Die direkten Methoden sind nicht geeignet für eine Anwendung an lebenden Menschen. Die indirekten Methoden bieten eine relativ hohe Messgenauigkeit und sind unter den meisten Bedingungen in der klinischen Ernährungstherapie stabil und anwendbar. Als „Goldstandard“ gelten DEXA (Dual Energy X-ray Absorptiometry = Röntgenscan) und Hydrodensitometrie (Unterwasserwägung). Wie die anderen indirekten Methoden auch, sind diese jedoch sehr teuer, belasten in vielen Fällen den Patienten und können nicht bei allen Personen angewandt werden. Zudem kann man die Methoden stationär einsetzen, was bedeutet, da viele Messgeräte nicht transportabel und somit nicht für den Alltag einsetzbar sind. Doppelt indirekte Methoden, zu denen auch die BIA zählt, sind im Alltag dagegen leicht einsetzbar. Sie basieren auf einem statistischen Zusammenhang zwischen gemessenen Körperparametern und Daten aus wissenschaftlichen Untersuchungen, die durch direkte oder indirekte Methoden erhoben wurden. Diese Daten werden als Vergleichsdaten mit einbezogen, um so beispielsweise die Gesamtmenge an Körperfett zu bestimmen. Da eine doppelt indirekte Messung immer ungenauer ist als eine direkte oder indirekte Methode, sollte die Messung daher immer von ein und demselben Untersucher als Mehrfachbestimmung (in der Regel 3 Messungen) durchgeführt werden. So lassen sich Ungenauigkeiten weitestgehend verhindern oder zumindest verringern.

Was ist die Bioelektrische Impedanzanalyse?

Die Bioelektrische Impedanzanalyse (BIA) ist heute eine relativ sichere, einfach durchführbare, preiswerte, nichtinvasive und gefahrlose Meßmethode zur Erfassung des Ernährungszustandes eines Menschen. Grundlage der BIA ist die Tatsache, dass die verschiedenen Gewebe- und Zellarten des menschlichen Körpers elektrischen Strom unterschiedlich gut leiten. Der italienische Physiker Luigi Aloisius Galvani (1737 - 1798)

erforschte 1786 als erster den Einfluss von elektrischem Strom auf Gewebsstrukturen. Jedoch erst 176 Jahre später begann die eigentliche Geschichte der BIA mit der genauen Untersuchung des Zusammenhangs zwischen Wechselstromwiderstand und Flüssigkeiten im menschlichen Organismus. Dies erfolgte 1962 und 1963 durch Thomasset sowie 1969 durch Hoffer, Meador und Simpson. Die BIA konnte sich zu diesem Zeitpunkt allerdings noch nicht durchsetzen, da die Messungen noch mit einer 2-Elektroden-Meßtechnik an Testpersonen durchgeführt wurden. Ihnen wurden Stahlnadeln als Elektroden unter die Haut in Hand- und Fußrücken platziert, was das Wohlbefinden der Testteilnehmer erheblich beeinträchtigte und die Messungen negativ beeinflusste. Heutzutage wird eine angenehmere 4-Elektroden-Meßtechnik verwendet, bei der dünne Elektroden an Hand- und Fußrücken der Patienten geklebt werden, und diese somit nicht beeinträchtigen.

Der BIA liegt das Drei-Kompartiment-Modell (siehe auch vorheriges Kapitel) zugrunde. Gemessen werden daher: Körperfett (BF = Bodyfat) ^- undfettfreie Masse (LBM), die weiter unterteilt wird in extrazelluläre Körpermasse ^- (ECM)und Körperzellmasse (BCM)

