Bioimpedanzanalyse (BIA)

 

Die bioelektrische Impedanzanalyse, kurz auch als BIA bezeichnet, ist eine Messmethode zur Bestimmung der Körperzusammensetzung. Mit Hilfe der BIA können Körperfett, Wassergehalt und der Ernährungszustand der Zellen bestimmt werden.

Physikalische Grundlagen

Das Grundprinzip der bioelektrischen Impedanzanalyse basiert auf der Messung des elektrischen Gesamtwiderstandes des Körpers, der Impedanz. Mit Hilfe von Elektroden wird ein Wechselstrom mit einer Stärke von 0,8 mA und einer Frequenz von 50 kHz durch den Körper geleitet.
Die beiden für die weiteren Berechnungen und Interpretationen notwendigen Messwerte sind:

Die Resistanz (R) bildet den reinen (Ohmschen) Widerstand des gesamten elektrolythaltigen Körperwassers ab. Die Reaktanz (xc) misst den Widerstand, den der Strom beim Durchfließen von Zellen an den Zellmembranen erfährt.

Impedanzmessungen können mit verschiedenen Stromfrequenzen durchgeführt werden. Wird ausschließlich mit einer Frequenz, meist mit 50 kHz gemessen, so spricht man von einer Einzelfrequenz-BIA-Messung. Bei Multifrequenz-Geräten können mehrere Frequenzen eingesetzt werden. Mit diesen Geräten kann auch der extra- und intrazelluläre Wassergehalt bestimmt werden.
Aufgrund der Messung von Resistanz und Reaktanz wird mittels komplexer Formeln berechnet, wieviel Körperfett, Muskelmasse und Körperflüssigkeit bei einem Menschen vorhanden sind. Prinzipiell werden bei der Messung des Körpergewichts bzw. dessen Zusammensetzung mehrere Kompartimentmodelle unterschieden:

Kompartimentmodelle

Je nach Messmethode werden folgende Kompartimente unterschieden:

1 Kompartimentmodell2 Kompartimentmodell3 Kompartimentmodell
Körpergewicht


FettmasseFettmasse
Magermasse

ECM
BCM
WaageNicht phasensensitive BIAPhasensensitive BIA

Beim einfachsten, dem 1-Kompartimentmodell, wird nur das Körpergewicht in kg ermittelt.
Beim 2-Kompartimentmodell wird in Magermasse und der Körperfettmasse unterschieden.
Beim 3-Kompartimentmodell wird die Magermasse in die Menge der „Magersubstanz“, die sich außerhalb der Zellen (ECM) befindet, und der Stoffwechsel aktiven Masse innerhalb der Zellen (BCM) unterteilt.

BIA-Messsäulen und ihre Interpretationen

Die Auswertung einer BIA-Messung ergibt folgende Messsäulen, die auch in der weiter unten abgebildeten Graphik zu sehen sind:

Körperfett
Dieses wirkt als eine Isolatorenschicht für den Wechselstrom. Da Fettzellen sich in ihren Eigenschaften deutlich von den Stoffwechsel aktiven Zellen (BCM) unterscheiden, zeigen sie kaum kapazitiven Widerstand (Reactance). Die Fettmasse ergibt sich aus der Differenz von Magermasse und dem Körpergewicht.

Muskelmasse
Diese wird mittels komplexer Formeln aus der Magermasse (Fett freien Masse) berechnet.

Wasser
Bei der BIA wird das in den Geweben enthaltene Elektrolytwasser recht genau gemessen. Wurde kurz vor der Messung getrunken, verfälscht dies nicht das Messergebnis, wogegen vorher intravenös zugeführte Lösungen die Messung verändern

Normwerte


FFM = Fett freie Masse (auch Lean Body Mass/LBM)


Zu der Fett freien Masse des Körpers zählen die Muskeln, die Organe, das Skelettsystem und das Zentralnervensystem. Es handelt sich vor allem um Zellen, in denen Stoffwechselarbeit geleistet wird. In der FFM ist auch Flüssigkeit, die sich außerhalb der Zellen befindet, mit einbezogen sowie die Matrixsubstanz (Grundgewebe).

