Мобильная версия

UkrainePediatricGlobal

Журнал «Здоровье ребенка» Том 19, №2, 2024

Біоелектричний фазовий кут та його взаємозв’язок з показниками компонентного складу тіла у дітей

Авторы: Паламарчук О.С., Горленко О.М., Сливка Я.І., Рішко О.А., Дербак М.А.
ДВНЗ «Ужгородський національний університет», м. Ужгород, Україна

Рубрики: Педиатрия/Неонатология

Разделы: Клинические исследования

Актуальність. Проблема саркопенії стає все більш актуальною для дітей, але її взаємозв’язок з фазовим кутом (ФК) біоімпедансного аналізу ще не до кінця з’ясований. Мета: дослідити зв’язок між ФК та компонентним складом тіла у дітей віком від 8 до 14 років. Матеріали та методи. Використовувалися дані біоімпедансного аналізу, кореляційний та регресійний аналіз. Результати. У ході дослідження виявлено, що у дівчаток показник ФК корелює з умістом жиру (BF, %) і скелетних м’язів (SM, % та саркопенічний індекс (SI)) з коефіцієнтами кореляції відповідно 0,36; 0,43 та 0,34. Крім того, регресійний аналіз показав, що SI відіграє значну роль у визначенні ФК у дівчаток, пояснюючи 18,18 % дисперсії. У хлопчиків також спостерігався позитивний зв’язок між ФК та SI, з коефіцієнтом кореляції 0,63, і SI відігравав ключову роль у визначенні ФК, пояснюючи 40,39 % дисперсії. Також було виявлено, що вміст скелетних м’язів (SM, %) має слабший, але статистично значущий вплив на ФК в обох статей, пояснюючи 14,70 % дисперсії у дівчат та 7,17 % у хлопчиків. Загальна маса тіла (BM) також показала слабку, але статистично значущу кореляцію з ФК у дівчаток і хлопчиків. Подальший аналіз показав, що зв’язок між ФК та компонентним складом тіла виявлявся суттєвим, зокрема у відведеннях H-L, де показник ФК більше залежав від вмісту скелетних м’язів, вказуючи на важливість розгляду цього параметра при оцінці фізіологічного стану тіла у дітей. Висновки. Результати цього дослідження підкреслюють важливість фазового кута як маркера для оцінки складу тіла у дітей. Визначений позитивний зв’язок між ФК і складом тіла свідчить про потенційну корисність ФК для визначення саркопенії та здоров’я м’язово-скелетної системи. Для подальшого використання ФК у клінічній практиці стандартизація методології вимірювання і створення референтних баз даних є необхідними.

Background. The issue of sarcopenia is becoming increasingly relevant for children, yet its relationship with phase angle (PA) of bioimpedance analysis remains incompletely understood. Objective: to investigate the relationship between phase angle and body composition in children aged 8 to 14 years. Materials and methods. Data from bioimpedance analysis, correlation, and regression analysis were utilized. Results. During the study, it was found that in girls, PA correlates with body fat (BF) and skeletal muscle (SM and sarcopenic index (SI)) content, with correlation coefficients of 0.36, 0.43, and 0.34, respectively. Additionally, regression analysis showed that SI plays a significant role in determining PA in girls, explaining 18.18 % of the variance. In boys, a positive correlation between PA and SI was also observed, with a correlation coefficient of 0.63, and SI played a key role in determining PA, explaining 40.39 % of the variance. It was also found that SM content has a weaker but statistically significant impact on PA in both genders, explaining 14.70 % of the variance in girls and 7.17 % in boys. Total body mass also showed a weak but statistically significant correlation with PA in girls and boys. Further analysis revealed that the relationship between PA and body composition was significant, particularly in the H-L plane, where PA was more dependent on skeletal muscle content, indicating the importance of considering this parameter when assessing the physiological status of children’s bodies. Conclusions. The results of this study underscore the importance of phase angle as a marker for assessing body composition in children. The identified positive association between PA and body composition suggests a potential usefulness of PA in determining sarcopenia and musculoskeletal health. For further clinical use of PA in clinical practice, standardization of measurement methodology and creation of reference databases are necessary.