zusätzlich wird auch noch das Gesamtkörperwasser (TBW = Total Body Water) bestimmt ^- Beider BIA wird ein schwacher risikoloser Wechselstrom (meist 50 kHz und 800 µA) segmental , das bedeutet durch Arme, Beine und Rumpf, oder durch den gesamten Organismus mittels im Körperwasser gelöster Elektrolyte geleitet. Dadurch wird der Gesamtwiderstand, die sogenannte Impedanz, und die Phasenverschiebung gemessen. Skelett und Körperfett leiten den Wechselstrom nur wenig und weisen einen großen Widerstand, das heißt eine hohe Impedanz, auf. Das elektrolythaltige Körperwasser in der fettfreien Masse leitet dagegen den Wechselstrom gut. Dadurch weist die fettfreie Masse einen niedrigen Widerstand und eine niedrige Impedanz auf. Zellmembranen verhalten sich wie elektrische Kondensatoren, da sie dem Wechselstrom einen Widerstand entgegensetzen. Während der BIA wird der Strom hauptsächlich durch die Flüssigkeit der fettfreien Körpermasse geleitet. Durch die Verwendung von Regressionsgleichungen lässt sich unter anderem die fettfreie Körpermasse, das Gesamtkörperwasser und die Fettmasse berechnen. Der Organismus besitzt Körperwasser mit enthaltenen Elektrolyten, wobei der Wechselstrom sowohl den extrazellulären als auch den intrazellulären Raum durchdringt [1]. Der Widerstand im extrazellulären Raum entspricht einem rein Ohm´schen Widerstand, da der Strom den Extrazellulärraum ungehindert passieren kann. Er wird als Resistanz (R) bezeichnet. Unter einem Ohm´schen Widerstand versteht man den elektrischen Widerstand im Gleichstromkreis, der genauso groß ist wie im Wechselstromkreis [16, 17]. Mit steigender Querschnittsfläche eines Körperteils sinkt die Resistanz. Folglich setzt sich der Gesamtkörperwiderstand mehr aus dem Wassergehalt der Extremitäten als aus dem des Rumpfes zusammen [7]. Die Resistanz ist umgekehrt proportional zum Gesamtkörperwasser [6]. Der Normalbereich der Resistanz beträgt bei Frauen 480 bis 580 Ohm und bei Männern 380 bis 480 Ohm [14]. Der Widerstand im intrazellulären Raum ist ebenfalls ein rein Ohm´scher Widerstand. Hinzu kommt ein auf die Zellmembran wirkender kapazitiver Widerstand, die Reaktanz (Xc) [1]. Unter einem kapazitiven Widerstand (Blindwiderstand) versteht man den Widerstand, den ein Kondensator dem Stromfluss aufgrund seiner begrenzten Kapazität entgegensetzt [16, 17]. Ursache des kapazitiven Widerstands sind die aus Lipiddoppelschichten aufgebauten Zellmembranen, die sich wie Minikondensatoren verhalten. Die Reaktanz ist abhängig von der interzellulären Matrix, der Zellmembrananzahl sowie den festen Geweben (zum Beispiel Knochen) und ist proportional zur Körperzellmasse.

Der Normalbereich der Reaktanz macht zirka zehn Prozent des Resistenzwertes aus. Folglich setzt sich die Impedanz hauptsächlich aus der Resistanz zusammen [7]. Der Phasenwinkel (α) bezeichnet die Phasenverschiebung zwischen Wechselstrom und Spannung. Im Wechselstromkreis werden Kondensatoren beim Anwachsen der Spannung geladen und während des Abklingens der Spannung wieder entladen. Die Membranen der Körperzellen reagieren wie kleine Kondensatoren. Der Aufbau eines elektromagnetischen Feldes braucht Zeit, denn die Zelle richtet dem Anwachsen und Abklingen des Stroms einen kapazitiven Widerstand entgegen. Dieser führt zu einer Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung, wobei der Strom der Spannung vorauseilt [8, 16, 17]. Je größer der Phasenwinkel ist, desto größer ist der Anteil der Reaktanz an der Impedanz. Dieser Parameter ist abhängig vom Hydratationszustand, wobei hohe Phasenwinkel durch Dehydratationen ausgelöst werden (zum Beispiel bei Anorexia nervosa oder Dehydratationszuständen in der Geriatrie).

Wie funktioniert die BIA?

Durchführung der BIA:

Über vier (bei neueren Geräten acht) Hautklebeelektroden wird bei der klassischen BIA ein elektrisches Feld im Körper erzeugt: Durch zwei Stromelektroden wird der Wechselstrom in den Körper geleitet und über zwei Detektorelektroden gemessen, die jeweils auf der selben Körperseite befestigt werden. Somit befinden sich also auf jeder Körperseite zwei Elektroden. Die Haut muss an den entsprechenden Stellen mit alkoholischem Desinfektionsmittel gereinigt und entfettet werden [1], um eine optimale Haftung der Elektroden auf der Haut und eine bestmögliche Leitung des Wechselstroms zu gewährleisten. An folgenden Stellen werden die Elektroden platziert [1]: An der Dorsalseite der rechten Hand wird die erste Stromelektrode über dem distalen Ende des Os metacarpale III und die erste Detektorelektrode über dem proximalen Handgelenk zwischen den distalen Enden des Processus styloides radii und dem Caput ulnae angebracht. An der Dorsalseite des rechten Fußes wird die zweite Stromelektrode über dem distalen Ende des Os metatarsale III und die zweite Detektorelektrode zwischen medialem und lateralem Malleolus platziert. Aussagekräftige Messungen der bioelektrischen Impedanz können nur bei völliger körperlicher Ruhe in einer flachen, horizontalen Rückenlage auf einer elektrisch isolierten Unterlage erfolgen [21]. Eine einstündige Liegezeit vor der Durchführung der Messung wäre ideal, da die Impedanz andernfalls stark variiert [9]. Während des Stehens versackt Körperwasser in den Beinen. In der einstündigen Liegezeit verteilt sich jedoch das Köperwasser gleichmäßig im Gesamtorganismus. Da aus praktischen Gründen eine Liegezeit von einer Stunde kaum durchführbar ist, sollte unbedingt darauf geachtet werden, dass die Messung nicht unmittelbar nach dem Hinlegen des Patienten durchgeführt wird, sondern erst nach einer Wartezeit von mindestens einigen Minuten [9]. Bei Wiederholungsmessungen sollten die Messbedingungen annähernd gleich sein. Die Messungen dauern 20 bis 30 Sekunden und die Messergebnisse Reaktanz, Resistanz und Phasenwinkel werden auf einer digitalen Anzeige abgelesen.

