Bioelektrische Impedanzanalyse (BIA) – Zusammensetzung des Körpers

Voraussetzungen

Da die Körperzusammensetzung in vivo nicht direkt gemessen werden kann, beruhen alle Verfahren auf einem indirekten Ansatz. Bei der nicht-invasiven BIA wird der Körper nach funktionellen Gesichtspunkten in Kompartimente eingeteilt, die anhand von direkt messbaren Parametern (Widerstände) und mathematischen Formeln quantifiziert werden. Entscheidend für die Präzision der Ergebnisse sind die wissenschaftliche Validierung der verwendeten Formeln mit geeigneten Goldstandards und die Messqualität des BIA-Gerätes.

Messung im Überblick

Bei der Messung am entspannt liegenden Probanden wird über vier Hautelektroden ein homogenes elektrisches Wechselstromfeld erzeugt. Gemessen werden der rein Ohmsche Widerstand des Gesamtkörperwassers (Resistanz) und der kapazitive Widerstand, der durch die Lipoproteinschicht der Zellmembranen entsteht (Reaktanz). Der kapazitive Widerstand führt in einem sinusförmigen Wechselstromkreis zu einer Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung. Diese Phasenverschiebung wird in Grad ausgedrückt und als Phasenwinkel bezeichnet. Der Phasenwinkel ist abhängig von Zellgröße, Zellmembranpermeabilität und der Verteilung der Körperflüssigkeiten im Intra- und Extrazellulärraum. Der Phasenwinkel als direkter Messwert erlaubt Aussagen über das Membranpotenzial und den Ernährungszustand der Zellen. Ein Absinken des Phasenwinkels ist eng korreliert mit einer Verschlechterung der Regulationsfähigkeit der Zellen und des Ernährungszustandes. Die Normwerte liegen zwischen 5° und 9°.

Um den Körper und dessen Zusammensetzung zu beschreiben, wird dieser in verschiedene abgegrenzte Räume (Kompartimente) unterteilt. Wie differenziert diese Unterteilung geschieht, hängt vom Zweck ab, für den die Körperzusammensetzung analysiert werden soll.

Ein-Kompartiment-Messung

Das einfachste Modell ist das Ein-Kompartiment-Modell , das den Körper als Ganzes betrachtet. Ein einfaches Praxisbeispiel hierfür ist die Bestimmung des Körpergewichtes mithilfe einer Körperwaage. Ein weiterer vielfach verwendeter Wert, der im Grunde genommen nur den Körper als Ganzes betrachtet, ist der Body-Mass-Index. Dieser trifft lediglich eine Aussage, ob und inwieweit das Körpergewicht vom Bevölkerungsdurchschnitt abweicht. Welches Körpergewebe diese Abweichung verursacht (Fettgewebe, Muskelgewebe oder Wasseranteil), kann nicht abgeleitet werden.

Zwei-Kompartiment-Messung

Beim Zwei-Kompartiment-Modell wird zwischen dem Fettanteil und der fettfreien Masse (FFM) unterschieden. Ein einfaches Praxisbeispiel hierfür ist die Hautfaltendickemessung mithilfe eines Calipers. Auch einfache, nicht-phasensensitive BIA-Messgeräte, die nur den Gesamtwiderstand des Körpers (Impedanz) ermitteln, können lediglich Aussagen über den Fettanteil und die fettfreie Masse treffen.

Drei-Kompartiment-Messung

Das Drei-Kompartiment-Modell unterteilt die fettfreie Masse zusätzlich in Körperzellmasse (BCM) und extrazelluläre Masse (ECM). Weitergehende Modelle berücksichtigen zusätzlich das Körperwasser oder, noch genauer, den Anteil von intrazellulärem und extrazellulärem Wasser. Zur Differenzierung der Körperzusammensetzung in drei oder mehr Kompartimente ist ein phasensensitives BIA-Messgerät notwendig. Dieses ermittelt während der Messung die beiden Teilwiderstände der Impedanz, die Resistanz (R) und die Reaktanz (Xc), sowie den Phasenwinkel.

Hieraus lassen sich neben dem Anteil der einzelnen Kompartimente auch weitere Aussagen wie zum Beispiel über den Ernährungszustand des Patienten oder über Wasserverschiebungen zwischen den Räumen treffen. Zur Einteilung des Körpers in Körperfett, Körperzellmasse und extrazelluläre Masse reicht eine Singlefrequenz-BIA, die lediglich mit einer Frequenz von 50 kHz arbeitet. Multifrequenz-Methoden erlauben darüber hinaus eine genauere Unterteilung des Körperwassers in intra- und extrazelluläres Wasser [Kyl 2004].

Allgemeines

Zur Differenzierung und Quantifizierung der einzelnen Körperkompartimente werden deren unterschiedlichen elektrophysikalischen Eigenschaften genutzt. Die Grundlage hierfür stellt die Tatsache, dass elektrolythaltiges Wasser Strom gut leitet, während Fette und harte Strukturen wie die Knochen schlechte Stromleiter sind.

Ein elektrischer Strom ist im Grunde eine gerichtete Wanderung von Ladungsträgern (geladene Teilchen wie Elektronen oder Ionen). Durch die in Wasser gelösten Elektrolyte wird diese Bewegung kaum gebremst, das heißt, dem Strom wird kaum ein Widerstand entgegengebracht. Körperflüssigkeiten wie Plasma, Lymphe und Plasmawasser leiten elektrische Ströme daher gut. In unpolaren Flüssigkeiten und Strukturen, in denen kaum Ladungsträger vorhanden sind, kann Strom kaum fließen. Dem Stromfluss wird folglich ein hoher Widerstand entgegengebracht. Als solche „Nichtleiter“ fungieren im Körper u. a. die im Fettgewebe gespeicherten Triglyzeride und die Knochensubstanz.

Der Körper setzt dem Wechselstrom somit einen Widerstand (Impedanz) entgegen, der bei Betrachtung von biologischen Strukturen als „bioelektrische Impedanz“ bezeichnet wird. Dieser Faktor allein ließe jedoch nur wenige Aussagen zur Körperzusammensetzung zu.