Ключевые слова

фазовий кут; склад тіла; діти; саркопенія; кореляція; регресійний аналіз

phase angle; body composition; children; sarcopenia; correlation; regression analysis

doi: http://dx.doi.org/10.22141/2224-0551.19.2.2024.1680

Вступ

Біоімпедансний аналіз (БІА) — це широко використовуваний простий і неінвазивний метод оцінки складу тіла, який базується на вимірюванні електричних характеристик тканин при проходженні через них слабкого високочастотного електричного струму. На основі цих параметрів були запропоновані емпірично отримані прогнозні рівняння, які дозволяють кількісно оцінити загальний вміст води, жиру та безжирових мас в організмі людини [1]. У цих рівняннях поряд з фізичним показником імпедансу використовуються антропометричні параметри пацієнта, а також його стать, вік та маса тіла. З’ясувалося, що рівняння та граничні значення показників компонентного складу тіла залежать також від популяції обстежених та конкретного пристрою [2]. Водночас фізіологічне значення первинних (математично не опрацьованих) параметрів БІА залишається вивченим недостатньо. Перш за все це стосується фазового кута (ФК), який визначається як arctg(Xc/R)×(180/π), де Xc — реактивність тканини, а R — її електричний опір [3]. ФК характеризує затримку (lag) високочастотного змінного струму при проходженні його через тканини від одного електрода до іншого, яка, у свою чергу, детермінується конденсаторними властивостями клітинних мембран. Тому вважається, що ФК відображає функціональний стан і цілісність тканин на клітинному рівні їх організації. У зв’язку з цим робляться спроби обґрунтувати доцільність використання ФК як маркера оксидативного стресу [4], прогностичного критерію результативності спортсменів [5], незалежного предиктора хронічної патології опорно-рухового апарату у людей похилого віку [6].

У літературі практично відсутні дослідження діагностичної цінності цього показника у педіатричній практиці. З теоретичної точки зору, ФК детермінується перш за все кількістю клітин, через які проходить зондуючий електричний струм, співвідношенням позаклітинної та внутрішньоклітинної води та цілісніcтю клітинних мембран [7]. Зміни цих параметрів при патологічних процесах в організмі мають неспецифічний характер, тому ФК не може вважатися надійним діагностичним маркером конкретного захворювання. Однак можна припустити, що рівень і динаміка цього показника корелюють з динамікою патологічного процесу і мають прогностичне значення. Це припущення підтверджується дослідженнями [8–10], у яких встановлено, що низькі значення ФК асоціюються з несприятливим прогнозом при різних хронічних захворюваннях та з низькими показниками сили скелетних м’язів [11]. Згідно з висновками Європейської робочої групи з саркопенії у людей похилого віку, ФК можна розглядати як індекс загальної якості м’язів [12]. Водночас недостатньо з’ясоване співвідношення ФК з показниками компонентного складу тіла залежно від віку та статі, у тому числі в дітей та підлітків.

Метою даного дослідження було дослідити взаємо–зв’язок між ФК та показниками компонентного складу тіла у практично здорових дітей підліткового віку, отриманими шляхом біоімпедансного обстеження.

Матеріали та методи

До дослідження було залучено 94 дитини віком від 8 до 14 років (45 дівчаток та 49 хлопчиків), які проходили 14-денну реабілітацію на базі Закарпатського обласного дитячого санаторію «Малятко». Усі діти на момент обстеження були здорові за даними клінічного огляду і фізикального обстеження. Критеріями виключення із дослідження була наявність генетичних синдромів, пов’язаних із ожирінням, ендокринних розладів, що призводять до ожиріння, медикаментозного ожиріння та нервово-м’язової патології, що впливає на якість та вміст м’язів. Дослідження було проведено з дотриманням основних біоетичних норм Гельсінської декларації, прийнятої Генеральною асамблеєю Всесвітньої медичної асоціації про права людини, Міжнародного кодексу медичної етики та законів України.

