生体電気インピーダンス分析（BIA）と二重エネルギーX線吸収測定法（DXA）を使用した健康と病気の体組成の評価：重要な概要
要約
の測定体組成（BC）は、健康と病気の栄養状態を評価するための貴重なツールです。臨床診療でBCを評価するために最もよく使用される方法は、バイコンパートメントモデルに基づいており、直接的または間接的に脂肪量（FM）と除脂肪量（FFM）を測定します。生体電気インピーダンス分析（BIA）および二重エネルギーX線吸収測定法（DXA）（現在、臨床診療における参照技術と見なされています）は、疫学（主にBIA）および臨床（主にDXA）の設定でBCを評価するために広く使用されています。 DXAは主に、骨の健康状態を評価し、定義された解剖学的領域（大腿骨と脊椎）の骨粗鬆症を診断するための骨ミネラル含有量（BMC）と密度の測定に使用されます。ただし、全身DXAスキャンは、BMC、FM、およびFFMを含む3コンパートメントBCモデルを導出するために使用されます。これらの方法には両方ともいくつかの制限があります。特定の予測式と標準化された測定プロトコルを使用しない場合、BIA測定の精度が低下しますが、DXAの制限は、繰り返し測定の安全性です（現在、1年に2回以下のボディスキャンが推奨されています）。コスト、および技術的な専門知識。このレビューは、主に予防および臨床診療（外来または寝たきりの患者）におけるBC法の使用に関する有用な洞察を提供することを目的としています。このトピックに関する議論を刺激し、診断および臨床調査プロトコルにおけるBC評価の重要な役割を再活性化すると信じています。
1。はじめに
人体は、30を超える測定可能なコンポーネントで構成されています。現在、身体の構成要素を直接生体内で測定することはできません。その結果、それを行うために間接的な方法とモデルが開発されました。この枠組みの中で、世界保健機関（WHO）は、「栄養状態」を、個々の生理学的および病理学的状態と相互作用する栄養素の摂取、吸収、および利用のバランスから生じる体の状態として定義しています。
臨床診療および疫学で体組成（BC）を評価するために最も頻繁に適用されるモデルは、体を脂肪量（FM）と無脂肪量（FFM）に分割します。つまり、バイコンパートメントモデルです。FMは水を含まない体の成分を示します。 ;残りの体の構成要素（骨格筋、内臓、間質脂肪組織）はFFMに含まれています。バイコンパートメントモデルに従ってFMとFFMを測定する最も正確な方法は、デンシトメトリー（水中計量）、ハイドロメトリー（重水素希釈）、 Echo-MRI、および全身カリウム（TBK）カウント。ただし、これらの方法は複雑な測定プロトコルが特徴であり、専門的な専門知識と高価な機器が必要であり、臨床設定は限られています。
生体インピーダンス分析（BIA）は、疫学的目的と臨床目的の両方でBCを評価するために広く使用されている方法です。体組織の電気的特性を測定し、BCパラメータを全身水分（TBW）およびFFM BCパラメータとして推定します（方法を参照）。
BIAは、非侵襲的で低コストで信頼性の高いBC評価方法です。臨床的および非臨床的設定。 BIA技術の基本原理は、身体を流れる低電圧電流の通過時間はBC特性に依存するということです。ただし、この方法には、成長、成熟、加齢、および疾患に伴って発生するFFMの変化の結果として、個人間および個人内でかなりの変動があるため、FFMの化学組成（すなわち、水、タンパク質、グリコーゲン、およびミネラル）による制限があります。
二重エネルギーX線吸収測定法（DXA）は、主に骨ミネラル、脂肪、および除脂肪軟組織（いわゆる3つ）の正確な推定値を提供するため、BCを評価するための現在の参照方法です。 -コンパートメントモデル）。 DXAは、低放射X線を利用して、入射X線ビームが体組織を通過するときの減衰を測定します（骨の場合は高減衰、脂肪の場合は低減衰）。