Magermasse

Die Magermasse wird aus dem Gesamtkörperwasser berechnet und zwar aufgrund der Annahme, dass sie 73 % des hat Gesamtkörperwasser ausmacht.

BCM = Body Cell Mass (Körperzellmasse)

Dieser Parameter ist der aussagekräftigste und bedeutendste im Kontext der gesamten BIA-Messung. Die Körperzellmasse ist ein funktionell definiertes Kompartiment, kein anatomisches. Der BCM beinhaltet die Zellen der inneren Organe sowie der Skelettmuskulatur. Der BCM ist zudem entscheidend für den Energieverbrauch des Organismus. Sämtliche Sauerstoff verbrauchenden Stoffwechselleistungen werden in den Körperzellen erbracht. Bei einer BIA gestützten Ernährungsberatung sollte grundsätzlich und primär auf den Erhalt des BCM geachtet werden. Dies gilt besonders im Rahmen von Reduktionsdiäten, bei denen Körpermasse abgebaut werden soll. Ziel ist es, hauptsächlich Fett zu verlieren und nicht physiologisch wertvolle Körpersubstanz.

ECM = Extra Cellular Mass (Extrazelluläre Masse)

Dieser Teil der Körpermasse besteht aus festen und flüssigen Anteilen, die außerhalb der Zellen liegen. Zu den festen Bestandteilen zählen Collagen, Elastin, Faszien, Haut, Knochen und Sehnen. Der flüssige Anteil besteht aus Plasma und Wasser in den Zwischenzellräumen (interstitiell). Flüssigkeiten in Körperhohlräumen (transzelluläres Wasser) wie z.B. Gehirn- und Rückenmarksflüssigkeit (Liquor spinalis) werden bei der BIA-Messung nicht erfasst.

ECM/BCM-Index und Phasenwinkel

Neben dem BCM-Anteil können zwei weitere Parameter zur Beurteilung des Ernährungszustandes herangezogen werden: der Index aus ECM/BCM sowie der Phasenwinkel.
Bei gesunden, gut ernährten Menschen ist der Anteil des BCM deutlich größer als der Anteil des ECM. d.h. der ECM/BCM-Index sollte klar unter dem Faktor 1 liegen. Wird ein ECM/BCM-Index über 1 berechnet, sollte dies ärztlich abgeklärt werden. Eine solche Situation kann eintreten, wenn wertvolle Körperzellmasse abgebaut wird und/oder Wasser in den extrazelluläre Masse eingelagert ist. Dies ist z.B. der Fall bei einer dauerhaft erhöhten Insulinsekretion (Diabetes Typ 2) oder bei Vorliegen des metabolischen Syndroms.
Die phasensensitive Elektronik moderner BIA-Geräte bewirken eine Zeitverschiebung zwischen Strom- und Spannungsmaximum. Da der verwendete Wechselstrom eine Sinusform hat, wird diese Zeitverschiebung  in ° (Grad) gemessen und als Phasenwinkel bezeichnet. Dieser elektrochemische Zusammenhang wird, bildlich ausgedrückt, verständlich: Gesunde, intakte Zellen, die ein stabiles Membranpotential haben, sind prall gefüllt und zeigen einen hohen Phasenwinkel. Zellen mit einem geringen Spannungszustand sind eher welk und die Messung ergibt bei ihnen einen niedrigen Phasenwinkel. Die folgenden Tabelle zeigt eine übersichtliche Bewertung des Phasenwinkels. Die Schulnoten von sehr gut bis ungenügend beziehen sich sowohl auf den Ernährungs- als auch den Trainingszustand:

FrauenMännerTrainings- und Ernährungszustand
> 7,5> 7,9Bodybuilding und Leistungssport
6,4 - 6,57,0 - 7,9Sehr gut
6,0 - 6,46,5 - 6,9gut
5,5 - 5,96,0 - 6,4befriedigend
5,0 - 5,45,5 - 5,9ausreichend
4,0 - 4,94,5 - 5,4mangelhaft
< 4,0< 4,5ungenügend → Fehlernährung
< 2< 2,5Inaktivitätsatrophie, Muskelschwund

