- BIA-Messgeräte und typische Einsatzgebiete
- Messung der Resistanz bei einer Frequenz
- Messung der Resistanz bei mehreren Frequenzen
- BIA-Messgeräte die Resistanz, Reaktanz und Phasenwinkel bei 50kHz messen
- BIA-Messgeräte die Resistanz, Reaktanz und Phasenwinkel bei 50 kHz und weiteren Frequenzen messen
- Bioimpedanzspektroskopie (BIS) durch Messung der Impedanz und des Phasenwinkels bei sehr vielen Frequenzen
- BIA-Messgeräte zur segmentalen BIA
- Körperanalysewaagen versus Bioimpedanzmessung im Liegen
- Literatur
BIA-Messgeräte und typische Einsatzgebiete
In diesem Artikel geht es um die wichtigsten BIA-Messgeräte und Technologien der Bioimpedanzanalyse und ihre typischen Anwendungen. Einen Überblick zur BIA-Methode gibt es im Artikel über die Bioimpedanzanalyse.
Dort gibt es auch grundlegende Informationen zu den Begriffen Phasenwinkel, Impedanz, Resistanz und Reaktanz, sowie die Erklärung, wie daraus fettfreie Masse (Magermasse), extra- und intrazelluläre Masse sowie Muskeln abgeschätzt werden. Zum wichtigen Zusammenhang zwischen Phasenwinkel und Vitalität gibt es einen eigenen Artikel.
Messung der Resistanz bei einer Frequenz
Die Messung Resistanz ohne gleichzeitige Bestimmung der Reaktanz gibt es häufig in preisgünstigen Körperanalysewaagen. Meist erfolgt die Messung bei einer Frequenz von 50 kHz.
Mithilfe der Resistanz kann man das Körperwasser und daraus die Magermasse ermitteln. Im Kapitel — Wie man aus der Resistanz das Gesamtkörperwasser bestimmt — erfahren Sie genauer, wie das funktioniert.
Da sich der Körper aus Magermasse und Körperfett zusammensetzt, ergibt sich aus der Magermasse direkt das Körperfett.
Allerdings fehlt bei diesen BIA-Geräten Reaktanz und Phasenwinkel. Dadurch gibt es keine Möglichkeit, Änderungen in der Zusammensetzung der Magermasse zu bestimmen. Es ist beispielsweise nicht möglich, die Abnahme der Muskelmasse im Rahmen einer Diät zu überwachen.
Entsprechend verhält es sich mit dem Verhältnis von extrazellulärem zu intrazellulärem Wasser. Daher kann man mit solchen Geräten keine Veränderungen dieser Größen bei Verlaufsmessungen beobachten.
Leider zeigen solche BIA-Geräte dennoch manchmal Körperwerte wie z.B. Muskelmasse an. Diese werden durch statistische Schätzformeln ohne Berücksichtigung der Reaktanz bzw. des Phasenwinkels berechnet. So ist es zwar möglich absolute Werte anzugeben, Aussagen zu Änderungen sind hingegen nicht seriös möglich.
Faktisch kann man mit dieser BIA-Technik nur Gesamtkörperwasser, Körperfett und Magermasse bestimmen. Da es nicht ohne weiteres möglich ist herauszufinden, ob nur die Resistanz gemessen wird, sollte man bei Bedarf beim Anbieter kritisch nachfragen.
Messung der Resistanz bei mehreren Frequenzen
Eine Verbesserung dieser Situation bringt die Messung der Resistanz bei mehreren Frequenzen. Typisch sind Werte bei 5 kHz und 50 kHz. Die zweite zusätzliche Frequenz ermöglicht Abschätzungen zur Einteilung des Gesamtkörperwassers in extra- und intrazelluläres Wasser.
Der Strom fließt bei niedrigen Frequenzen hauptsächlich durch das extrazelluläre Wasser. Dagegen wird bei höheren Frequenzen der Anteil des Stromes durch die Körperzellen (insbesondere Muskeln) größer.
