Stime quantitative di composizione corporea: chilogrammi e litri. Un nuovo approccio: le proprietà elettriche dei tessuti come dato clinico

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2 Stime quantitative di composizione corporea: chilogrammi e litri Tutti i metodi convenzionali di composizione corporea delegano il compito della predizione di masse e volumi corporei ad equazioni predittive associate a parametri antropometrici. Nel caso della BIA, le equazioni predittive elaborano stime di composizione corporea ipotizzando una idratazione costante dei tessuti molli del 73%. In assenza di alterazioni idro-elettrolitiche le correlazioni tra i vari compartimenti corporei sono costanti ed interdipendenti, tanto da permettere al clinico la valutazione quantitativa dei vari compartimenti corporei (esempio: TBW, ICW, ECW, FFM, FM, BCM..). Alcune equazioni predittive sono supportate da centinaia di eccellenti studi di validazione, tuttavia, in presenza di soggetti con alterazioni idroelettrolitiche, l errore standard di stima della migliore equazione sviluppata ad oggi è sempre troppo alto per permettere l utilizzo in ogni campo clinico. Un nuovo approccio: le proprietà elettriche dei tessuti come dato clinico L analisi vettoriale d impedenza tramite nomogramma Biavector (BIVA=bioelectrical impedance vector analysis, in italiano analisi vettoriale di impedenza bioelettrica o BIA vettoriale) offre al clinico uno schema interpretativo immediato circa lo stato d idratazione del soggetto. I valori bioelettrici di Resistenza (RZ) e Reattanza (Xc) misurati dallo strumento sono divisi per l altezza del soggetto (conducibilità/metro) e plottati sullo schema (un nomogramma è la rappresentazione grafica di una funzione di due o più variabili) La figura riporta la distribuzione statistica delle misure di Resistenza e Reattanza divise per l altezza in metri, della popolazione italiana da 16 ad 85 anni con ellissi di tolleranza al 50%, 75%, 95%. Le tre ellissi di tolleranza sono la proiezione di tre sezioni della distribuzione a campana di Gauss. (Piccoli et al., Am J Clin Nutr 1995; - 2 -

3 61: , elenco completo degli studi di validazione disponibile nelle pagine seguenti) Per l utilizzo di Biavector occorrono i valori bioelettrici di Resistenza e Reattanza misurati dal sensore e l altezza del soggetto, per ricavare la c.d. resistività specifica (Resistenza/metro Reattanza/metro). Non occorre sapere il peso corporeo del soggetto Occorrono però i seguenti dati: 1- il sesso del soggetto, poiché la distribuzione della popolazione maschile e femminile adulta è statisticamente diversa; 2- l età: la distribuzione varia secondo l età nei soggetti pediatrici (2-15 anni, ma senza distinzione per sesso) e risulta omogenea nei soggetti adulti (da 16 ad 85 anni solo distinzione per sesso). Il software Bodygram plotta automaticamente vettore del soggetto sul Biavector corrispondente. In questa accezione viene definito vettore il punto di incontro sul piano cartesiano delle coordinate relative alla Resistenza/m ed alla Reattanza/m. Migrazioni del vettore lungo l asse maggiore del nomogramma indicano variazioni a carico del comparto idrico extracellulare VARIAZIONE DI FLUIDI PRE/POST DIALISI POST DIALISI PRE DIALISI Variazioni combinate d idratazione e struttura dei tessuti sono associate a migrazioni del vettore lungo la combinazione delle due direzioni principali SHIFT VARIAZIONE TESSUTI MOLLI Aumento Diminuzione - 3 -

4 Biavector di sinistra Il vettore del soggetto cade in alto a sinistra dell asse mediano, identificato come il settore caratteristico di soggetti con una buona forma fisica (elevata massa e struttura) Soggetto di questo esame è un soggetto adulto, alto 1,76 m, che lavora come bagnino) Biavector di destra: Il vettore cade al di fuori delle ellissi del 95% nel quadrante in alto a destra indice di disidratazione e malnutrizione. Questo tipo di posizionamento del vettore in alto all estrema destra del Grafo è tipico dei soggetti molto magri, emaciati o affetti da anoressia nervosa e disidratati. Trattasi di una giovane anoressica del peso di 29 Kg. il vettore di questo soggetto si posiziona a sinistra dell asse maggiore in basso nella zona definita di sovraccarico di massa e struttura. Angolo di Fase = 5,6 Rz/H = 248,86 Ohm Xc/H = 24,43 Ohm htm 1,85 Peso kg 73 Paziente tedesca 59 enne, (peso 124 kg, htm 1,76) BMI 40, con buona struttura cellulare (BCMI=9) - 4 -

