Основная цель сегментных методов исследования состава тела — получение оценок состава отдельных сегментов тела. Такой анализ может выполняться как в статике, так и в динамике для исследования перераспределения жидкости между сегментами при различных воздействиях. Анализируемыми сегментами тела обычно являются конечности и туловище, а в некоторых случаях и голова.
Методика анализа состава сегментов тела в принципе не отличается от методики оценки состава всего тела. Сначала необходимо измерять параметры импеданса сегментов тела на одной или на нескольких частотах. Затем строятся регрессионные уравнения. Общий вид их для оценки ОВО, БМТ, ВКЖ и других составляющих в основном такой же, как и в случае интегрального метода, но появляются некоторые особенности.
Во-первых, эталонный метод должен давать значения параметров состава тела для отдельных сегментов. Этому требованию удовлетворяют рентгеновская денситометрия и магниторезонансная томография, а методы разведения индикаторов и подводного взвешивания не подходят.
Во-вторых, измерить in vivo массу отдельного сегмента тела можно только с помощью тех же методов, которые применяются в качестве эталонных. Поэтому слагаемое с массой сегмента в уравнении присутствовать не должно. Вместо этого можно вводить слагаемое с массой тела, так как массы отдельных сегментов должны с ней достаточно хорошо коррелировать.
В-третьих, длины отдельных сегментов можно измерять и вводить в программу анализатора, но это увеличит затраты времени на измерения. Для упрощения процедуры можно, учитывая корреляцию длин сегментов и длины тела в целом, использовать в уравнениях величину ДТ. Необходимо проверить, не приведет ли
такое упрощение к существенному ухудшению точности оценок.
Рассмотрим методику измерения импедансов, При решении этой задачи приходится выбирать между максимальным соответствием границ измеряемой области и естественных границ сегмента и удобством проведения измерений, Широко применяется 8-электродная схема на рис, 2,13,е, Расположение электродов на конечностях обычно такое же, как в стандартной интегральной методике на рис, 3.3. Варианты набора отведений, то есть сочетаний пар токовых и измерительных электродов, для получения импедансов всех сегментов, приведены в п, 2,6,
В отношении удобства эта схема считается наилучшей, так как места положения электродов хорошо идентифицируются и для проведения измерений не надо снимать одежду, за исключением носков или чулок, Однако при такой схеме выделение сегментов осуществляется недостаточно точно,
Проводилось сравнение результатов измерений импедансов конечностей и туловища при стандартном расположении электродов на запястьях и щиколотках и при расположении измерительных электродов непосредственно на границах сегментов (Cornish et al,, 1999), Измерения выполняли с помощью биоимпедансного спектрометра в диапазоне частот от 4 кГц до 1 МГц с последующим нахождением аппроксимированных сопротивлений на нулевой и бесконечно Большой частотах, Установлено, что различия измеренных при разных положениях измерительных электродов активных сопротивлений для всех сегментов и на всех частотах не превышают 8%, При этом значения сопротивления одного и того же сегмента, полученные при разных расположениях электродов, хорошо коррелируют друг с другом, Таким образом, использование разных вариантов сопротивления сегмента в регрессионном уравнении дает близкие значения SEE,
В результате был сделан вывод, что, учитывая сложность точного позиционирования электродов на физиологических границах сегментов, схема измерения с электродами на запястьях и щиколотках является предпочтительной и ее рекомендуется стандартизировать,
Исследовался вопрос о корреляции размеров отдельных сегментов тела с длиной и массой тела (Organ et al,, 1994), Измерения на выборке из 96 мужчин и 104 женщин показали, что коэффициенты корреляции площадей длин конечностей и туловища с длиной тела составляют r = 0,7-0,8, а коэффициенты корреляции площадей сечения сегментов с массой тела составляют r = 0,8-0,9, Такая

№
N
Пол
Возр
аст, лет
ДТ,
см
мт,
кг
ИМТ, кг/м2
Ссылка*

Ср
Стд
Ср
Стд
Ср
Стд
Ср
Стд

1
96
м
35,2
9,6
179,1
7,6
83,9
16,1
26,2
5,5
1

2
104
ж
35,4
11,1
165,6
5,8
61,0
9,4
22,2
3,7
1

3
51
ж
33
2,0
165
1,0
74,5
3,9
27,5
1,5
2

4
85
м
45,7
17,4
176,7
7,0
81,5
12,8
26,1
3,8
3

5
85
ж
46,8
16,4
163,4
5,9
65,2
12,9
24,4
4,6
3

6
33
ж
56,9
12,0
162
6,5
96,7
14,0
36,7
14,0
-

*1 — Organ et al., 1994; 2 — Бгаесо et al., 1996; 3 — Jaffrin et al., 2007.

