Биоимпедансный анализ
Источник: «Энциклопедия тестирований»
Автор: Владислав Занковец, Издательство: Спорт, 2016 г.
Содержание
Биофизический метод — биоимпедансный анализ
Биоимпедансный анализ - это точный метод оценки состава тела спортсменов.[1][2].
Он представляет собой контактный метод измерения электрической проводимости тела и даёт возможность оценивать объёмы клеточной и внеклеточной жидкости, а также жировую, безжировую, мышечную и клеточную массу тела[3][4][5][6][7]. В качестве эталона для оценки объёмов водных секторов и клеточной массы тела применяются методы определения естественной радиоактивности всего тела и методы разведения[4][8][9], а для других компонент состава тела — подводное взвешивание, магнитно-резонансная томография, двухэнергетическая рентгеновская денситометрия и др.[1][10][11][12].
Классификацию биоимпедансных измерений принято производить по следующим параметрам[13][14]:
- частота зондирования (одно-, двух-, многочастотные);
- участки измерений (региональные, интегральные, полисегментные);
- тактика измерений (однократные, мониторные).
Наибольшее распространение в спортивной практике получили двухчастотные интегральные и полисегментные многочастотные методики[14].
Стандартная погрешность оценки% жировой массы тела (ЖМТ) биоимпедансным методом по сравнению с гидростатической денситометрией составляет порядка 3-6%[4]. Наилучшая точность достигается при использовании стандартной схемы наложения электродов — на голень и запястье[4]. Погрешность при повторных измерениях одного и того же испытуемого находится в диапазоне 1—1,5%[15].
Физические основы биоимпедансного метода
Основу биоимпедансного анализа составляют различия электропроводности тканей организма по причине разного содержания в них жидкости и электролитов (таблица 1). К примеру, активное сопротивление жировой ткани примерно в 10-15 раз выше в сравнении с большинством других безжировых тканей.
Таблица 1. Типичные значения удельного электрического сопротивления биологических жидкостей и тканей[14][16]
|
Наименование |
Удельное сопротивление, Ом х м |
|
Спинномозговая жидкость |
0,65 |
|
Кровь |
1,5 |
|
Нервно-мышечная ткань |
1,6 |
|
Легкие без воздуха |
2,0 |
|
Скелетные мышцы |
3,0 |
|
Печень |
4,0 |
|
Кожа |
5,5 |
|
Жировая ткань |
15 |
|
Костная ткань |
150 |
Несомненным преимуществом методики[17] является то, что она проста, неинвазивна и безопасна.
Методика интегрального исследования
Проведение биоимпедансного исследования требует наличия специального оборудования[14]:
- биоимпедансный анализатор. В России Институтом Питания РАМН рекомендован к применению анализатор состава тела АВС-01 «Медасс»[17];
- персональный компьютер с установленным специальным программным обеспечением;
- кушетка, гимнастический мат или надувной матрас (шириной не менее 85-90 см);
- ростомер, весы, сантиметровая лента.
- Предварительный этап: а) за неделю до обследования испытуемому запрещается принимать диуретики; б) за двое суток —алкоголь, кофеин и другие вещества, способствующие нарушению водного обмена; в) за 3-4 часа следует воздерживаться от физических нагрузок, а также от употребления воды и пищи; г) за 30 минут до обследования следует опорожнить мочевой пузырь.
- Перед началом исследования испытуемому рекомендуется провести лёжа 7-10 минут.
- Возраст, пол, рост, вес, объём талии, бедер и запястья заносятся в специальную программу, установленную на персональном компьютере.
- Во время измерений обследуемый должен быть изолирован от окружающих электропроводящих предметов. Биоимпедансный анализатор подсоединяется к конечностям тела с помощью специальных электродов. Перед этим соответствующие участки кожи обрабатываются спиртом, а электроды покрываются тонким слоем геля-электролита. Альтернативой служит использование одноразовых электродов.
