|
|
Impedenziometria: Note tecniche e cliniche
Qualche cenno di fisica
Impedenza
Rappresenta l'opposizione che un dato circuito - il corpo umano lo si può considerare tale - offre al passaggio della corrente elettrica alternata. In termini più rigorosi, il rapporto tra tensione e corrente in un circuito attraversato da corrente alternata. Tutte le sostanze offrono una resistenza al passaggio della corrente elettrica.
La legge di Ohm afferma che l'impedenza di un corpo è proporzionale alla caduta di tensione che si riscontra ai suoi capi
quando esso venga attraversato da una corrente elettrica. Nel modello RC-serie, che identifica la massima semplificazione del corpo nelle due componenti resistive e capacitive, l'impedenza risulta composta, a sua volta, dalla relazione tra i parametri di resistenza e reattanza.
Il rapporto trigonometrico tra i due parametri costituisce l'angolo di fase. Impedenza ed angolo di fase sono indispensabili per descrivere correttamente un circuito elettrico come il corpo.
La resistenza, l'impedenza e la reattanza vengono espresse in Ohm.
Resistenza
Proprietà di un materiale che si oppone al flusso di una
corrente continua. Rappresenta il contributo dato all'impedenza da
parte delle componenti resistive. È ragionevole ascrivere la
componente resistiva dell'impedenza corporea ai fluidi intracellulari
ed extra cellulari, e agli elettroliti ivi contenuti, anche se questa
definizione appare riduttiva e inadatta a rappresentare completamente
il "circuito" corpo umano.
Reattanza
Contributo dato all'impedenza da parte di componenti non puramente resistive, ad esempio condensatori e induttanze responsabili
rispettivamente della reattanza capacitiva e induttiva.
Nel corpo la
reattanza capacitiva può essere assegnata alla cellula per il
doppio strato di membrane fosfolipidiche. La reattanza
è una forza non conservativa, apprezzabile soltanto se la misura del
circuito viene effettuata utilizzando una corrente elettrica alternata.
Induttanza
Parametro definito dal rapporto tra il flusso magnetico concatenato, prodotto dalla corrente che attraversa un circuito e
l'intensità della corrente stessa. Si misura in Henry o, più comunemente, con il suo sottomultiplo mH, che
corrisponde a un millesimo di Henry. Non essendo apprezzabili le variazioni di flusso magnetico misurate sul corpo, durante la
rilevazione dell'impedenza, si suole a ragione trascurare la componente induttiva della reattanza.
Capacità
Esprime la
proprietà di un circuito dove l'energia può essere
accumulata in un campo elettrostatico, ovvero la
quantità di carica elettrica che può essere accumulata o
restituita da un condensatore. Le strutture biologiche,
quali le membrane fosfolipidiche delle cellule, vengono concettualmente
assimilate a condensatori. Si misura in Farad (F) o con i suoi
sottomultipli nanofarad (nF) e picofarad (pF).
Angolo di fase
L'angolo
di fase è definito come arco tangente del rapporto fra reattanza e
resistenza, secondo un calcolo che presume il corpo come un
circuito RC serie. La misura può variare in modulo, da 0 a 90
gradi, a seconda che il circuito sia solo resistivo o solo reattivo.
È riscontrato che l'angolo di fase di un uomo sano oscilla in
modulo fra i 4 ed i 15 gradi, ma è ancora arduo stabilire
se all'interno di questo range possano esistere classi nette di valori
corrispondenti a precise modificazioni dello stato nutrizionale.
L'angolo di fase potrebbe essere un indicatore dello stato di
integrità della membrana cellulare.
La storia della metodica
Le prime correlazioni fra l'impedenza bioelettrica e il contenuto di
acqua totale (TBW) furono ricavate già nel 1940. Successivamente
Nyboer ('59) ha eseguito vari lavori e trial sulle modificazioni
dell'impedenza bioelettrica indotte da variazioni del flusso sanguigno,
delle pulsazioni arteriose e della funzionalità respiratoria.
Trattandosi di misurazioni di volumi, la tecnica venne
battezzata "pletismografia a impedenza". Thomasset, trovò nel
1962 una correlazione fra l'acqua corporea totale e l'impedenza
elettrica rilevata impiegando due elettrodi ad aghi sottocutanei. Egli
osservò che l'impedenza corporea forniva una stima accurata
dell'acqua extra cellulare e totale, a frequenze di 1 e 100 kHz
rispettivamente. Valori di frequenza questi, poi ripresi in anni
recenti da altri Autori, i quali miravano alla stima della ripartizione
dei fluidi intra ed extra-cellulari. Nel 1969 Hoffer e la sua scuola
confermarono l'attendibilità degli studi di Thomasset, questa
volta impiegando un sistema a quattro elettrodi cutanei.