Anhand der Impedanz lässt sich der Körper lediglich in Fettmasse und fettfreie Masse einteilen. Zur differenzierten Analyse der Körperkompartimente messen phasensensitive BIA-Messgeräte die beiden Teilwiderstände der Impedanz – die Resistanz und die Reaktanz – sowie den Phasenwinkel. Aus diesen drei direkt ermittelten Messwerten, können die einzelnen Kompartimentanteile rechnerisch abgeschätzt werden.

Resistanz (R)

Die Resistanz (R) ist der reine ohmsche Widerstand, den die Körpergewebe dem Wechselstrom entgegensetzen. Da das Fett- und Knochengewebe Strom kaum leiten, ist der Widerstand hier so hoch, dass der Strom diese nicht durchdringen kann. Die Resistanz wird daher maßgeblich von den elektrolyt- und wasserhaltigen Körpergeweben bestimmt.

Da Elektrolytwasser dem Wechselstrom kaum einen Widerstand entgegenbringt, ist die Resistanz umgekehrt proportional zum Gesamtkörperwasser. Eine höhere Resistanz bedeutet einen niedrigeren Hydratationsstatus. Da Frauen im Durchschnitt einen geringeren Anteil an Muskelzellen, dafür aber einen höheren Fettanteil aufweisen, ist der Widerstand bei ihnen im Allgemeinen höhere als bei Männern.

Neben dem Hydratisierungsstatus ist die Resistanz abhängig von der Querschnittsfläche. Die Bioelektrische Impedanzanalyse unterteilt den Körper modellhaft in 5 Zylinder ein: 4 schmale Zylinder (Arme und Beine) sowie einen breiten Zylinder (Rumpf). Die Extremitäten bewirken aufgrund ihres geringen Querschnitts einen hohen Widerstand und bilden den Großteil der gemessenen Resistanz. Der Widerstand des Rumpfes macht hingegen nur einen Bruchteil des Wertes aus. Die ermittelte Resistanz wird somit in erster Linie von den Geweben und vom Flüssigkeitsstatus der Extremitäten bestimmt. Wasseransammlungen im Rumpfbereich wie etwa bei einer Schwangerschaft oder bei einer Aszites (Bauchwassersucht) werden nicht berücksichtigt.

Reaktanz (Xc)

Körperzellen wirken als Kugelkondensatoren, die dem Wechselstrom einen kapazitiven Widerstand (Reaktanz, Xc) entgegensetzen. Kondensatoren sind definitionsgemäß zwei elektrisch leitende Flächen, die durch eine kaum leitende Substanz (Dielektrikum) voneinander getrennt sind. Zellen besitzen einen positivgeladenen Innenraum, der durch eine schwach-leitende Doppellipidschicht von einem positivgeladenen Extrazellulärraum getrennt sind. Je höher der Anteil der Zellmembranen im Körper ist, umso höher ist der kapazitive Widerstand den diese in der Summe dem Wechselstrom entgegenbringen. Ein Verlust an Körperzellen z.B. infolge von Unterernährung, Immobilität oder substanzraubenden Erkrankungen geht folglich mit einer niedrigeren Reaktanz einher.

Phasenwinkel (µ)

Der Phasenwinkel erlaubt Aussagen über den Ernährungs- bzw. Trainingszustand des Patienten. Die Grundlage für dessen Messung ist ebenfalls die Kondensatorwirkung der Zellen.

Allgemeines

Aus den drei Messwerten der Resistanz, der Reaktanz und des Phasenwinkels sowie weiteren anthropometrischen Daten des Patienten (Größe, Gewicht, Alter, Geschlecht) können verschiedene Kompartimente berechnet werden.

Zur Berechnung der einzelnen Kompartimente werden unterschiedlichste Gleichungen herangezogen. Eine Grundvoraussetzung für eine korrekte Beurteilung ist, dass die zugrunde gelegten Gleichungen auf die zu analysierende Personengruppe zugeschnitten und die Validität der Werte bei dieser getestet wurden. Dementsprechend gibt es BIA-Geräte, die für spezielle Erkrankungen adaptiert wurden.

Wichtig ist, dass besonders für Verlaufskontrollen stets der gleiche Gerätetyp verwendet wird, da Kompartimente in Abhängigkeit vom Gerät unterschiedlich berechnet werden und daher nicht vergleichbar sein können.

Körperfett (Fettmasse, FM; body fat, BF)

Aufgrund des hohen Triglyzeridanteils im Inneren wirken Fettzellen nicht als Kondensatoren und setzen dem Wechselstrom keinen kapazitiven Widerstand (Reaktanz) entgegen. Die Körperfettmasse kann daher nur vage aus der Differenz von Gesamtkörpermasse und Magermasse abgeschätzt werden.

Zu beachten ist, dass Resistanz-Werte außerhalb des physiologischen Normbereichs zu einer falschen Einschätzung der Körperfettmasse und der fettfreien Masse führen.

Liegt die gemessene Resistanz (Rh) weit oberhalb des Normbereichs, werden die Fettmasse zu hoch und die fettfreie Masse zu niedrig berechnet. Ursachen hierfür können eine sehr niedrige Raumtemperatur sein, beruhen aber meist auf fehlerhaften Elektroden.

Liegt die gemessene Resistanz (Ri) weit unterhalb des Normbereichs, werden die Fettmasse zu niedrig und das Körperwasser und damit die fettfreie Masse zu hoch berechnet. Ursachen hierfür können eine hohe Durchblutung der Extremitäten oder Blutstauungen sein.

Fettfreie Masse (FFM; fat free mass)/ Magermasse (lean body mass, LBM)

Gebildet wird dieser Körperanteil überwiegend von der Zellmasse der Muskeln, der Organe und des Nervensystems, dem Knochengewebe und dem Körperwasser. Die Begriffe fettfreie Masse und Magermasse werden an vielen Stellen der Literatur synonym verwand. Hier muss jedoch darauf geachtet werden, was an der jeweiligen Stelle tatsächlich gemeint ist. Bei der fettfreien Masse handelt es sich im eigentlichen um die Körpermasse abzüglich der reinen Fettmasse. Der Wasser- und Proteinanteil des Fettgewebes wird bei dieser Einteilung zur FFM und nicht zur Körperfettmasse gezählt.