- Электроды размещают в соответствии с инструкцией. Обычно используется стандартная четырёхполярная схема прикрепления электродов — по два на правом голеностопе и на правом запястье. Корректное расположение электродов играет ключевую роль, так как следствием их смещения на 1 см вдоль направления зондирующего тока является 2% ошибка измерения импеданса. Также на точность измерений влияет наличие воспалительных заболеваний.
- Во время обследования испытуемый должен сохранять неподвижное положение с разведенными руками и ногами под углом 30-45° в стороны.
- Противопоказания. Запрещается проходить обследование больным с кардиостимуляторами.
Интерпретация результатов исследования
По окончании измерений программа автоматически обрабатывает данные. Результаты обследования отражаются в протоколах с комментариями и рекомендациями. Кроме того, отображаются сравнительные (с результатами предыдущих измерений, сохраненных в базе данных) графики динамики основных параметров состава тела:
Индекс массы тела — отношение массы к площади поверхности тела. Данный параметр позволяет определить избыток или недостаток питания.
Жировая масса организма. Жир для организма является важнейшим депо жирорастворимых витаминов (А, Д, Е, К), жирных кислот и энергии. Именно поэтому чрезмерно низкое содержание жира в организме является опасным. Другая крайность — слишком большое количество жира увеличивает вероятность возникновения таких заболеваний как атеросклероз и инфаркт миокарда.
Тощая масса тела. Обычно количество тощей массы (безжировой) находится в диапазоне 75-85% от массы тела. Это всё то, что не является жиром: мышцы, внутренние органы, нервы, кости и все жидкости организма. Данный показатель необходим для определения основного обмена веществ и уровня потребления энергии организмом, а также для расчета суточного рациона питания.
Основной обмен веществ (ккал) — это количество энергии, которая расходуется организмом за сутки на поддержание его функционирования. Основной обмен тесно связан с количеством активной клеточной массой. Чем выше данный показатель, тем больше энергии расходуется на кровообращение, обмен веществ и выполнение других жизненно необходимых функций.
Активная клеточная масса (АКМ или масса клеток тела) является частью безжировой. К ней относятся мышцы, внутренние органы, мозг и нервные клетки. «Пониженное значение АКМ свидетельствует о дефиците белковой компоненты питания, что может быть вызвано как общим недостатком белка в рационе, так и индивидуальными особенностями усвоения отдельных видов белкового питания конкретным спортсменом»[14].
Процентная доля активной клеточной массы (%АКМ).%АКМ в тощей массе является коррелятом двигательной активности и физической работоспособности. У действующих профессиональных спортсменов циклических и игровых видов спорта значения%АКМ, как правило, превышают 62-63%[14]. Наличие очень низкой или очень высокой процентной доли активной клеточной массы вызывает чувство голода. Кроме того, низкий показатель процентной доли АКМ может служить индикатором недостатка питания.
Скелетно-мышечная масса тела является показателем адаптационного резерва организма и составляет в среднем 30-40% массы тела.
Общая жидкость — это показатель содержания воды в организме. Выделяют внутриклеточную, внеклеточную (кровь, плазма, лимфа) и связанную (в отёчных тканях) жидкость. Полученные результаты позволяют определить потребность в воде для каждого конкретного испытуемого.
Фазовый угол биоимпеданса — это показатель, который отражает состояние клеток организма, уровень общей работоспособности и интенсивности обмена веществ; позволяет определить биологический возраст спортсмена.
На рисунках изображены стандартные протоколы исследований одночастотным методом биоимпедансного анализа в программе АВС-037 «Медасс». Так, рисунок 1 отражает протокол первичного обследования, который включает входные данные (пол, возраст, длина и масса тела, обхваты талии и бёдер) и результаты оценки различных показателей состава тела (жировая и тощая масса тела, абсолютное и относительное содержание активной клеточной массы, общая жидкость организма и основной обмен веществ). В зависимости от пола, возраста и длины тела приводятся границы нормальных значений перечисленных показателей.
