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Bioimpedancia espectroscópica

SLACC — Wed, 07 May 2025 19:49:17 +0000

El conocimiento de la composición corporal se ha convertido como una herramienta diagnóstica clave en diversas condiciones clínicas. La estimación precisa de la distribución de los distintos compartimentos corporales permite una evaluación más integral del estado nutricional e hídrico del paciente, lo cual resulta fundamental para un abordaje terapéutico adecuado (1-3).

En la actualidad, existen diversos métodos para estimar la composición corporal, entre los que destaca la bioimpedancia eléctrica (BIA) por su carácter no invasivo, accesible y de fácil aplicación. Tradicionalmente, la BIA se ha realizado utilizando una corriente alterna de una sola frecuencia, comúnmente 50 kHz (2,3).

No obstante, la bioimpedancia espectroscópica (BIS) representa una evolución metodológica al emplear múltiples frecuencias, que van desde los 5 hasta los 1000 kHz. Este enfoque permite no solo estimar el agua corporal total, sino también diferenciar su distribución entre los compartimentos intracelular y extracelular, basándose en principios teóricos más sólidos y ofreciendo una mayor precisión diagnóstica (1,4). Así, la BIS se consolida como una técnica no invasiva, precisa y con amplias aplicaciones en el ámbito clínico.

La bioimpedancia (BIA)

Desde el punto de vista eléctrico, la impedancia es la oposición al paso de una corriente alterna y, por lo tanto, depende de la frecuencia de dicha corriente. En el contexto biológico, la bioimpedancia es una magnitud compleja compuesta por dos componentes principales: la resistencia (R), relacionada con el contenido total de agua corporal, y la reactancia (Xc), originada por la capacitancia de las membranas celulares. La capacitancia se define como la capacidad de un objeto no conductor para almacenar cargas eléctricas, y se calcula como la relación entre la variación del voltaje a través del objeto y la corriente que lo atraviesa (2,3,5).

La estimación de la composición corporal mediante bioimpedancia se basa principalmente en la medición de la resistencia, la cual permite inferir el volumen conductor del cuerpo. Este volumen está constituido principalmente por la masa libre de grasa (MLG), que incluye líquidos corporales y tejidos con alta conductividad, gracias a la presencia de electrolitos disueltos. En contraste, la masa grasa se considera eléctricamente no conductora. Diversos estudios han demostrado que el principal componente de la masa libre de grasa es el agua corporal total (ACT), que representa aproximadamente el 73.2% en sujetos con un estado de hidratación normal (2,3).

Para fines de medición, el cuerpo humano se segmenta convencionalmente en cinco partes no homogéneas: dos extremidades superiores, dos extremidades inferiores y el tronco. Esta segmentación permite un análisis más detallado de la distribución de los distintos compartimentos corporales, diferenciando entre masa grasa y masa libre de grasa. Esta última incluye tanto la masa ósea como la masa celular corporal, compuesta por proteínas y el agua corporal total, la cual se subdivide a su vez en líquido intracelular (LIC) y líquido extracelular (LEC) (2,3).

Pero... ¿Qué es la bioimpedancia espectroscópica?

En términos generales, la medición de la bioimpedancia puede realizarse tanto a nivel corporal total como segmentado, utilizando análisis de espectroscopía de frecuencia única o múltiple. Por ejemplo, el análisis basado en una sola frecuencia eléctrica, comúnmente de 50 kHz, se conoce como bioimpedancia de frecuencia única (SF-BIA). Esta técnica ha sido una de las más utilizadas y permite estimar compartimentos corporales basándose en la relación inversa entre la impedancia medida y el volumen de agua corporal total (ACT), que constituye la vía conductora para el paso de la corriente (2,3).

Por su parte, el análisis de los datos de bioimpedancia mediante un amplio rango de frecuencias se denomina Bioimpedancia Espectroscópica (BIS). Este método se fundamenta en la estimación de dos parámetros clave: la resistencia a frecuencia cero (R0), que se asocia al volumen de líquido extracelular, y la resistencia a frecuencia infinita (R∞), que corresponde al agua corporal total. La aplicación de múltiples frecuencias —desde 5 hasta 1000 kHz— permite obtener una visión más detallada de la distribución de los líquidos corporales (2,3).

La clave de esta técnica radica en cómo el cuerpo responde a distintas frecuencias eléctricas. A bajas frecuencias, la corriente no atraviesa las membranas celulares debido al efecto capacitivo de estas, por lo que el flujo se limita al espacio extracelular. A frecuencias más altas (por ejemplo, superiores a 200 kHz), la corriente logra penetrar las membranas celulares, circulando tanto por el compartimento extracelular como por el intracelular. Esto permite estimar con mayor precisión el agua corporal total, y al sustraer el volumen extracelular, se obtiene el volumen de agua intracelular (2,3).