корреляция позволяет использовать в регрессионных уравнениях для сегментов длину и массу тела вместо размеров конкретных сегментов.
Проанализируем данные о верификации сегментного биоимпедансного анализа. Попутно рассмотрим вопрос, часто поднимавшийся в литературе по биоимпедансному анализу (Organ et al., 1994; Бгассо et al., 1996; Cha, 1998; Zhu et al., 2004) о возможности получения более точных оценок состава тела, если вместо измерения по интегральной методике выполнить измерения отдельных сегментов, найти содержание жидкости и других составляющих в них, а затем просуммировать по всем сегментам. В качестве обоснования такого подхода, называемого полисегментным, обычно указывают на более точное соответствие отдельных сегментов тела цилиндрической модели.
Были сопоставлены результаты сегментного БИА по 6 выборкам, сведения о которых приведены в табл. 3.5 (Смирнов, 2008). Использованы обозначения ИМТ — индекс массы тела, Ср — среднее значение, Стд — стандартное отклонение.
Биоимпедансные измерения по всем выборкам выполнялись по
  1. электродной схеме на частоте 50 кГц. В качестве эталонного метода везде использовалась рентгеновская денситометрия. В последней строке табл. 3.5 показаны результаты исследований, выполненных в Институте питания РАМН на биоимпедансном анализаторе АВС-01 “Медасс”.

В табл. 3.6-3.8 приведены значения SEE для безжировой массы тела (БМТ). В заголовках столбцов указаны переменные, входящие в регрессионные уравнения. При этом обозначено ДТ — длина тела, МТ — масса тела, ОТ — окружность талии, R — активное сопротивление на 50 кГц.
Для выборок 1 и 2 отсутствуют данные о конечностях, а дан-

Выборка

Рука


Нога


ДТ2^
МТ
ДТ2/R, МТ
ДТ2/R
МТ
ДТ2/R, МТ

3
0,29
—
—
0,63
—
—

4
-
-
0,49
-
-
0,82

5
-
-
0,29
-
-
0,68

6
0,53
0,47
0,47
0,68
0,59
0,52

Таблица 3.7. Значения SEE (кг) БМТ для туловища

Выборка
ДТ2^
МТ
дт2^, МТ
дт2^, мт, ОТ

3
2,2
—
—
—

6
3,52
2,19
2,22
1,76

Таблица 3.8. Значения SEE БМТ для всего тела (Инт) и для суммы оценок БМТ по сегментам тела (Сум)

Выборка              ДТ2/Д              МТ              ДТ2/R, МТ              ДТ2/Д, МТ, ОТ
Инт Сум Инт Сум Инт Сум Инт              Сум

1
4,70
5,15 - - -
-
-
-

2
2,90
2,64 - - -
-
-
-

3
3,00
2,41 - - -
-
-
-

6
3,58
3,72 2,78 2,44 2,33
2,43
2,14
2,02

ные для туловища имеются только для выборок 3 и 6 (табл, 3.7). Табл. 3.8 содержит значения SEE для БМТ всего тела, оцениваемой по интегральной методике (Инт), и для БМТ всего тела, находимой как сумма оценок БМТ по сегментам (Сум). Для выборок 1 и 2 указанные значения SEE приведены в статье Л. Орган и со- авт. (Organ et al., 1994). Для выборок 3 и 6 SEE для суммы по сегментам определялась по формуле
(3.39)
где SEE^, SEE^, SEE^ — значения ошибок оценки БМТ для руки, ноги и туловища, соответственно.
Что же следует из представленных результатов?
1. Достоверность сегментного биоимпедансного анализа раз-

лична для различных сегментов. Наименьшая относительная погрешность оценки БМТ получена для ног — в среднем 7% по данным выборки 6. Средняя относительная погрешность для туловища w9%. Наибольшая средняя относительная погрешность наблюдается для рук — около 17%. Средняя погрешность интегральной оценки БМТ для той же выборки составляет 5%.
  1. Из значений, приведенных в табл. 3.8, не следует наличие выигрыша в точности оценки параметров состава всего тела при переходе от интегральной методики к полисегментной. Ощутимое улучшение наблюдается только для выборки 3. Однако эта выборка характеризуется значительно меньшими, по сравнению с другими выборками, диапазонами разброса антропометрических данных. Возможно, что именно благодаря этой особенности и получается наблюдаемое уменьшение ошибки почти на 20%. Для выборок 1 и 2 имеют место уменьшение SEE на 9% для женского контингента и увеличение на 9,5% для мужского. Для выборки 6 различия значений SEE интегральной оценки БМТ и суммы оценок БМТ по сегментам не превышают 10%, и при этом имеют разные знаки для разных наборов независимых переменных в регрессионной формуле.