Daher kann Muskeltraining und Muskelaufbau eine Erhöhung des Verhältnisses der Impedanz bei 5 kHz zur Impedanz bei 50 kHz bewirken. Oft werden BIA-Messgeräte die, die Resistanz bei mehreren Frequenzen messen in Körperanalysewaagen eingesetzt. Damit ist es möglich neben Körperwasser, Magermasse und Körperfett, auch Änderungen in der Muskelmasse zu bestimmen.
BIA-Messgeräte die Resistanz, Reaktanz und Phasenwinkel bei 50kHz messen
Die zusätzliche Messung der Reaktanz und des Phasenwinkels liefert Aussagen zur Vitalität und dem Ernährungszustand der Zellen. Sollen Änderungen der Vitalität beobachtet werden, sind diese Geräte besonders interessant.
Die Messung dieser Werte bei 50 kHz ist faktisch der Standard in den meisten Studien mit BIA-Messung. Mit solchen Geräten in Kombination mit der Bioimpedanzmessung im Liegen wurden tausende klinische Studien durchgeführt.
Insbesondere in der medizinischen Diagnostik kommt die Messung von Resistanz, Reaktanz bzw. des Phasenwinkels seit über 30 Jahren zum Einsatz. Aber auch zur Erfolgskontrolle beim Training, zur Überwachung von Diäten und zur Vermeidung des Jojo-Effekts, ist diese Technik zu empfehlen.
Die meisten BIA-Messgeräte zur Messung der Resistanz und Reaktanz sind für die Messung im Liegen konzipiert. Damit ist eine hohe Reproduzierbarkeit erreichbar.
Für die Messung der Resistanz und Reaktanz bei 50 kHz gibt es eine spezielle Auswertungsmethode, die keine Formeln verwendet. Diese heißt bioelektrische Impedanz-Vektoranalyse (BIVA) und bietet für erfahrene Anwender interessante Vorteile. Im Kapitel über das BIVA-Diagramm sind diese genauer beschrieben.
BIA-Messgeräte die Resistanz, Reaktanz und Phasenwinkel bei 50 kHz und weiteren Frequenzen messen
Durch die Impedanz- und Phasenwinkelmessung bei mehreren Frequenzen sollen genauere Aussagen zur Veränderung des Körperwassers möglich sein. Allerdings gibt es auch Wissenschaftler [Piccoli2005], die eine Verbesserung der Aussagekraft durch Hinzunahme von weitere Frequenzen bestreiten.
Aus meiner Sicht ist es in jedem Fall relevant, Reaktanz und Phasenwinkel bei mehreren Frequenzen zu kennen. Beispielsweise ist der Einfluss des Membranpotentials bei 5 kHz noch stärker als bei 50 kHz. Warum das so ist, erfahren Sie im Artikel Phasenwinkel und Vitalität im Abschnitt zu den physikalischen Ursachen des Phasenwinkels.
Dadurch ist es möglich, verschiedene Einflussfaktoren auf den Phasenwinkel zu unterscheiden. Allerdings gibt es dazu noch einen erheblichen Forschungsbedarf.
Wichtig ist auch, dass das BIA-Messgerät die Reaktanz auch hinreichend genau misst. Im Gegensatz zu Resistanz ist das deutlich schwieriger.
Neben BIA-Messgeräten für die Anwendung im Liegen, gibt es auch Körperanalysewaagen im Premiumbereich für Fitnessstudios, die mit dieser Messtechnik arbeiten.
Bioimpedanzspektroskopie (BIS) durch Messung der Impedanz und des Phasenwinkels bei sehr vielen Frequenzen
Diese Geräte messen Impedanz und Phasenwinkel (bzw. Resistanz und Reaktanz) in einem größeren Frequenzbereich. Dabei ergibt sich eine hohe Anzahl von Messpunkten mit geringem Frequenzabstand.
Neben der Analyse der Messergebnisse mit Modellen wie dem Cole-Modell liefern auch Veränderungen in den Maxima der Messwerte wichtige zusätzliche Informationen [Bartels2015].
Damit ermöglicht die Bioimpedanzspektroskopie Aussagen zur Körperzusammensetzung, aber auch zu Veränderungen im Maximum der frequenzabhängigen Reaktanz. So verschiebt sich dieses Maximum beispielsweise zu höheren Frequenzen, wenn Muskeln verspannt sind [Fener2016].
