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ARTÍCULOS DE REVISIÓN
Elementos teóricos y prácticos sobre la bioimpedancia eléctrica en salud
Theoretical and practical facts about health electric bioimpedance
MSc. Lidyce Quesada Leyva; Dra. Cira Cecilia León Ramentol; MSc. José Betancourt Bethencourt; MSc. Elizabet Nicolau Pestana
Centro de Inmunología y Productos Biológicos (CENIPBI). Universidad de Ciencias Médicas. Camagüey, Cuba.
RESUMEN
Fundamento: la bioimpedancia eléctrica es una técnica que se usa para medir la composición corporal que tiene el cuerpo humano, se basa en la capacidad de éste para conducir la corriente eléctrica. Permite medir los parámetros bio-eléctricos en sistemas biológicos.
Métodos: se realizó una búsqueda bibliográfica en las plataformas de acceso a bases de datos de la red de información de salud cubana INFOMED, dentro de ellas en EBSCOhost, PubMed, Clinical Key y SciELO. Se utilizaron los descriptores: bioimpedancia eléctrica en salud y health electric bioimpedance.
Desarrollo: se abordan los principales aspectos de la bioimpedancia eléctrica como técnica para evaluar la composición corporal. Se presentan los aspectos relacionados con sus ventajas, limitaciones y aplicaciones de la misma.
Conclusiones: el uso de la impedancia eléctrica para el análisis de la composición corporal, se presenta como una técnica no invasiva de gran precisión que en un corto período de tiempo permite obtener datos de manera fiable para la evaluación del estado de hidratación y nutrición tanto en personas sanas como en las enfermas por diversas causas.
DeCS: IMPEDANCIA ELÉCTRICA; COMPOSICIÓN CORPORAL; ÍNDICE DE MASA CORPORAL; ASISTENCIA MÉDICA; LITERATURA DE REVISIÓN COMO ASUNTO.
ABSTRACT
Background: electric bioimpedance is a technique used to measure the body composition humans have. It is based on the body’s capacity to conduct electricity. It allows to measure bioelectrical parameters in biological systems.
Objective: to describe practical and theoretical elements about electric bioimpedance that permit different health specialists to know its practical usage for health care and research.
Methods: a literature search was carried out in database platforms of the web on Cuban health information INFOMED, among them, EBSCOhost, PubMed, Clinical Key and SciELO. Electric bioimpedance in health and health electric bioimpedance were the descriptors used.
Development: the electrical bioimpedance as a technique to assess body composition were describe. Aspects related to its advantages, limitations and applications of bioimpedance are presented.
Conclusions: the use of electric impedance for the analysis of the body composition is presented as a non-invasive technique of great precision, which in a short period of time allows obtaining reliable data for the assessment of hydration and nutrition states either in healthy or ill people due to different causes.
DeCS: ELECTRIC IMPEDANCE; BODY COMPOSITION; BODY MASS INDEX; MEDICAL ASSISTANCE; REVIEW LITERATURE AS TOPIC.
INTRODUCCIÓN
El análisis de la composición corporal consiste en el fraccionamiento de la masa corporal total en sus distintos componentes. 1 Se ha utilizado el índice de masa corporal (IMC), y la circunferencia de la cintura y la cadera o pliegues de grasa subcutánea para evaluar el estado nutricional de las personas, porque las medidas que intervienen son sencillas de tomar y son fáciles de calcular. Aunque son poco precisos en determinados casos, en particular para el diagnóstico clínico, ya que no distingue adiposidad de musculatura o tejido esquelético. 2
La asociación entre el exceso de grasa corporal y el riesgo cardiovascular ha acelerado en los últimos años el desarrollo de numerosas técnicas. El uso de algunas de estas técnicas se generaliza en la práctica clínica y algunas como el análisis de bioimpedancia o Bioimpedance Analysis (BIA) o la absorciometría dual de rayos X Dual Energy X-Ray Absorptiometry (DEXA), se aplican en estudios poblacionales como son los Nacionales de Salud y Nutrición de Estados Unidos. 3
La BIA ha ganado popularidad en la evaluación y el monitoreo del estado nutricional, permite medir los parámetros bioeléctricos en sistemas biológicos, debido a la estrecha relación de estos con los parámetros biológicos: agua corporal total (ACT), sus compartimentos (aguas intracelular, extracelular y del tercer espacio) y la composición corporal (masa libre de grasa (MLG); masa grasa (MG), índice de masa corporal (IMC) y metabolismo basal (MB) entre otros). 4 En medicina se ha utilizado para el monitoreo de los aparatos: respiratorio (frecuencia y arritmias respiratorias, agua extravascular pulmonar), cardiovascular (gasto cardíaco) y del sistema nervioso central (circulación cerebral, procesos isquémicos). 5