5 A seguito di quanto sovra esposto, possono essere identificate zone dove i vettori di determinate popolazioni cadono statisticamente più frequentemente: L analisi Vettoriale Biavector ha pertanto una triplice funzione 1. Una concreta funzione diagnostica, tramite il confronto dello stato bioelettrico del soggetto rispetto alla distribuzione della popolazione sana; 2. Una valutazione semiquantitativa dell idratazione tissutale: Ipo-, Normo-, Iperidratazione e dei tessuti molli: minore massa e struttura / maggiore massa e struttura rispetto alla distribuzione statistica della popolazione- 3. Una funzione di auto-controllo per la corretta applicazione delle formule per la stima quantitativa della composizione corporea: è noto quanto un buon risultato di analisi dei compartimenti corporei (in termini di kg e litri) dipenda dalla normo idratazione del soggetto esaminato. Tanto più il soggetto rientra nel range di eu-idratazione quanto più le stime di composizione corporea saranno attendibili. Il vettore di un soggetto che si posiziona nell ellisse centrale del 50% avrà pertanto risultati di composizione corporea affidabili. Quanto più il soggetto si avvicina a zone di ipo/iperidratazione, quanto meno i risultati saranno precisi. Senza Biavector il clinico corre il rischio di non avere il controllo sulla validità dell analisi

6 Clinical Problem Populations Article, reference Reference ellipses, adults Healthy, 726 (354 M, 372 F) whites, Italy, yr, BMI 17-31, Piccoli, Am J Clin Nutr 61: , Reference ellipses, adults, RXc graph and Z-score graph Ten ethnicities, RXc mean graph Reference ellipses, children Healthy, 8,022 (4226 M, 3796 F) by sex and race (whites, blacks, mexican-americans), USA/NHANES III, yr, BMI 19-30, Valhalla Healthy, 5040 (2418 M, 2666 F), 10 races, worldwide, yr, many analyzers Healthy, 2,044 (1014 M, 1030 F), white children, by sex and age classes, Italy, 2-15 yr, within 95% normal weight and height, 1995 Piccoli, Nutrition 18: , 2002 Ward, Ann N Y Acad Sci 904: , 2000 De Palo, Nutrition 16: , 2000 Reference ellipses, neonates Healthy, 163 (87 M, 76 F), whites, term, 2,500-3,00 g, Italy, 1 Piccoli, Nutrition 18: , 2000 to 7 days, Girls, menarch, BIVA pattern Healthy 143 girls, pre- and post-meanrch, whites, Italy, Buffa, Nutrition 18: , 2002 Whole body vs segmental BIA Renal patients, 47 (28 M, 19 F), whites, Italy, Piccoli, Am J Clin Nutr 59: , 1994 Critically ill patients, in ICU, BIVA pattern vs Central Venous Pressure Hemodialysis (HD), optimal hydration, stable vs unstable hemodynamics, BIVA pattern Hemodialysis (HD), dry weight, BIVA vs BIA Hemodialysis (HD), BIVA vs survival Peritoneal dialysis (CAPD), nonedema vs edema, latent fluid overload, BIVA pattern ICU, 121 (70 M, 51 F), whites, Italy, yr, BMI 25.5, Piccoli, Crit Care Med 28: , Steingrub JS, Crit Care Med 28: ,2000 Uremic, 1,116 (680 M, 436 F) stable vs 251 (118 M, 133 F) unstable HD, whites, Italy, yr, BMI 17-31, (pre-hd and post-hd, S-L period, 5,468 measures) Uremic, 39 (23 M, 16 F) asymptomatic vs symptomatic HD session, whites, Italy, 55 yr, BMI 27, (post-hd measures) Uremic, 3,009 (1,411 M, 1,597 F) HD 18-mo followp, whites, blacks, mexican-americans, MA (USA), 60 yr, BMI 27, (pre-hd measures) Uremic, 200 (106 M, 94 F), 149 without and 51 with edema, whites, Italy, yr, BMI 16-31, (empty and filled peritoneal cavity, 400 measures) Piccoli, Kidney Int 53: , 1998 Guida, Am J Nephrol 20: , 2000 Pillon, Kidney Int 66: , 2004 Piccoli, Kidney Int 65: , 2003 Obesity, BVA pattern Obesity, class I, 2,200 (1035 M, 1165 F) by sex and race Piccoli, Nutrition 18: , 2002

