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BIAは体脂肪・筋肉・体水分が体組織にどのように分布しているかを区別するのに役立つため、体組成の判定に広く活用されています。 除脂肪体重に対して脂肪が過剰な状態は「体組成の変化」として知られています。多くの人が体重のみに注目しがちですが、体組成の変化は心血管疾患・2型糖尿病・高血圧など、さまざまな疾患のリスクを高めることが知られています。 そのため、BIAは健康の重要な評価手段となりえます。BIA法の概要・歴史・精度・潜在的なバイアスについて知っておくべきことをご紹介します。
生体電気インピーダンス分析（BIA）、またはバイオインピーダンスとは、低電圧電流の流れに対する生体組織の抵抗を測定するものです。
人体はさまざまな種類の組織で構成されており、それぞれ電気伝導率が異なります。約70マイクロアンペア（μA）の電圧では、電流は水や筋肉などの最も伝導性の高い組織を主に通過します。
送受信電極間の電圧降下を測定することで、BIAはこれらの組織が電流の通過に対して示す抵抗レベルを測定します。
「インピーダンス」と呼ばれるこの抵抗（Z）は、組織に接触する2点間で測定された電圧（V）と、その組織に加えられる電流の周波数の強度（I）の比率に相当します。
インピーダンスの計算式はZ=V/Iとなります。
右腕と右脚の間でBIAを行う4電極構成。
最初の電気インピーダンス試験はゲオルク・ジーモン・オーム（1788-1854）にまで遡りますが、人体への応用と生体組織の測定は20世紀後半に理論化されました。
1962年、ある論文で"組織の生体電気特性。臨床医学におけるインピーダンス測定"と題し、フランスの医師トマセが、2つの電極を使用した方法を初めて導入し、2つの電流周波数を比較することで、医師が除脂肪体重を計算し患者の栄養状態の満足のいく推定値を得られるようにしました。
時間の経過とともに体組成への関心が高まるにつれ、新たな手法が登場しました。1994年、米国立衛生研究所（NIH）は技術評価に合意し、その目的は「体組成測定のための生体電気インピーダンス分析（BIA）技術について、医師に責任ある評価を提供すること」とされました（出典）。
生体電気インピーダンス分析は現在、体内の水分量・体脂肪・骨格筋の量を区別するために医療分野で広く活用されています。
分析では最初に総体水分量（TBW）を求めます。これは、体の細胞の内外に存在する液体の量です。成人の場合、総体水分量は体重全体の45〜60%を占めます。
体脂肪や皮膚など、より絶縁性の高い成分は、電気の伝導性が低いため「抵抗が高い」状態になります。
別の周波数で測定された生体電気インピーダンスの比率を用いた複雑な計算式によって、体内の除脂肪量が推定されます。最終的に、体脂肪量は総体重から差し引いて求められます。
注：生体電気インピーダンスは心臓病学においても、動脈の硬さを推定して心血管の健康を評価するためのバイオマーカーである脈波速度を評価する手法として用いられています。
脂肪組織では、抵抗（インピーダンス、または"Z"）が高く、測定される電流（V）は低くなります。
筋肉や水分では、電流の通過に対する抵抗が少ないため、測定される電流（V）は高く、インピーダンスは低くなります。
生体電気インピーダンス分析に使用される信号は、成人・子供ともに完全に安全で痛みを伴いません。ただし、生体電気インピーダンスはペースメーカーを使用している方にはお勧めできませんのでご注意ください。
一方では、多くの科学的な論文が、個人の総体水分量の有効な推定値を提供するBIA法の信頼性、精度および正確さを証明しています。
他方、試験結果に影響を与える可能性のある特定の要因についての標準化とコンセンサスについては、いまだ検討の余地があります。これらの要因のいくつかは、American Journal of Clinical Nutritionに掲載された「生体電気インピーダンス分析の測定に影響を与える臨床的特徴」という研究論文に記載されています。
測定が行われる環境による皮膚温度の変化は、皮膚表面のインピーダンスに影響を与えると考えられており、その詳細は『Journal of Applied Physiology』に掲載された科学論文"BIA測定の標準化には、管理された周囲温度と皮膚温度を含めるべきである。"に記載されています。
筋肉は水分を多く含んでいるため、脱水により組織の伝導性を低下させる液体と電解質の量が減少します。その結果、除脂肪量が過小評価される可能性が高くなります。水分補給レベルは一日を通じて大きく変動するため、正確なBIA推定には一貫性が重要な要因となります。
『Journal of Bodywork and Movement Therapies』に2017年に掲載された研究"生体電気インピーダンス分析による子どもおよび青少年の体組成推定：系統的レビュー"は、子どもを対象としたBIAに基づく体組成推定と参照手法との間に完全な相関があることを示しました。ただし、子どもでは除脂肪量が依然として過小評価されることが多いです。
除脂肪量を総体水分量の結果から推定する計算式は参照集団のセグメントに基づいているため、過剰脂肪と判断される方では体組成の推定値が不正確になる場合があります。「高度肥満における内臓脂肪の評価」と題された研究では、「肥満者では脂肪量が過小評価され、BMIが上昇するにつれてその誤差が大きくなる」と示されています。
金属インプラントを装着している方は、体脂肪の測定値が過小評価される場合があります。ただし、この測定値は時間が経っても一定のままであるため、体組成の変化を継続的に追跡することは可能です。
長年にわたり、より高い精度と利便性で生体電気インピーダンスを測定するために多くのデバイスが設計されてきました。同じ測定方法を使用しながら、主に電極の数と測定される体の部位・推定される部位の違いがあります。
デバイスの設計だけでなく、受信した周波数に基づいて総体水分量と除脂肪量を推定するアルゴリズムの性質と複雑さも重要です。これらのアルゴリズムを構築するために、科学者たちはさまざまな体脂肪標準を使用します。
スマート体重計を使用して体組成を測定することは、測定が一定の条件下で行われる場合、信頼性が高くコスト効率よく変化を追跡するのに役立ちます。
これらの体重計は、一方の脚から電流を送り込み、もう一方の脚から流す機能を備えています。使用前に、ユーザーは年齢、身長、性別を設定する必要があります。
手から手へのインピーダンスデバイスとも呼ばれ、腕と上体のバイオインピーダンスを測定します。
一般的なBIAデバイスで、4つの電極で構成されており、それぞれが身体の左右どちらかの半分に配置され、腕から身体を通って脚へ電流を送ります。
Direct Segmental Multi-Frequency BIA（またはDSM-BIA）は最も高度で、バイオ電気インピーダンス分析を提供するデバイスの中で最も高価なものです。このデバイスは身体を5つのセグメントに分割し、各セグメントのインピーダンスを独立して測定します。
生体電気インピーダンス分析（BIA）は、成人の体組成を推定するための迅速かつ安全な方法として広く活用されています。そのため、このコスト効率の高い手法は、クリニックやスポーツ医学、その他の健康関連分野で広く使用されています。BIA法を用いた際の解釈バイアスに関する課題を解決するための標準基準については、多くの研究が未だ合意に至っていません。しかし、測定の一貫性により変化を正確に検出できるため、誰でも体組成の変化を追跡しやすくなります。
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