Assessment of phase angle, resistance and reactance as well as fat-free mass, total body water and fat mass with bioelectrical impedance analysis in patients with body mass index > 27

Übergewicht und Adipositas treten in der westlichen Welt mit zunehmender Häufigkeit auf und stellen inzwischen eine der Hauptursachen für eine erhöhte Mortalität und Morbidität dar. Die wichtigsten Risikofaktoren vor allem der abdominellen Adipositas werden im metabolischen Syndrom zusammengefasst. Diesem liegt pathophysiologisch eine Insulinresistenz zugrunde. Daraus resultieren die wichtigsten Folgeerkrankungen wie Diabetes mellitus, arterieller Hypertonus und bei Frauen das Syndrom der Polyzystischen Ovarien. In dieser Arbeit wird untersucht, ob sich dafür mittels einer einfach zu handhabenden Methode wie der Bioimpedanzanalyse ein metabolisches Risiko feststellen lässt. Die BIA ist als nichtinvasive Methode zur Bestimmung der Körper¬zusammensetzung, insbesondere der Körperzellmasse und des Körperwassers bei normal- und untergewichtigen Patienten mit verschiedenen Erkrankungen anerkannt. Die Validität der mit der BIA errechneten Körperkompartimente ist bei Übergewichtigen jedoch geringer, während nicht bekannt ist, welche Faktoren die direkt gemessenen Rohwerte der Bioimpedanzanalyse wie Phasenwinkel, konduktiver und kapazitiver Widerstand beeinflussen. Deshalb werden hier an einer heterogenen Gruppe von übergewichtigen Männern und Frauen aller Adipositasgrade ohne Begleiterkrankung, mit einem arteriellen Hypertonus, einer Glucosestoffwechselstörung oder einem Polyzystischem Ovarsyndrom aus den drei Studien CAP, HOS und CHARMANT die physikalischen Parameter der BIA, nämlich der Phasenwinkel Alpha, die Resistance R und Reactance Xc bestimmt. Daraus werden mit Hilfe von spezifischen Formeln für Übergewichtige die Magermasse, die Fettmasse und das Ganzkörperwasser jeweils als Absolutwert und als prozentualer Anteil am Gesamtgewicht berechnet. Zunächst wird dann die Abhängigkeit der BIA-Messgrößen und der Körperkompartimente zu den Grundgrößen Geschlecht, Alter und BMI geprüft. Dabei stellt sich heraus, dass sich die bei Normalgewichtigen in der Literatur bereits beschriebene Korrelation zu Geschlecht und Alter auch bei den Adipösen nachweisen lässt. Untersucht man dagegen die Abhängigkeit zum Body Mass Index, so zeigt sich im Gegensatz zu schlanken Personen keine Zunahme des Phasenwinkels mit steigendem BMI, während die BIA-Widerstände Resistance und Reactance sowie der prozentuale Magermassenanteil sogar kleiner werden bei gleichzeitig zunehmender relativer Fettmasse. Auch das Körpergewicht korreliert bei den Übergewichtigen negativ signifikant mit dem konduktiven und kapazitiven Widerstand. Deshalb lässt sich vermuten, dass ein zunehmender Adipositasgrad zu einem Verlust stoffwechselaktiver Körperzellen bei gleichzeitiger Zunahme des Extrazellulärwassers führen könnte. Nach Bildung von Untergruppen anhand der adipositas-assoziierten Erkrankungen PCOS und arterieller Hypertonus zeigt sich, dass die Messparameter der Bioimpedanzanalyse allein bei einer so heterogenen Gruppe von Übergewichtigen keine eindeutige Auskunft über ein metabolisches Risiko für Begleiterkrankungen geben können. Lediglich durch den Vergleich der Körperkompartimente ergibt sich bei den Probanden mit adipositas-assoziiertem arteriellem Hypertonus ein nichtsignifikant erhöhter Wert für das Gesamtkörperwasser, was auf eine generelle Kochsalzretention hindeuten könnte. Anhand der beiden beispielhaft aufgeführten Erkrankungen wird deutlich, dass sich insbesondere der Phasenwinkel gegenüber bezüglich Geschlecht, Alter und BMI korrespondierenden gesunden Probanden aus größeren Stichproben nicht wesentlich unterscheidet, wobei das unterschiedliche Design der Referenzstudien als Quelle von Fehleinschätzungen mit berücksichtigt werden muss. Zwischen Patientinnen mit Hypertonus und mit PCOS differiert die Höhe des Phasenwinkels sogar stärker als zwischen PCOS- und gesunden Probandinnen. Lediglich mit der R-Xc-Graph-Methode ergeben sich mit Hilfe unterschiedlich langer und flacher Impedanzvektoren im Vergleich zu Referenzpopulationen Verschiebungen bei Adipösen mit Begleiterkrankungen, die auf metabolische Komplikationen vor allem durch Zunahme des Körperwassers und einen allerdings wesentlich geringeren Verlust von stoffwechselaktiven Zellen hindeuten. Es findet sich jedoch erstaunlicherweise eine positive Korrelation zwischen dem Phasenwinkel - der in der Literatur als ein Indikator für einen gesunden Ernährungszustand auf zellulärer Ebene und als prognostischer Marker bei bestimmten Erkrankungen postuliert wird – und der Insulinresistenz bzw. der Höhe der Insulinkonzentration. Eine Erklärungsmöglichkeit hierfür ist die anabole Wirkung dieses Hormons, dessen Konzentration bekanntermaßen bei fortgeschrittenem manifestem Diabetes mellitus wieder abnimmt, was dann auch in aus früheren Studien an Typ 2-Diabetikern bereits dokumentierten wieder kleineren Phasenwinkeln resultiert. Die zum Schluss untersuchte Abhängigkeit der BIA-Messwerte bzw. der