Сравнительный анализ измерения жировой массы тела при помощи двух аппаратов биоэлектрического импеданса и трех бытовых весов с функцией определения состава тела с двухэнергетической рентгеновской абсорбциометрией

• Мештель Александр Виталиевич
• Антонов Алексей Геннадьевич
• Жилкин Андрей Николаевич
• Рыбакова Полина Денисовна
• Мирошников Александр Борисович
• Смоленский Андрей Вадимович

Резюме

Анализ состава тела часто используется в клинической практике для оценки и мониторинга пищевого статуса. Так, жировая масса тела (ЖМТ) является предиктором метаболических заболеваний, а для спортсмена - критерием работоспособности. "Золотой стандарт" - метод двухэнергетической рентгеновской абсорбциометрии, - в отличие от метода биоэлектрического импедансного анализа, трудно применим в повседневной клинической практике. В связи с этим становится актуальным изучение соответствия измеряемой ЖМТ с помощью денситометрии и биоимпедансометрии.

Цель исследования - сравнительный анализ ЖМТ, оцененной с помощью 2 аппаратов биоэлектрического импеданса и 3 бытовых весов с функцией определения состава тела и методом двухэнергетической рентгеновской абсорбциометрии.

Материал и методы. В поперечном исследовании приняли участие 16 здоровых, физически активных взрослых в возрасте 25 [23; 26] лет, 7 мужчин и 9 женщин. Оценку состава тела проводили в стандартных условиях утром, после 12-часового голодания с помощью денситометрии (рентгеновский денситометр Stratos Dr) и биоимпедансометрии [анализаторы "Медасс" ABC-01, "Диамант АИСТ" (с прогностическими уравнениями производителя); бытовые весы с функцией определения состава тела Tanita BC-718, Picooc Mini, Scarlett SC-216]. Статистический анализ включал в себя определение χ-критерия Фридмана, коэффициента конкордации корреляции Лина, коэффициента корреляции Спирмена, критерия Вилкоксона с поправкой Бонферрони для множественных исследований, а также использование метода Бланда-Альтмана.

Результаты и обсуждение. Ни одно из исследуемых устройств биоимпедансометрии не показало связи (коэффициент Бланда-Альтмана >0,2) или согласованности (коэффициент конкордации корреляции Лина <0,9) в сравнении с денситометрией, несмотря на то что корреляция Спирмена была умеренной для Tanita BC-718 (r=0,603, p<0,05), "Диамант АИСТ" (r=0,641, p<0,01) и Scarlett SC-216 (r=0,609, p<0,05), а также заметной для "Медасс" ABC-01 (r=0,841, p<0,01) и Picooc Mini (r=0,718, p<0,01).

Заключение. Ни одно устройство биоэлектрического импеданса не имеет согласованности с двухэнергетической рентгеновской абсорбциометрией при оценке ЖМТ. Поскольку точность измерения ЖМТ является критически важной при диагностике состава тела, необходимо ознакомиться с первоначальными данными о расхождении результатов, представленными производителями приборов, для более корректной интерпретации результатов, полученных с помощью биоимпедансометрии.

Ключевые слова:состав тела; жировая масса тела; двухэнергетическая рентгеновская абсорбциометрия; биоэлектрический импедансный анализ; здоровые взрослые

Состав тела оказывает важное влияние на качество жизни и здоровье человека. Ожирение стало проблемой общественного здравоохранения, особенно в последние десятилетия. Оно ассоциируется с метаболическими заболеваниями, такими как сахарный диабет 2 типа, артериальная гипертензия, дислипидемия и др. [1].

Оценка состава тела имеет решающее значение для определения возможных рисков развития различных метаболических заболеваний [2] и признана в качестве полезного показателя здоровья [3]. При составлении рациона питания спортсменов и физически активных лиц важно учитывать их состав тела. Жировая масса тела (ЖМТ) является одним из важнейших компонентов состава тела человека, определяющих его работоспособность [4].