Die Magermasse ist hingegen die Körpermasse abzüglich des kompletten Fettgewebes (inkl. Nicht-Fettbestandteile). Einige BIA-Geräte ermitteln beide Werte. Veränderungen der FFM/ LBM können verschiedene Gründe haben. So kann sich beispielsweise hinter einem Anstieg sowohl eine Zunahme an stoffwechselaktiven Gewebe (v.a. Muskelmasse) als auch eine verstärkte Wassereinlagerung verbergen. Der Erfolg eines verstärkten Muskeltrainings oder einer Ernährungstherapie bei Unterernährung kann daher nicht allein aus der FFM/ LBM abgeleitet werden. Hier ist eine weitere Differenzierung in Körperzellmasse, extrazelluläre Masse und Körperwasser nötig.

Körperzellmasse (BCM, body cell mass)

Die Körperzellmasse repräsentiert die Summe aller aktiv am Stoffwechsel beteiligten Zellen sowie das darin enthaltene Zellplasmawasser (intrazelluläres Wasser). Hierzu zählen u.a. Skelett- und Herzmuskelzellen, Organ- und Drüsenzellen, das Nervengewebe sowie die Blutzellen. Die Körperzellmasse repräsentiert somit das Kompartiment, das maßgeblich für den Energieumsatz (Grund- und Leistungsumsatz) des Körpers und dessen Syntheseleistung verantwortlich ist.

Aus ernährungs- und sportmedizinischer Sicht fällt der BCM eine große Bedeutung zu. Das Ziel verschiedener ernährungstherapeutischer sowie Trainingsmaßnahmen ist es, die Körperzellmasse zu erhalten bzw. zu vergrößern. Eine Abnahme der BCM verweist meist auf einen schlechten Ernährungszustand des Patienten (z.B. Unter-/ Mangelernährung, Hungerzustände) oder eine substanzraubende Krankheit (z.B. Krebserkrankung, chronische Darmerkrankungen, Muskeldystrophie).

Extrazelluläre Masse (ECM)

Die ECM umfasst alle Bestandteile des Organismus, die sich praktisch außerhalb der Zellen befinden. Hierzu zählen das Knochengewebe, Knorpel, Sehnen, Bindegewebe sowie extrazelluläre Körperflüssigkeiten (z.B. Blutplasma, Lymphe, Gehirnwasser). Änderungen der ECM sind meist auf Verluste bzw. Ansammlungen von extrazellulären Flüssigkeiten zurückzuführen.

ECM/BCM-Index

Bei einem gesunden Menschen ist die Körperzellmasse weitaus ausgeprägter als die extrazellulären Anteile. Der Quotient aus beiden Werten ist daher im Normalfall kleiner als 1. Eine Abnahme der BCM und/ oder eine Zunahme von extrazellulärem Wasser können das Verhältnis umkehren, woraus Werte über 1 resultieren. Neben dem Phasenwinkel ist der ECM/BCM-Index der wichtigste Indikator zur Beurteilung des Ernährungs- bzw. Trainingszustandes des Patienten. Ein Anstieg des ECM/BCM-Index kann folgende Gründe haben:

• kataboler Stoffwechsel: Abbau der Körperzellmasse mit kompensatorischer Wassereinlagerung im Extrazellulärraum
• Hyperinsulinismus/ metabolisches Syndrom: verstärkte natriumbedingte Wassereinlagerung in den Extrazellulärraum
• Herz- oder Niereninsuffizienz: extrazelluläre Wassereinlagerung

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Zellanteil (%)

Ein weiterer Indikator für den Ernährungs- bzw. Trainingszustandes des Patienten ist der Zellanteil. Dieser gibt den prozentualen Anteil der Zellen der BCM an der Magermasse an. Eine Abnahme des Zellanteils ohne erkennbare Ödeme ist ein Hinweis auf einen Abbau von Körperzellen und damit auf eine Unterernährung oder eine substanzraubende Erkrankung.

Körperwasser (total body water, TBW)

Das Körperwasser umfasst sämtliches in den Geweben enthaltene Elektrolytwasser. Aufgrund der guten Leitfähigkeit kann es bei der BIA relativ genau ermittelt werden. Der überwiegende Teil des Gesamtkörperwassers wird von der intrazellulären Flüssigkeit der Körperzellen, insbesondere der Muskelzellen, gebildet. Menschen mit ausgeprägtem Muskelansatz weisen dementsprechend einen über die Norm erhöhten TBW-Anteil auf. Da das Fettgewebe vergleichsweise wasserarm ist, ist bei Menschen mit vermehrter Fettmasse der Wasseranteil an der Gesamtkörpermasse prozentual verringert.

Neben Verschiebungen der Gewebeanteile können von der Norm abweichende TBW-Werte auch tatsächliche Änderungen des Hydratationsstatus bedeuten, wie etwa ein Flüssigkeits- und Elektrolytverlust oder auch pathologische Wassereinlagerungen.

Intra- (ICW) und extrazelluläres Wasser (ECW)

Das Gesamtkörperwasser verteilt sich zu etwa 57 % auf den Intra- und zu 43 % auf den Extrazellularraum. Beide Kompartimente stehen in einem dynamischen Gleichgewicht, das sich durch verschiedene pathologische Faktoren verschieben kann.

Metaindex

Der Metaindex spiegelt das Verhältnis Resistanz zum BMI wider und ist damit abhängig vom Wasser- und Elektrolytgehalt der Magermasse.

Kapaindex

Der Kapaindex spiegelt das Verhältnis Reaktanz zum BMI wider und deutet auf die Menge an Zellmembranen pro Volumeneinheit hin. Ein hoher Wert bedeutet eine ausgeprägte Körperzellmasse. Sinkende Werte verweisen auf eine Abnahme der BCM, können aber auch bei Adipositas vorliegen.

Voraussetzungen für valide Messungen

Für aussagekräftige Messergebnisse ist es essenziell, dass Störfaktoren, die den Flüssigkeitshaushalt beeinflussen, vor der Messung weitgehend eliminiert werden. Der Patient sollte daher nüchtern sein, das heißt seit mehreren Stunden nichts mehr gegessen haben, und etwa 12 Stunden vorher keine körperlich anstrengenden Tätigkeiten wie etwa Sport ausgeübt haben. Der letzte Alkohol- und Kaffeegenuss sollte aufgrund der diuretischen Wirkung mindestens 24 Stunden zurückliegen.

