WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 12 | 13 || 15 | 16 |   ...   | 31 |

Импедансом (Z) называют полное электрическое сопротивление тканей. Эта величина имеет две компоненты: активное (R) и реактивное сопротивление (X). Активное, или омическое, сопротивление характеризует способность тканей к тепловому рассеянию электрического тока. Реактивное сопротивление характеризуется смещением фазы тока относительно напряжения за счёт ёмкостных свойств клеточных мембран, способных накапливать электрический заряд на своей поверхности. Этот процесс практически не связан с выделением мощности.В большинстве работ, относящихся к изучению электрических свойств биолоСуществует несколько разновидностей биоимпедансного анализа, которые классифицируются по следующим трём признакам:

1) по частоте зондирующего тока — одночастотные, двухчастотные, многочастотные; 2) по объекту измерений — интегральные (объектом измерений служит значительная часть тела), локальные (измеряются отдельные участки тела или регионы), полисегментные (параметры всего организма устанавливаются на основе обработки результатов измерений составляющих его регионов); 3) по тактике измерений — одноразовые, эпизодические, мониторные.

Первые приборы для измерения импеданса клеток и тканей организма были сконструированы в начале и середине 1920-х годов (Fricke, Morse, 1925; Cole, Curtis, 1935).7 В середине 1930-х годов в России выпускался прибор, имевший название СТ-1, для определения коэффициента поляризации живых тканей, измерявший отношение электрического сопротивления тканей на частоте 10 кГц и 1 МГц. С современных позиций, коэффициент поляризации характеризует отношение объёмов внеклеточной и общей Б.Н. Тарусов6 жидкости биологического объекта. Одна из конструкций такого анализатора была запатентована Б. Н. Тарусовым в 1939 г. (рис. 4.2) и применялась им для прогнозирования приживаемости трансплантантов и других целей (Тарусов, 1938, 1943). Среди многих других изобретений Тарусова — разработанные им в конце 1920-х годов гидростатические весы для взвешивания морских объектов с высокой точностью (до 0,001 г) (Бурлакова и др., 1983).

В зарубежных публикациях начало практического применения биоимпедансометрии для определения состава тела человека гических тканей, индуктивная компонента реактивного сопротивления считается пренебрежимо малой и не рассматривается.

Борис Николаевич Тарусов (1900–1977) — советский биофизик. Автор около 250 публикаций, в том числе по изучению электропроводности биологических тканей. В 1953 г. основал и до 1976 г. заведовал первой в нашей стране кафедрой биофизики на биологическом факультете МГУ им. М.В. Ломоносова.

Интересно отметить, что началу применения биоэлектрических методов определения состава тела человека предшествовали аналогичные работы в области геофизики, один из разделов которой, связанный с изучением геологического строения Земли, имеет название электроразведки (Дахнов, 1959).

принято связывать с работами французского анестезиолога Аугуста Луи Томассета [(Thomasset, 1962); см. также (Boulier et al., 1990)]. Он первым использовал данные биоимпедансного анализа для изучения динамики общей и внеклеточной жидкости и предложил рассчитывать объёмы этих жидкостей пропорционально отношению квадрата длины тела пациента и импеданса между тыльными сторонами кисти и диагонально расположенной стопы на частотах 1000 кГц и 5 кГц.

А. Томассет Электрический импеданс биологических объектов измеряют при помощи специальных устройств — биоимпедансных анализаторов. В зависимости от используемого набора частот переменного тока биоимпедансные анализаторы относят к одночастотным (измерения производятся Рис. 4.2. Первая страница описания изобретения способа определения регенеративной способности животных тканей (Тарусов, 1939) на одной частоте, как правило равной 50 кГц — в этом случае реактивная компонента импеданса тканей мышц близка к максимальной), двухчастотным или многочастотным (используется несколько частот переменного тока в широком диапазоне — от 1 кГц до 1,3 MГц). В последнем случае метод имеет название биоимпедансной спектроРис. 4.3.

метрии. Диапазон частоты тока, испольБиоимпедансный зуемый при биоимпедансной спектрометанализатор RJL-101a рии, показан в виде заштрихованной ча(RJL Systems, США) сти оси абсцисс на рис. 4.1.