El principio físico de la BIA consiste en la oposición que ofrece un tejido biológico al paso de la corriente eléctrica alterna. Los parámetros bioeléctricos que se estiman son: la resistencia eléctrica (R), la reactancia inductiva (XL) y la reactancia capacitiva, Xc (en ohm). La reactancia inductiva se expresa como XL = 2(π)(Hz)(L), donde XL es la reactancia inductiva en Ohmios, L la inductancia en Henrios, Hz es la frecuencia (Ciclos) y 2π es una constante, mientras que la reactancia capacitiva se expresa como XC = 1/2πfC, donde f es la frecuencia y C la capacidad de lo que se mide. A partir de R y Xc se calculan el módulo de impedancia eléctrica, |Z| (en ohm) y el ángulo de fase, θ (en grados), mediante |Z|= (R2 + Xc2 ) y θ = tg −1 (Xc / R). 6, 7
Estos parámetros dependen del contenido en agua y la conducción iónica en el organismo.8 Se define resistencia (R) como la oposición del tejido al pase de la corriente y reactancia (Xc), es el otro efecto negativo sobre la conducción eléctrica y está descrito por el comportamiento como condensador de la membrana celular y depende a su vez de la frecuencia. 9
MÉTODOS
Se realizó una revisión bibliográfica acerca del tema en la Universidad de Ciencias Médicas de Camagüey, de abril a junio de 2015, en el Centro de Inmunología y Productos Biológicos. Para la investigación se utilizaron los descriptores del MeSH (Medical Subject Headings) y DeCS (Descriptores en Ciencias de la Salud) en SciELO. La estrategia de búsqueda combinó diferentes palabras claves y los operadores lógicos:
1. Bioimpedancia eléctrica.
2. Ángulo de fase.
3. Composición corporal.
Combinaciones de términos: 1 AND 3; 2 OR 3; 1 AND 2.
Se consideraron artículos originales publicados en la década 2004-2014, en plataformas de acceso a bases de datos de la red de información de salud cubana INFOMED, dentro de ellas en EBSCOhost, PubMed, Clinical Key, SciELO y la Biblioteca Virtual de Salud (BVS).
DESARROLLO
Bioimpedancia y parámetros asociados
La impedancia (Z), medida en ohmios, es la raíz cuadrada de la suma de los cuadrados de R y Xc, es dependiente de la frecuencia y pueden incluir resistencia (R), reactancia inductiva (XL) y la reactancia capacitiva (XC), las reactancias capacitivas e inductivas están dadas por fórmulas, en función de la frecuencia en Hertz, la inductancia en Henrios y la capacitancia en Faradios, las cuales son variables físicas que se pueden medir. Una vez obtenidas las expresiones de las reactancias capacitivas e inductivas, se puede hacer una suma vectorial para obtener una impedancia equivalente, cuya expresión de magnitud y ángulo estarían dadas por 
. 7
La resistencia (R) es la oposición de un conductor biológico al flujo de una corriente eléctrica alterna, mientras que Xc es el efecto de la resistencia debido a la capacitancia, almacenamiento de carga eléctrica en un condensador, producida por las interfaces de los tejidos y las membranas celulares. La capacitancia hace que la corriente deje atrás la tensión, donde crea un cambio de fase. Este cambio se cuantifica según la geometría como la transformación angular de la relación de la Xc a la R, o el ángulo de fase (AF). 9
El AF se puede calcular solo de R y Xc como el arco tangente (Xc/R) x 180º/π. Por lo tanto, el AF, por una parte es dependiente de la capacitancia de los tejidos (Xc) asociado con la celularidad, tamaño de la célula e integridad de la membrana celular, y por otro lado, del comportamiento de la R, que depende solo de la hidratación de los tejidos. 10
Impedancia bioeléctrica(BIA) y análisis vectorial (BIVA)
La BIVA, por otro lado, se basa en el cumplimiento del vector impedancia y en su ángulo de fase, medido en 50hz, pero es un método que puede ser influido por el error de medida de la impedancia y por la variabilidad fisiológica de los sujetos. Las variables de medida de la BIVA son la resistencia (R) y la reactancia (Xc), que son las mismas de la BIA, pero a su vez son normalizadas por la altura y registradas como vectores en el plan RXc. El cumplimiento del vector establece el nivel de hidratación del sujeto, de manera que, cuanto mayor el vector, menor la cuantidad de agua y mayor la resistencia (R), mientras que el mayor ángulo de fase está asociado al mejor estado nutricional. 11
Esta técnica permite analizar la hidratación del paciente y distinguir los tejidos corporales con mayor contenido de agua (músculos) y aquellos con bajo contenido de agua (tejido adiposo, pulmón y huesos). 12 La reactancia (Xc), por otro lado, determina la capacidad de las membranas celulares para almacenar energía, ya que actúan como condensadores eléctricos cuando una corriente eléctrica pasa a través de ellas. Estas actúan como conductores y el contenido celular ejerce como material dieléctrico, donde almacena la carga cuando la corriente pasa entre el compartimento intra y extracelular. 12, 13