Протокол фазового угла, представленный на рисунке 2, даёт информацию о состоянии метаболизма обследуемого. Диаграмма вверху слева отображает соответствие фазового угла и жировой массы диапазонам нормальных значений. Диаграмма внизу справа дает информацию об возрастных изменениях интервала нормальных значений фазового угла. На ней изображена популяционная кривая (жирным), соответствующая полу индивида, а также две кривые, которые ограничивают область значений фазового угла в интервале плюс-минус одно стандартное отклонение.
«Значения фазового угла принято интерпретировать следующим образом: ФУ < 4,4° — высокая вероятность катаболических сдвигов; 4,4° < ФУ < 5,4° — гиподинамия; 5,4° < ФУ < 7,8° — норма; 7,8° < ФУ — повышенные значения, характерные для спортсменов.
По величине фазового угла в спорте высших достижений прогнозируется предстартовая работоспособность спортсмена»[14].
Анализ наблюдений в динамике даёт возможность оценить эффективность тренировочного процесса, вовремя вносить необходимые коррективы, а также прогнозировать изменения физической работоспособности хоккеистов.
Рисунок 1. Оценка состава тела на основе биоимпедансного анализа. Протокол первичного обследования
Рисунок 2. Протокол фазового угла спортсмена
Рисунок 3. Оценка состава тела на основе биоимпедансного анализа. Протокол повторных обследований
Рисунок 4. Групповой протокол биоимпедансного исследования состава тела для первого (вверху) и 24-го (внизу) дня тренировочного цикла. Высота столбцов соответствует значениям%ЖМТ у пяти игроков команды
Рисунок 5. Фрагмент протокола программы АВС01-0454 для полисегментных измерений
Протокол повторных обследований (рисунок 3) автоматически генерируется программой начиная со второго исследования и включает в себя диаграмму изменений, а также показатели абсолютных значений и изменений основных параметров состава тела для первого и шести последних обследований в виде таблицы.
Для анализа результатов биомпедансного исследования команды, используется групповой протокол (рисунок 4).
На представленных протоколах высотой столбиков гистограммы отображены значения % ЖМТ группы их пяти хоккеистов в начале и в конце 24-дневного тренировочного сбора. Полученные данные позволяют тренеру отслеживать изменения состава тела спортсменов команды численностью до 30 игроков.
Региональные и полисегментные методики оценки состава тела
Хоккей, а также некоторые другие виды спорта нередко оказывают преимущественную нагрузку на одну из конечностей, что является причиной возникновения ассиметрии.
Это может привести к неблагоприятным изменениям, таким как: искривление позвоночника, дефекты межпозвоночных дисков и др.
Когда ставится задача оценки параметров сегментов тела и ассиметрии конечностей, применяется способ биоимпедансных полисегментных измерений, который подразумевает размещение пар токовых и потенциальных электродов на обеих руках и ногах. В ходе обследования происходит автоматическое переключение измерительных и токовых цепей между электродами, и в виде результата отображаются значения импедансов рук, ног и туловища (рисунок 5).
В полисегментных исследованиях производится оценка двух дополнительных интегральных показателей: объёма циркулирующей крови (ОЦК) и массы висцерального жира.
Биоимпедансный контроль каждой конечности по отдельности позволяет количественно оценить происходящие морфологические и функциональные изменения и вовремя их корректировать.
Безопасность метода
Многолетнее использование биоимпедансометрии не выявило никаких нежелательный последствий для человека[4].
По некоторым данным, болевой порог воздействия электрического тока на организм при частоте 50кГц составляет около 40мА (Geddes, Baker, 1975), что практически в 2 раза больше силы тока, используемой при биоимпедансном исследовании (Liedtke, 1997).
Надёжность и точность биоимпедансного анализа
«При условии соблюдения методических рекомендаций биоимпедансный анализ даёт надёжную оценку состава тела. Величина среднеквадратического отклонения результатов повторного определения %ЖМТ методом биоимпедансометрии, выполненного у одного и того же пациента одним и тем же оператором, не должна превышать 0,5%, что свидетельствует о хорошей воспроизводимости результатов»[4]. Однако для повышения точности в биоимпедансометрии необходимы предварительные настройки биоимпедансометра под антропометрические показатели пользователя, и коррекция показаний по настройкам, при этом вклад биоимпедансометрии в результат только 30%, остальные 70% - вклад вычислений по антропометрии.