Durchführung der Messung

Für valide Ergebnisse wird die Messung im Liegen durchgeführt, sodass sich das Körperwasser weitgehend gleichmäßig im Körper verteilen kann. Hierfür sollte der Patient etwa 5 bis 10 Minuten liegen. Zur Erzeugung und Detektion der elektromagnetischen Felder im Körper, werden auf dem Hand- und Fußrücken des Patienten jeweils zwei Kontaktelektroden geklebt. Neben der üblichen tetrapolaren Messmethode gibt es einige Geräte, die mit acht Elektroden arbeiten und beide Körperhälften in die Messung einbeziehen.

Über die zwei distalen (rumpffernen) Elektroden wird ein schwacher Wechselstrom von 800 Mikroampere durch den Körper geleitet. Die zwei proximalen (rumpfnahen) Detektorelektroden messen die Widerstände und Änderungen im Feld. Um eine optimale Haftung der Elektroden zu gewährleisten, sollten die betreffenden Hautstellen vorab mit Desinfektionsmittel leicht entfettet werden. Bei sehr trockener Haut muss die Leitfähigkeit unter Umständen mit Elektrodengel verbessert werden.

Die richtige Platzierung der Elektroden ist ausschlaggebend für eine einwandfreie Messung.

Bei Erwachsenen sollte der Abstand zwischen den Elektroden an Hand oder Fuß mindestens 5 cm betragen. Die Kabel werden mittels Krokodilklemmen an die Elektroden angeklippt. Welche Klemmenfarbe an die proximalen und welche an die distalen Elektroden angebracht werden, ist abhängig vom Gerätehersteller. Wichtig ist jedoch, dass die Farben nicht vertauscht werden.

Allgemeines

Die Bioelektrische Impedanzanalyse bietet eine gute Möglichkeit, verschiedene Krankheitsverläufe zu erkennen, zu dokumentieren und damit positiv zu beeinflussen. Im Groben lassen sich mit der Methode Erkrankungen, die mit Flüssigkeitsverschiebungen, mit dem Verlust an Körpermasse (Muskel- und Fettmasse) oder dem Wachstum an Körpermasse einhergehen, diagnostisch und ernährungstherapeutisch besser erfassen und beurteilen. Grundsätzlich ist die Bestimmung der Körperzusammensetzung mittels der Bioelektrischen Impedanzanalyse eine einfache und preiswerte Methode. Das Verfahren ist nicht invasiv und damit weitestgehend ungefährlich.

Mittlerweile gibt es auch sehr kleine und gut transportierbare Geräte, die eine gute Mobilität des Beraters bzw. Therapeuten ermöglichen und selbst bei bettlägerigen oder immobilen Patienten angewendet werden können. Da das Verfahren zusätzlich eine gute Reproduzierbarkeit aufweist, sind zudem regelmäßige Kontrollmessungen und Verlaufsmessungen am Patienten möglich – bei vielen Krankheitsbildern in Anbetracht des geringen Ressourcenaufwandes eine preisgünstige Alternative zu kommerziellen Diagnostik- bzw. Kontrollinstrumenten [Kus 1992].

Folgende Anwendungsgebiete sind für die Erfassung der Körperzusammensetzung mittels der Bioelektrischen Impedanzanalyse untersucht und (zum Teil) beschrieben:

• Übergewicht und Adipositas
• schwere Lungenerkrankungen wie COPD
• schwere Herzerkrankungen
• chronische Niereninsuffizienz und Patienten unter permanenter Nierenersatztherapie
• schwere degenerative Erkrankungen wie ALS und cystische Fibrose
• Infektionskrankheiten wie HIV
• Erkrankungen unter Therapie mit Wachstumshormonen (z.B. Akromegalie)
• schwere Leberzirrhose
• sonstige Erkrankungen mit Hydratationsstörungen und/ oder Malnutrition

Bei einzelnen Krankheitsbildern gibt es noch keine abschließende Nutzungsbewertung, da die BIA sich in einigen Fällen nicht gut mit anderen Messverfahren zur Bestimmung der Körperzusammensetzung vergleichen lässt. Die wesentlichen Kritikargumente beziehen sich dabei nicht auf das Messprinzip bzw. die eigentlichen physikalischen Grundlagen, sondern vielmehr auf den Vergleich bzw. die Übertragbarkeit der zugrunde liegenden Formeln und Berechnungen.

Da die BIA die Werte für die einzelnen Körperkompartimente auch aus den Angaben zu Körpergewicht, Körpergröße, Alter und Geschlecht berechnet, sind je nach Messprinzip und hinterlegten Formeln unterschiedliche Ergebnisse zu erwarten. In den letzten Jahren fokussierte sich die Wissenschaft daher auch zunehmend auf die Bedeutung des Messverfahrens mit den Werten der Resistanz, Reaktanz und des Phasenwinkels.

Werden diese Werte erfasst, entfällt ein Großteil der mit Formeln verbundenen Messfehler. Dennoch ist der tatsächliche Nutzen nicht für alle denkbaren Krankheitsbilder ausreichend belegt. In diesen Fällen wird auch dann von einem Nutzen der Bioelektrischen Impedanzanalyse ausgegangen, wenn gemessene und berechnete Werte eine medizinische oder therapeutische Relevanz besitzen. Nach aktuellem Kenntnisstand ist die BIA für klinische Fragestellungen daher noch nicht gänzlich ausgeschöpft.

Krebserkrankungen

Die Kachexie stellt bei nahezu allen Krebserkrankungen eine zentrale Herausforderung in der Therapie dar. Bei einem erheblichen Anteil der Patienten ist die fortschreitende Mangelernährung und nicht der Tumor selbst die eigentliche Todesursache. Entsprechend ist die Ernährungstherapie vor allem in den fortgeschrittenen Stadien der Erkrankung ein elementarer Bestandteil der Behandlung.

