ожирение и избыточная масса тела выявлены примерно у каждого 3-го жителя Земли [3]. Согласно оценкам экспертов, в случае сохранения сложившейся тенденции к 2030 г. избыточную массу тела будут иметь 38% взрослого населения Земли, а ожирение — еще 20% [4].
Ожирение в широком смысле можно определить как многофакторное хроническое заболевание, при котором избыточное накопление жировой ткани в теле человека ведет к ухудшению состояния здоровья, повышению риска возникновения заболеваний и их осложнений в долгосрочной перспективе, а также к уменьшению продолжительности жизни [5].
Ожирение оказывает неблагоприятное влияние практически на все физиологические процессы в организме и представляет значительную угрозу для общественного здоровья. Хорошо известно, что ожирение способствует увеличению риска развития заболеваний, таких как сахарный диабет, сердечно-сосудистые заболевания, некоторые типы злокачественных новообразований (включая рак эндометрия, молочной железы, печени, желчного пузыря, толстой кишки и т.д.), широкий спектр заболеваний скелетно-мышечной системы (прежде всего, остеоартрит), а также ведет к ухудшению состояния психического здоровья [6, 7].
Согласно европейским и российским рекомендациям, индекс массы тела и окружность талии являются основными антропометрическими показателями, применяемыми в диагностике данного заболевания. Однако такой расчет показывает только усредненные данные. Ведь даже если индекс массы тела (ИМТ) заметно превышает верхние границы нормы, это не всегда связано с ожирением и может наблюдаться у лиц с чрезвычайно развитой мышечной массой [8].
В настоящее время для выявления избыточной массы тела в клинической практике могут применяться различные методы анализа состава тела, например магнитно-резонансная томография (МРТ), компьютерная томография, двухэнергетическая рентгеновская абсорбциометрия, гидростатическая денситометрия и плетизмография с вытеснением воздуха, позволяющие наглядно определить наличие и количество жировой ткани. Однако применение данных методов в повседневной практике затруднено ввиду их дороговизны, ограничений по возрасту и массе тела (например, для некоторых аппаратов МРТ масса тела обследуемого не должна превышать 120 кг), а также сложности проведения исследования [9, 10]. Альтернативой данным методам может выступать биоимпедансный анализ состава тела (БИАСТ), который ввиду своих очевидных преимуществ (простота в использовании, неинвазивность, отсутствие лучевой нагрузки, необходимости специального обучения и т.п.) может применяться в повседневной клинической практике врачами различных специальностей. В данной статье мы остановимся на основных принципах БИАСТ, возможных противопоказаниях к его применению и особенностях интерпретации результатов.
Биоимпедансометрия, или БИАСТ, — это наиболее быстрый, достаточно точный, недорогой, неинвазивный и простой метод оценки состава тела. Кроме того, на основе электрического сопротивления различных тканей с помощью специального устройства можно не только выявить количество жировой и мышечной массы в теле и особенности их распределения, но и оценить наличие и распределение воды в организме, а также определить интенсивность основного обмена [11].
БИАСТ основан на различиях электропроводности тканей организма ввиду разного содержания в них жидкости и электролитов. Так, например, активное сопротивление жировой ткани примерно в 10—15 раз выше, чем у большинства других тканей, составляющих безжировую массу тела.
Суть данного метода заключается в определении импеданса, т.е. сопротивления прохождению переменного электрического тока (потоком около 800 мкА и с частотой, как правило, 50 кГц) в биологических тканях. Для этого применяют специальные приборы — биоимпедансометры, или биоимпедансные анализаторы. Значение импеданса характеризуется двумя параметрами: активным и реактивным сопротивлением. Активное сопротивление представляет собой сопротивление потоку переменного тока через водные растворы электролитов во внеклеточном и внутриклеточном пространствах. Реактивное сопротивление создается благодаря диэлектрическим свойствам клеточных мембран и органелл. Оба этих параметра зависят от содержания в организме воды и ионной проводимости [12—14].
Известно, что оценивая антропометрические (пол, возраст, масса тела, рост, индекс массы тела, окружность талии, бедер и др.) и биоэлектрические (активное сопротивление, реактивное сопротивление, импеданс и т.д.) параметры, в ходе биоимпедансного анализа можно определить такие показатели, как величина жировой и безжировой массы (кг), их долю от общей массы тела, количественное и процентное содержание активной клеточной и скелетно-мышечной массы, объем общей воды в организме, объем внутриклеточной и внеклеточной жидкости, количество интерстициальной жидкости, а также получить оценку интенсивности основного обмена [15].
