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インピーダンス法の原理


Bioelectrical Impedance Analysis (BIA)
生体電気インピーダンス法とは、組織の生物学的特性による電気伝導性の差異を利用して、身体構成を予測する方法です。
電気伝導性は、水分と電解質量に比例し、細胞の形が円形に近いほど減少しますが、脂肪組織は円形の細胞から成り立っ
ています。また、水分が筋肉や他の組織に比べて相対的に少ないため、脂肪量が増加すると電気伝導性は減少するこ
とになります。

関連論文 「適切な体成分分析法及び追跡検査」、カン ジヒョン
  2005.第10会大韓民国肥満学会(KOSSO)研修講座261〜269

人体に微弱な交流電流を流すと、電気は伝導性の良い水分に沿って流れ、水分の量によって体水分、脂肪、筋肉等での
インピーダンスが異なります。このとき発生するインピーダンスは体成分と関連性がありますので、
これを用いて体成分を評価します。
人体が伝導性の高い組織(Conductor:除脂肪)と低い組織(Insulator:体脂肪)で構成されているという電気的特性と、
インピーダンス測定値に二つの組織の比率が反映されるという特性を利用する方法を、生体電気インピーダンス法といいます。

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bia formula
生体電気インピーダンス法では、人体を一つの均質な円筒、あるいは四肢と胴体の五つの均質な円形の和と仮定して、
人体の体水分量及び体脂肪量を算出します。均質な円筒形の伝導体でインピーダンスは、伝導体の長さに比例し、
断面積に反比例するという仮定を数式で整理したのが上記の式で、均質な円筒形の伝導体の容積は長さの二乗に比例し、
インピーダンスに反比例する式に変換できます。このとき、長さの二乗をインピーダンスで割った値に該当する定数を
インピーダンスインデックスといい、容積算出の最も重要な公式として使用します。
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The assumed premises of BIA
生体電気インピーダンス法には次のような前提条件があります。
a. 人体は身長と体重によって大きさが決定される一つの円筒、あるいは五つの円筒が組み合わされた形である。
b. 人体を構成している成分は全て均質に分布していると仮定する。
c. 個人による体成分の差異はないものとする。
d. 外的な環境条件(気温等)及び体温による変化、ストレスによる変化はないものとする。
しかし、実際の人体は仮定とは大きく異なります。


bia_premises

実際の人体は、インピーダンスが身長に正確に比例する均質なチューブ形の伝導体ではなく、決められた温度で電流の流れを
減少させる程度(p)も一定していません。また、人体は不均質な構成成分からなり、複雑な形状から成り立っており、
年齢により体密度が異なり、性別により体構成成分が異なるだけでなく、外的条件により変化しています。

従って、実際の人体と生体電気インピーダンス法の前提仮定との差異を乗り越えるために、インピーダンスと身長の他に、
体重、性別、年齢等の予測変数で補正した推定モデルを開発して適用しなければなりません。
一方、性別、年齢を考慮した体成分算出の公式を開発するためには、性別と年齢による臨床実験が必要となります。

一つの公式を用いて性別と年齢を考慮せずに体成分を算出する公式は、便利で開発コストも抑えることができますが、
より高い正確度の体成分分析器を開発するためには、上記の前提条件からの仮定を補完する必要があります。

関連論文 “Estimation of Body Fluid Volumes Using Tetra polar Bioelectrical Impedance
Measurements.”, Henry C Lukaski and William W. Bolonchuk
Aviation, Space, and Environmental Medicine. December, 1988
“Bioelectrical Impedance Analysis in Body Composition Measurement .”, NIH, USA
National Institute of Health Technology Assessment Conference Statement
December 12-14, 1994. 15.
“Comparison of total body potassium with other techniques for measuring lean body
mass in men and women with AIDS wasting.”, Colleen Cocoran, Ellen J Anderson,
Belton Burrows, Takara Stanley, Mark Walsh, Allion M Poulos and Steven Grinspoon
Am J Clin Nutr vol 72, No.4, 1053-1058. Oct. 2000
“Estimation of skeletal muscle mass by bioelectrical impedance analysis.“,
Ian Janssen, Steven B. Heymsfield, Richard N. Baumgartner, and Robert Ross
J Appl Physiol 89:465-471. 2000
“Bioelectrical Impedance Analysis(BIA) May Predict AIDS Survival”, John S. James
AIDS treatment News. 06/16/95
「適切な体成分分析法及び追跡検査」、カン ジヒョン
  2005.第10会大韓民国肥満学会(KOSSO)研修講座261〜269
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