Die Kachexie ist gekennzeichnet durch einen elementaren Verlust an Muskelmasse durch den Abbau verschiedener Muskelproteine. In der Leber sind hingegen verschiedene Proteine wie beispielsweise CRP erhöht. Auch das körpereigene Fettgewebe unterliegt einem gesteigerten Katabolismus. Die Lipolyse ist erhöht, während die Lipogenese normal ist. Ebenso ist der Energiestoffwechsel beeinträchtigt. Hier ist die Bildung von ADP herabgesetzt. Bei Krebspatienten wird das Ausbilden und Fortschreiten der Kachexie durch die Freisetzung entzündungsfördernder Botenstoffe gefördert und beschleunigt. Insbesondere die inflammatorisch wirkenden Botenstoffe Interleukin-6, Interleukin-1, Tumor-Nekrose-Faktor-alpha und Interferon-y werden vermehrt ausgeschüttet [Mus 2006].

Der Verlust an Muskelmasse ist ein wesentliches Kennzeichen der fortschreitenden Kachexie bei Tumorpatienten [Joh 2013]. Während der Appetit bei Krebspatienten zwar häufig vermindert ist, findet der Muskelabbau jedoch bereits bei normalem Appetit und normaler Kalorienzufuhr statt. Zudem verlieren die Patienten oft bereits vor der Diagnose an Körpergewicht [Lav 2005].

Wichtig ist es daher, den Substanzverlust möglichst frühzeitig festzustellen. Die Bestimmung der fettfreien Masse und/ oder der Körperzellmasse mittels BIA haben sich als prognostisch besonders relevante Parameter etabliert [Fri 1990] und wird insbesondere auch bei pädiatrischen Patienten empfohlen [Bre 1998]. Hier kann durch Messung und Beobachtung der Körperzusammensetzung und im engeren Sinne des Muskelmasseanteils bereits frühzeitig ein beginnender Substanzverlust festgestellt werden. In einigen Fällen jedoch besitzt der ermittelte Wert der Körperzellmasse keine hohe Aussagekraft, da eine Zunahme an Tumorgewebe den Verlust an anderen Körperzellen kaschieren kann.

Auch die fettfreie Masse kann trotz Abnahme der BCM normal sein. Ein möglicher Grund hierfür liegt in einem erhöhten extrazellulären Wasseranteil [Gia 1996]. Weitere Untersuchungen bestätigen den Nutzen der Bioelektrischen Impedanzanalyse bei Tumorpatienten auch von metastasierenden Krebsarten [Fre 1990]. Dabei kommt es vor allem auf den Anteil an aktiver Muskelmasse und auf verschiedene Parameter des Ernährungsstatus an. Die ermittelten Werte korrelierten in einigen Untersuchungen dabei besser mit der Mortalität als das Körpergewicht [Tos 2000]; [Tos 2003].

Im Allgemeinen ist ein höheres Gewicht mit einem längeren Überleben der Krebspatienten assoziiert. Das gleiche Ergebnis konnte für den Phasenwinkel beobachtet werden: umso höher der Wert des gemessenen Phasenwinkels bei den Patienten war, umso bessere Überlebenschancen konnte für die Tumorpatienten beobachtet werden [Dav 2009]; [Gup 2004a]. Zum Teil stellte sich für den Phasenwinkel sogar eine bessere Vorhersagekraft für die Überlebenszeit als beispielsweise Alter, Krebsstadium oder der Ernährungszustand nach dem Subjective Global Assessment heraus [Gup 2004a]; [Gup 2004b]. Auch die Veränderung des Gesamtkörperwasseranteils zeigt sich in veränderten Parametern der BIA [Sim 1999].

Chronische Niereninsuffizienz

Bei der chronischen Niereninsuffizienz spielt die Erfassung der Körperzusammensetzung mittels BIA trotz guter Nutzenbelege noch eine untergeordnete Rolle. In der Regel wird bei Dialysepatienten das Körpergewicht mittels Körperwaage bestimmt. Die Gefahren einer permanenten Nierenersatztherapie liegen neben zahlreichen Nebenwirkungen der medikamentösen Therapie und des permanenten Infektionsrisikos der Shunts vor allem in der Ausbildung einer Protein-Energie-Malnutrition. Diese hängt nicht nur mit der Nahrungsaufnahme, sondern auch mit dem inflammatorischen Status der Patienten zusammen. Neben der Protein-Energie-Malnutrition ist der Hydratationszustand der Dialysepatienten ein weiteres Einsatzgebiet für die Bioimpedanzmessung [Kus 1996].

In der Dialysetherapie wird vor einer jeden Behandlung das individuelle Trockengewicht festgelegt. Dies dient dazu, Über- und Unterwässerungen der Patienten zu vermeiden. Bei einigen Messgeräten lässt sich neben dem Gesamtkörperwasser auch das extrazelluläre Flüssigkeitsvolumen bestimmen, das hier eine klinische Relevanz besitzt [Deu 1992]. In einigen wissenschaftlichen Untersuchungen sind die Ergebnisse widersprüchlich, zeigen insgesamt aber zumindest einen signifikanten Zusammenhang zwischen dem Wert des Phasenwinkels und der Überlebensdauer der Patienten [Mag 1996].

Die Protein-Energie-Malnutrition wiederum ist mit einem zunehmenden Verlust an fettfreier Masse verbunden und stellt einen unabhängigen Risikofaktor für die Mortalität dar [De 1998]. Als optimaler Messzeitpunkt (mit der höchsten klinischen Relevanz) hat sich die Messung unmittelbar nach der Dialysebehandlung herausgestellt [Dum 1992]. Auch beeinflusst die Messung am Shunt-Arm die Genauigkeit der Ergebnisse, wenn sich eine Flüssigkeitsansammlung am Shunt-Arm befindet [Woo 1997].