骨の健康状態を評価して確立する骨粗鬆症および骨折リスクの診断には、選択した解剖学的関心領域（脊椎や大腿骨など）の骨塩密度（BMD）を評価するためのDXAが必要です。さらに、DXAは、検証済みの予測アルゴリズムを使用して内臓脂肪の推定値を提供することができ、疾患リスクを予測することがわかっている体幹脂肪量の測定値を提供します。
このレビューは、科学を要約することを目的としています。 BIAおよびDXAの背景と、寝たきりの患者および歩行可能な患者におけるそれらの理論的/技術的概念と応用の包括的な概要、およびそれらが薬物の薬物動態に関して提供できる情報を提供すること。
2。BIAによるBCの評価
BIAは、体組織の電気的特性を測定し、TBWやFFMなどの体組成パラメータを推定するための有用なアプローチを表しています。バイコンパートメントモデルでは、人体はFFMで構成されており、生理学的条件下では、骨塩量（約7％）、細胞外水（約29％）、細胞内水（約44％）、および内臓タンパク質（= 20％）。体組成のBIA推定は、BIA抵抗値を使用した体液量測定に基づいています。
生体電気インピーダンス、または生体インピーダンス（Z、Ω）は、交流電気の流れに対する導体の反対として定義されます。それに適用される電流。生体インピーダンスは、組織の組成や印加電流の周波数によって異なります。生体インピーダンスは、細胞内液と細胞外液から生じる抵抗（R、Ω）と細胞膜の静電容量に関連するリアクタンス（Xc、Ω）の間のベクトル関係から導き出される複雑なパラメーターです。人体は均一な円柱ではありませんが、50kHzで測定された生体インピーダンス指数（BI）として定義されるheight2 / R（cm2 /Ω50kHz）の比率とTBWの体積（約73）の間に経験的な関係を確立できます。健康な人のFFMの％。
単一周波数-BIA（SF-BIA）は、通常50 kHzで、手と足に配置された表面電極間を通過します。一部のBIAデバイスは、足から足または手から手への電極（Bipedal BIA）などの他の電極配置を使用します。多くの研究では、広範囲の肥満度指数（BMI）を持つ集団のFFM値の違いを評価するために、多周波手足（HF-BIA）と足から足（FF-BIA）の生体インピーダンス分析を比較しています。彼らは、DXAの結果と比較した場合にも、FF-BIAが太りすぎや肥満の被験者でFFMの最低値を与えることを発見しました。臨床診療では、BIAにより、体液（細胞外/細胞内比）、したがって患者の栄養状態を短時間および長時間で監視できます。
2.1。位相角
位相角（PA（（R / Xc）×（180 /π））、度で表される）は、細胞内と細胞外の水の比率を反映します。栄養状態や水分補給状態の影響を受ける可能性があります（図1）。健康な被験者では、PAは6°から7°の範囲であり、アスリートでは8.5°に達する可能性があります。低PA（< 5°）は、細胞の完全性が失われていることを示します。 PAは、細胞の完全性と密接に関連しているため、インピーダンスと比較して栄養状態のより感度の高い指標であるように見えます。
（a）
（b）
（a）
（b）
2.2。多周波数BIAおよびBIA分光法
BIAは、異なる周波数の電流を同時に使用して実行できます。低周波数（1 kHz）から高周波数（500 kHz）までの2つ以上の周波数を適用すると、TBW、FFM、FM、ICWおよびECWコンパートメントの測定が可能になります。低周波数（1〜5 kHz）では、電流は細胞膜を透過しないため、電流は細胞外液を通過すると想定されます。逆に、より高い周波数（> 50 kHz）では、電流は細胞膜を通過し、細胞内液コンパートメントと細胞外液コンパートメントの両方に関連付けられます。 100 kHzを超える周波数では、体組成推定の精度は向上しません（図2）。