Причиной такого результата являются большие значения SEE для туловища, которые вносят основной вклад в значение SEE для суммы БМТ по сегментам в соответствии с (3.39). Это можно объяснить тем, что туловище менее других сегментов соответствует простой модели в виде однородного цилиндра. Сложная форма туловища, сопоставимость его размеров по длине и ширине, различия удельных сопротивлений внутренних органов приводят к значительной неоднородности плотности тока. В результате простые физические модели оказываются для туловища малоприменимыми.
Таким образом, не видно явных причин переходить от интегральной методики к полисегментной и увеличивать число электродов, если необходимо получить только параметры состава всего тела. Аналогичный вывод был сделан и в ряде других работ (Baumgartner et al., 1989; Bedogni et al., 2002; Thomas et al., 2003). При этом в одной из работ (Bedogni et al., 2002) измерения проводились на полисегментном биоимпедансном анализаторе InBody (см. п. 4.3).
  1. Как следует из результатов обработки данных выборки 6, учет массы тела в регрессионном уравнении позволяет получать существенно более точные оценки БМТ для всего тела и для туловища. Некоторое снижение SEE имеет место и для конечностей.

    2. Таблица 3.9. Коэффициенты корреляции величин БМТ сегментов тела и всего тела с величиной ДТ2/й, массой тела МТ и безжировой массой
    тела БМТинт



Рука
Нога
Туловище
Все тело

дт2/д
0,48
0,79
0,44
0,85

МТ
0,62
0,84
0,83
0,90

БМТинт
0,63
0,89
0,96
1,00

Повышение точности регрессионных формул при учете в них веса обусловлено тем, что величина безжировой массы БМТ сильно коррелирует с весом, что подтверждается табл. 3.9, величины коэффициентов корреляции в которой получены на выборке 6 по значениям БМТ, измеренным методом рентгеновской денситометрии.
Отсюда следует, что стремление некоторых авторов не включать массу тела в регрессионные формулы, чтобы получать оценки только на основе измерений импеданса, явно неоправданно. Этот вывод относится как к интегральному, так и к сегментному био- импедансному анализу.
  1. Учет в регрессионных формулах величины окружности талии позволяет уменьшить ошибку для безжировой массы туловища и всего тела и довести точность до оценки “очень хорошо”. Возможно, что и учет других антропометрических параметров может положительно повлиять на достоверность биоимпедансного анализа.

Выводы о достоверности оценки БМТ сегментов тела справедливы, очевидно, и для оценки ЖМТ, эталонные методы для которой такие же. Сегментные измерения БМТ и ЖМТ в настоящее время выполняются многими серийными биоимпедансными анализаторами (пп.4.3, 4.4).
Получение регрессионных уравнений для сегментных оценок ВКЖ и ОВО затруднено отсутствием соответствующих эталонных методов. Метод разведения индикаторов позволяет находить объемы жидкостей всего тела, а рентгеновская денситометрия и магниторезонансная томография не дают возможности измерять количество жидкости. Оценку ОВО можно в первом приближении находить по величине БМТ данного сегмента и значению гидратации тощей массы ГТМ w 0,737, предполагая, что эта константа, найденная для всего организма, остается такой же и для отдельных сегментов.