El AF también se ha utilizado para predecir la masa celular corporal, por esta razón, también se utiliza como un indicador nutricional en adultos y niños. Se ha estudiado el papel del AF, como un indicador de pronóstico y este puede variar en diferentes condiciones clínicas. 9
En la actualidad existe una gran cantidad de ensayos clínicos que proponen el AF como un marcador pronóstico útil en condiciones clínicas, como en cirrosis hepática, 14 varios tipos de cáncer, 14, 15 esclerosis sistémicas, 16 también se observó una asociación positiva entre el AF y la supervivencia en pacientes con VIH-positivos. 17 Varios autores sugieren que el AF puede ser una herramienta importante para evaluar el resultado clínico o para evaluar la progresión de la enfermedad y este puede ser superior a otros indicadores nutricionales, bioquímicos o antropométricos. 18, 19
Principios y propiedades bioeléctricas del cuerpo humano
La resistencia es proporcional a la longitud del cuerpo (por lo general se considera su longitud o altura) e inverso proporcional al área de sección (en general las medidas que representan los perímetros de los segmentos del tronco y de las extremidades). Por ello, un cuerpo largo tendrá una mayor resistencia en relación con uno más corto, y un cuerpo con un área de sección pequeña tendrá una resistencia menor.
En matemática, el volumen del conductor puede estimarse con la ecuación: volumen del conductor:
Volumen (V) = longitud (L) × área (A) A = V/L (resistencia) R = p (L/A)
R=pL (L/V) V = p L2/R
Donde p una constante de resistividad del cuerpo. 5
Esta relación volumétrica asume que el conductor tiene una forma uniforme y que la corriente también se distribuye con uniformidad. La constante de resistividad del cuerpo (p) en ohm (Ω)/cm es independiente del tamaño y la forma, y es similar a la gravedad específica. Si se sustituye la longitud por la estatura, se obtiene el cociente del cuadrado de la estatura por la resistencia (estatura 2/R), en cm2/Ω, y este es el conocido índice de impedancia, que es proporcional al volumen corporal. 1 Este índice es de gran importancia, ya que se presenta en la mayoría de las ecuaciones de predicción, como la mayor y más importante variable predictora del ACT. 5
Los aparatos de impedancia eléctrica introducen en el cuerpo una corriente alterna de amperaje muy bajo (imperceptible), que discurre por el cuerpo al actuar el agua corporal como elemento conductor y la resistencia que ofrece el fluido al paso de esa corriente, es medida por el medidor de impedancia. 5
Los flujos eléctricos de corriente atraviesan de forma diferente tanto los líquidos extracelulares, como los intracelulares y son dependientes de la frecuencia de la corriente. En frecuencias de 5 Hz o menores, esta corriente fluye muy bien por el agua extracelular con una reactancia muy baja. Con frecuencias por encima de 100 Hz, la corriente penetra en los tejidos corporales también con una reactancia mínima. 5
La constante de resistividad (p) no es igual en todos los segmentos del cuerpo humano y esto se debe a las variaciones intraindividuales e interindividuales de la composición de los diferentes tejidos, que en suma son parte de las diferencias interindividuales y de la existencia de errores de predicción en la estimación de la composición corporal mediante BIA. 5
El fundamento principal de la técnica de BIA es valorar la respuesta de los tejidos al paso de una corriente eléctrica de tipo alterno, que deberá ser de un voltaje muy bajo e indoloro para el humano. 6
La corriente utilizada puede ser de dos tipos: monofrecuencia (50 kHz) o multifrecuencia. 6 Ambas pueden medir el ACT, por lo tanto, la multifrecuencia puede discriminar y estimar el contenido hídrico y celular del cuerpo. Esto se debe a que la multifrecuencia permite atravesar las membranas celulares. 20, 21
Es de destacar que las mediciones pueden realizarse de cuerpo total, cuerpo parcial o segmental, esto depende de la ubicación de los electrodos negativos y positivos. En el caso de los pacientes con trastornos de la conducta alimentaria se pudiera emplear aquellos tipos de impedancia que evaluasen por completo el cuerpo de los pacientes, debido a los cambios corporales que suelen tener lugar en pacientes con anorexia nerviosa, 22 bulimia nerviosa 23 y obesidad 24 (se considera al trastorno por atracón con complicaciones similares a la obesidad y el sobrepeso al consumir alimentos ricos en energía y grasas en los episodios de atracones).