生体インピーダンス分光法（BIS）は、基礎となる理論的根拠がより一般的なものとは異なります。統計的に導出された母集団固有の予測式を使用する必要がないため、単一周波数BIAを適用しました。 BISの主な利点の1つは、ECWとICWを区別できることです。 BISは、液体量の変化を測定するのに正確であることがわかっています。
2.3。生体電気インピーダンスベクトル解析（BIVA）
Piccoli et al。によって導入されたBIVAアプローチでは、50 kHzで取得されたRおよびXc（R-Xcグラフ）が高さ（R / htおよびそれぞれXc / ht）、2変量ベクトルとしてプロットされます（図3）。 BIVAを使用すると、体重を知らなくても、R-Xc平面上のベクトル分布のパターンを通じて体液量を直接評価できます。個々のベクターの参照許容楕円（50、75、および95％）は、健康な母集団と特定の患者の母集団で以前に計算されていました。生体電気ベクトルは、基準値（許容楕円）に対する位置を評価することによって分析されます。体液貯留が減少すると、ベクトルは楕円の主軸の上部極に向かって移動しますが、体液貯留は反対方向に移動します。ベクトルは、個々の軟組織体の細胞量に応じて楕円の短軸に沿ってシフトし、細胞量が多いほど左側にシフトします。
2.4。二重エネルギーX線吸収測定法（DXA）による体組成の評価
体組成測定のさまざまな方法の中で、DXAは3つの主要コンポーネントの全身および地域の推定値を提供します：FM、除脂肪体重（LBM）、および骨ミネラル含有量（BMC）。磁気共鳴画像法（MRI）やコンピューター断層撮影（CT）スキャンなど、内臓脂肪を調査するための最初の選択肢として、内臓（腹膜前および腹膜後）および皮下（表在性および皮下）の定量的および定性的評価を提供するいくつかのオプションがあります。深い）脂肪組織。ただし、コスト、技術スタッフと専門知識、禁忌、およびこれらの方法へのアクセス可能性は重要な制限です。したがって、DXAは内臓脂肪の調査にも使用されます。
DXAは、X線を生成する線源、検出器、およびスキャンされた関心領域を画像化するためのコンピュータシステムとのインターフェースを使用します。関係する有効な放射線量は少なく（1〜7μSv）、この技術を広く適用できるようにしています。 TBK、MRI、CT IMAGINGなどの手順と比較して、精度、単純さ、可用性、および比較的低コストという点でのDXAの利点、および低放射線被曝により、DXA測定はますます重要になり、筋肉量においても参照評価手法として浮上しています。評価。 DXAシステムは実用的であり、積極的な被験者の関与を必要とせず、最小限のリスクを課します。全身DXAスキャンからの放射線被曝は、胸部X線の1〜10％に相当します。さらに、単一の全身成分を定量化するように設計されている他のほとんどの体組成法とは異なり、DXAでは複数の全身および局所成分の定量化が可能です。その結果、DXAは、特に重度の栄養失調や太りすぎ/肥満において、体組成の参照方法として国際的に受け入れられています。
2.5。 BIA利用の臨床的適応症
非侵襲的方法であるため、BIAは、たとえば、急性または慢性疾患中の体重減少の場合、または逆に体重増加中の場合など、時間内に体組成の変化を追跡することができます。予後予測を行う可能性を提供します。
とにかく、体位の非標準化、以前の運動、食物や水分の摂取など、BIAの結果に影響を与える可能性のあるいくつかの要因があります。また、性別、年齢、体重などのいくつかのパラメータを含むTBWとFFMを推定するために、さまざまな予測式が開発されています。これらの予測方程式は、一般に母集団固有およびデバイス固有であり、参照母集団と同じ特性を持ち、生理的水分補給状態のある個人にのみ役立つ可能性があります。
