生物電阻抗分析:BIA測量與健康洞察
BIA:評估您身體組成的方法
由於 BIA 有助於區分體脂肪、肌肉與體內水分在身體組織中的分佈方式,它被廣泛用於測定身體組成。 當脂肪相對於精瘦體重過多時,稱為「身體組成異常」。雖然許多人只關注體重,但身體組成異常已知會增加罹患多種疾病的風險,包括心血管疾病、第二型糖尿病及高血壓。 因此,BIA 可以是評估您健康狀況的重要工具。以下是您應了解的 BIA 方法、歷史、準確性及潛在偏差相關知識。
什麼是生物電阻抗分析?
生物電阻抗分析(BIA),又稱生物阻抗,是測量生物組織對低電壓電流流動所產生阻抗的方法。
人體由不同類型的組織所組成,這些組織具有不同程度的導電性。在約 70 微安培(μA)的電壓下,電流主要會通過導電性較強的組織,例如水分或肌肉。
透過測量源極與接收電極之間的電壓降,BIA 可確定這些組織對電流通過所產生的阻抗程度。
這種「阻抗」即阻抗值(Z),等於與組織接觸的兩點之間所測得的電壓(V),與施加於該組織的電流強度(I)之比值。
阻抗計算公式為 Z=V/I。
右臂與右腿之間採用四電極配置的 BIA。
生物電阻抗分析的起源為何?
雖然最早的電阻抗測試可追溯至格奧爾格·西蒙·歐姆(Georg Simon Ohm,1788-1854),但其應用於人體及生物組織測量的理論化,是在 20 世紀下半葉才逐漸發展起來的。
1962 年,法國醫師 Thomasset 在一篇論文《生物電特性與組織。臨床醫學中的阻抗測量》(Bioelectric properties of tissue. Impedance measurement in clinical medicine)中,首次提出了一種使用兩個電極的方法,透過比較兩種電流頻率,讓任何醫師都能計算精瘦體重,並獲得對病患營養狀態的滿意估算。曲線意義已獲確立。
隨著時間推移及對身體組成研究興趣的增長,其他方法也相繼出現。1994 年,美國國立衛生研究院(NIH)就一項技術評估達成共識,其目的是「為醫師提供對用於身體組成測量的生物電阻抗分析(BIA)技術的負責任評估(來源)」。
生物電阻抗分析如何反映身體組成?
生物電阻抗分析目前被廣泛應用於醫學領域,用於區分體內體水分、體脂肪與骨骼肌的含量。
分析首先獲取全身水分(TBW),即存在於細胞內外的液體總量。對於成人而言,全身水分佔總體重的 45 至 60%。
其他成分——例如體脂肪或皮膚等具有較強絕緣特性的物質——阻抗較高,意即其導電效率較低。
利用在不同頻率下測得的生物電阻抗比值,複雜的方程式可估算體內去脂體重的含量,最後再從總體重中扣除體脂肪量。
超越身體組成
注意:生物電阻抗也是心臟病學中用於評估脈波速度的方法,這是另一種用於判斷動脈硬度以推斷心血管健康的生物指標。
脂肪組織中測得的阻抗
在脂肪組織中,阻抗(Z)較高,測得的電流(V)較低。
去脂組織中測得的阻抗
在肌肉或水分中,對電流的阻礙較小,因此測得的電流(V)較高,阻抗較低。
生物電阻抗分析的準確度如何?
生物電阻抗分析所使用的訊號對成人及兒童均完全安全且無痛感,但請注意,生物電阻抗不建議用於裝有心律調節器的人士。
一方面,許多科學出版物證實了 BIA 方法在提供個人全身水分有效估算方面的可靠性、精確性與準確性。
另一方面,某些可能影響測試結果的因素仍需進一步標準化與共識。其中部分因素在發表於《美國臨床營養學雜誌》(The American Journal of Clinical Nutrition)的研究「影響生物電阻抗分析測量的臨床特徵」中有所描述。
探索更多指標:
可能影響 BIA 分析的因素包括:
環境
測量環境所導致的皮膚溫度變化,被認為會影響皮膚表面阻抗,如發表於《應用生理學雜誌》(Journal of Applied Physiology)的一篇科學論文中所詳述:"環境溫度與皮膚溫度的控制應納入 BIA 測量標準化的規範之中。"
水分補充
由於肌肉主要由水分組成,脫水會降低體液與電解質的含量,進而降低這些組織的導電性。因此,去脂體重更可能被低估。水分補充程度在一天中變化很大,這也說明了為何保持一致性是準確進行 BIA 估算的重要因素。
年齡
2017 年發表於《身體運動治療期刊》(Journal of Bodywork and Movement Therapies),"以生物電阻抗分析法估算兒童與青少年身體組成:系統性文獻回顧",的研究顯示,以 BIA 估算兒童身體組成的結果與參考方法之間具有高度相關性。然而,兒童的去脂體重仍常被低估。
重度肥胖
由於根據全身水分結果推算去脂體重的方程式依賴參考族群區段,對於被認定為過度肥胖的人而言,身體組成估算可能不夠準確。一項題為「重度肥胖中內臟脂肪的評估」的研究指出,「在肥胖受試者中對脂肪量存在低估現象,且隨著 BMI 增加,誤差也愈來愈大。」
金屬植入物
配戴金屬植入物的人可能會得到偏低的體脂肪數值。然而,這個數值會隨時間保持穩定,因此他們仍可成功追蹤自身身體組成的變化。
BIA 裝置有哪些不同類型?
多年來,為了以更高的精準度和便利性測量生物電阻抗,業界設計了許多不同的裝置。這些裝置使用相同的測量方法,主要差異在於電極數量,以及直接測量的身體部位與估算的身體部位。
除了裝置設計之外,演算法的性質與複雜程度也至關重要,這些演算法用於根據接收到的頻率估算全身水分與去脂體重。科學家在建立這些演算法時,會採用可能有所不同的體脂肪標準。
使用智慧型體重計測量身體組成,若能保持一致的測量狀態,有助於可靠且具成本效益地追蹤身體組成的變化。
BIA 體重計
這類體重計能將電流從一條腿向上傳導,再從另一條腿向下傳導。使用前,使用者須輸入年齡、身高與性別。
手持式 BIA 裝置
又稱手對手阻抗裝置,用於測量手臂及上軀幹的生物阻抗。
全身阻抗裝置
這類常見的 BIA 裝置由四個電極組成,每個電極分別放置於身體的左側或右側,將電流從手臂穿過身體傳導至腿部。
DSM-BIA
直接分段多頻率 BIA(DSM-BIA)是最先進、也是最昂貴的生物電阻抗分析裝置。此裝置將身體分為 5 個部分,並分別獨立測量每個部分的阻抗。
生物電阻抗分析(BIA)仍是一種快速且安全的成人身體組成估算方法。正因如此,這種具成本效益的替代方案被廣泛應用於臨床、運動醫學及其他健康相關領域。目前仍有許多研究尚未就統一標準達成共識,以協助修正使用 BIA 方法時殘存的解讀偏差問題。然而,保持測量的一致性有助於準確偵測數值變化,讓任何人都能輕鬆追蹤身體組成的變化。