Информация, полученная в результате БИАСТ, может быть необходима лечащему врачу для определения дальнейшей тактики ведения пациента с ожирением или с другой патологией.
История создания и применения биоимпедансного анализа
В отечественной литературе первые исследования в области биоимпедансометрии опубликованы еще в 30-х годах XX века. В 1934 и 1938 гг. советский ученый Б.Н. Тарусов представил первые работы по этой теме. Кроме того, примерно в те же годы проведена оценка приживаемости трансплантатов с использованием биоимпедансной аппаратуры [15—17].
Однако следует отметить, что исторически началом применения биоимпедансометрии на практике с целью определения компонентов состава тела человека считается вторая половина XX века. В 1962 г. M. Thomasset с помощью двух игл, введенных под кожу, определил общее содержание воды в организме на основе показателей электрического импеданса [18]. Данное исследование французского анестезиолога позволило связать параметры тела человека и электрический импеданс.
В 1969 г. E. Hoffer и соавт. на основании собственных исследований пришли к выводу, что с помощью измерения импеданса всего тела можно определить общее количество воды в организме (ОВО). Эмпирически получена формула расчета ОВО:
Z=рост2/импеданс.
Коэффициент корреляции с общим содержанием воды в организме при этом составлял 0,92. В настоящее время уравнение, полученное E. Hoffer и соавт., более известно как индекс импеданса [19].
Спустя 10 лет биоимпедансные анализаторы появились на рынке и стали доступны для приобретения. Пионером среди фирм-производителей данных устройств считается компания «RJL Systems» (США), основанная в 1979 г. и выпустившая первый коммерческий аппарат для определения импеданса. Первый биоимпедансометр позволял измерять электрическое сопротивление организма при частоте тока 50 кГц. И в настоящее время некоторые основные технические характеристики современных биоимпедансных анализаторов остаются сопоставимыми с оригинальным проектом [20]. Тем не менее применение только одной частоты тока (50 кГц) в ходе биоимпедансометрии на основании предположения о том, что человеческое тело представляет собой единый цилиндр, создавало ряд неточностей в определении компонентов состава тела.
Позже в своих работах H. Lukaski и соавт. (1986), R. Kushner и D. Schoeller (1986) эмпирическим путем модифицировали уравнение с учетом таких параметров, как индекс импеданса, масса тела, пол и реактивное сопротивление [21, 22].
В 1992 г. R. Kushner опубликовал статью, в которой утверждал, что с геометрической точки зрения человеческое тело — это не изотропный проводник с равномерной длиной и площадью поперечного сечения, как считалось ранее. Он предложил рассматривать тело человека как пять различных цилиндров (исключая голову): две руки, две ноги, туловище. Поэтому с учетом неодинаковой длины и площади поперечного сечения частей тела использование одной частоты переменного тока для композиционного анализа неизбежно должно было привести к искажению результатов исследования, и для точного анализа необходимо применение нескольких частот тока [23].
В 1996 г. южнокорейский ученый, выпускник Гарварда, доктор Ki-Chul Cha основал компанию «InBody» (Южная Корея) и разработал первый в мире восьмиполярный биоимпедансный анализатор. При этом измерение на приборе производилось с использованием восьми тактильных электродов: одни находились в контакте с ладонью и I пальцем каждой руки, другие — с передней и задней поверхностями подошвы каждой стопы. Это позволило не использовать специфичные формулы для точной оценки ОВО и внеклеточной жидкости [24, 25].
Впоследствии технология биоимпедансометрии продолжала развиваться и модернизироваться. В качестве примера достижений в этой области можно привести смарт-часы, разработанные в начале 20-х годов XXI века известной южнокорейской фирмой, которые способны определить состав тела человека с помощью микротока, проникающего через специальный сенсор на руке. Анализ занимает не более 15 с [26, 27].
Виды биоимпедансных анализаторов
В настоящее время существует множество видов биоимпедансных анализаторов, в частности горизонтальные (рис. 1 на цв. вклейке) и вертикальные (рис. 2 на цв. вклейке) типы приборов. При использовании горизонтального аппарата пациент находится в положении лежа на кушетке, а при применении вертикального — стоит на специальной платформе.
Рис. 1. Примеры отечественных и зарубежных биоимпедансометров горизонтального типа: Диамант-АИСТ(слева), Медасс АВС-02 (в центре), InBody S10 (справа).
Рис. 2. Примеры зарубежных биоимпедансометров горизонтального типа: Tanita BC 545 N (слева), Inbody 570 (справа).