Показатели хоккеистов высокой квалификации
В период с 2012 по 2015 годы было проведено масштабное исследование состава тела путём биоимпедансного анализа, в котором приняло участие 118 игроков КХЛ (66 нападающих, 38 защитников и 14 вратарей). Результаты представлены в таблице 2:
Таблица 2. Описательная статистика результатов биоимпедансного анализа хоккеистов КХЛ
|
Тесты (контрольные нормативы) |
Нападающие |
Защитники |
Вратари | |||
|
Среднее значение |
Стандарт. отклоне ние |
Среднее значение |
Стандарт. отклоне ние |
Среднее значение |
Стандарт. отклоне ние | |
|
Длина тела (см) |
182,65 |
5,89 |
184,97 |
5,90 |
182,71 |
3,34 |
|
Масса тела (кг) |
88,39 |
8,27 |
89,52 |
9,65 |
82,07 |
4,01 |
|
Индекс массы тела |
26,47 |
1,74 |
26,11 |
1,92 |
24,59 |
1,17 |
|
Окружность талии (см) |
84,63 |
4,67 |
85,05 |
3,89 |
82,36 |
2,62 |
|
Окружность бедер (см) |
102,95 |
5,09 |
103,21 |
4,41 |
99,57 |
2,65 |
|
Индекс талии/бедра |
0,82 |
0,03 |
0,82 |
0,02 |
0,83 |
0,03 |
|
Фазовый угол, градусы |
8,12 |
0,48 |
8,05 |
0,43 |
7,95 |
0,29 |
|
Жировая масса (кг) |
18,06 |
4,85 |
18,71 |
4,41 |
15,32 |
1,68 |
|
Жировая масса (%) |
20,11 |
4,05 |
20,72 |
3,38 |
18,69 |
1,95 |
|
Тощая масса (кг) |
70,43 |
5,63 |
70,81 |
6,51 |
66,75 |
3,75 |
|
Активная клеточная масса (кг) |
44,18 |
3,38 |
44,21 |
3,68 |
41,49 |
2,70 |
|
Активная клеточная масса (%) |
62,76 |
1,77 |
62,29 |
2,21 |
62,16 |
1,10 |
|
Скелетно-мышечная масса (кг) |
37,90 |
3,20 |
38,10 |
3,62 |
36,27 |
2,41 |
|
Скелетно-мышечная масса (%) |
53,81 |
1,1З |
53,81 |
1,04 |
54,31 |
0,88 |
|
Общая жидкость (кг) |
51,56 |
4,13 |
51,83 |
4,77 |
48,85 |
2,76 |
|
Внеклеточная жидкость (кг) |
20,05 |
1,74 |
20,21 |
2,04 |
19,05 |
1,09 |
|
Внутриклеточная жидкость (кг) |
31,52 |
2,41 |
31,61 |
2,74 |
29,82 |
1,67 |
|
Твёрдые фракции (кг) |
18,83 |
1,48 |
19 |
2 |
18,02 |
0,92 |
|
Основной обмен веществ (ккал) |
2011,86 |
106,94 |
2012,92 |
116,60 |
1927,21 |
85,07 |
|
Удельный обмен веществ (ккал/кв.м) |
954,64 |
41,77 |
939,63 |
33,63 |
940,81 |
20,33 |
На основе полученных данных были составлены оценочные шкалы (табл. 3):
Таблица 3. Шкалы оценок для хоккеистов КХЛ по результатам биоимпедансного анализа
|
Тесты (контрольные нормативы) |
Уровень подготовленности, баллы | ||||
|
Очень низкий |
Низкий |
Средний |
Выше среднего |
Высокий | |
|
Нападающие | |||||
|
Жировая масса (%) |
>28,21 |
22,15-28,21 |
18,09-22,14 |
12-18,08 |
<12 |
|
Активная клеточная масса (%) |
<59,21 |
59,21-61,87 |
61,88-63,65 |
63,66—66,3 |
>66,3 |
|
Скелетно-мышечная масса (%) |
<51,54 |
51,54-53,24 |
53,25-54,38 |
54,39-56,07 |
>56,07 |
|
Защитники | |||||
|
Жировая масса (%) |
>27,48 |
22,42-27,48 |
19,03-22,41 |
13,95-19,02 |
<13,95 |
|
Активная клеточная масса (%) |
<57,86 |
57,86-61,18 |
61,19-63,4 |
63,41-66,71 |
>66,71 |
|
Скелетно-мышечная масса (%) |
<51,72 |