さらに、病的状態によって個人の水分補給レベル（脱水症/浮腫）。したがって、FFMの既存の方程式は、細胞内と細胞外の水の量を区別しない限り、使用できませんでした。特定の方程式の開発と検証は必須であり、将来の研究の焦点となるはずです。
PAに関しては、栄養状態が損なわれるリスクのある患者の特定と監視が可能になるため、臨床診療において有用なパラメーターです。また、HIV / AIDS、癌、食欲不振、肝硬変、血液透析、肺疾患の老人および外科患者などの生存率の低下。
スポーツ医学でPAを適用して身体を評価する可能性についても取り上げた研究はほとんどありません。パフォーマンス。 Silva etal。は、競技中のエリート柔道選手の握力とPAの正の相関関係について説明しました。最近、Marra等。エリート持久力サイクリストのチームで、トーナメントサイクリングレース（ジロデイタリア）への参加中に評価され、PAの大幅かつ漸進的な削減を示しました。 PAの低下は、細胞内水分（ICW）の喪失を示唆しています。これは、長期的な競争と継続的な激しい運動によって説明できます。その研究は、PAが体組成を監視し、スポーツパフォーマンスとの関係が容易に明らかでなくても細胞の完全性に関する情報を取得するための有用な方法であることを示しました。このため、将来的には、エリートアスリートを対象に調査を実施して、PAと筋力およびパフォーマンスとの関連を確認することをお勧めします。
ただし、栄養状態と位相角の間には密接な相関関係があります。すべての研究で、位相角が疾患関連の栄養失調の信頼できる指標であることがわかったわけではありません。これは、血液透析または携帯型腹膜透析、肝硬変、重症、および体重が安定して変化する肥満患者など、いくつかの病的状態における患者の水分補給および栄養状態を評価および監視するための代替ツールとしてのBIVAアプローチの使用につながりました。除脂肪体重と脂肪量および体重の計算における回帰方程式からの独立性のため。
このように、BIVAは、位相角のみと比較して、水分補給状態と細胞量のより詳細な理解を可能にします。 。位相角はリアクタンスと抵抗から計算されるため、R-Xcグラフのベクトルの位置が異なると、理論的には同じ位相角が生成されます（図3）。その結果、肥満（高位相角、短いベクトル）と運動被験者（高位相角と長いベクトル）の区別は、カシェック（低位相角と長いベクトル）と痩せた被験者（通常の位相角と長いベクトル）の区別と同じように、BIVAによって可能になります。 。
結論として、生体電気位相角とBIVAは、体組成への臨床的アプローチを表しており、予測方程式はありません。体のコンパートメントの量は測定されていませんが、固有のエラーや仮定があります。
3。 DXAを使用するための臨床適応
DXAは、骨ミネラル組織の測定のために臨床診療で日常的に使用されており、吸収不良、栄養失調を特徴とする潜在的に高リスクの状態である骨粗鬆症の診断とフォローアップを可能にします。閉経後やいくつかの慢性疾患で頻繁に観察される長期のコルチコステロイド療法。
日常の臨床診療における体組成の評価のためのDXAの使用は、過体重/肥満の患者に拡大する必要があります。過度の肥満に関連する長期的な心血管および腫瘍学的リスクをより適切に評価します。
個人レベルで決定されたBMIの変化は、脂肪または無脂肪の質量による体重の増加を区別しません。確かに、WHOはBMIを人口レベルでの肥満の良い尺度と定義していますが、個人レベルでの肥満の「代理」尺度です。DXAはBMIよりも正確に過剰な肥満を測定しますが、有望ではありますが、それを推奨するのは時期尚早です。研究環境外の患者の体組成評価の臨床的適応に関する明確な声明がほとんどないため、肥満の診断に日常的に使用されます。ただし、DXAは、大幅な体重減少を受けている肥満被験者の除脂肪および脂肪組織の変化を監視するために使用できます。 、肥満手術後など。この状態では、体重は変化しないかもしれませんが、減量介入中に体組成が変化する可能性があります。