Приборы горизонтального типа по своему внешнему виду могут напоминать аппарат ЭКГ, а анализаторы вертикального типа — весы. При этом приборы, как правило, имеют небольшие размеры, отличаются мобильностью и удобством в использовании.
В зависимости от используемой модели анализатора можно оценить определенный набор расчетных параметров состава тела. Наиболее развернутый и точный анализ получают с помощью профессиональных стационарных устройств, применяющихся в медицинских учреждениях. Устройства, предназначенные для домашнего использования, обладают способностью анализировать ограниченное количество показателей, что может отразиться на точности измерения.
В зависимости от набора интересующих параметров предложено несколько моделей состава тела человека, например традиционная двухкомпонентная модель, в которой масса тела рассматривается как сумма жировой и безжировой масс; трехкомпонентная модель, в рамках которой дополнительно оценивается показатель ОВО; четырех- и многокомпонентные модели для более точного определения процентного содержания жира в организме с учетом возможных погрешностей [15, 28, 29].
С помощью БИАСТ определяют следующие показатели:
— активное и реактивное сопротивление;
— импеданс (Z);
— фазовый угол;
— величину жировой и безжировой массы (кг), их долю от общей массы тела;
— количественное и процентное содержание активной клеточной и скелетно-мышечной массы;
— ОВО;
— объем внутриклеточной (КЖ) и внеклеточной жидкости;
— количество интерстициальной жидкости;
— основной обмен и др.
Последовательность выполнения БИАСТ:
1) определение антропометрических показателей (масса тела, рост, ИМТ, окружность талии и бедер);
2) измерение активного и реактивного сопротивления с помощью биоимпедансометра;
3) расчет по соответствующим формулам параметров состава тела и интенсивности обмена веществ;
4) определение диапазона нормальных значений с учетом возраста, пола и этнической принадлежности пациента;
5) анализ полученных данных и заключение.
Таким образом, БИАСТ позволяет определить вероятность развития тех или иных заболеваний у здоровых людей, оценить резерв здоровья и метаболические сдвиги, а также дать рекомендации по оптимизации физической нагрузки и рациона питания. Для пациентов с ожирением проведение БИАСТ в динамике дает возможность контролировать эффективность проводимого лечения [30].
Преимущества и недостатки метода в диагностике ожирения
Чаще всего в клинической практике для диагностики ожирения применяют антропометрические методы. Согласно рекомендациям, предложенным ВОЗ, и клиническим рекомендациям, для выявления и оценки избыточной массы тела необходимо измерить рост, массу тела, окружность талии и рассчитать ИМТ. В зависимости от полученных результатов определяют степень и стадию ожирения. При этом нет необходимости использовать специальные приборы, а сама диагностика не занимает много времени.
Тем не менее данные, полученные только при оценке антропометрических показателей, не обладают высокой точностью и специфичностью. С их помощью нельзя в полной мере и корректно охарактеризовать компонентный состав тела пациента. Например, наличие у пациента периферических отеков, скопления жидкости в полостях тела, сильно развитой мускулатуры или органа, увеличенного в размерах за счет опухолевого роста, может привести к неправильной интерпретации результатов и/или диагностике «ложного ожирения». Напротив, БИАСТ, благодаря детальной оценке необходимых параметров, способен более точно определить компонентный состав тела человека, исключить «ложное ожирение», а также выявить «скрытое ожирение» [31—34].
Таким образом, биоимпедансный анализ более информативен и специфичен при оценке состава тела по сравнению с антропометрией.
Следует также отметить, что основным преимуществом БИАСТ перед остальными методами оценки состава тела является практически полное отсутствие противопоказаний к его применению (табл. 1). Единственным ограничением является наличие кардиостимулятора и других электронных имплантированных устройств, так как прохождение электрического тока в ходе БИАСТ может повлиять на дальнейшую работу данных устройств.