Die am BIA-Messgerät abzulesenden Werte sind die Resistanz R und die Reaktanz Xc. Die Impedanz (Z) wird anhand der folgenden Formel berechnet: Z = √(R²+Xc²). Die Tabelle zeigt die Grafik eines bekannten Anbieters mit den Angaben Fett, Muskeln, Wasser, Fettfreie Masse, BCM und ECM. Aus dem BCM wird der Grundumsatz (BMR = Basic Metabolic Rate) berechnet. Aus Körpergewicht und Körpergröße wird der BMI (Body Mass Index) berechnet und angezeigt. Die folgende Grafik zeigt die Messergebnisse eines jungen Mannes, der weder Unter- noch Übergewicht und eine physiologisch wünschenswerte Menge an Stoffwechsel aktiver Grundsubstanz (BCM, Muskeln) hat.

 

Anwendung von BIA-Messungen

Eine BIA-Messung ist bei nahezu allen Themen der Ernährungsberatung sinnvoll und angebracht. Schwerpunkte sind die Bereiche Übergewicht/Adipositas und Sporternährung, gekoppelt mit Trainingssteuerung. Sehr hilfreich ist eine BIA-Messung zudem in allen Bereichen, in denen sowohl anabole (mit Körpersubstanzaufbau verbundene) als auch katabole (mit Körpersubstanzabbau verbundene) Situationen auftreten. Nachfolgend einige Krankheiten und medizinische Fachgebiete, bei denen es sehr wichtig ist einen Verlust Stoffwechsel aktiver Substanz rechtzeitig zu erkennen und oder den Hydratationszustand zu ermitteln:

Standardisierte Bedingungen für die BIA-Messung

Optimale Ergebnisse bei einer BIA-Messung sind dann zu erzielen, wenn bestimmte Bedingungen eingehalten werden. Diese Bedingungen können im Praxisalltag nicht immer zu 100 % erfüllt werden, stellen aber den Goldstandard für eine Messung dar. Beachtet werden sollten die folgenden Faktoren:

  1. Die richtige Platzierung der Elektroden mit vorheriger Desinfektion der Hautstellen, auf denen die Elektroden aufgebracht werden. Die Elektroden sollten nur einmal verwendet werden und eine CE-Zulassung haben. Zur genauen Elektrodenplatzierung sollte eine Schulung des Messpersonals erfolgt sein.
  2. Hydratationszustand (Versorgung mit Flüssigkeit) des Klienten, der Klientin. Verschiedene Faktoren können die Messung verfälschen. Dazu zählen z.B. die Einnahme von Diuretika oder vorausgegangene Infusionen. Auch Alkohol, eine gefüllte Harnblase und Ödeme können zu falschen Messinterpretationen führen. Der Klient, die Klientin sollte 24 Stunden vor der BIA-Messung keinen Alkohol getrunken haben. Die Messung sollte nicht mit gefüllter Blase erfolgen.
  3. Die Messung sollte im Liegen durchgeführt werden; optimal ist eine Liegeruhezeit von 60 Minuten vor der Messung. Dies ist in der Praxis kaum möglich. Als praxistaugliche Minimallösung sollte vor der Messung  eine fünfminütige Liegephase eingehalten werden. Arme und Beine sollten abgespreizt sein; die Unterlage darf keinen elektrischen Strom leiten.
  4. Der Klient, die Klientin sollte keine metallischen Gegenstände am Körper tragen.
  5. Die letzte Nahrungsaufnahme sollte mindestens vier Stunden vor der BIA-Messung erfolgt sein. Bei kürzerer Dauer könnte der Mageninhalt die Ergebnisse verfälschen.
  6. Die Messung sollte bei einer Temperatur zwischen 22 und 26° C erfolgen.
  7. Die letzte körperliche Aktivität sollte mindestens 12 Stunden vor der Messung erfolgt sein.
  8. Körpergewicht und -größe sollten vor einer Messung bestimmt werden; das Körpergewicht am besten mit einer geeichten Waage.

Literatur

⇒   Diabetes mellitus, Fett, Krebs