51,72-53,28 |
53,29-54,33 |
54,34-55,89 |
>55,89 |
|
Вратари | |||||
|
Жировая масса (%) |
>22,59 |
19,68-22,59 |
17,72-19,67 |
14,78-17,71 |
<14,78 |
|
Активная клеточная масса (%) |
<59,95 |
59,95-61,6 |
61,61-62,71 |
62,72-64,36 |
>64,36 |
|
Скелетно-мышечная масса (%) |
<52,54 |
52,54-53,86 |
53,87-54,75 |
54,76-56,07 |
>56,07 |
Пятиступенчатая шкала оценки указывает границы варьирования компонентов тела, что позволяет врачам и тренерам профессиональных команд понимать динамику и направленность адаптации к нагрузкам.
Сравнение результатов, полученных при биоимпедансном анализе и калиперометрии
- Читайте основную статью: Калиперометрия
Показатели калиперометрии успешно соотносятся с данными, приведёнными в рамках литературного обзора[18][19][20][21]. Однако сравнение их результатов с показателями, получаемыми в ходе биоимпедансного анализа, выявляет существенные различия. Данная ситуация смущает практиков, пользующихся имеющейся в литературе информацией, полученной в разных странах, разными методами. Данное несоответствие стимулировало проведение собственного исследования (Занковец В.Э.). Было обследовано 55 хоккеистов КХЛ методом биоимпедансного анализа и сразу после этого методом калиперометрии.
Таблица 4. Описательная статистика результатов сравнения биоимпедансного анализа и калиперометрии
|
Методика исследования |
Жировая масса (%) — среднее значение |
Стандартное отклонение(%) |
|
Биоимпедансный анализ |
20,59 |
3,71 |
|
Калиперометрия |
10,35 |
2,27 |
Полученные результаты свидетельствуют, что метод биоимпедансного анализа даёт результаты практически в два (!) раза выше в сравнении с методом калиперометрии. Специалистам ясна причина такого расхождения в результатах: калиперометрия измеряет подкожный жир, а биоимпеданс — ещё и внутренний. Кроме того, известно, что все типы жира отличаются по химическому составу и по разному реагируют на физическую нагрузку, диету, гормональный статус, а также с разной скоростью вовлекаются в энергобмен. Здесь возникает вопрос о роли и значении каждого из показателей жира в контроле за адаптацией спортсмена.
Оба метода имеют свои преимущества и недостатки, что и подтверждается их широким применением в мире спорта.
Читайте также
Источники
- ↑ 1,0 1,1 Николаев, Д.В. Состав тела и биоимпедансный анализ в спорте (обзор) / Д.В. Николаев, С.Г. Руднев // Оборудование медицинской профилактики [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://www.medprof.Org/#Iuntitled/cl0xs. —Дата доступа: 25.09.2015.
- ↑ Segal, K.R. Use of bioelectrical impedance analysis measurements as an evaluation for participating in sports / K.R. Segal // Am. J. Clin. Nutr. — 1996. -V.64 (Suppl.). — P. 469-471.
- ↑ Иванов, Г.Г. Биоимпедансный метод определения состава тела / Г.Г. Иванов, Э.П. Балуев, А.Б. Петухов и др. // Вестник РУДН, сер. «Медицина». — 2000. — № 3. — С. 66-73.