Компонентний склад тіла визначали за допомогою біоелектричного імпедансного аналізатора TANITA МC-780 MA (Японія). Вимірювання проводили за стандартною схемою у положенні пацієнта стоячи. Діти були одягнуті в спортивні костюми, вага яких була виміряна попередньо і вводилась в прилад з метою корекції вимірюваної маси тіла. Використовували восьмиелектродну схему вимірювання, при якій 2 пари кругових електродів контактують з підошвами пацієнта, а 2 пари ручних електродів пацієнт тримає в долонях з опущеними вниз руками. Процедура вимірювання тривала приблизно 20–25 секунд.

Прилад дозволяє автоматично отримати наступні показники: масу тіла (М, кг), індекс маси тіла (ІМТ, кг/м2), абсолютний (BF, кг), та відносний (BF, %) вміст загального жиру, абсолютний (SM, кг) та відносний (SM, %) вміст скелетних м’язів, саркопенічний індекс (SI, кг/м2), абсолютний вміст води (BW, кг), абсолютну масу кісткової тканини (BM, кг). Зріст (L, м) вимірювали за допомогою ростоміра GIMA (Італія).

Для кількісної оцінки ФК використовували його інтегральне значення в градусах, виміряне при частоті зондування струмом 50 кГц між верхніми та нижніми електродами (H-L), а також регіональні значення залежно від локалізації електродів: RL, LL, RH, LH, L-L.

Взаємозв’язок між показниками ФК та компонентного складу тіла досліджували методом кореляційного та регресійного аналізу окремо для 2 вибірок обстежених, сформованих за статевою ознакою, за допомогою статистичного програмного пакета Minitab® 21.3.1 (freeware version).

Результати

Порівняння середніх групових значень показників компонентного складу тіла у 2 вибірках обстежених (табл. 1) дозволило виявити статистично значущі відмінності між дівчатками і хлопчиками тільки за відносними показниками вмісту жиру та скелетних м’язів (BF, %, SM, % та SI), тоді як абсолютні значення маси тіла, ІМТ, вмісту жиру, cкелетних м’язів, води та кісткової тканини статистично вірогідно між групами не відрізнялись. При цьому найбільш чутливим щодо компонентного складу тіла показником виявився саркопенічний індекс, який у хлопчиків був на 0,79 кг/м2 (11,8 %) вищим, ніж у дівчаток, з вірогідністю р = 0,002.

Загальний показник фазового кута (H-L) у хлопчиків був статистично вірогідно вищим, ніж у дівчаток, на 0,171° (р = 0,041). Окрім того, статистично вірогідні відмінності продемонстрували показники регіонального фазового кута у відведеннях RL та RH, які перевищували аналогічний показник у дівчаток відповідно на 0,271о (р = 0,035) та 0,189о (р = 0,024).

У табл. 2 наведено результати крос-кореляційного аналізу залежності між показниками компонентного складу тіла та фазового кута, які виявилися найбільш інформативними щодо виявлення відмінності між обстеженими вибірками дівчаток та хлопчиків. Як свідчать отримані дані, у дівчаток показники фазового кута у відведеннях H-L та RL позитивно і статистично вірогідно корелювали з усіма досліджуваними параметрами компонентного складу тіла. При цьому найвищі показники кореляції знайдено для пар H-L і SI (r = 0,42; p = 0,002) та RL і SI (r = 0,40; p = 0,004).

У хлопчиків статистично вірогідна позитивна кореляція знайдена між значеннями фазового кута у відведеннях H-L та RL і відносними показниками скелетних м’язів SM, % та SI. На відміну від дівчаток у хлопчиків не виявлено вірогідного кореляційного зв’язку між показниками фазового кута у всіх відведеннях та відносним вмістом жиру. Найвищі коефіцієнти кореляції були знайдені для пар H-L і SI (r = 0,64; p = 0,001) та RL і SI (r = 0,63; p = 0,004).