Por lo tanto se puede afirmar que, las corrientes multifrecuencia son capaces de atravesar las membranas celulares, 25 de esta manera se considera el cuerpo humano como un cilindro de talla (L) y sección trasversal (A) se establece que: Z = (pxL)/A. 26
Piccoli A, et al, 27 desarrollaron un nuevo método el cual no depende de modelos, estimaciones o ecuaciones, y que sólo se afecta por las medidas de Z o bien de la variabilidad individual. Se trata de la construcción de un gráfico R/H (abscisas) y Xc/H (ordenadas), estandarizado por edades. Cada vector individual puede ser comparado con las referencias de unas elipses que representan el 50, el 75 y el 95 % de tolerancia para cada edad y tamaño corporal.
El movimiento del vector de impedancia puede variar (emigrar) a diferentes zonas que se interpretan como estados de deshidratación con largos vectores, hiperhidratación con vectores cortos y cambios a izquierda o derecha según cambios producidos en la MLG. 27
De esta manera mediante la vía gráfica se obtiene una herramienta para el análisis de la anasarca o la deshidratación de manera sencilla (figura 1).26, 27
Validez de las mediciones de BIA
El cuerpo humano no es un elemento uniforme, ni en longitud, ni en sus áreas transversales de sección, ni en su composición iónica y estas circunstancias afectan a la precisión de las medidas; 28, 29 además la impedancia corporal es diferente entre etnias, lo cual tiene influencias en la precisión de la BIA, 30 la cual puede afectarse por múltiples y diferentes situaciones que se deberán tener en cuenta: la posición del cuerpo, la hidratación, la ingestión de comida y bebida, el aire ambiente y la temperatura de la piel, la actividad física reciente y la conductancia del lugar donde se realiza (la superficie de la camilla). 31
La estandarización del método es fundamental para la estimación de componentes como el ACT, la MLG y la MG. La precisión de los cálculos también puede verse afectada incluso por variaciones en la posición de los electrodos, las especificaciones de la máquina y de los diferentes algoritmos o ecuaciones de cálculo suministrados por cada fabricante.
Una serie de circunstancias y situaciones, que afectan al material utilizado, pueden influir en los datos obtenidos en la medición y en la estimación. Estos aspectos son importantes de cara a la correcta ejecución de la BIA.
Utilidad práctica de la BIA
La tomografía de impedancia eléctrica (TIE), utiliza el principio físico de la impedancia para evaluar diferentes propiedades tisulares. Donde se utiliza múltiples electrodos y es posible obtener imágenes de la bioimpedancia de una sección del cuerpo.