В настоящее время выпускается большое количество различной аппаратуры для биоимпедансометрии. На рис. 4.3 показано одно из типичных для 1990-х годов устройств — одночастотный биоимпедансный анализатор RJL-101a (RJL Systems, США). В конце 1970-х и начале 1980-х годов фирма-производитель этого Рис. 4.4.

прибора вместе с компаниями Valhalla Биоимпедансный Scientific и Space Labs (США) стояла у анализатор Quantum X истоков создания современной биоимпе(RJL Systems, США) дансной техники. На рис. 4.4 показана портативная модель анализатора.

На низких частотах (менее 50 кГц) электрический ток в ткани проходит главным образом через межклеточную жидкость. При увеличении частоты зондирующего тока полное электрическое сопротивление биологических тканей снижается. В рассматриваемом интервале частот это объясняется емкостными свойствами клеточных мембран. При частоте тока 100 кГц и выше токи через межклеточную жидкость и внутриклеточное пространство становятся сравнимыми по величине. Поэтому в двухчастотном методе для оценки клеточной массы тела измеряют проводимость при более высокой частоте, а для оценки содержания межклеточной жидкости — при более низкой частоте тока.

Наряду с оценкой объёма внутриклеточной жидкости и, следовательно, возможностями для изучения состава тела в трёх- и четырёхкомпонентных моделях, биоимпедансная спектрометрия позволяет оценить границы применимости и точность одночастотного метода. В работе (Ward, Stroud, 2001) изучался вопрос обоснованности выбора частоты 50 кГц для одночастотного метода. Было показано, что в случае использования характеристической частоты, соответствующей максимуму реактивного сопротивления тканей, точность биоимпедансного анализа может быть существенно повышена. Полученные в указанной работе оценки характеристической частоты составили 29 кГц для мужчин и 37 кГц для женщин.

Чаще всего для биоимпедансометрической оценки состава тела применяются формулы, основанные на использовании активного сопротивления R (табл. 4.2). Эти формулы базируются на простом соотношении для электрического сопротивления однородного изотропного проводника постоянного сечения, поперечные размеры которого много меньше его длины:

R = l/S = l2/V, где l — длина, S — площадь поперечного сечения, V — объём, а — удельное сопротивление проводника. Проблема применения указанного соотношения к анализу живых систем состоит в том, что биологические ткани неоднородны по своему составу и обладают анизотропией. Например, проводимость мышц зависит от взаимной ориентации направления тока и мышечных волокон (Geddes, Baker, 1967). Кроме того, площадь поперечного сечения тела вдоль направления зондирующего тока сильно варьирует в зонах, наиболее интересных для анализа.

В норме при подключении электродной системы голень– запястье 90–95% импеданса всего тела составляет импеданс конечностей. Типичные значения импеданса руки от запястья находятся в интервале 100–350 Ом, ноги от голеностопа — 100– 300 Ом, а туловища, масса которого составляет около 50% массы тела, — лишь 5–10% от общего импеданса (20–60 Ом) (Organ et al., 1994; Bracco et al., 1996; Zhu et al., 1998).

Для построения оценок объёмов водных секторов организма и клеточной массы тела методом биоимпедансного анализа в качестве эталона обычно используют методы изотопного разведения и определения естественной радиоактивности всего тела, для оценки жировой и безжировой массы тела — гидростатическую денситометрию, двухэнергетическую рентгеновскую абсорбциометрию, а также сочетания указанных методов. Относительно недавно для биоимпедансометрической оценки массы скелетной мускулатуры Рис. 4.5. Фазовый угол были использованы результаты магнитно-резонансной томографии (Janssen et al., 2000).

Как и в случае антропометрии, формулы для определения состава тела на основе биоимпедансного анализа обладают свойством популяционной специфичности. Для повышения точности оценок состава тела некоторые формулы наряду с характеристиками импеданса и длины тела содержат дополнительные параметры, такие как пол, возраст, масса тела и этническая принадлежность (табл. 4.2).