Взаємозв’язок між тими парами параметрів, які продемонстрували статистично вірогідну кореляцію, був досліджений за допомогою мультифакторного регресійного аналізу. У такій схемі аналізу показник фазового кута приймався за функцію (y), яка залежить від трьох змінних (x1, x2, та x3). Як функція приймалося значення фазового кута у відведеннях H-L та RL, а як змінні — показники BF, %, SM, % та SI. Отримані рівняння регресійної моделі дозволяють не тільки з’ясувати характер взаємозв’язку, але й кількісно оцінити вплив змінних на функцію. Регресійні моделі досліджувалися окремо у вибірках дівчаток та хлопчиків.

Згідно з результатами мультифакторного регресійного аналізу (рис. 1) у дівчаток ФК як у відведеннях H-L, так і RL найбільш суттєво залежить від саркопенічного індексу (SI). Його впливом пояснюється відповідно 18,18 та 17,50 % дисперсії ФК. У хлопчиків також найбільш суттєвим чинником, який впливав на значення ФК у відведеннях H-L та RL, було значення SI, від якого залежало відповідно 39,43 і 40,39 % дисперсії ФК.

Обговорення

Взаємозв’язок між ФК та показниками компонентного складу тіла на сьогодні залишається недостатньо з’ясованим. Результати різних авторів, які вивчали це питання, є суперечливими. Так, в огляді літератури, присвяченої цьому питанню, повідомляється, що чіткий позитивний кореляційний зв’язок між ФК і жировою масою тіла продемонстровано у 9 дослідженнях; 11 авторів повідомили про негативний кореляційний зв’язок, а 11 — не виявили жодного зв’язку [13]. На нашу думку, напрямок і сила зв’язку між ФА і жировою масою тіла, ймовірно, залежать від характеристик популяції, як-от стан здоров’я, вік, стать і стадія дозрівання. Крім того, однією з причин суперечливих результатів є велика різноманітність методів, які використовувались для оцінки жирової маси. У нашому дослідженні, яке стосувалося практично здорових дітей у віковому діапазоні 8–14 років, встановлено, що у дівчаток ФК позитивно корелює з вмістом загального жиру (BF, %). А регресійний аналіз показав, що BF, % є суттєвим чинником формування ФК, оскільки він впливає на 17–18 % дисперсії цього параметра. У вибірці хлопчиків статистично значимого зв’язку між ФК та вмістом жиру нами не виявлено.

Що ж стосується взаємозв’язку між ФК та показниками вмісту м’язів, то більшість авторів погоджується з тим, що ФК суттєво відрізняється між людьми з високим або низьким рівнем м’язової маси. У низці досліджень знайдено помірну позитивну кореляцію між ФК та безжировою масою, а також значні відмінності за цим параметром між добре тренованими бодібілдерами та здоровими особами [14, 15]. Отримані нами дані узгоджуються із цими результатами. Причому аналогічний позитивний кореляційний зв’язок між ФК та вмістом скелетних м’язів був знайдений в обох вибірках обстежених нами дівчаток та хлопчиків. Дещо вищі коефіцієнти кореляції були отримані у групі хлопчиків. Привертає увагу те, що найвищі коефіцієнти кореляції з ФК та найбільший ступінь впливу на нього продемонстрував саркопенічний індекс (SІ). Відомо, що цей показник отримують шляхом ділення суми абсолютної маси всіх чотирьох кінцівок на квадрат зросту в метрах. Очевидно, що розрахована за даними біоімпедансометричного обстеження маса м’язів кінцівок більш точно відображає цей компонент складу тіла, ніж загальну м’язову масу, яка враховує також м’язи тулуба. Аргументом на користь цієї гіпотези є суттєва різниця між коефіцієнтами кореляції для пар H-L і SM, %, RL і SM, % та H-L і SI, RL і SI як у дівчаток, так і у хлопчиків.

Тісний зв’язок між загальним і регіональними значеннями ФК та вмістом скелетних м’язів становить значний інтерес у контексті проблеми саркопенії, яка стала актуальною не тільки для людей похилого віку, але й для дитячої популяції [16]. Для діагностики саркопенії необхідне комплексне обстеження з використанням методів визначення компонентного складу тіла, визначення силових характеристик скелетних м’язів та оцінка функціонального стану організму в цілому. Вимірювання ФК могло б стати простою і доступною альтернативою цим методам і використовуватися як інструмент скринінгового масового обстеження дитячих колективів. Але для цього необхідне формування бази референтних значень цього показника, диференційованих за статтю та віком дітей. На сьогодні методика вимірювання фазового кута далека від стандартизації, яка б дозволяла порівнювати отримані різними авторами дані і розробляти на цій основі діагностичні та прогностичні критерії.