Morbus Crohn | Colitis ulzerosa

Bei chronisch entzündlichen Darmerkrankungen ist der Ernährungszustand der Patienten von klinischer Relevanz, da auch hier das Risiko für eine Protein-Energie-Malnutrition deutlich erhöht ist. Ähnlich wie bei anderen Erkrankungen, die häufig mit einer Mangelernährung und einem hohen inflammatorischen Status einhergehen, konnte hier die Bestimmung der fettfreien Masse bzw. der Körperzellmasse eine Malnutrition frühzeitig erkennen [Boo 1998]. In einer weiteren Untersuchung korrelierte die BIA mit einer verminderten Knochendichte unter Steroidtherapie [Cow 1997]. Die Bestimmung des Gesamtkörperwassers hingegen blieb ohne klinische Relevanz [Roy 1994]. Zur Aussagekraft des Phasenwinkels in Bezug auf klinisch relevante Informationen oder die Überlebensrate der Patienten gibt es bislang keine systemischen Untersuchungen.

Leberzirrhose

Bei fortschreitender Leberzirrhose verschlechtert sich zunehmend der Ernährungszustand der Patienten, was ihre Lebensqualität massiv beeinträchtigt. Ähnlich wie für Krebspatienten besteht mit dem fortschreitenden Funktionsverlust des Lebergewebes das Risiko für eine Protein-Energie-Malnutrition. Patienten mit Leberzirrhose weisen eine geringere Überlebensdauer auf, wenn eine Mangelernährung vorliegt [Sel 1997]. Neben einer geringeren Körperzellmasse ist für diese Patienten auch eine vermehrte Einlagerung von Wasser charakteristisch. Verantwortlich hierfür können Ödeme sowie eine ausgeprägte Aszites sein.

Bei betroffenen Patienten war die Bioimpedanzmessung hier dem reinen Körpergewicht sowie der Ermittlung des Body Mass Indexes deutlich überlegen [Pir 2000]. Im Gegensatz zur fettfreien Masse bzw. der Körperzellmasse zur Bestimmung des Ernährungszustandes lieferte in Untersuchungen das Gesamtkörperwasser zur Bestimmung des Hydratationsstatus hingegen keine eindeutigen Ergebnisse [Gug 1991]. Dies ist jedoch für Leberzirrhose-Patienten hier auch nicht weiter relevant, da sich Aszites und Ödeme auch durch andere Untersuchungen gut erfassen lassen, während sich der Verlust an Körperzellmasse nicht ohne weiteres erkennen lässt.

In Bezug auf den Phasenwinkel als möglicher Parameter zur Einschätzung der Überlebensrate zeigte sich auch hier ein deutliches Potenzial der BIA. Der Phasenwinkel korrelierte in einer Untersuchung von Selberg und Mitarbeitern deutlicher mit der Überlebensrate als die Bestimmung mittels vergleichbarer Untersuchungen [Sel 2002]. Abschließend kann aus diesen Erkenntnissen geschlussfolgert werden, dass die BIA als Instrument zur Beurteilung des Ernährungsstatus und damit der Lebensqualität als auch der Überlebensrate von Nutzen sein kann und hier das Potenzial besteht, eine Malnutrition frühzeitig zu erkennen und mittels einer umfassenden Ernährungstherapie positiv zu beeinflussen.

COPD (Chronisch obstruktive Lungenerkrankungen)

Chronisch obstruktive Lungenerkrankungen sind häufig mit zahlreichen pulmonalen, hormonellen und damit metabolischen Komplikationen verbunden. Insbesondere Adiponektin scheint mit verschiedenen Komorbiditäten in Zusammenhang zu stehen. So gehen Wissenschaftler von einem gestörten Hydratationsstatus der Zellen unter dem Einfluss von Adiponektin aus [Yos 2012]. Die BIA könnte sich hier als geeignetes Instrument der Detektion von Hydratationsänderungen erweisen.

Ein weiterer Ansatzpunkt sind die bei COPD-Patienten häufiger zu beobachtenden Begleitkomplikationen der abdominellen Adipositas sowie von kardiovaskulären Erkrankungen. Erste Untersuchungen belegen einen Nutzen der Bioimpedanzmessung bei COPD-Patienten zur frühzeitigen Erkennung einer Zunahme an viszeralem Fettgewebe [Fur 2011]. Weitere Untersuchungen sind jedoch notwendig, um eine eindeutige klinische Relevanz zu bestätigen.

HIV/ AIDS

Auch für Patienten mit einer HIV-Infektion ist das Risiko für die Ausbildung einer Protein-Energie-Malnutrition überdurchschnittlich hoch. Und auch hier ist die Komplikation mit einem Verlust an viszeralen Proteinen bzw. Muskelproteinen und der Körperzellmasse verbunden. Ein Verlust der Körperzellmasse kann dabei ebenso wie bei bestimmten Krebserkrankungen bereits in sehr frühen Stadien der Erkrankung auftreten [Süt 1991]. Mittels der Bioimpedanzmessung ist es möglich, den Substanzverlust rechtzeitig zu erkennen und mit entsprechenden Maßnahmen hinauszuzögern bzw. zu stoppen. Studienergebnisse bestätigen diese Hypothese [Süt 1995]; [Kot 1996].

Gegenüber verschiedenen Laborparametern und dem Gewicht der Betroffenen zeigte die BIA auch eine größere Relevanz hinsichtlich Mortalität und Morbidität [Ock 1996]. Als relevante Parameter konnten hier fettfreie Masse, BCM und Ganzkörperwasser identifiziert werden [Kot 1996]. Ähnlich wie bei onkologischen Patienten zeigten auch hier wissenschaftliche Untersuchungen einen deutlichen Zusammenhang zwischen Phasenwinkel und Überlebensrate der HIV-Erkrankten [Ott 1995]. Da der Ernährungsstatus und damit das Risiko einer Malnutrition, die Überlebensrate als auch die Lebensqualität der Betroffenen mit einer umfassenden und individuellen (parenteralen) Ernährungstherapie gezielt beeinflusst und stabilisiert werden kann, verspricht der Einsatz der BIA hier ein großes Potenzial zur Verbesserung der Lebenssituation der Patienten.

Amyotrophe Lateralsklerose (ALS)

Zwischen 16 und 50 % der Patienten mit Amyotropher Lateralsklerose weisen ein Malnutritionssyndrom auf, das mit einer niedrigeren Überlebensrate assoziiert ist [Des 2000]; [Des 1999]. Grund für die Malnutrition können verschiedene Faktoren sein. Unter anderem gelten neben einem gesteigerten Metabolismus die häufig auftretenden Kau- und Schluckstörungen als mitverantwortlich [Gen 2011].