Körperkompartimente zur Menge der aufgenommenen Nahrungsenergie, die mit Hilfe eines Ernährungsprotokolls ermittelt wurde, ergibt keinen statistisch signifikanten Zusammenhang. Diese in der vorliegenden Arbeit an einer relativ kleinen heterogenen Gruppe Adipöser vorgestellten Ergebnisse stellen Querschnittuntersuchungen dar und sollten in prospektiven Studien mit größerer Probandenzahl weiter überprüft werden.Overweight and obesity appear with increasing prevalence in industrialized countries and are associated with higher morbidity and mortality. The main risc factors of abdominal obesity, above all, are summarized in the metabolic syndrome. The pathophysiological principle is the insulin resistance. From this, most important metabolic problems result as diabetes, hypertension and among women the syndrome of polycystic ovaries. The aim of this review is to find out if a metabolic risk can be detected by an easy and non-invasive method as is the bioelectrical impedance analysis. The BIA is generally recognized as a valid and useful bedside technique to assess human body composition, especially the body cell mass and the body water of normal- and underweight subjects with different comorbidities. However, the validitiy of the overweight subjects` body compartments calculated by BIA is lower. Moreover, it is not known, what factors have an effect on the directly measured impedance parameters, such as phase angle, resistance and reactance. That´s why here the physical parameters of BIA, as the phase angle Alpha, the resistance R and the reactance Xc are measured in a heterogenous group of obese men and women with all grades of obesity. The subjects participated in three studies - CAP, HOS and CHARMANT - and are either healthy or suffer from hypertension, impaired glucose tolerance or polycystic ovary syndrome. With specific equations for overweight subjects lean body mass, fat mass and total body water are calculated alone and in relation to the whole body mass. After this, the relation between impedance parameters or body composition to basic characteristics such as age, sex and BMI is assessed. As a result, an association to sex and age of obese subjects can be demonstrated, as formerly shown already in normal weight patients. However an increasing phase angle can not be seen with higher BMI in contrast to lean subjects. Even, with increasing BMI resistance and reactance and lean body mass related to body weight become smaller while fat mass related to body weight is raising. In obese subjects, the whole body mass is also negatively correlated with resistance and reactance. That´s why it can be supposed that an increasing grade of obesity may lead to a loss of metabolically active body cell mass and to increasing extracellular water. After division into two subgroups - one with polycystic ovary syndrome and one with hypertension – it can be demonstrated that the measured parameters of bioelectrical impedance analysis alone are not able to give information about the metabolic risk of developping obesity - related comorbidities among various obese subjects. Only the comparison of body compartments show that total body water is nonsignificantly higher in patients with obesity-related hypertension, which could be attributed to a general salt and water retention. Furthermore it can be shown that the phase angle of obese patients with hypertension or polycystic ovary syndrome does not significantly differ from the phase angle of obese healthy subjects with corresponding sex, age and body mass index. However, the various design of reference studies has to be considered as a source of misinterpretation. Between female patients with hypertension and polycystic ovary syndrome the phase angle even differs more than between healthy and PCOS patients. Only the analysis of different impedance vectors with the R-Xc-graph method can assess differences between obese subjects with related disease and healthy reference groups. This may be due to metabolic complications because of the increase of body water above all and a very smaller loss of body cell mass with metabolic activity. Amazingly a positive correlation can be found between phase angle – in former studies postulated as an indicator for a good nutrition status on cellular level and a prognostic marker for certain disease – and insulin resistance or elevated insulin levels. It may be possibly explained by the anabolic effect of this hormone. Its level decreases again when a manifest diabetes appears, as is known from former studies on patients with type 2-diabetes, and then - as a consequence - smaller phase angles have been measured. In the end, the relation of bioimpedance parameters or body compartments to the amount of caloric intake was assessed by a nutrition protocol. No significant relation could be determined. The results of this study have been investigated on a small heterogeneous group of obese patients and represent cross section analyses. They should be further validated in prospective studies with a higher number of participants