О ВОЗМОЖНОСТЯХ БИОИМПЕДАНСНОГО ТИПИРОВАНИЯ В

О ВОЗМОЖНОСТЯХ БИОИМПЕДАНСНОГО ТИПИРОВАНИЯ
В КЛИНИЧЕСКОЙ ПРАКТИКЕ
Мартиросов Э.Г.1, Руднев С.Г.2, Николаев В.Г.3, Синдеева Л.В.3, Николаев Д.В.4,
Казакова О.А.4, Семенов М.М.1, Романова Т.Ф.1, Колесников В.А.4
1
ГОУ ДОСН МГФСО Москомспорта; 2Институт вычислительной математики РАН;
3
Красноярская государственная медицинская академия; 4НТЦ “Медасс”
Формализация представления медицинской информации – проблема, которой
посвящено множество публикаций в нашей стране и за рубежом. В отдельных
приложениях, например, при оценке текущего состояния центральной гемодинамики,
успешное решение было предложено около 30 лет назад в рамках трехкомпонентной
классификации типов гемодинамики [2] в координатах: сердечный индекс, давление
наполнения левого желудочка, общее периферическое сопротивление (СИ, ДН, ОПС).
Описано пространство допустимых, встречающихся в медицинской практике значений
вектора типов гемодинамики (11 из 27 кубических областей) – которым присвоены
названия,
отражающие
особенности
регуляции
системы
кровообращения
при
соответствующих сочетаниях параметров: нормокинетический, гиперкинетический и др.
В антропологии предложены различные варианты количественной и качественной
оценки телосложения человека, объединяемые термином соматотипирование. Одной из
наиболее распространенных является схема Шелдона в модификации Хит и Картера [3],
основанная на измерении длины и массы тела, толщины кожно-жировых складок (на
плече, под лопаткой, над подвздошным гребнем, и на задней части голени), а также
локтевого и коленного диаметров и окружностей предплечья и голени [3]. Соматотип по
Хит и Картеру определяется как вектор, содержащий три компоненты: индексы
эндоморфии (ENDO), мезоморфии (MESO) и эктоморфии (ECTO), вычисляемые по
соответствующим формулам на основе измеренных значений антропометрических
признаков. Компоненты соматотипа (баллы эндо-, мезо- и эктоморфии) оцениваются
следующим образом:
Балл эндоморфии (ENDO) = – 0.7182 + 0.1451 × X – 0.00068 × X2 + 0.0000014 × X3,
где X = (сумма кожно-жировых складок на трицепсе, под лопаткой и в области
супраспинальной точки (мм)), умноженная на 170.18 и деленная на длину тела (см).
Балл мезоморфии (MESO) = 0.858 × биэпикондилярная толщина плеча (см)
+ 0.601 × бикондилярная ширина бедра (см) + 0.188 × исправленная окружность
плеча при руке, согнутой в локте (см) + 0.161 × исправленная окружность голени (см) –
0.131 × длина тела (см) + 4.5.
Для вычисления балла эктоморфии используются формулы на основе ростовесового индекса (РВИ), вычисляемого как РВИ = длина тела, см /(масса тела, кг)1/3:
Если РВИ больше или равно 40.75, то
Балл эктоморфии (ECTO) = 0.732 × РВИ – 28.58.
Если РВИ меньше 40.75, но больше 38.25, то
Балл эктоморфии (ECTO) = 0.463 × РВИ – 17.63.
Если РВИ меньше или равно 38.25, то
Балл эктоморфии (ECTO) = 0.1.
Таким
образом,
первые
два
компонента
соматотипа
определяются
по
антропометрической схеме Хит и Картера на основе измерений толщины кожно-жировых
складок. Компоненты соматотипа имеют разную интерпретацию: балл эндоморфии
трактуется
как
степень
жироотложения,
балл
мезоморфии
–
как
проявление
ширококостности и “мышечности”, а балл эндоморфии – как степень “вытянутости”.