7 Obesity, BIVA pattern Obesity vs edema, BIVA pattern Obesity vs Chronic renal insufficiency (CRI), Nephrotic syndrome (NS), BIVA pattern Obesity, weight loss, BIVA pattern (whites, blacks, mexican-americans), USA/NHANES III, yr, BMI Obesity, class I-III, 540 (354 M, 372 F), whites, Italy, yr, BMI 31-80, Obesity, class I-III, 540 (354 M, 372 F), BMI vs renal edema, 50 (25 M, 25 F), BMI 17-34, whites, Italy, yr, Healthy 86 (38 M, 48 F), obesity, class I-III, 40 (9 M, 31 F), CRF 55 (31 M, 24 F), NS 36 (19 M, 17 F), Italy, yr, Obesity, class I-III, 48 (18 M, 30 F), BMI 37-55, before and after 9 kg fat loss (diet) vs 32 (13 M, 19 F) obeses HD, BMI 31-41, before and after 3 kg fluid loss (HD), whites, Italy, yr, Lung cancer (IIIB-IV), 63 M vs healthy, 56 M, matched by age, whites, Italy, Lung cancer, BIVA pattern, 18 mo survival Cancer, BIVA pattern Cancer, M, 31 post-surgery, 30 locally advanced, 31 disseminated, 56 healthy, whites, Italy, Liver diseases, ascites, edema, paracentesis, BIVA pattern Sport, climbers, high altitude dehydration, BIVA pattern BIVA as a pre-test for BIA predictions BIVA and EKG, similar methods Liver diseases, 810 (481 M, 329 F): 438 chronic hepatitis, 260 compensated cirrhosis, 57 cirrhosis with ascites, 55 cirrhosis with ascites and edema, 208 (88 M, 120 F) healthy subjects, whites, Italy, Climbers, 7 M, at high altitude (5,000-7,000 m, Himalayas), whites, Italy, Piccoli, Int J Obes 22:97-104, 1998 Piccoli, Int J Obes 22:97-104, 1998 Piccoli, Kidney Int 46: ,1994 Piccoli, Min Electrolyte Metab 22: 76-78, 1996 Piccoli, Int J Obes 22:97-104, 1998 Toso, Nutrition 16: , 2000 Toso, Nutrition 19: , 2003 Guglielmi, Ann N Y Acad Sci 873: , 1999 Piccoli, Med Sci Sports Exerc 28: , 1996 Geometrical properties of the impedance index Piccoli, Nutrition 13: , 1997 Lukaski, Nutrition 13: , 1997 Pattern identification vs quantitative predictions in the clinical Piccoli, Nutrition 18: ,2002 setting Healthy elderly, BIVA pattern Healthy 201 (97 M, 104 F) aged 60 to 89 y., whites, Italy - Buffa, Nutrition 19: , 2003 Anorexia nervosa Anorexia nervosa, 74 women, BMI 10-17,5, age 15-45y., Piccoli, J. Parent. Ent. Nutr, 2005 in whites, Italy press - 7 -