Формулы для сегментной оценки ВКЖ можно находить, исследуя перераспределение внеклеточной жидкости между сегментами при соответствующих воздействиях на организм, например, при изменении ориентации тела в пространстве. При этом суммарный объем ВКЖ определяется методом разведения индикатора и используется как эталонное значение, которому должна быть равна сумма ВКЖ по всем сегментам как до, так и после воздействия.
В одной из соответствующих работ формулы для нахождения ВКЖ сегментов тела, использованные в ней, имели простейший вид (Zhu et al., 1998):
(3.40)
где ДС — длина сегмента, Ro — его сопротивление на нулевой частоте, находимое путем аппроксимации, рБКЖ = 0,47 Ом-м — удельное сопротивление внеклеточной жидкости, k — коэффициент, подбираемый для каждого сегмента с целью обеспечения равенства суммы ВКЖ по сегментам и величины ВКЖ, находимой эталонным методом.
Опубликованные результаты показывают, что при ортостатической пробе сумма ВКЖ по сегментам остается практически неизменной, в то время как интегральная оценка ВКЖ, получаемая на стандартном отведении, уменьшается на величину ^5 кг.
Дальнейшее развитие полисегментный биоимпедансный анализ баланса жидкостей в организме получил в работе тех же авторов (Zhu et al., 2004), в которой предложено использовать уравнения вида (3.40) для оценки не только ВКЖ, но и КЖ. При этом коэффициенты k в уравнениях отсутствуют, а вместо реальных удельных сопротивлений подставляются эквивалентные значения, определяемые по формулам
(3.41)
где БМТс — безжировая масса сегмента, найденная с помощью магниторезонансной томографии, R^ — эквивалентное сопротивление клеточной среды, вычисляемое по формуле (3.4), а и в — константы гидратации безжировой массы для внеклеточной и клеточной жидкостей. Эти константы определялись для всего тела как частные от деления БМТ всего тела на объем ВКЖ или КЖ, находимый с помощью соответствующего эталонного метода. Получен-

в Ом-м


Рука
Туловище
Нога

вкж
0,645 ± 0,12
1,616 ± 0,23
0,97 ± 0,18

кж
1,894 ± 0,35
1,204 ± 0,25
2,77 ± 0,60

ные значения эквивалентного удельного сопротивления сведены в следующую таблицу.
Подстановка усредненных по выборке эквивалентных удельных сопротивлений в формулы вида (3,40) дало практически идеальное соответствие находимых средних по выборке сумм ВКЖ и КЖ по сегментам со средними по выборке значениями, даваемыми эталонными методами, Это вполне объяснимо, так как для получения эквивалентных удельных сопротивлений использовались данные из той же выборки и те же эталонные методы, Тем не менее полученные в указанной работе результаты могут быть полезны и для анализа других выборок,
В целом можно сделать вывод, что полисегментный метод обеспечивает достаточно точную оценку объема ВКЖ всего тела при исследованиях, связанных с перераспределением ВКЖ между сегментами,
Весьма распространенным вариантом биоимпедансной оценки состава тела является измерение импеданса в отведении FN/FN, при котором ток протекает от ступни одной ноги до ступни другой ноги (см, рис, 2,13,5), Этот метод реализуется в многочисленных моделях электронных весов (см, п.4.3). При этом, хотя измеряется лишь импеданс ног и нижней части туловища, производится оценка состава всего тела, Это оказывается возможным вследствие наличия значительных корреляций параметров сегментов тела,
Выполнялась верификация такого метода (Utter al,, 1999), Была обследована группа из 98 женщин с умеренным ожирением, В качестве эталонного использовался метод подводного взвешивания, Для оценок БМТ получены значения SEE = 3,7 кг, г2 = 0,61, В то же время, полученные параметры достоверности находятся на границе удовлетворительной и неудовлетворительной оценок по табл, 1,9 и хуже большинства результатов стандартного интегрального одночастотного метода, приведенных в табл, 3,1 и 3,8,
Рассмотрим кратко некоторые частные примеры биоимпедансного анализа состава сегментов тела,

Проводилось исследование биоимпедансной методики оценки объема мышц конечностей (Miyatani et al., 2001). В качестве эталонного метода применялась магниторезонансная томография. Импеданс измерялся на частоте 50 кГц, причем токовые электроды находились в контакте или с двумя ступнями или с двумя ладонями, а измерительные электроды располагались непосредственно на границах измеряемого сегмента. Измерения выполнялись отдельно для плеча, предплечья, бедра и голени. Установлено наличие хорошей корреляции между объемом мышцы, измеренной эталонным методом, и импедансным индексом ДС2/Е, где ДС — длина сегмента, R — его сопротивление. Значения г2 = 0,9020,976.
Другой пример — оценка количества висцерального жира (Shiga et al., 2007). Здесь эталонным методом также была магниторезонансная томография. Измерения импеданса проводились на частоте 50 кГц вдоль и поперек живота. Формула для расчета количества жира по результатам измерений импедансов не приводится, но сообщается, что г2 = 0,82.
Эти примеры показывают перспективность биоимпедансных методов для решения разнообразных задач по оценке состава различных частей тела. В таких применениях необходимы многофункциональные биоимпедансные анализаторы, позволяющие выполнять измерения на различных наборах отведений и частот и имеющие гибкое программное обеспечение.
В заключение надо отметить необходимость стандартизации методик сегментного биоимпедансного анализа состава тела, что должно создать основу его широкого применения.