DXAを使用すると、総脂肪と除脂肪軟組織、さらに体幹脂肪と内臓脂肪を定量化できます。これは、評価に役立ちます。したがって、DXAは、体重変化の臨床評価および/または脂肪とFFMのトレーニングプログラムの方法を表す可能性があります。コンパートメント。 DXA分析は、サルコペニアの患者にも使用できます。この状態は、骨格筋の量と強度の低下を伴い、通常、高齢者に見られます。肥満と同様に、それは代謝性疾患の危険因子と考えられています。サルコペニアと肥満が同時に発生する場合、その状態はサルコペニア性肥満（SO）と呼ばれます。
DXAを使用すると、の3つのコンパートメント（痩せ、脂肪、骨）に関する情報を取得することもできます。骨粗鬆症および骨代謝回転に関連する他の臨床状態における治療の有効性に関する情報を得るために、体、および4つの領域（すなわち、頭、体幹、腕、および脚）。
臨床の他の例DXAへの適応は次のとおりです：
3.1。小児年齢
小児の体組成分析は、小児期を通して発生する複雑な変化への窓を提供し、代謝的および生理学的相関関係を理解する機会を提供します。 DXAは、体の個々の区画を分析することによって栄養状態と成長障害を評価する能力を持っているため、発達に関与する環境的および/または病理学的要因に関連して骨格の成熟とミネラルの恒常性を研究する機会を提供します。
3.2。 HIV患者
局所分析によるDXA全身組成は、HIV患者で使用して、脂肪萎縮症のリスクがある抗レトロウイルス薬を使用している患者の脂肪分布を評価できます。 DXAを使用すると、末梢（腕と脚）および中枢（体幹）の脂肪に対する抗レトロウイルス薬の個別の独立した効果を検出できます。DXAは、臨床的に明らかな脂肪異栄養症が発症する前の比較的短い期間（たとえば、数か月）にわたって脂肪分布の変化を検出するための高感度で一貫して信頼できる技術であることが実証されています。
3.3。肥満手術の候補者または治療を受けている患者
DXAは、痩せ型および脂肪量の変化を監視するために、肥満手術を受けている肥満の被験者に使用できます。繰り返しスキャンは、肥満手術の3か月後に行うことができます。減量中の痩せた軟部組織の衰退の早期発見は、実際的な考慮が重度の肥満の被験者におけるDXAの使用を制限しているとしても、運動を増やすための臨床的推奨とより適切な食事療法のアドバイスを促すかもしれません。
3.4。 DXAの安全性
妊娠を除いて、臨床診療でのDXAの使用に対する禁忌はありません。ただし、放射線治療であるため、DXAは1年に2回以下で実施する必要があります。これは、大陸間飛行への曝露に匹敵するため、少なくとも一部の患者では厳密な監視は必要ありません。
4。体組成と薬物動態：研究と治療の機会の窓
薬物への反応が体組成の変化によって影響を受ける可能性があるという問題についてはまだほとんど認識されていません。極端な場合、肥満と悪液質は複数のレベルで薬物の薬物動態と薬力学を妨げる可能性がありますが、最も関連性のある影響は、薬物の分布、つまり血液から組織への薬物の拡散にあります。血液からその分配コンパートメントに移動する薬物の総量（主に親油性薬物の脂肪量と親水性薬物の無脂肪量）がコンパートメントのサイズに依存することを考えると、薬物分布は体組成の状態に影響されます。相対分布区画が通常よりも大きい患者に薬物を投与すると、血漿中のピーク濃度が低くなり、血液からの消失時間が通常より長くなり、薬理学的効果は小さくなりますが長くなります。
逆に、血漿の分布区画が通常よりも小さい場合、血漿中のピーク濃度が高くなり、持続性が短くなることが予想されます。これは、これらの条件では、臨床効果が低い設定でも毒性が高くなる可能性があることを示唆しています。薬物分配コンパートメントの拡大の薬物動態学的結果は、肥満患者の全身麻酔でより詳細に研究されてきました。さらに、薬物の過少投与は肥満患者に非常に一般的な問題である可能性があることが繰り返し示唆されており、病的肥満の用量矯正のための戦略が確立されている。しかし、肥満のいくつかのクラスの薬に関する情報はまだ非常に限られており、この問題に対処するために強力な努力が必要です。
