Messmethodik und Auswertungsmöglichkeiten

Grundlagen

 

Die Bioelektrische Impedanzanalyse (BIA) wird seit über 20 Jahren als schnelle und nicht-invasive Methode zur Bestimmung der Körperzusammensetzung eingesetzt. Nach Anlegen von je zwei Messelektroden an Hand und Fuß des Probanden werden im sinusförmigen Wechselstromfeld (50 kHz) bei konstanter Stromstärke die Widerstände Resistanz (Rz, Ohmscher Widerstand) und Reaktanz (Xc, kapazitiver Widerstand) gemessen. Die physikalischen Grundlagen zur Auswertung der Messergebnisse sind seit langem bekannt und folgen dem Ohmschen Gesetz.

 

Ohmsches Gesetz: U = R x I (U = Spannung [V], R = Widerstand [Ohm], I = Stromstärke [A])

 

ohmschegesetz 

 

 

Der menschliche Körper wird modellhaft als System elektrischer Leiter betrachtet, wobei parallel und seriell verknüpfte Gewebe die Leiterbahnen darstellen. Für die Auswertung ist entscheidend, dass verschiedene Gewebe und Zellarten den Strom unterschiedlich gut leiten. Das Skelett und die Fettmasse leiten den Strom so schlecht, dass sie bei der Widerstandsmessung mittels BIA nicht erfasst werden. Das Muskelgewebe und die Extrazellulärräume leiten den Strom wesentlich besser und machen den Hauptanteil der Widerstandsmessung mit BIA aus:

 

Es zeigt sich, dass die Widerstände des Körpers stark mit der Körperhydration korrelieren, weshalb die BIA-Messung zuerst für die Bestimmung des Gesamtkörperwassers (Total Body Water, TBW) herangezogen wurde.

Analyse der Körperzusammensetzung

 

Nachdem zuverlässige Formeln für die Bestimmung des Gesamtkörperwassers entwickelt waren (Lukaski et al., Kushner et al...), konnte die BIA nach dem Zwei-Kompartiment-Modell für die Bestimmung der Fettfreien Masse (FFM) und der Fettmasse (FM) herangezogen werden.

 

Hierzu sind folgende Annahmen notwendig:

  • 1. Die Fettfreie Masse besteht durchschnittlich zu 73,2 % aus Wasser.
  • 2. Der Anteil der Fettmasse am Gesamtkörperwasser ist zu vernachlässigen.

 

Unter diesen Annahmen erhält man die folgenden Gleichungen:

FM [kg] = Körpergewicht minus FFM
FFM = TBW [kg] / 0,732

Das Zwei-Kompartiment Modell

 

Basierend auf diesen Annahmen werden heute viele Messgeräte zur Körperfettbestimmung angeboten, die teils mit Ganzkörpermessung, teils durch Messung von Körpersegmenten (Bein zu Bein/Arm zu Arm) anhand dieser Zusammenhänge den Körperfettanteil berechnen. Hierbei ist zu beachten, dass insbesondere bei Verschiebungen der Körperhydration im Krankheitsfall oder durch extremes Training die konstante Hydration der fettfreien Masse von 73,2 % nicht mehr gegeben ist.

koerpergwicht

 

Insbesondere bei Erkrankungen der Niere, bei Mangelernährung, bei Herz-Kreislauf-Erkrankungen in Verbindung mit Ödembildung, kann die fettfreie Masse bis zu 90 % aus Wasser bestehen. Umgekehrt kommt es bei intensiver körperlicher Anstrengung zu starken Wasserverlusten durch Schwitzen, die den Wassergehalt in der fettfreien Masse bis zu ca. 65 % reduzieren. Allein anhand der Schwankungsbreite der Hydration der fettfreien Masse lässt sich absehen, wie groß die Schwankungen der Fettmassenbestimmung mit BIA sein können. Zur Korrektur der Fettmasse unter Berücksichtigung von Resistanz und Reaktanz sind neueste Formelwerke in der Lage, die Hydration der fettfreien Masse zu erkennen und auf diesem Weg den bislang konstanten Wert von 0,732 in der Berechnungsformel für die fettfreie Masse immer der aktuellen Situation anzupassen. Hierdurch werden Schwankungen der Fettmasse aufgrund von Hydrationsschwankungen (z. B. durch hormonelle Umstellungen) ausgeglichen, und die Ergebnisse für die Fettfreie Masse und die Fettmasse werden wesentlich genauer.

Das Drei-Kompartiment-Modell

 

Da die Fettmasse dem Körper hauptsächlich als Energiespeicher dient und an den physiologischen Vorgängen des Körpers nicht sehr intensiv beteiligt ist, erscheint es klinisch wesentlich interessanter, die Fettfreie Masse genauer zu analysieren. Insbesondere die Verteilung des Körperwassers auf die Intra- bzw. Extrazellulärbereiche kann dem Kliniker Aussagen über den Ernährungszustand, die Ödembildung bzw. über den allgemeinen Hydrationszustand geben. Zu diesem Zweck wird das Verhältnis der beiden Widerstände Rz und Xc bzw. die im Wechselstromfeld entstehende Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung als Maß für die Unterscheidung zwischen Zellulär- und Extrazellulärbereichen verwendet. Modellhaft wird davon ausgegangen, dass sich die Körperzellen elektrisch wie kleine Kondensatoren verhalten. Die Zellmembran aus Lipiden dient hierbei als Isolator, während das Zellinnere (Zytoplasma) und die Zellumgebung elektrische Leiter darstellen.

fettfreiemasse

 

Zusammensetzung der fettfreien Masse

Mit Hilfe von Referenzmessungen, wie z. B. der Gesamtkörperkaliumbestimmung (K40-Methode), lassen sich Korrelationen zwischen der BIA-Messung und den zellulären Räumen erstellen. K40 ist zu 98 % im Zellinneren zu finden. Knochen enthalten nur sehr wenig K40, weshalb das Skelett vernachlässigt werden kann. Korreliert man die Referenzmessungen mit BIA-Messungen, zeigt sich, dass die Gesamtheit der Zellen proportional zum Phasenwinkel und zur Reaktanz Xc steigt. Die Summe der kalium- und sauerstoffreichen Zellen wird Körperzellmasse (Body Cell Mass; BCM) genannt und umfasst sowohl die Skelettmuskulatur als auch die Zellen der Organe (Nicht-Muskel-BCM). Das Verhältnis von Skelettmuskulatur zu Nicht-Muskel-BCM beträgt beim Gesunden 3,5 : 1 bis 4 : 1

 

(Quelle: Ernährungsmedizinische Praxis, O. Selberg, M.J. Müller, S.70)