Наприклад, вимірювання імпедансу всього тіла (від кисті до стопи) можна проводити в положенні обстежуваного лежачи, сидячи або лежачи на спині з використанням гелевих електродів, що приклеюються до шкіри, або ж за допомогою контактних пластин або ручок з нержавіючої сталі. Різні конфігурації вимірювання впливають на результати [17]. У нашому дослідженні ФК вимірювали у вертикальному положенні тіла з використанням стандартних контактних електродів пластинчатого типу, попередньо обезжирених етиловим спиртом. Тому отримані нами значення ФК для обстеженого контингенту можна використовувати як референтні показники тільки для таких умов обстеження.

Висновки

1. Встановлено позитивний кореляційний зв’язок між показниками фазового кута у відведеннях H-L і показниками вмісту скелетних м’язів SM, % та SI у практично здорових дівчат та хлопчиків віком 8–14 років. Коефіцієнти кореляції становили відповідно 0,36; 0,43 та 0,34; 0,63.

2. За даними регресійного аналізу, від показника SI залежать 18,18 % дисперсії фазового кута у відведеннях H-L у дівчаток та 40,39 % дисперсії фазового кута у відведеннях H-L у хлопчиків, що вказує на високу інформативність фазового кута як маркера вмісту скелетних м’язів в організмі.

3. Для практичного використання фазового кута як діагностичного критерію кількості та якості скелетних м’язів необхідне створення великої бази референсних даних і стандартизація методики його вимірювання.

Конфлікт інтересів. Автори заявляють про відсутність конфлікту інтересів та власної фінансової зацікавленості при підготовці даної статті.

Інформація про фінансування. Дослідження виконане без грантової підтримки.

Інформація про внесок кожного автора. Паламарчук О.С. — дизайн дослідження, аналіз отриманих даних, написання тексту статті; Горленко О.М. — аналіз отриманих даних, написання тексту статті; Сливка Я.І., Дербак М.А. — збір матеріалу, аналіз отриманих даних; Рішко О.А. — аналіз отриманих даних.

Отримано/Received 06.02.2024

Рецензовано/Revised 16.02.2024

Прийнято до друку/Accepted 26.02.2024

Список литературы

1. Kyle U.G., Genton L., Karsegard L., Slosman D.O., Pichard C. Single prediction equation for bioelectrical impedance analysis in adults aged 20–94 years. Nutrition. 2001 Mar. 17(3). 248-53. doi: 10.1016/s0899-9007(00)00553-0.

2. Campa F., Toselli S., Mazzilli M., Gobbo L.A., Coratella G. Assessment of Body Composition in Athletes: A Narrative Review of Avai–lable Methods with Special Reference to Quantitative and Qualitative Bioimpedance Analysis. Nutrients. 2021 May 12. 13(5). 1620. doi: 10.3390/nu13051620.

3. Ward L.C. Electrical Bioimpedance: From the Past to the Future. J. Electr. Bioimpedance. 2021 Mar 30. 12(1). 1-2. doi: 10.2478/joeb-2021-0001.

4. da Silva B.R., Gonzalez M.C., Cereda E., Prado C.M. Exploring the potential role of phase angle as a marker of oxidative stress: A narrative review. Nutrition. 2022 Jan. 93. 111493. doi: 10.1016/j.nut.2021.111493.

5. Campa F., Toselli S., Mazzilli M., Gobbo L.A., Coratella G. Assessment of Body Composition in Athletes: A Narrative Review of Avai–lable Methods with Special Reference to Quantitative and Qualitative Bioimpedance Analysis. Nutrients. 2021 May 12. 13(5). 1620. doi: 10.3390/nu13051620.