В связи с этим стоит острая необходимость в точных и доступных методиках определения компонентов состава тела. Поиск таких подходов привел к количественному определению массы тела с помощью биоэлектрического импедансного анализа состава тела (БИА) и двухэнергетической рентгеновской абсорбциометрии (Dual-Energy X-ray Absorptiometry, DXA) [5]. DXA была разработана для измерения костной массы, которая рассчитывается по дифференциальному поглощению рентгеновских лучей 2 различных энергий. Поскольку при таком расчете необходимо учитывать (и, следовательно, количественно оценивать) вышележащие мягкие ткани, ЖМТ и безжировую массу тела, эти компоненты состава тела рассчитываются при сканировании всего тела с использованием алгоритмов, специфичных для данного прибора.

Именно DXA является одним из наиболее точных методов оценки состава тела и считается "золотым стандартом" [6]. Несмотря на это, использование DXA не представляется возможным, ввиду того что регулярные измерения при помощи такого оборудования (воздействие рентгеновских лучей) недопустимы. Вследствие этого невозможно отслеживать динамику изменения состава тела при похудении или наборе мышечной массы тела. Кроме того, сам аппарат DXA весьма дорогостоящий и не является мобильным устройством, что может затруднять проведение измерений. В свою очередь, приборы для проведения БИА не имеют вышеперечисленных недостатков, что делает их использование более предпочтительным. Существуют различные модификации БИА-устройств - одночастотные и многочастотные, которые могут достигать различных уровней точности [6]. Система БИА используется для оценки состава тела путем измерения сопротивления, через которое проходит слабый электрический ток, проникающий через ткани с высоким содержанием воды, такие как мышцы и органы [7]. По этой причине на точность результатов влияет множество факторов, таких как гидратация, внешняя температура, потребление кофеина, физическая нагрузка, у женщин - день овариально-менструального цикла и другие [8], что приводит к повышенным требованиям к стандартизации исследований при помощи данного метода. В связи с этим становится актуальным сравнение соответствия измеряемой ЖМТ с помощью DXA и БИА.

Цель исследования - провести сравнительный анализ ЖМТ, оцененной с помощью 2 аппаратов БИА и 3 бытовых весов с функцией определения состава тела и DXA.

Материал и методы

Поперечное исследование проведено на базе ГКУ "ЦСТиСК" Москомспорта, в соответствии с Хельсинкской декларацией [9]. Все обследованные предоставили письменное информированное согласие, в котором были указаны цель и возможные риски, и могли прекратить участие в исследовании в любое время.

Участниками исследования были 16 здоровых, физически активных взрослых в возрасте 25 [23; 26] лет, 7 мужчин и 9 женщин.

Критерии исключения: прием любых лекарственных препаратов или биологически активных добавок к пище, несовместимых с проведением исследования; возраст до 18 лет; беременность; кормление грудью; пройденное обследуемым измерение при помощи рентгеновского оборудования менее чем за 6 мес до проведения настоящего исследования.

Обследуемые посещали лабораторию 1 раз утром натощак, после 12-часового голодания. Все участники были одеты в легкую одежду, не имели металлических аксессуаров. Все измерения проводили в одинаковой хронологии: 1) измерение массы тела и антропометрических данных; 2) БИА; 3) DXA.

Были использованы электронные медицинские весы Seca 769 (Seca, Китай) для измерения массы тела, механический медицинский ростомер Seca 220 (Seca, Китай) для измерения длины тела, электронная медицинская рулетка Твес РЭМ-1400-1 (ОАО "Твес", РФ) для измерения обхватов (необходимы при измерении на аппаратах "Медасс" ABC-01 и "Диамант АИСТ").

Для проведения DXA использовали рентгеновский денситометр Stratos Dr (DMS, Франция). Устройства, с помощью которых проводили измерение состава тела: "Медасс" ABC-01 (ООО НТЦ "МЕДАСС", РФ), Tanita BC-718 (Tanita, Китай), Picooc Mini (Picooc, Китай), Scarlett SC-216 (Scarlett, Китай), "Диамант АИСТ" (анализатор импедансный состава тела, ООО "Диамант", РФ). Параметры данных приборов представлены в табл. 1 и 2.

Статистическая обработка данных проведена при помощи пакета Statistica 10 (StatSoft, США). Для оценки нормальности распределения был использован критерий Шапиро-Уилка. χ-критерий Фридмана (χF) и критерий Вилкоксона с поправкой Бонферрони для множественных измерений (W_Б) были использованы для оценки различий между измерениями. W_Б вычисляли по формуле:

где α - уровень значимости статистического теста (0,05), n - число проведенных измерений (5).