さらに、最近まで、減少の影響にはほとんど注意が払われていませんでした。エイズなどの選択された病的状態で実施されたいくつかの研究を除いて、サルコペニア状態での薬物の薬物動態に関する脂肪および/または無脂肪量の変化。この問題への関心は、5-FUやカペシタビンなどの親水性抗腫瘍薬の用量依存性毒性がサルコペニア患者でより高く、大腰筋表面積と逆相関することを示す一連の影響力のある論文の発表後、近年高まりました。 L3のレベルでCTスキャンによって測定されます。この観察結果は、FFM、特に骨格筋量がこれらの薬剤の主な分配区画を表しているという証拠とよく一致しています。筋肉内の薬物分布の問題とサルコペニアの腫瘍性患者におけるその結果は、ソラフェニブなどのいくつかの形質導入療法剤が直接作用によって筋肉量を減少させる可能性があるという証拠によってさらに複雑になっています。これは、分配コンパートメントのサイズに直接影響を与える薬剤との異なる併用化学療法プロトコル間の潜在的、新規、および予期しない相互作用を示唆しています。体組成の特徴に応じた薬物の用量調整に特に焦点を当てた研究は、正確で個別化された治療のために保証されています。
5。今後の方向性
このレビューでは、いくつかの病的状態における栄養状態の評価における体組成評価とBIAおよびDXAによるモニタリングの関連性が強調されました。ただし、より広範な臨床アプリケーションでは、これらの手法に関連するいくつかの問題に対処する必要があります。
BIAに関する将来の調査には、以下が含まれる可能性があります：（i）年齢、性別、民族性に応じたBIA方程式の検証の改善（ii）水分不足または水分過剰の患者のための特定の方程式の開発（iii）PA予後の開発/病的状態における生存予測値（iv）体液異常（心臓、肝臓、腎臓病など）の状態におけるMF-BIA、分節BIA、およびBISの正確な検証
DXAの場合、将来の開発（i）被験者の体の形状とサイズ、校正手順、ソフトウェアバージョン、機器モデルなど、メソッドの精度に影響を与える個別の要因（ii）モーションアーティファクトの影響を大幅に低減する高度な分析手法乳児DXAスキャン（iii）軸方向、付属器、および分節の関心領域を正確に測定するための高度に標準化された再現性のある患者の位置決めおよび画像分析手順（iv）脂肪分布の変化がアキュラにどのように影響するかを評価するDXAによる推定体組成は年齢、運動、食事によって変化するのと同じくらい、推定/測定のcy
最後に、さまざまな薬物の薬物動態と薬力学の関係をよりよく理解するために、将来の研究が必須であるように思われます。さまざまな栄養状態のBC。
利害の衝突
著者は、利害の衝突がないことを宣言します。
謝辞
In 2016年5月、体組成研究のイタリアの専門家グループがミニシンポジウムでナポリ（イタリア）に集まり、特にBIAとDXAの適用に焦点を当てた研究と臨床診療における体組成測定の役割について議論しました。シンポジウムは、アンセル・キーズ教授と協力し、栄養学と体組成研究の分野で急速に影響力のある人物となったフラミニオ・フィダンザ教授（1920–2013）を記念して開催されました。著者は、P。Buono教授、A教授、Colantuoni、C。DeCaprio博士、E。DeFilippo博士、B。Guida教授、G。Monacelli博士、M。Muscaritoli教授、M博士の参加に感謝します。 。Parillo、P。Sbraccia教授、L。Scalfi教授、R。Trio博士、G。Valerio教授は、会議セッション中の議論に貢献してくれました。