Важной характеристикой электрической проводимости тканей является отношение их ёмкостного и активного сопротивлений (рис. 4.5):

tg = XC/R. (4.3) Величина в этом уравнении имеет название фазового угла, который характеризует сдвиг фазы переменного тока относительно напряжения. Полуокружность на рис. 4.5 (график Коула–Коула) описывает теоретическую зависимость между активным и реактивным сопротивлением тканей при изменении частоты тока f от 0 до + (Шван, Фостер, 1980). Верхняя точка полуокружности соответствует максимальному значению реактивного сопротивления тканей и характеристической частоте тока. Типичные значения XC и R при измерении импеданса всего тела составляют 20–80 Ом и 200–800 Ом соответственно. Значения при частоте тока 50 кГц составляют в норме 7,6±1,0 у мужчин и 6,9±1,3 у женщин (пределы изменения от 3 до 10) (Liedtke, 1997). При увеличении частоты тока эта величина варьирует в более широких пределах [цит. по (Ellis, 2000)]. Пониженные значения XC связывают с нарушением диэлектрических свойств клеточных мембран Таблица 4.2. Некоторые формулы для оценки общего содержания воды в организме, внеклеточной жидкости, безжировой массы тела и массы скелетной мускулатуры на основе биоимпедансного анализа [(Baumgartner, 1996), с добавлениями] Возраст Кол-во, Формула Станд. Ссылка (лет) пол ошибка Формулы для оценки ОВО, одночастотный метод (50 кГц) 4–7 дней 17 235,8(МТ·ДТ2/R)+567 0,76 л Mayfield et al., <3 65 0,67(ДТ2/Z)+0,48 0,36 л Fjeld et al., 5–18 14ж,12м 0,60(ДТ2/R)-0,50 1,69 л Davies et al., 35–65 67ж,72м 0,24(ДТ2/R)+0,172МТ+0,165ДТ+0,039(Пол·МТ)-17,577 3,47 л Heitmann, 19–65 20ж,20м 0,556(ДТ2/R)+0,096МТ+1,73 1,75 л Kushner, Schoeller, 19–42 37м 0,63(ДТ2/R)+2,03 2,03 л Lukaski et al., 20–73 28ж,25м 0,372(ДТ2/R)+3,05Пол+0,142МТ-0,069Возраст 1,61 л Lukaski, Bolonchuk, 19–61 20ж,88м 0,484(ДТ2/R)+0,144МТ+1,356Пол+0,105XC-0,057Возраст 1,53 л Zillikens, Conway, Формулы для оценки ОВО, одночастотный метод (50 кГц) 10–14 41ж,53м 0,83(ДТ2/R)+4,43 2,60 кг Houtkooper et al., 7–15 166 0,406(ДТ2/R)+0,36МТ+5,58ДТ+0,56Пол-6,48 1,68 кг Deurenberg et al., 7–25 140м 0,156(ДТ2/R)+0,646МТ+0,475ОП-0,116СГ-0,375ПМ-2,932 2,31 кг Guo et al., 7–25 110ж 0,182(ДТ2/R)+0,682МТ-0,185СГ-0,244СТ-0,202ПЛ+4,338 2,23 кг Guo et al., 17–59 41ж,34м 0,363(ДТ2/R)+0,214ДТ+0,133МТ-5,619Пол 3,06 кг Segal et al., 17–62 1069м 0,0013ДТ2-0,044R+0,305МТ-0,168Возраст+22,668 3,61 кг Segal et al., 17–62 498ж 0,0011ДТ2-0,021R+0,232МТ-0,068Возраст+14,595 2,43 кг Segal et al., Таблица 4.2: продолжение Возраст Кол-во, Формула Станд. Ссылка (лет) пол ошибка 18–50 67ж,84м 0,756(ДТ2/R)+0,11МТ+0,107XC 2,06 кг Lukaski et al., 16–83 661 0,34(ДТ2/R)+15,34ДТ+0,273МТ+4,56Пол-0,127Возраст-12,44 2,63 кг Deurenberg et al., 22–94 141ж,202м 0,518(ДТ2/R)+0,231МТ+0,130XC+4,229Пол-4,104 1,72 кг Kyle et al., 65–83 37ж,35м 0,36(ДТ2/R)+0,359МТ+4,5Пол-0,20ОГ+7,0 2,50 кг Deurenberg et al., 65–94 63ж,35м 0,28(ДТ2/R)+0,27МТ+4,5Пол+0,31ОГ-1,732 2,47 кг Baumgartner et al., Формулы для оценки МСМ, одночастотный метод (50 кГц) 18–86 158ж,230м МСМ=0,401(ДТ2/R)+3,825Пол-0,071Возраст+5,102 2,7 кг Janssen et al., Формулы для оценки ОВО и ВКЖ, двухчастотный метод 19–64 36м ОВО=0,455(ДТ2/R100)+0,14МТ+3,43 2,64 кг Segal et al., ВКЖ=0,284(ДТ2/R5)+0,112МТ-6,115 1,94 кг 19–65 20ж,40м ОВО=0,297(ДТ2/R224)+0,147МТ-3,637Пол+14,017 3,58 кг Van Loan et al., ВКЖ=0,099(ДТ2/R224)+0,093МТ-1,396Пол-5,178 1,06 кг 19–52 27ж,33м ОВО=0,483(ДТ2/Z100)+8,4 2,27 кг Deurenberg et al., ВКЖ=0,229(ДТ2/Z1)+4,5 1,14 кг ОВО — общая вода организма; БМТ — безжировая масса тела; ВКЖ — внеклеточная жидкость; МСМ — масса скелетной мускулатуры; R — активное сопротивление (Ом); Z — полное сопротивление (Ом); XC — реактивное сопротивление (Ом); ДТ — длина тела (см); ОП — окружность предплечья (см); ОГ — окружность голени (см);