Коэффициент конкордации корреляции Лина (p_c) с 95% доверительным интервалом (ДИ) и коэффициент корреляции Спирмена (r) были использованы для выявления связи и согласованности между результатами измерения ЖМТ при помощи аппаратов БИА и DXA. Уровень согласованности оценивали как почти идеальная согласованность (p_c>0,99), хорошая согласованность (p_c=0,95-0,99), слабая согласованность (p_c=0,90-0,94) или согласованность отсутствует (p_c<0,90). Уровень связи для r оценивали при помощи шкалы Chaddok: корреляция считалась сильной при r>0,9, значимой при r=0,7-0,9, заметной при r=0,5-0,7, умеренной при r=0,3-0,5 и слабой при r<0,3.

Смещение измерения было оценено при помощи метода Бланда-Альтмана. Смещение <1% считалось приемлемым.

Коэффициент Бланда-Альтмана (К_БА) был рассчитан по формуле:

где σ - стандартное отклонение разностей (DXA-БИА), а μ - среднее арифметическое всех значений.

К_БА оценивался как наличие хорошей связи (К_БА <0,1), нормальной связи (К_БА =0,1-0,2) или плохой связи (К_БА >0,2).

Уровень p<0,05 был признан статистически значимым для теста Шапиро-Уилка, χF и корреляции Спирмена, а уровень p<0,01 был признан статистически значимым для t-критерия Вилкоксона с поправкой Бонферрони.

Протокол исследования был зарегистрирован в базе данных Open Science Framework (OSF), https://doi.org/10.17605/OSF.IO/D4W2X (регистрация протокола - август 2023 г., сопутствующий проект: https://osf.io/ek479).

Результаты

В табл. 3 представлены антропометрические показатели участников исследования.

Результаты определения ЖМТ с помощью различных приборов БИА и методом DXA представлены в табл. 4.

В результате первичной оценки индекса массы тела (ИМТ) и ЖМТ было выявлено, что у 2 участников исследования ИМТ был ниже 18,5 кг/м² (минимальный ИМТ - 17,6 кг/м²), а у 3 участников он был выше 25 кг/м² (максимальный ИМТ - 26,5 кг/м²). У женщин доля жира составляла 22,7% [22,0; 23,2] (минимальное значение - 21,7%, максимальное - 26,3%), а у мужчин - 17,3% [16,8; 20,5] (минимальное значение - 16,8%, максимальное - 24,3%), что соответствует предполагаемым нормам, описанным в докладе Всемирной организации здравоохранения в 2004 г. [10], однако, согласно данным С.Г. Руднева и соавт., 1 участник имеет процент ЖМТ, соответствующий избыточной массе тела [11].

Оценка при помощи χF выявила различия между результатами измерения разными приборами (p=0,002). При оценке всей выборки была обнаружена заметная корреляция между результатами DXA и полученными с использованием приборов "Медасс" ABC-01 (r=0,841; p<0,01) и Picooc Mini (r=0,718; p<0,01) (рис. 1А, 2А), однако p_c между этими данными <0,90 (см. табл. 4), что говорит об отсутствии согласованности между данными методами измерения. Критерий Вилкоксона с поправкой Бонферрони не показал статистически значимых различий между результатами, полученными методом DXA и с использованием прибора "Медасс" ABC-01 (p=0,214) и Picooc Mini (p=0,139).

Корреляция была умеренной между результатами DXA и полученными с использованием приборов Tanita BC-718, Scarlett SC-216, а также "Диамант АИСТ" (рис. 3А, 4А и 5А соответственно). В свою очередь, p_c также показал отсутствие связи между этими данными (см. табл. 4). Оценка при помощи W_Б показала отсутствие достоверных различий между результатами DXA и полученными с использованием приборов Tanita BC-718 и Scarlett SC-216, однако были обнаружены статистические различия между показателем DXA и результатами оценки с использованием анализатора "Диамант АИСТ" (p<0,01).

При оценке К_БА было выявлено отсутствие связи между результатами, полученными DXA и всеми исследуемыми приборами для БИА (для всех приборов К_БА был >0,2), что подтверждает результат оценки p_c.