L'analisi impedenziometrica ha acquistato popolarità grazie ai
recenti studi ('80) di Hoffer, Nyboer, Lukaski, Kushner e numerosi
altri Autori, caratterizzando la loro produzione sul sistema a
monofrequenza (50 kHz) tetrapolare. È solo nel decennio '90 che si
è resa disponibile una nuova generazione di impedenziometri
tetrapolari che impiegavano un ampio range di frequenze. Ricercatori
come Heitmann, Deurenberg, Boulier e Ward hanno tracciato una nuova
linea di sviluppo della ricerca nella stima dei compartimenti
cellulari, confermando l'utilità della multifrequenza.
La ricerca attuale
Oltre 3000 lavori scientifici confermano la validità del metodo
BIA e grossi sforzi sono stati rivolti alla standardizzazione ed alla
ripetibilità dell'analisi in ambito clinico e ambulatoriale. Un
grosso contributo proviene dal centro ricerche DS Medica che ha svolto
una lunga sperimentazione con vari Istituti di Ricerca producendo
diverse pubblicazioni a carattere internazionale. I punti di forza
della metodica permangono nell'assenza d'invasività, nella
portabilità, nella rapidità di esecuzione, nella
facilità d'uso e nel costo contenuto.
La BIA presenta
quindi molte caratteristiche della tecnica "ideale" per
lo studio della composizione corporea. Nonostante siano oggi
disponibili alcuni impedenziometri in grado di misurare l'impedenza per
un ampio range di frequenze (da 1 kHz a 1 MHz) è consigliabile
limitare la registrazione dell'impedenza a un intervallo
più ristretto (Chumlea et al., 1994; Deurenberg, 1994). La
precisione della misurazione diminuisce infatti con l'aumentare della
frequenza, per fenomeni d'interferenza elettrica. Il comportamento in
vivo ha inoltre dimostrato sperimentalmente che il corpo umano fornisce
un'impedenza costante per valori di frequenza superiori ai 250-300 KHz,
confermando l'inutilità di frequenze superiori. Anche se
è corretto pensare che l'impedenza elettrica di una cellula, di
un tessuto o di un organo, vari con la frequenza della corrente
somministrata, il corpo umano, come insieme di più strutture
biologiche complesse, mostra un unico comportamento ascrivibile a un
range specifico e determinato di frequenze. La forma della curva e
l'intervallo delle frequenze confermano la
realtà sperimentale del "conduttore" uomo.
Metodica
clinica
In letteratura si nota l'interesse di molti ricercatori nella BIS
(Bioelectrical Impedance Spectroscopy) metodica impiegante frequenze da
1KHz a 1.5 MHz; ma per avvicinarsi alle proprietà elettriche del
corpo, la BIS deve adottare modelli matematici, quali Kanai e Cole
& Cole, che ritrasformano i parametri BIA adeguandoli al modello
sperimentale umano. L'impiego della BIS con i relativi modelli
matematici, se da una parte soddisfa la speculazione teorica,
dall'altra non aggiunge nulla sul versante clinico e sperimentale. La
misurazione in multifrequenza (MFBIA, multifrequency bioelectrical
impedance analysis - Deurenberg 1994) dimostra di essere aderente alle
proprietà elettriche del corpo umano e svincolata dai teoremi
dei modelli matematici. Non conoscendo ancora il "vero" modello
umano è indispensabile attenersi alle proprietà
elettriche del corpo e verificare se il dato sperimentale sia il
più possibile vicino alle conoscenze fisiologiche dello stesso.
Questo corrisponde esattamente al percorso delineato nella formulazione tecnologica della linea
MFBIA Human-Im e Handy: aumentare la precisione e l'accuratezza della misura
BIA in multifrequenza, sia in soggetti sani che patologici, rimanendo
all'interno della pura sperimentazione clinica.
L'impedenza e la fisiologia umana
Una corrente elettrica sinusoidale applicata agli organismi viventi
evidenzia due strutture biologiche di differente comportamento fisico:
- I fluidi intra/extra cellulari che si comportano come conduttori resistivi
- Le membrane cellulari che si comportano come conduttori reattivi
I tessuti magri
sono altamente conduttivi per l'alto contenuto in acqua ed elettroliti
e oppongono una
limitata resistenza alla corrente elettrica alternata. La membrana
cellulare consiste invece di un doppio strato fosfolipidico non
conduttivo posto tra due strati di molecole proteiche conduttive. La
struttura delle membrane cellulari rende le cellule elementi reattivi
che si comportano come condensatori quando ad esse viene applicata una
corrente elettrica. La sperimentazione sull'uomo ha evidenziato la
scarsa significatività del parametro reattanza e soprattutto
l'incerto significato biologico e clinico (Consensus Conference on BIA,
NIH 1994). Impedenza ed angolo di fase sono gli unici parametri che
definiscono il comportamento del corpo umano al passaggio della
corrente, e ciò avviene con ottima riproducibilità nelle
più svariate condizioni
fisiopatologiche. Impedenza ed angolo di fese quindi rappresentano
parametri universali applicabili all'uomo indipendentemente dalla
configurazione topologica del soggetto in esame.
|
|
|
IT
EN