Somit kommt der Ernährungstherapie bei ALS-Patienten ein hoher Stellenwert zu. Die BIA eignet sich zur Bestimmung der fettfreien Körpermasse und erlaubt damit eine frühzeitige Diagnose einer Malnutrition. Des Weiteren gilt die BIA auch als geeignetes Instrument zur Verlaufsbeobachtung und -dokumentation der Erkrankung [Des 2003]. In ersten Untersuchungen konnte eine signifikante Abnahme der fettfreien Masse bzw. der Körperzellmasse und der Fettmasse beobachtet werden [Kas 1996]. Um eine abschließende Bewertung des Nutzens der BIA bei der Amyotrophen Lateralsklerose zu ermöglichen sind jedoch weitere systematische Übersichtsarbeiten notwendig.

Cushing-Syndrom

Das Cushing-Syndrom ist durch eine sogenannte Stammfettsucht gekennzeichnet. Dabei handelt es sich um eine spezielle Form der Fettleibigkeit, bei der die Fettanhäufung vorrangig am Körperstamm, also dem Abdomen, zu finden ist. Die Extremitäten bleiben weitgehend ausgespart und erscheinen damit im Vergleich eher „dünn“ bzw. „verschmälert“. Bleibt die Erkrankung unbehandelt, nimmt der Patient massiv an Muskelmasse ab, was zu einer beträchtlichen Einschränkung der Muskelfunktion führen kann. Die Messung mittels Bioimpedanzanalyse kann das Auftreten der Erkrankung frühzeitiger ermöglichen, insbesondere deshalb, da der differenzialdiagnostische Ausschluss einer „normalen“ Adipositas nicht immer einfach ist. Doch bislang fehlen auch hier eindeutige Untersuchungsergebnisse.

Adipositas

Übergewicht und Adipositas stellen die therapeutische Herausforderung der nächsten Jahre und wohl auch Jahrzehnte dar. Trotz zahlreicher Bemühungen steigt die Inzidenz in nahezu allen Altersgruppen durch alle Bevölkerungsschichten hinweg an. Mit krankhaftem Übergewicht steigt auch das Risiko für eine Vielzahl an Folgeerkrankungen. Genannt seien an dieser Stelle beispielhaft Herzinfarkte und Schlaganfälle bedingt durch einen erhöhten Blutdruck und Fettstoffwechselstörungen oder auch Gelenk- und rheumatische Krankheitsbilder sowie Krebserkrankungen.

Zwar gibt es eine Vielzahl an therapeutischen Konzepten, Programmen und Instrumenten – dennoch steht in der Mehrheit der Therapiekonzepte die Gewichtsabnahme als solche im Vordergrund. In nur sehr wenigen Fällen geht es im Detail um die Reduktion von Körperfett und die Erhaltung oder den Aufbau von Muskelmasse bzw. der fettfreien Masse. Für die Betroffenen aber ist die Ausrichtung auf diese Teilaspekte mit einem längerfristigen Erfolg verbunden, als das Abnehmen per se. Hier eignet sich die BIA vor allem als Verlaufs- und Kontrollinstrument während der Therapiezeit.

Liegt eine sehr ausgeprägte Adipositas vor, ist die Bestimmung der Fettmasse im Grunde sogar überflüssig. Aus medizinischer Sicht ist bei diesen Betroffenen die Bestimmung des Parameters der fettfreien Masse von größerer Relevanz, um eine Abnahme der Fettmasse bei einer gleichbleibenden fettfreien Masse zu gewährleisten. Allerdings kamen wissenschaftliche Ergebnisse hier zu widersprüchlichen Ergebnissen. Einer Langzeituntersuchung von Kushner und Mitarbeitern zufolge ließ sich die Bestimmung der fettfreien Masse gut mit anderen validierten Verfahren vergleichen [Kus 1990]. In einer weiteren Studie ließ sich dieses Ergebnis nicht bestätigen [Vaz 1991].

Schlussendlich zeigt eine Metanalyse eine deutliche Korrelation der Reaktanz mit einer verminderten fettfreien Masse [For 1992]. Auch wenn Untersuchungen insgesamt einen deutlichen Zusammenhang bzw. eine gute Vergleichbarkeit mit anderen validierten Messmethoden zeigten, die sich am einzelnen Patienten nicht immer sicher vorhersagen ließ, so kann insgesamt dennoch von einem Nutzen der BIA bei Übergewichtigen und Adipösen ausgegangen werden [Wab 1996].

Das Kompartiment der fettfreien Körpermasse ist dann insbesondere bei Reduktionsdiäten von Relevanz, da hier die Gefahr einer Abnahme der fettfreien Masse am höchsten ist. Vermutlich spielen auch der Ausprägungsgrad der Adipositas, das Alter, das Geschlecht und die genaue Verteilung der Fettmasse für den tatsächlichen Nutzen eine Rolle [Deu 1996].

Die Grenzen der Methode zeigen sich bei einer Zunahme des sogenannten Stammfettes, da dieses durch die BIA-Methode nur geringfügig erfasst wird. In diesen Fällen kann es zu einer zu hochgeschätzten fettfreien Masse bei einer gleichzeitig zu niedrig eingeschätzten Fettmasse kommen [Org 1994]; [Car 1997]; [Swa 1999]; [Hea 1998]; [Eis 2001]. Einige Richtlinien enthalten daher den Hinweis, dass die BIA bei Patienten mit einem BMI ab 34 zu fehlerhaften Einschätzungen führen kann [Kyl 2003].

Akromegalie

Bei der Akromegalie handelt es sich um eine hormonell bedingte Erkrankung, die durch eine Überproduktion des Wachstumshormons Somatotropin im Hypophysenvorderlappen charakterisiert ist. Symptomatisches Kennzeichen ist unter anderem eine massive Zunahme der fettfreien Körpermasse bei einem gleichzeitig stark ansteigenden extrazellulären Flüssigkeitsvolumens. Die BIA konnte bereits in der Behandlung und Therapie mit Wachstumshormon erfolgreich genutzt werden [Bru 1996]; [Tom 1998]. Die Therapie mit Wachstumshormon soll zu einem Zuwachs der Muskelmasse führen, was mithilfe der BIA dokumentiert und kontrolliert werden kann [Ben 1993].