Метод Бланда-Альтмана показал, что при измерении ЖМТ при помощи БИА анализаторов "Медасс" ABC-01 и "Диамант АИСТ" смещение было наибольшим из всех аппаратов и составляет 1,3-2,8% (см. табл. 4), что говорит о тенденции к завышению результатов измерения по сравнению с DXA (рис. 1Б, 5Б). При использовании весов Picooc Mini смещение составило всего 0,8 (±1,96σ: -5,3; 6,9) (рис. 2Б), что показывает приближенность результатов, полученных при использовании данных весов, к DXA.

Обратная ситуация наблюдалась с весами Scarlett SC-216 и Tanita BC-718. Анализ показал, что смещение было отрицательным (см. табл. 4), и общий тренд приводил к некоторому занижению результатов измерения (рис. 3Б, 4Б).

Обсуждение

Точность в определении состава тела является важным элементом в вопросах снижения массы тела и коррекции рациона питания, для чего необходимо использовать один и тот же прибор, соблюдая стандартные условия измерения, для получения более качественных результатов. В современном мире важной становится проблема избыточной массы тела и ожирения, с одной стороны, а с другой - встает проблема недостаточной массы тела и истощения как среди всего населения, так и среди спортсменов некоторых видов спорта (художественная гимнастика, фигурное катание, акробатический рок-н-ролл и др.) [12, 13], что может не только повлечь снижение работоспособности спортсмена [14], но и привести к проблемам со здоровьем, поэтому своевременная и точная диагностика избыточной или, наоборот, недостаточной ЖМТ является одним из ключевых компонентов работы диетолога и нутрициолога [15].

Результаты настоящего исследования показали, что ни один применявшийся в исследовании аппарат БИА или весы с функцией оценки состава тела не имели хорошей согласованности или связи с DXA при измерении ЖМТ. Основным источником различий результатов являются прогностические уравнения, которые используются в различных приборах. В исследовании 2022 г. A.W. Potter и соавт. пришли выводу, что для InBody 770 имело место систематическое смещение с занижением ЖМТ%, но это можно исправить с помощью простого поправочного коэффициента. Это открывает двери для широкого использования БИА для исследований здоровья, где не требуется специализированное обучение и техническая поддержка [16]. В нашем исследовании систематическое смещение варьировало от -0,8 до 2,8% в зависимости от оборудования, однако ни один из приборов не показал хорошей согласованности в сравнении с DXA. В другом исследовании R.A. Rockamann и соавт. были сделаны выводы о том, что некоторые коммерческие устройства БИА (Omron HBF-306 и Baseline 12-1122) имеют ограниченный потенциал для точного измерения ЖМТ%, когда DXA используется в качестве критериальной меры [17], однако данное заявление применимо не только к приведенным приборам, оно справедливо для всех аппаратов БИА.

В практическом смысле полученные результаты можно применять при выборе аппарата БИА, оценивающего ЖМТ% у спортсменов и физически активных людей. Согласно коэффициенту конкордации корреляции Лина взаимосвязь между оценкой ЖМТ% с помощью DXA и аппаратами БИА, согласованность составила (в порядке убывания): "Медасс" АВС-01, Picooc Mini, Scarlett SC-216, Tanita BC, "Диамант АИСТ".

Интересным наблюдением является то, что смещение Бланда-Альтмана было наименьшим для более простых устройств "нога-нога", таких как Tanita BC-718, Scarlett SC-216 и Picooc Mini. Это может быть связано с выборкой, имеющей нормальный ИМТ без скрытого ожирения.

В литературе также были обнаружены умеренные корреляции между БИА (Tanita BC-418) и DXA [18], однако эти результаты не обязательно означают, что между методами существует хорошее согласие. В отличие от этих данных, в настоящем исследовании были выявлены существенные различия между методами, что приводит к переоценке ЖМТ (при использовании аппаратов БИА "Медасс" АВС-01 и "Диамант АИСТ") у лиц с нормальным ИМТ и процентом жировой ткани.

Заключение

Оценка состава тела является неотъемлемой частью спортивной подготовки и контроля здоровья населения. Метаанализы 2022 и 2023 гг. [19, 20] показали, что методы и средства оценки состава тела влияют на получаемые показатели, которые трудно в дальнейшем интерпретировать специалистам.