- ↑ 4,0 4,1 4,2 4,3 4,4 4,5 Мартиросов, Э.Г. Технологии и методы определения состава тела человека / Э.Г. Мартиросов, Д.В. Николаев, С.Г. Руднев. — М.: Наука, 2006. — 248 с.
- ↑ Fry, A. Measurement and Evaluation / A. Fry // Presentation 5: Essentials of Strength Training and Conditioning Multimedia Symposium / NSCA Certification Comission. — Lincoln, 2006. — 36 p.
- ↑ Janssen, I. Estimation of skeletal muscle mass by bioelectrical impedance analysis /1. Janssen, S.B. Heymsfield, R.N. Baumgartner et al. // J. Appl. Physiol. — 2000. — V. 89, № 2. — P. 465-471.
- ↑ Kushner, R.F. Bioelectrical impedance analysis: A review of principles and applications / R.F. Kushner // J. Am. Coll. Nutr. — 1992. — V. 11, № 2. — P. 199-209.
- ↑ EdelmanI, S. Body composition: studies in the human being by the dilution principle / S. EdelmanI, J.M. Olney, A.H. James // Science. — 1952. — V. 115. — P. 447-454.
- ↑ Houtkooper, L.B. Assessment of body composition in youths and relationship to sport / L. B. Houtkooper // Int. J. Sport Nutr. — 1996. — V. 6, № 2. — P. 146-164.
- ↑ Башкиров, П.Н. Строение тела и спорт / П.Н. Башкиров, Н.Ю. Лутовинова, М.И. Уткина, В.П. Чтецов. — М.: Изд-во Московского ун-та, 1968. — 236 с.
- ↑ Carter, J.E.L. Physical structure of Olympic athletes / J.E.L. Carter. — Basel: Karger, 1982.
- ↑ Tanner, J.M. The physique of the Olympic athlete / J.M. Tanner. — London: Allen & Unwin, 1964.
- ↑ Мартиросов, Э.Г. Применение антропологических методов в спорте, спортивной медицине и фитнесе: учебное пособие для студентов вузов / Э.Г. Мартиросов, С.Г. Руднев, Д.В. Николаев. - М.: Физическая культура, 2010. — 119 с.
- ↑ 14,0 14,1 14,2 14,3 14,4 14,5 14,6 Николаев, Д.В. Биоимпедансный анализ: основы метода, протокол обследования и интерпретация результатов (лекция) / Д.В. Николаев, С.Г. Руднев // Спортивная медицина: наука и практика. — 2012. — № 2.
- ↑ Николаев, Д.В. Биоимпедансный анализ состава тела человека / Д.В. Николаев, A. В. Смирнов, И.Г. Бобринская и др. — М.: Наука, 2009. — 392 с.
- ↑ Шван, Х.П. Воздействие высокочастотных полей на биологические системы: Электрические свойства и биофизические механизмы / Х.П. Шван, К.Р. Фостер // ТИИЭР. — 1980. — Т.68, №1. — С. 121-132.
- ↑ 17,0 17,1 АВС-01 Медасс: биоимпедансный анализ // Biosite [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://biosite.ru/articles/13/180. Дата доступа: 19.06.2015.
- ↑ Букатин, А.Ю. Контроль за подготовленностью хоккеистов различных возрастных групп (включая отбор) / А.Ю.Букатин. — М.: Федерация хоккея России, 1997. — 24 с.
- ↑ Методы оценки состава тела: методические рекомендации для КХЛ, ВХЛ, МХЛ / Медицинский центр КХЛ. — Москва: РА «Аллигресс», 2012. — 25 с.
- ↑ Никонов, Ю.В. Подготовка квалифицированных хоккеистов: Учеб, пособие / Ю.В. Никонов. — Мн.: ООО «Асар», 2003. — 352 с.: ил.
- ↑ Савин, В.П. Теория методика хоккея: Учебник для студ. высш. учеб, заведений / B. П.Савин. — М.: Издательский центр «Академия», 2003. — 400 с.