8 Biagram e rapporto ECM/BCM La composizione corporea con analisi bioimpedenziometriche utilizza la misura bioelettrica in associazione a dati antropometrici con equazioni sempre più specifiche per popolazione, età, sesso, patologia e strumento per stimare sempre meglio i volumi dei vari compartimenti. E bene ricordare che l analisi BIA consiste innanzitutto nel misurare direttamente la resistenza e la Reattanza alla frequenza di 50 khz. Come ampliamente esposto in precedenza, tali valori sono direttamente influenzati dalla quantità e dalla distribuzione dei fluidi corporei. Biagram è la trasposizione grafica dei valori di Reattanza (ascisse) e di Angolo di fase (ordinate). L intervallo di normalità è rappresentato dalla regione delimitata dalle due rette parallele facilmente identificabili sul diagramma. Questo approccio non richiede l utilizzo di alcun parametro antropometrico. BCM= Body cell mass, massa cellulare ECM= Extra Cellular Mass. massa extracellulare ECM + BCM = Massa Magra RAPPORTO ECM/BCM = rapporto tra spazi corporei extra ed intracellulari. Questo rapporto consente di monitorare l andamento degli spazi intra ed extracellulari, quindi nutrizione ed idratazione In condizioni normali la proporzione è pari ad 1, ovvero per ogni kg di massa cellulare corrisponde normalmente un kg di massa extracellulare. Soggetti con imponenti masse cellulari o soggetti disidratati hanno un rapporto ECM/BCM di , poiché il loro comparto cellulare è fortemente sviluppato (40/50 kg di massa cellulare sono frequenti negli sportivi). Soggetti iperidratati e/o malnutriti hanno un rapporto di Regione 1 = ECM/BCM < 1 Regione 2 = ECM/BCM = 0,95-1 Regione 3 = ECM / BCM > 1

9 PROPORZIONE ECM/BCM < 1 il soggetto è un atleta dotato di un imponente Massa Cellulare Angolo di fase = 8,6 Reattanza = 76 Ω PROPORZIONE ECM/BCM < 1 il soggetto è un anziano disidratato in buone condizioni fisiche. angolo di fase = 7 PROPORZIONE ECM/BCM > 1 settantatanovenne scompensata angolo di fase = 2,8 ECM 27 kg / BCM 18 kg = 1,5 PROPORZIONE ECM/BCM = 1 trentenne normoidratato angolo di fase = 7 ECM 38 kg / BCM 35 kg = 1,08-9 -

10 Title Populations Article, reference Misure bioelettriche (BIA) non associate a equazioni predittive Bioimpedance analysis (BIA) in hemodialysis: technical aspects L analisi della Bioimpedenza nelle malattie renali Intra-Extracellular fat free mass spaces defined by bioelectric reactance and phase angle L analisi della bioimpedenza nell insufficienza renale cronica e in dialisi peritoneale L analisi dell impedenza bioelettrica Norms and correlates of bioimpedance phase angle in healthy human subjects, hospitalized patients and patients with liver cirrhosis A novel objective nutritional score for children undergoing peritoneal dialysis The Biagram Vector: a graphical relation between Reactance and Phase angle by bioelectrical Analysis in Infants 450 university students, 491 children, 425 elderly Vs 273 cancer pts, 315 renal pts, 150 HIV pts, 90 ICU pts M and F (scatterplot) 888 university students, 491 children, 212 dialysis pts, 273 A. Talluri - Abstract from VII Congresso SINPE 94 A. Talluri, G.Maggia- Int J Artific cancer pts M and F (scatterplot) Organ vol. 18 n. 11, 1995 pp Semeiotica del rene e delle vie urinarie N. Di Paolo G.Garosi, A. Talluri, L. CApotondo, N. Di Paolo Wichtig editore pp M univ. Students, 438 F Univ. Students, 1065 pupils from elementary school, 202 severe obese, 20 M and F over 100 y.o., 434 M and F cancer patients, 69 M and F pre and post -dialysis (scatterplot) Use of bioelectrical values and bioelectrical indexes in dialysis Theoretical basis and use of bioimpedance values 1035 pts M and F requiring nutritional counseling, 50 healthy controls M and F, 5 hospitalized pts M and F, 55 pts biopsy proven cirrhosis M and F. A. Talluri, A. Evangelisti, RJ Liedtke IX Int. Conference on Electrical Bioimpedance (ICEBI) Heidelberg, Germany 1995 G. Garosi- Tecniche Nefrologiche e dialitiche 1995, pp A. Talluri, Tecniche Nefrologiche e dialitiche pp Eur J Appl Physiol n. 86, 2002; healthy school children, 29 CPD patients - Distance Pediatric Nephrology, 12 th Intl. Congress Seattle, USA 1-5/09/2001 Peritoneal Dialysis Intl. vol. 21 -suppl healthy infants M and F < 1 y.o. ; Ann Nutr Metab n. 48, 2004; 84-89

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