Основные результаты настоящего исследования показывают, что ни один прибор БИА, вошедший в данную работу, не имеет согласованности с DXA, несмотря на умеренную и заметную корреляцию между результатами измерения. Ни с одним устройством не выявлено хорошей согласованности по коэффициенту корреляции конкордации Лина и коэффициенту Бланда-Альтмана, а смещение, оцененное при помощи метода Бланда-Альтмана, колебалось от умеренного (для весов Tanita BC-718, Scarlett SC-216 и Picooc Mini) до значительного (для аппаратов "Медасс" ABC-01 и "Диамант АИСТ").

На основании полученных результатов было выявлено, что такие приборы, как "Медасс" АВС-01 и "Диамант АИСТ", имели тенденцию к завышению уровня ЖМТ% в сравнении с результатами, полученными при помощи DXA. Весы с функцией оценки состава тела (Scarlett SC-216 и Tanita BC-718), наоборот, показывали более низкие значения ЖМТ%, в сравнении с DXA, что также необходимо учитывать при использовании данных приборов.

Точность измерения ЖМТ становится критически важной, когда речь заходит о таких вопросах, как диагностика ожирения или контроль состава тела спортсменов. Например, футбол является одним из первых видов спорта, в котором была введена культура состава тела и контроль процентного содержания жира. Неточные измерения могут привести к тому, что игрок пропустит игру, однако по результатам текущего исследования встает вопрос о том, каким методом измерения ЖМТ приемлемо пользоваться, если результаты измерения различными приборами будут значительно отличаться. Исходя из этого требуется больше качественных исследований в данной области, позволяющих выявить наиболее приемлемый метод для оценки ЖМТ.

Необходимо учитывать, что все коммерческие аппараты для БИА имеют ограничения в точности измерения ЖМТ%, что может повлиять на интерпретацию результатов измерений.

Литература

1. Silveira E.A., Barbosa L.S., Rodrigues A.P.S., Noll M., De Oliveira C. Body fat percentage assessment by skinfold equation, bioimpedance and densitometry in older adults // Arch. Public Health. 2020. Vol. 78. P. 65. DOI: https://doi.org/10.1186/s13690-020-00449-4

2. Benito P.J., Gómez-Candela C., Cabañas M.D., Szendrei B., Castro E.A. Comparison between different methods for measuring body fat after a weight loss program // Rev. Bras. Med. Esporte. 2019. Vol. 25. P. 474-479. DOI: https://doi.org/10.1590/1517-869220192506149743

3. Achamrah N., Colange G., Delay J., Rimbert A., Folope V., Petit A. et al. Comparison of body composition assessment by DXA and BIA according to the body mass index: a retrospective study on 3655 measures // PLoS One. 2018. Vol. 13, N 7. Article ID e0200465. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0200465

4. Ackland T.R., Lohman T.G., Sundgot-Borgen J., Maughan R.J., Meyer N.L., Stewart A.D. et al. Current status of body composition assessment in sport // Sports Med. 2012. Vol. 42, N 3. P. 227-249. DOI: https://doi.org/10.2165/11597140-000000000-00000

5. Meier N.F., Bai Y., Wang C., Lee D.C. Validation of a multielectrode bioelectrical impedance analyzer with a dual-energy x-ray absorptiometer for the assessment of body composition in older adults // J. Aging Phys. Act. 2020. Vol. 28. P. 598-604. DOI: https://doi.org/10.1123/japa.2019-0211

6. Lee S.Y., Ahn S., Kim Y.J., Ji M.J., Kim K.M., Choi S.H. et al. Comparison between dual-energy x-ray absorptiometry and bioelectrical impedance analyses for accuracy in measuring whole body muscle mass and appendicular skeletal muscle mass // Nutrients. 2018. Vol. 10. P. 738. DOI: https://doi.org/10.3390/nu10060738

7. Wingo B.C., Barry V.G., Ellis A.C., Gower B.A. Comparison of segmental body composition estimated by bioelectrical impedance analysis and dual-energy X-ray absorptiometry // Clin. Nutr. ESPEN. 2018. Vol. 28. P. 141-147. DOI: https://doi.org/10.1016/j.clnesp.2018.08.013