El principio de la TIE está basado en las medidas repetidas de los voltajes de superficie, resultantes de una inyección rotatoria de corriente alterna de baja intensidad entre electrodos situados en una circunferencia que rodea el objeto estudiado. 32 En el pulmón ventilado con lesión pulmonar aguda la técnica tiene particular interés al tener la capacidad de proporcionar datos importantes de lo acontecido en un corte axial del parénquima pulmonar que, por definición, es un tejido heterogéneo con zonas que presentan diferentes características mecánicas. Esto provoca que los parámetros globales (de presión y volumen) que ofrece el ventilador, tengan distinta repercusión en diferentes áreas, al combinarse unidades alveolares sobre-distendidas con unidades alveolares colapsadas y estas áreas pueden tener, además, un diferente grado de perfusión tisular. 32
La obesidad está asociada con un incremento de la morbilidad y mortalidad cardiovascular, ha sido relacionada la cantidad de grasa, en particular la grasa intra-abdominal con el incremento del riesgo cardiovascular, más que el IMC. 33
La insuficiencia cardíaca crónica es asociada con la activación neuro-hormonal y anormalidades en el control autonómico que conduce a la retención de sodio y agua y un incremento en la excreción de potasio, con el edema subsecuente o ascitis, también es asociada con pérdida de masa del músculo esquelético y grasa corporal que progresa a la caquexia cardíaca, cuando la hidratación del tejido es inconstante el análisis de BIA convencional produce estimaciones inexactas de compartimientos del cuerpo, como otros métodos de análisis de composición corporal. Una alternativa es obtener la información sobre la hidratación del tejido y su integridad a través de las propiedades eléctricas de tejidos mediante el análisis de las dimensiones de la BIA. 34
El linfedema se caracteriza por edema significante y acumulativo en el tejido, con repercusión funcional, estética y psicosocial. Un diagnóstico preciso es fundamental antes de decidir un tratamiento que apunte a restablecer el equilibrio entre la carga de proteínas y la capacidad de transporte del sistema linfático. El análisis de BIA, aunque no proporciona una medida de volumen cuantitativa del linfedema, proporciona un índice de la medida que es favorable, en correlación con las dimensiones cuantitativas del aumento de volumen del miembro visto en el linfedema. 35
El análisis de BIA es una herramienta útil para determinar el estado nutricional y de hidratación del enfermo en hemodiálisis. Los dos sistemas más utilizados son la bioimpedancia de monofrecuencia vectorial y la bioimpedancia multifrecuencia espectroscópica, que utiliza diferentes criterios para clasificar el grado de hidratación del enfermo dializado. 36
El conocimiento del estado de hidratación es fundamental en la valoración clínica de los pacientes con enfermedad renal crónica, antes y después de iniciar tratamiento sustitutivo. La incorporación del peso seco medido por BIS en pacientes en hemodiálisis permite comprobar que, en algunos casos, la valoración clínica está desviada de la realidad y, en otros casos, permite mejorar la tolerancia hemodinámica. De ello van a depender el control de la presión arterial y el grado de desarrollo de la hipertrofia del ventrículo izquierdo. 37
La prevalencia de cáncer del pulmón de células pequeñas es muy alta y es la mayor causa de muerte por cáncer relacionada a nivel mundial.
La pérdida de peso y la desnutrición se encuentran en el 38 % de pacientes con cáncer pulmonar; la desnutrición ha sido asociada con la pobre respuesta a la terapia e identificada como una mayor contribución a la morbilidad y mortalidad.38
El estado inflamatorio y nutricional de estos pacientes ha sido evaluado por la medición de varios objetivos: parámetros del laboratorio que incluyen albúmina, la proporción de neutrófilos/linfocitos, proporción de plaquetas/linfocitos, proteína C-reactiva, así como la evaluación nutritiva por medio de la valoración global subjetiva y los métodos antropométricos, donde se incluye el IMC y el análisis de BIA. 39
CONCLUSIONES
Se reseñan en el artículo diversos elementos teóricos y prácticos sobre la bioimpedancia eléctrica en salud. La bibliografía consultada indica que el uso de la impedancia eléctrica (BIA) para el análisis de la composición corporal, se presenta como una técnica no invasiva de gran precisión que en un corto período de tiempo permite obtener datos de manera fiable para la evaluación del estado de hidratación y nutrición tanto en personas sanas como en las enfermas por diversas causas.
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Recibido: 3 de marzo de 2016
Aprobado: 20 de julio de 2016
MSc. Lidyce Quesada Leyva. Máster en diagnóstico veterinario. Centro de Inmunología y Productos Biológicos (CENIPBI). Universidad de Ciencias Médicas de Camagüey. Camagüey, Cuba. Email: lidyce@iscmc.cmw.sld.cu
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