Aus messtechnischer Sicht liefern BIS-Geräte die meisten Informationen. Allerdings sollte der Anwender auch wissen, wie in der Auswertungssoftware die Messwerte weiter verwendet werden. Meist werden BIS Geräte in der Forschung eingesetzt. Dann ist es wichtig, dass die Rohmesswerte bequem exportierbar sind.
BIA-Messgeräte zur segmentalen BIA
Zusätzlich zur Messung der Impedanz und des Phasenwinkels bei einer oder mehreren Frequenzen erlauben diese Geräte die gleichzeitige BIA-Messung in der rechten und linken Körperhälfte, von Fuß zu Fuß und von Hand zu Hand.
Geräte mit dieser zusätzlichen Messfunktion gibt es sowohl bei hochwertigen Körperanalysewaagen für Fitnessstudios, als auch für Premium-Messgeräte zur BIA-Messung im Liegen.
Prinzipiell kann man segmentale BIA-Messungen mit jedem BIA-Messgerät, das zur BIA-Messung im Liegen geeignet ist, durchführen. Allerdings sind diese Messungen dann etwas umständlicher.
Geräte zur segmentalen BIA liefern eine höhere Transparenz zur individuellen Verteilung von Muskeln und Körperfett. Wichtige Anwendungsgebiete sind die Physiotherapie und die Vermeidung von Schäden durch unausgewogene oder einseitige Belastung.
Körperanalysewaagen versus Bioimpedanzmessung im Liegen
Bei BIA-Geräten zur Bioimpedanzanalyse im Liegen werden selbstklebende Elektroden an Händen und Füßen angebracht. Bei Körperanalysewaagen sind die Elektroden in einer Waage integriert.
Beide Typen haben unterschiedliche Vor- und Nachteile und können unterschiedlich komplexe Messmethoden beinhalten. Wichtige Vor- und Nachteile von BIA-Waagen und BIA-Analysegeräten zur Anwendung im Liegen sind:
| Körperanalysewaagen | Bioimpedanzmessung im Liegen |
|---|---|
| + keine zusätzlichen Klebeelektroden erforderlich | + sehr hohe Reproduzierbarkeit und Genauigkeit |
| + liefert gleichzeitig das Körpergewicht | + Messsystem ist kompakt und portabel |
| - schlechtere Reproduzierbarkeit der Messung (Position der Füße, Andruck der Hände an den Elektroden) | + hygienische Anwendung durch einmal verwendbare Elektroden |
| - ungleichmäßige Verteilung des Körperwassers im Stehen | - bei jeder Messung neue Klebeelektroden erforderlich |
| - Desinfektion der Elektroden erforderlich | - Liegemöglichkeit erforderlich |
| - Körpergewicht muss anderweitig bestimmt werden |
Der Vergleich zeigt, dass Körperanalysewaagen für die selbstständige Messung z.B. zu Hause oder im Fitnessstudio komfortabler sind. Für diese entstehen auch keine zusätzlichen Kosten durch die Elektroden.
Dort wo es um die Beobachtung kleiner Veränderungen geht, z.B. in der Ernährungsberatung oder beim Muskeltraining, spricht mehr für die BIA-Messung im Liegen. Insbesondere für medizinische Anwendungen ist die höhere Reproduzierbarkeit ausschlaggebend.
Literatur
[Bartels2015]: Bartels, Else Marie, Emma Rudbæk Sørensen, and Adrian Paul Harrison. “Multi-frequency bioimpedance in human muscle assessment.” Physiological reports 3.4 (2015): e12354.
[Fener2016]: Fener, D. K., et al. “Chronic Neck Pain Assessment using Multi-Frequency Bioimpedance.” Physiother Rehabil 1.113 (2016): 2.
[Piccoli2005]: Piccoli, Antonio, et al. “Equivalence of information from single versus multiple frequency bioimpedance vector analysis in hemodialysis.” Kidney international 67.1 (2005): 301–313.