8. Ward L.C., Müller M.J. Bioelectrical impedance analysis // Eur. J. Clin. Nutr. 2013. Vol. 67, suppl. 1. P. S1. DOI: https://doi.org/10.1038/ejcn.2012.148

9. Harriss D.J., MacSween A., Atkinson G. Ethical standards in sport and exercise science research: 2020 update // Int. J. Sports Med. 2019. Vol. 40. P. 813-817. DOI: https://doi.org/10.1055/a-1015-3123

10. Obesity: preventing and managing the global epidemic. Report of a WHO consultation // World Health Organ. Tech. Rep. Ser. 2000. Vol. 894. Р. 1-253, i-xii. PMID: 11234459.

11. Руднев С.Г., Соболева Н.П., Стерликов С.А., Николаев Д.В., Старунова О.А., Черных С.П. и др. Биоимпедансное исследование состава тела населения России. Москва : Центральный научно-исследовательский институт организации и информатизации здравоохранения, 2014. 493 с. ISBN: 5-94116-018-6.

12. Loucks A.B., Kiens B., Wright H.H. Energy availability in athletes // J. Sports Sci. 2011. Vol. 29, suppl. 1. Р. S7-S15. DOI: https://doi.org/10.1080/02640414.2011.588958

13. Mountjoy M., Sundgot-Borgen J., Burke L., Carter S., Constantini N., Lebrun C. et al. The IOC consensus statement: beyond the Female Athlete Triad - Relative Energy Deficiency in Sport (RED-S) // Br. J. Sports Med. 2014. Vol. 48, N 7. Р. 491-497. DOI: https://doi.org/10.1136/bjsports-2014-093502

14. Брель Ю.И., Медведева Г.А. Особенности показателей функционального состояния организма и композиционного состава тела у спортсменов с дефицитом жировой массы // Проблемы здоровья и экологии. 2022. Т. 19, № 3. С. 73-78. DOI: https://doi.org/10.51523/2708-6011.2022-19-3-10

15. Holmes C.J., Racette S.B. The utility of body composition assessment in nutrition and clinical practice: an overview of current methodology // Nutrients. 2021. Vol. 13, N 8. Р. 2493. DOI: https://doi.org/10.3390/nu13082493

16. Potter A.W., Nindl L.J., Soto L.D., Pazmino A., Looney D.P., Tharion W.J. et al. High precision but systematic offset in a standing bioelectrical impedance analysis (BIA) compared with dual-energy X-ray absorptiometry (DXA) // BMJ Nutr. Prev. Health. 2022. Vol. 5, N 2. P. 254-262. DOI: https://doi.org/10.1136/bmjnph-2022-000512

17. Rockamann R.A., Dalton E.K., Arabas J.L., Jorn L., Mayhew J.L. Validity of arm-to-arm BIA devices compared to DXA for estimating % fat in college men and women // Int. J. Exerc. Sci. 2017. Vol. 10, N 7. P. 977-988. DOI: https://doi.org/10.1249/01.mss.0000495338.91690.a4

18. Dimitrijevic M., Paunovic V., Zivkovic V., Bolevich S., Jakovljevic V. Body fat evaluation in male athletes from combat sports by comparing anthropometric, bioimpedance, and dual-energy X-ray absorptiometry measurements // Biomed. Res. Int. 2022. Vol. 5. Article ID 3456958. DOI: https://doi.org/10.1155/2022/3456958

19. Sansone P., Makivic B., Csapo R., Hume P., Martínez-Rodríguez A., Bauer P. Body fat of basketball players: a systematic review and meta-analysis // Sports Med. Open. 2022. Vol. 8, N 1. P. 26. DOI: https://doi.org/10.1186/s40798-022-00418-x

20. Sebastiá-Rico J., Soriano J.M., González-Gálvez N., Martínez-Sanz J.M. Body composition of male professional soccer players using different measurement methods: a systematic review and meta-analysis // Nutrients. 2023. Vol. 15, N 5. P. 1160. DOI: https://doi.org/10.3390/nu15051160

Материалы данного сайта распространяются на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License («Атрибуция - Всемирная»)