ПЛ, ПМ, СГ, СТ — толщина подлопаточной, подмышечной кожно-жировых складок, а также складок на голени и трицепсе соответственно (мм); МТ — масса тела (кг); Возраст (лет). Величина Пол принимает значения 0 (ж) или 1 (м). Нижние индексы при R и Z в формулах для ОВО и ВКЖ обозначают частоту тока, при которой измерялись соответствующие показатели.

и увеличением доли разрушенных клеток в организме. Наоборот, повышенные значения ёмкостного сопротивления отражают более высокое функциональное состояние клеточных мембран и, следовательно, самих клеток. На основании этого полагают, что чем больше величина, тем лучше состояние организма. Повышенные значения XC отражают более высокое содержание активной клеточной массы и трактуются в спортивной медицине как свидетельство тренированности (Lukaski et al., 1990). У мужчин и женщин общей популяции установлена значимая обратная корреляция величины фазового угла, измеренного для ног, туловища и всего тела, с процентным содержанием жира в массе тела (%ЖМТ), и, кроме того, у мужчин — высокая корреляция с величиной процентного содержания безжировой массы (%БМТ), определяемой методом гидростатической денситометрии (Baumgartner et al., 1988).

Отметим следующие результаты изучения величины фазового угла для различных популяций:

1) существует высокая корреляция между величиной и массой тела, а также обхватом бицепсов у детей с нормальным питанием (r=0,82 и 0,90, соответственно); дети с пониженным питанием имели более низкие значения (Nagano et al., 2000);

2) величина снижена у пациентов с почечной недостаточностью ( < 5), что объясняется увеличением объёма внеклеточной и снижением объёма внутриклеточной жидкости [цит. по (Ellis, 2000)];

3) наблюдается высокая корреляция между величиной и временем дожития у больных циррозом печени (Selberg, Selberg, 2002);

4) при незначительных изменениях массы тела и индекса Кетле, на ранней стадии ВИЧ-инфекции происходят выраженные изменения величины и клеточной массы тела — статистически значимое снижение по сравнению с нормой (Ott et al., 1993); величина является прогностически значимым маркером скорости развития ВИЧ-инфекции и времени дожития при СПИДе (Schwenk et al., 2000);

5) у ВИЧ-инфицированных больных туберкулёзом величина и клеточная масса тела статистически значимо снижены по сравнению с больными туберкулёзом без ВИЧ-инфекции (Shah et al., 2001). Мониторинг состава тела способствует улучшению надёжности оценки состояния и эффективности лечения таких больных.

Pages:     | 1 |   ...   | 12 | 13 || 15 | 16 |   ...   | 31 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.