Herzerkrankungen (schwere)

Schwere Herzerkrankungen können zu ausgeprägten Malnutritions-Symptomen führen. Bislang gibt es jedoch kaum wissenschaftliche Untersuchungen, die die Diagnose und Beurteilung des Ernährungsstatus bei Patienten mit schweren Herzerkrankungen untersuchten. Erste Hinweise auf einen Nutzen gibt es an Patienten mit einem schweren Herzfehler [Liu 2012a]; [Liu 2012b]. Dabei zielt die Messmethode auf die Bestimmung des Hydratationsstatus der Patienten ab, da dieser häufig signifikant erhöht ist. Eine Relevanz für Ernährungsberater und -therapeuten scheint hier kaum gegeben. Jedoch fokussieren aktuelle Untersuchungen den Einfluss einer beginnenden Herzinsuffizienz auf die Gewichtszunahme. Hierzu gibt es jedoch bislang keine repräsentativen Untersuchungen.

Entwicklungsstörungen und Mangelernährung bei Kindern und Jugendlichen

Inwieweit die Entwicklung von Früh- und Neugeborenen durch die Erhebung der Körperzusammensetzung bestimmt bzw. positiv beeinflusst werden kann, ist bislang sehr widersprüchlich und nicht abschließend zu bewerten. Auch ethische Aspekte spielen bei der Beurteilung der Relevanz bei Neu- bzw. Frühgeborenen eine Rolle.

Ein möglicher Indikator der BIA bei Neugeborenen stellt die Bestimmung des Hydratationsstatus dar. Bei Kindern und Jugendlichen könnte so eine Unter- bzw. Mangelernährung festgestellt werden. Auch der Erfolg der Behandlung lässt sich so beobachten und dokumentieren. Da Frühgeborene bzw. Neugeborene mit Entwicklungsstörungen oder Fütterstörungen für Ernährungsberater und -therapeuten keine relevante Zielgruppe darstellen, soll an dieser Stelle nicht weiter darauf eingegangen werden.

Kognitive Funktionen

Ein hoher Körperfettanteil mit einem hohen Anteil an viszeralem Fettgewebe könnte das Risiko für vaskuläre (die Gefäße betreffend) Hirnverletzungen erhöhen und kognitive Funktionen beeinträchtigen. Das berichten Forschende aus Kanada, die knapp 9.200 TeilnehmerInnen hinsichtlich Körperfett und Gehirngesundheit untersuchten [Ana 2022].

Mittels verschiedener Untersuchungen (bioelektrischen Impedanzanalyse, Magnetresonanztomografie, Digital Symbol Substitution Test, Interheart-Risiko-Score) konnten sie zeigen, dass die kognitive Funktion mit zunehmendem Körperfettanteil und mit zunehmendem viszeralem Fett stetig abnahm.

Bewegung und Sport

Das Körpergewicht sagt bei Sportlern im Grunde nichts über den Trainingszustand aus. Neben zahlreichen Laborparametern eignet sich hier auch die BIA zur Ermittlung der Muskelmasse, der fettfreien Masse und des Fettanteils sowie des Gesamtkörperwassers und ermöglicht damit Aussagen über den Hydratationsstatus, die Fettverbrennung und den Trainingszustand der Sportler. Sportliches Training in der Kinder- und Jugendzeit ist eng mit dem Aufbau und des Entwicklungsgrades der Muskulatur verbunden. So weisen diese im Erwachsenenalter einen durchschnittlich höheren Anteil an Körperzellmasse auf als Erwachsene, die im Kindes- und Jugendalter nicht regelmäßig trainiert haben. Der hohe Muskelanteil geht in der Regel auch mit einem hohen Körperwasseranteil einher. Der BCM-Wert besitzt allein jedoch noch keine hohe Aussagekraft. Ergebnisse aus wissenschaftlichen Untersuchungen sind entsprechend widersprüchlich [Yu 2007].

Erst mit dem Phasenwinkel ist eine Aussage zum Versorgungs- und Trainingszustand von Sportlern möglich [Pel 2012]. Ein guter Versorgungszustand bzw. ein hoher Trainingsgrad ist durch Muskelzellen mit einer hohen Membranintegrität charakterisiert. In einfachen Worten ausgedrückt heißt dies nichts anderes, als dass die Muskelzellen Nährstoffe gut in ihrem Zellinneren speichern können. Derartige Zellen besitzen einen hohen Phasenwinkel. Entsprechend ist der Wert bei untrainierten Zellen niedrig, was auf eine geringere Nährstoffspeicherung zurückzuführen ist.

Auch bei regelmäßigem, intensivem Training steigt der Phasenwinkel nur langsam an. Hingegen steigt der Wert unter Anabolika-Missbrauch schnell. Grundsätzlich empfiehlt es sich, die Messungen in längeren Zeitabständen vorzunehmen, um relevante Ergebnisse zu erhalten, die durch geringfügige Fehler nicht zu massiven Fehleinschätzungen führen können.

Insgesamt eignet sich die Impedanzmessung zur Beurteilung des Trainingszustandes. Insbesondere bei übergewichtigen oder adipösen Personen lässt sich feststellen, ob die Gewichtsabnahme zum einen auf der Abnahme von Körperfett und nicht auf einem Verlust an Muskelmasse beruht und zum anderen mit einem besseren Versorgungszustand der Muskelzellen einhergeht

Betriebliche Gesundheitsförderung

Ein ähnliches Augenmerk kann im Anwendungsbereich der Betrieblichen Gesundheitsförderung angewendet werden. Die Angabe des Körpergewichtes in Kilogramm und damit die Höhe des BMI spiegelt nur sehr bedingt den Ernährungs- und Fitnesszustand oder den Leistungszustand von Mitarbeitern wider. Bei körperlich sehr anstrengenden Berufen bzw. bei Berufen mit einer sehr geringen körperlichen Beanspruchung kann die BIA den Mitarbeitern jedoch wertvolle Hinweise über ihren Gesundheitszustand geben. Wichtig dabei ist, dass derartige Messungen von den Mitarbeitern eines Unternehmens freiwillig vorgenommen werden.