В литературе описаны связи компонент соматотипа и состава тела с развитием
заболеваний [1,5,6]. Вместе с тем, технология оценки соматотипа методом антропометрии
плохо защищена от случайных погрешностей и не приспособлена к применению в
клинических условиях. Для получения сопоставимых результатов антропометрические
измерения должны проводиться опытным специалистом в стандартизованных условиях.
Это препятствует широкому использованию накопленных в антропологии знаний и
подходов, в том числе к формированию норм, чрезвычайно важных в клинической
практике. Поэтому не случайны попытки модифицировать эту технологию, используя в
качестве исходных данных вместо антропометрических показателей комбинации
параметров состава тела, получаемых в биоимпедансном анализе – неинвазивном
инструментальном методе, применяемом в клинической медицине.
В 2004 году польские исследователи Т. Навариш и Л. Островска-Навариш на
основе результатов антропометрического обследования 260 подростков в возрасте от 16
до 18 лет предложили биоимпедансную схему определения первого и второго
компонентов соматотипа по Хит и Картеру [4]. Величина коэффициента корреляции
первой компоненты соматотипа и импедансной оценки процентного содержания жира в
организме в их работе составила r = 0.93, что указывает на весьма существенную связь
двух оценок показателя эндоморфии. В то же время, полученная ими импедансная оценка
индекса мезоморфии (r=0.41) не может быть признана удачной. Третий компонент
соматотипа, индекс эктоморфии, определяется только по длине и массе тела, измерение
которых является частью стандартной процедуры биоимпедансного обследования.
Результаты корреляционного анализа антропометрических и импедансных оценок
первой и второй компонент соматотипа по результатам нашего обследования контингента
студентов и спортсменов в возрасте 15-22 лет показаны на рис. 1. Они демонстрируют
высокую степень соответствия антропометрического индекса эндоморфии и импедансной
оценки жировой массы, нормированной на длину тела (r=0.76 для женщин и r=0.69 для
мужчин), и среднюю – по индексу мезоморфии в сопоставлении с безжировой (тощей)
массой, нормированной на длину тела (r=0.57 для женщин и r=0.55 для мужчин).
Рис. 1. Корреляции первой и второй компонент соматотипа по Хит-Картеру
и импедансных параметров удельной жировой и тощей массы
Мы предлагаем дополнить традиционный набор параметров, непосредственно
измеряемых или оцениваемых методом биоимпедансного анализа, импедансными
оценками соматотипа и другими информативными сочетаниями параметров состава и
строения тела, таких как АКМ – активная клеточная масса, СММ – скелетно-мышечная
масса и ОТ/ОБ – отношение окружности талии к окружности бедер.
Вычисления
по
данным
биоимпедансного
анализа
состава
тела
легко
автоматизировать, они могут выполняться в рамках расширенных версий существующего
программного обеспечения. Возможность автоматического «типирования» позволит
оперативно сравнивать группы индивидов по любому набору признаков, имеющих
содержательную
физиологическую
интерпретацию
в рамках конкретной задачи.
Примером такого набора являются основные компоненты состава тела (жировая, тощая,
активная клеточная, скелетно-мышечная массы), нормированные на длину тела, и
величины, характеризующие особенности телосложения, такие как росто-весовой индекс
по Хит-Картеру (эктоморфия) и соотношение талия-бедра:
EN = а1  ЖM / ДT;
ME = а2  ТM / ДT;
EC = а3  ДT / МТ1/3;
AC = а4  АКM / ДT; MW = а5  CММ / ДT; ТБ = а6  (а7 – ОТ/ОБ).
Для согласования диапазонов изменения указанных параметров с размерами
области визуализации были рассчитаны значения коэффициентов а1–а7, и соотношения
приобрели следующий вид:
EN = 0.15  ЖM / ДТ;
AC = 0.15  AКM / ДT;
ME = 0.15  ТM / ДT;
MW = 0.2  СММ / ДT;
EC = ДT / МТ1/3;
ТБ = 3.5  (2 – ОТ/ОБ).