Bei BIA Messgeräten in Form von Waagen sind Schuhe und Strümpfe vor der Messung auszuziehen. Der Proband stellt sich barfuß mit Ferse und Vorfuß auf jeweils eine Elektrode, die auf der Wiegeplattform der Waage angebracht ist. Es werden dabei nur die unteren Extremitäten in die Messung einbezogen. Daraus werden Rückschlüsse auf die Gesamtkörperzusammensetzung gezogen. Messungen dieser Art und auch Messungen, bei

denen der Strom nur durch die Arme fließt, sind im Vergleich zu Ganzkörpermessungen weniger gut evaluiert [13].

Impedanzmessungen können bei verschiedenen Stromfrequenzen durchgeführt werden. Häufig wird mit einer Einzelfrequenz von 50 kHz der Gesamtwiderstand gemessen. Die Körperzellmasse wird rein statistisch anhand von Formeln aus der Größe der Magermasse berechnet. Die Formeln wurden durch lineare multiple Regression unter Einbeziehung des Körpergewichtes entwickelt und durch Goldstandard-Methoden korelliert [13]. Die Multifrequenz-BIA hingegen arbeitet mit einem Wechselstrom (800µA) unterschiedlicher Frequenzen [3, 13]. Durch die Messung der Widerstände bei verschiedenen Frequenzen ist der extra- und intrazelluläre Wassergehalt bestimmbar. Ein Wechselstrom mit niedriger Frequenz (ein oder fünf kHz) durchdringt die Körperzellmasse aufgrund der Kondensatoreigenschaften der Zellmembranen nur gering. Diese Messung ist daher eine direkte Messung des Extrazellulärraumes. Erhöht man die Frequenz auf 50 kHz oder 100 kHz, durchdringt der Wechselstrom die Zellmembranen vollständig. Damit werden anhand des Phasenwinkels Körperzell- und Extrazellulärmasse sowie Körperwasser bestimmt [13].

Was analysiert die BIA?

Impedanz und Phasenverschiebung

Direkt gemessen werden bei der BIA die Impedanz (Z) und der Phasenwinkel (α). Die Impedanz setzt sich zusammen aus dem Ohm´schen Widerstand, also der Resistanz (R) und dem kapazitiven Wechselstromwiderstand, der Reaktanz (Xc). Es gilt die Formel Z² = R²+Xc² R² + beziehungsweise Z= Xc² [13].

Die Unterscheidung und Bestimmung der Resistanz und Reaktanz erfolgt durch die Messung des Phasenwinkels (α). Der Phasenwinkel ergibt sich aus der Phasenverschiebung des Wechselstroms und der Spannung.

Berechnungsgrößen der BIA

Die Berechnungsgrößen der BIA [15]:

Mit Hilfe von Impedanz und Phasenwinkel werden durch statistische Korrelationen über populationsspezifische, valide mathematische Formeln, oder mit gleicher Grundlage durch Computerunterstützung, unter Berücksichtigung von Körpergröße und Körpergewicht die einzelnen Kompartimente der Körperzusammensetzung berechnet: 1. Total Body Water TBW (Ganzkörperwasser):

Das Ganzkörperwasser erfasst das komplette Gewebewasser im Organismus. Es ist eng mit der fettfreien Masse (FFM) beziehungsweise Magermasse (LBM) korreliert, denn die FFM/LBM besteht überwiegend aus Wasser (ca. 73% bei Gesunden) [9]. Da der Unterschied zwischen FFM und LBM vernachlässigbar gering ist [3], werden sie oft synonym verwendet. Der Normalwert des TBW für Frauen beträgt 55 bis 65 Prozent, für Männer 50 bis 60 Prozent. Bei sehr muskulösen Personen kann er bis auf 70 bis 80 Prozent ansteigen und bei Adipösen auf 45 bis 50 Prozent absinken [14]. Adipozyten beinhalten demnach weniger TBW