Таблица 1. Различия методов оценки состава тела на основании абсолютных и относительных противопоказаний к их применению
| Противопоказание | Метод исследования | |||||
| МРТ | КТ | DEXA | ГД | ВП | БИАСТ | |
| Наличие кардиостимулятора и других электронных устройств | + | — | — | — | — | + |
| Наличие крупных металлических имплантантов (протезов), кровоостанавливающих клипс в сосудах и др. металлоконструкций | + | — | + | — | — | — |
| Беременность, период лактации | + | + | + | — | — | — |
| Клаустрофобия, боязнь погружения под воду | + | + | — | + | + | — |
| Неадекватное состояние пациента (психомоторное возбуждение, алкогольное опьянение, паническая атака и др.) | + | + | + | + | + | — |
| Невозможность сохранять неподвижное положение | + | + | + | — | — | — |
| Тяжелое и крайне тяжелое состояние пациента | + | + | — | + | + | — |
| Наличие татуировок с металлосодержащими красителями | + | — | — | — | — | — |
| Масса тела >120 кг | + | + | + | — | — | — |
| Окружность талии превышает диаметр туннеля аппарата | + | + | — | — | — | — |
| Детский возраст | + | + | + | + | — | — |
| Проведение исследований с контрастированием за 72 ч и ранее | — | — | + | — | — | — |
| Пожилой возраст, наличие заболеваний, включая инфекционные | — | — | — | + | — | — |
Примечание. МРТ — магнитно-резонансная томография; КТ — компьютерная томография; DEXA — двухэнергетическая рентгеновская абсорбциометрия; ГД — гидростатическая денситометрия; ВП — воздушная плетизмография; БИАСТ — биоимпедансный анализ.
При тяжелых и крайне тяжелых состояниях пациентам можно проводить БИАСТ в условиях реанимационного отделения, что позволяет использовать этот метод не только по основному показанию, но и для контроля объема инфузионной терапии.
Кроме того, важную роль играют время, необходимое для выполнения исследования, наличие специальной аппаратуры, необходимой для осуществления анализа. Отличительной особенностью и преимуществом БИАСТ являются компактные размеры приборов, их сравнительно невысокая стоимость и быстрота выполнения анализа, что позволяет использовать данный метод с целью скрининга в крупных популяционных исследованиях. Отсутствие лучевой нагрузки в свою очередь дает возможность проводить исследование в динамике гораздо чаще 1 раза в год и тем самым контролировать ход лечения (табл. 2) [35—40].
Таблица 2. Сравнительная характеристика методов оценки состава тела
| Характеристика метода | Метод исследования | |||||
| МРТ | КТ | DEXA | ГД | ВП | БИАСТ | |
| Наличие дорогостоящего оборудования крупных размеров | + | + | + | + | + | — |
| Примерная продолжительность выполнения исследования, мин | 30—45 | до 30 | 2—5 | до 60 | 5—7 | до 5—10 |
| Возможность применения в домашних условиях | — | — | — | — | — | + |
| Лучевая нагрузка | — | + | + | — | — | — |
| Возможность применения в масштабных скрининговых исследованиях | — | — | — | — | — | + |
| Наличие ограничений по массе тела, возрасту и сопутствующей патологии | + | + | + | + | + | — |
Примечание. МРТ — магнитно-резонансная томография; КТ — компьютерная томография; DEXA — двухэнергетическая рентгеновская абсорбциометрия; ГД — гидростатическая денситометрия; ВП — воздушная плетизмография; БИАСТ — биоимпедансный анализ.
Таким образом, несмотря на применяемые в настоящее время технологии для создания биоимпедансных анализаторов и проведения БИАСТ, очевидной является необходимость дальнейшего совершенствования метода для получения более точных и корректных результатов и минимизации возможных погрешностей, связанных с его применением. В то же время сделать измерения более точными и воспроизводимыми уже сейчас позволят следующие меры, которыми не следует пренебрегать: соблюдение четких рекомендаций по выполнению исследования, теоретическая подготовка персонала и оснащение учреждений современным оборудованием [32].
Заключение
В целом биоимпедансный анализ состава тела имеет гораздо больше преимуществ, чем недостатков по сравнению с другими методами оценки состава тела человека. Использование БИАСТ для динамического наблюдения за пациентами с ожирением позволяет оценить динамику и эффективность лечения как в стационаре, так и в домашних условиях, что является необходимым не только для специалиста, но и для самого пациента, поскольку способствует созданию и поддержанию мотивации к продолжению модификации образа жизни. Более того, особое клиническое значение данного метода заключается в возможности первичной и вторичной профилактики не только ожирения, но и других хронических неинфекционных заболеваний. Неинвазивный характер, точность и простота данного метода позволяют применять его в качестве скринингового теста в рамках крупных популяционных исследований или при профилактических осмотрах больших групп населения с целью оценки распространенности ожирения и избыточной массы тела, риска развития заболеваний, ассоциированных с нарушениями обмена веществ, и выявления пациентов, которым необходима консультация врачей соответствующих специальностей. Наряду с этим БИАСТ остается методом, который активно применяют в стационарах, в частности для оценки адекватности проводимой инфузионной терапии, динамики основных показателей состава тела на фоне лечения.
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.