Рис. 2. Трехмерное представление вектора параметров пациента
(“приведенный соматотип”)
Пример изображения вектора параметров пациента представлен на рис. 2. В кубе с
осями ЭНДО, МЕЗО и ЭКТО размерностью 101010 помещено изображение точки
(конца вектора) с координатами, соответствующими вычисленным значениям (EN, ME,
EC). Единичная ячейка, в которую попадает точка, выделена контуром и тремя
проекциями на гранях куба.
На основе графического представления могут быть получены оценки расстояний
между точками выбранного фазового пространства, области, специфичные для
клинических признаков, установлен факт попадания вектора параметров пациента в
специфичную
область,
расстояние
до
границы
области,
а
при
многократных
исследованиях – тенденции сближения или удаления от границы области.
Инструмент
типирования
дает
возможность
формализованного
описания
интуитивно используемых алгоритмов классификации пациентов по риску заболеваний.
Одно из применений данного подхода заключается в прогнозировании риска развития
метаболического синдрома. Связав средние величины клинических признаков тяжести
метаболического синдрома с координатами вектора типирования, логично попытаться
построить шкалу тяжести заболевания по сложившейся комбинации антропометрических
параметров и на основе этой оценки определять при первичном обращении пациента
тяжесть заболевания, а при динамических наблюдениях – степень успешности лечения.
Актуальным направлением применения метода в спортивной медицине может
стать профессиональный отбор в различные виды спорта и объективный контроль
состояния подготовки высококвалифицированных спортсменов перед ответственными
соревнованиями.
Это
предполагает
формирование
с
использованием
данных
биоимпедансных измерений многомерного представления соматических показателей
спортсменов конкретной специализации. Очевидно, что в ряде случаев (например, у
борцов сумо, баскетболистов и марафонцев) эти представления в координатах ENDO,
MESO, ECTO будут значительно различаться. Для анализа менее выраженных по
специфичности наборов признаков у спортсменов разных специализаций могут быть
использованы стандартные методы многомерного статического анализа и методы
распознавания образов.
Заключение. Биоимпедансный анализ – простой в применении и надежный
неинвазивный
инструментальный
метод
исследования,
адаптированный
для
использования в полевых, амбулаторных и клинических условиях. Традиционный набор
соответствующих параметров включает количественные характеристики импеданса и
основных компонент состава тела. Этот набор можно дополнить биоимпедансной оценкой
соматотипа и другими физиологически значимыми параметрами с возможностью
визуального анализа и автоматического типирования индивидов по различным наборам
признаков с использованием методов многомерного статистического анализа данных и
методов распознавания.
Список литературы
1. Мартиросов Э.Г., Николаев Д.В., Руднев С.Г. Технологии и методы определения
состава тела человека. М.: Наука, 2006. 248с.
2. Сидоренко Г.И. (ред.) Инструментальные методы исследования в кардиологии. Минск,
1994. 272с.
3. Heath B.H., Carter J.E. A modified somatotype method // Am. J. Phys. Anthropol. 1967.
V.27, №1. P.57-74.
4. Nawarycz T., Ostrowska-Nawarycz L. Evaluation of the first and second components of
somatotype using bioelectric impedance analysis // Proceedings of XI-th International
conference on electrical bioimpedance. Oslo, Norway, June 17-21, 2001. P.349-352.
5. Riegerova J., Pavelkova L. The body structure and the risk of cardiovascular diseases / Dr.
Ales Hrdlicka and anthropology in 1993 (Eds. P. Blaha and V. Vancata). Prague: Charles
University, 1993. P.109-112.
6. Slaughter M.H., Lohman T.G. Relationship of body composition to somatotype // Am J.
Phys. Anthropol. 1976. V.44. P.237-244.