Influence of different test conditions on the measured values of bioelectric impedance analysis

HINTERGRUND. In zahlreichen epidemiologischen Studien, so auch in der bevölkerungsbasierten Würzburger Kohortenstudie STAAB (STAdien A und B der Herzinsuffizienz) mit primären kardiologischen Fragestellungen, wird die Körperzusammensetzung mittels bioelektrischer Impedanzanalyse (BIA) gemessen. In einer Pilotstudie wurden das Messprotokoll und die Reproduzierbarkeit der Messungen überprüft. Außerdem wurde untersucht, wie sich die Verletzung bestimmter Protokollvorschriften (Messung am nüchternen Probanden im Ruhezustand) verzerrend auf die Messwerte auswirken. METHODEN. Die Probanden (16 Männer, 18 Frauen) waren volljährig, hatten keine mit dem Protokoll unverträglichen Erkrankungen oder Medikationen und erteilten ihre schriftliche informierte Einwilligung. In sechs konsekutiven BIA-Messungen wurden mittels Seca® mBCA 515 fettfreie Masse, Muskelmasse, Fettmasse, Fettanteil, Gesamtkörperwasser und extrazelluläres Wasser unter verschiedenen Bedingungen bestimmt. Zunächst wurden unter den vorgeschriebenen Standardbedingungen zwei direkt aufeinander folgende Messungen durchgeführt, zwischen denen die Probanden das Gerät verließen. Die dritte Messung erfolgte unmittelbar nach dem Trinken von 500mL Mineralwasser, die vierte nach 20-30min Wartezeit. Anschließend unterzogen sich die Probanden unterzogen einer körperlichen Belastung (Laufen im Stand, Springen, Kniebeugen) bis zum Einsetzen einer deutlichen Schweißproduktion. Die fünfte BIA-Messung erfolgte im unmittelbaren Anschluss an die Belastung, die sechste nach weiteren 5min Ruhepause. ERGEBNISSE. Die beiden unter Standardbedingungen durchgeführten Messungen lieferten bei den Probanden jeweils fast identische Werte. Die Wasseraufnahme wurde vom Gerät bei Männern nur marginal (+100g), bei Frauen gar nicht als solche registriert. Vielmehr wurde eine signifikante Zunahme der Fettmasse angezeigt (Männer +300g, Frauen +500g, siehe Abbildung). Die Fehlzuordnung des aufgenommenen Wassers verschob sich nach der Wartezeit nur geringfügig. Nach der körperlichen Belastung wurde bei den Männern eine gestiegene Fettmasse gemessen (+400g, siehe Abbildung), die sich nach der kurzen Ruhepause wieder reduzierte (–300g), während sich die angezeigte Körperwassermasse genau gegenläufig verhielt. Bei den Frauen waren die Veränderungen unter Belastung und nach der Ruhepause geringfügig. Die Verlaufsprofile der Geschlechter unterschieden sich in allen Messvariablen signifikant (Interaktionstest). SCHLUSSFOLGERUNG. Die Messwerte des BIA-Geräts sind unter den definierten Standardbedingungen gut reproduzierbar. Die experimentellen Veränderungen der Protokollstandards simulierten alltäglich vorkommende Einflussfaktoren wie Wasserzufuhr oder körperliche Belastung kurz vor der Untersuchung. Die Ergebnisse zeigen, dass die Nichteinhaltung der Standards zu messbaren Verzerrungen führen. Dies ist umso gravierender, da die Verzerrungen in den vom Gerät angezeigten Messwerten physikalisch nicht ihren kausalen Ursachen entsprechen und zudem bei den Geschlechtern verschieden ausgeprägt sind. Vor dem Hintergrund dieser Ergebnisse sollten bei der epidemiologischen Interpretation statistischer Zusammenhänge von BIA-Werten mit anderen Messgrößen auch immer die möglichen Auswirkungen fehlerhafter Zuordnung von Körperanteilen kritisch geprüft und erörtert werden.BACKGROUND. In numerous epidemiological studies, including the population-based Würzburg cohort study STAAB (STAdiums A and B of cardiac insufficiency) with primary cardiological questions, the body composition is measured by means of bioelectric impedance analysis (BIA). In a pilot study, the measurement protocol and the reproducibility of the measurements were checked. In addition, it was investigated how the violation of certain protocol regulations (measurement on an empty test person at rest) has a distorting effect on the measured values. METHODS. The subjects (16 men, 18 women) were of legal age, had no illnesses or medications incompatible with the protocol and gave their written informed consent. In six consecutive BIA measurements, Seca® mBCA 515 was used to determine fat-free mass, muscle mass, fat mass, fat content, total body water and extracellular water under various conditions. First of all, two consecutive measurements were carried out under the prescribed standard conditions between which the test persons left the device. The third measurement was taken immediately after drinking 500mL of mineral water, the fourth after a waiting time of 20-30min. Subsequently, the test persons underwent physical strain (running in a standing position, jumping, squats) until the onset of a clear sweat production. The fifth BIA measurement was carried out immediately following the load, the sixth after a further 5-minute rest period. RESULTS. The two measurements carried out under standard conditions delivered almost identical values for the test persons. The water absorption was only marginally (+100g) for men and not registered as such for women. Rather, a significant increase in fat mass was reported (men +300g, women +500g, see figure). The misallocation of the absorbed water was only slightly postponed after the waiting period. After the physical exertion, an increased fat mass was measured in men (+400g, see figure), which decreased again after a short rest (-300g), while the indicated body water mass was exactly opposite. In the case of women, the changes under stress and after rest were slight. The course profiles of the sexes differed significantly in all measurement variables (interaction test). CONCLUSION. The measured values of the BIA device are easily reproducible under the defined standard conditions. The experimental changes in protocol standards simulated everyday occurring influencing factors such as water intake or physical exertion shortly before the examination. The results show that non-compliance with the standards leads to measurable distortions. This is all the more serious since the distortions in the measured values displayed by the instrument do not physically correspond to their causal causes and are also different for the sexes. Against the background of these results, the epidemiological interpretation of statistical correlations of BIA values with other measured variables should always include a critical examination and discussion of the possible effects of incorrect allocation of body parts