6. Uemura K., Doi T., Tsutsumimoto K., Nakakubo S., Kim M.J., Kurita S., et al. Predictivity of bioimpedance phase angle for incident disability in older adults. J. Cachexia Sarcopenia Muscle. 2020 Feb. 11(1). 46-54. doi: 10.1002/jcsm.12492.

7. Lukaski H.C., Kyle U.G., Kondrup J. Assessment of adult malnutrition and prognosis with bioelectrical impedance analysis: phase angle and impedance ratio. Curr. Opin. Clin. Nutr. Metab. Care. 2017 Sep. 20(5). 330-339. doi: 10.1097/MCO.0000000000000387.

8. Bering T., Diniz K.G.D., Coelho M.P.P., de Souza A.C.M., de Melo L.F., Vieira D.A., et al. Bioelectrical Impedance Analysis-Derived Measurements in Chronic Hepatitis C: Clinical Relevance of Fat-Free Mass and Phase Angle Evaluation. Nutr. Clin. Pract. 2018 Apr. 33(2). 238-246. doi: 10.1177/0884533617728487.

9. de Blasio F., Di Gregorio A., de Blasio F., Bianco A., Bellofiore B., Scalfi L. Malnutrition and sarcopenia assessment in patients with chronic obstructive pulmonary disease according to international diagnostic criteria, and evaluation of raw BIA variables. Respir. Med. 2018 Jan. 134. 1-5. doi: 10.1016/j.rmed.2017.11.006.

10. Pena N.F., Mauricio S.F., Rodrigues A.M.S., Carmo A.S., Coury N.C., Correia M.I.T.D., et al. Association Between Standardized Phase Angle, Nutrition Status, and Clinical Outcomes in Surgical Cancer Patients. Nutr. Clin. Pract. 2019 Jun. 34(3). 381-386. doi: 10.1002/ncp.10110.

11. Norman K., Wirth R., Neubauer M., Eckardt R., Stobäus N. The bioimpedance phase angle predicts low muscle strength, impaired quality of life, and increased mortality in old patients with cancer. J. Am. Med. Dir. Assoc. 2015 Feb. 16(2). 173.e17-22. doi: 10.1016/j.jamda.2014.10.024.

12. Cruz-Jentoft A.J., Bahat G., Bauer J., Boirie Y., Bruyère O., Cederholm T., et al.; Writing Group for the European Working Group on Sarcopenia in Older People 2 (EWGSOP2), and the Extended Group for EWGSOP2. Sarcopenia: revised European consensus on definition and diagnosis. Age Ageing. 2019 Jan 1. 48(1). 16-31. doi: 10.1093/ageing/afy169.

13. Martins P.C., Alves Junior C.A.S., Silva A.M., Silva D.A.S. Phase angle and body composition: A scoping review. Clin. Nutr. ESPEN. 2023 Aug. 56. 237-250. doi: 10.1016/j.clnesp.2023.05.015.

14. Gonzalez M.C., Barbosa-Silva T.G., Bielemann R.M., Gallagher D., Heymsfield S.B. Phase angle and its determinants in healthy subjects: influence of body composition. Am. J. Clin. Nutr. 2016 Mar. 103(3). 712-6. doi: 10.3945/ajcn.115.116772.

15. Piccoli A., Pastori G., Codognotto M., Paoli A. Equivalence of information from single frequency v. bioimpedance spectroscopy in bodybuilders. Br. J. Nutr. 2007 Jan. 97(1). 182-92. doi: 10.1017/S0007114507243077.

16. Zembura M., Matusik P. Sarcopenic Obesity in Children and Adolescents: A Systematic Review. Front. Endocrinol. (Lausanne). 2022 Jun 1. 13. 914740. doi: 10.3389/fendo.2022.914740.

17. Dupertuis Y.M., Pereira A.G., Karsegard V.L., Hemmer A., Biolley E., Collet T.H., et al. Influence of the type of electrodes in the assessment of body composition by bioelectrical impedance analysis in the supine position. Clin. Nutr. 2022 Nov. 41(11). 2455-2463. doi: 10.1016/j.clnu.2022.09.008.