Usos y aplicaciones de la BIS

La Bioimpedancia Espectroscópica (BIS) tiene una amplia variedad de aplicaciones en el ámbito médico y de la salud. Un ejemplo destacado es la cardiografía por impedancia, que permite monitorear la actividad cardíaca. A diferencia de la electrocardiografía, que refleja la actividad eléctrica del corazón, la cardiografía por impedancia evalúa la actividad de bombeo del corazón, proporcionando información adicional sobre su función (5).

Otra aplicación importante de la BIS es en el diagnóstico de patologías, incluida la detección temprana de cáncer. Aunque el espectro de impedancia de los tejidos puede variar entre pacientes, se puede comparar el espectro de impedancia de órganos pareados, uno sano y el otro patológico, para identificar diferencias significativas (5).

Por ejemplo, los tejidos cancerosos suelen tener una resistencia menor en comparación con los tejidos normales. Este fenómeno ha sido aprovechado en la detección temprana de cáncer de mama, utilizando el análisis de la impedancia como una herramienta diagnóstica. De manera similar, las diferencias en la impedancia entre tejidos sanos y patológicos también se aplican en la detección de cáncer de piel (5).

Estas técnicas de diagnóstico se realizan mediante el uso de un sensor multielectrodo, que permite medir la impedancia de dos áreas de la piel en vivo: una área de interés, que podría contener un tumor, y una zona saludable circundante. Según estudios recientes, la detección de cáncer de piel basada en impedancia facilita la diferenciación entre zonas sanas y patológicas, abriendo nuevas perspectivas para el monitoreo y diagnóstico en oncología (5).

La implementación de esta tecnología en la práctica médica podría transformar la forma en que se aborda el cuidado de la salud, proporcionando herramientas más precisas y eficaces para el manejo de los pacientes.

Referencias

Naranjo-Hernández D, Reina-Tosina J, Roa LM, Barbarov-Rostán G, Aresté-Fosalba N, Lara-Ruiz A, Cejudo-Ramos P, Ortega-Ruiz F. Smart bioimpedance spectroscopy device for body composition estimation. Sensors (Basel). 2019;20(1):70. doi: 10.3390/s20010070
Schoeller D. Bioelectrical impedance analysis: What does it measure? Ann N Y Acad Sci. 2000;904:159–162. doi: 10.1111/j.1749-6632.2000.tb06441.x
Kyle U, Bosaeus I, De Lorenzo A, Deurenberg P, Elia M, Gómez J, et al. Bioelectrical impedance analysis–part I: review of principles and methods. Clin Nutr. 2004 Oct;23(5):1226–43. doi: 10.1016/j.clnu.2004.06.004
Daniil D, Ekaterina A, Anna A, Sergei V, Anton E, Dmitrii M, et al. Bio-impedance spectroscopy: Basis and applications [Internet]. 2020. Available from: https://arxiv.org/abs/2005.03275
Khalil S, Mohktar M, Ibrahim F. The theory and fundamentals of bioimpedance analysis in clinical status monitoring and diagnosis of diseases. Sensors (Basel). 2014 Jun;14(6):10895–928. doi: 10.3390/s140610895

Métodos para analizar la composición corporal

SLACC — Fri, 02 Aug 2024 19:59:54 +0000

Existen diferentes métodos para poder estudiar y analizar la composición corporal, los cuales se han ido desarrollando a lo largo de la historia de la mano con el avance de la tecnología.

El papel que ha jugado los avances tecnológicos en el estudio de la composición corporal (CC) es muy significativo y marca una pauta en el forma en la que hoy comprendemos la ciencia del estudio de la CC, lo cual ha sido útil para el desarrollo de los métodos más populares que en la actualidad y cada vez una mejor comprensión de los diversos componentes del cuerpo humano.

Entre los métodos más destacados se puede mencionar la Bioimpedancia Eléctrica (BIA, por sus siglas en inglés), la Absorciometría Dual de Rayos X (DXA, por sus siglas en inglés), la Tomografía Axial Computarizada (TAC) y las técnicas de Imagen por Resonancia Magnética (IRM).

Bioimpedancia eléctrica

La bioimpedancia eléctrica (BIA) resalta como una de las metodologías más utilizadas y prácticas. Este método no es invasivo y mide la capacidad de los tejidos biológicos para impedir el paso de una corriente eléctrica alterna conocida (50 kHz) y se expresa en función de dos componentes o vectores: resistencia (R) y reactancia (Xc) (1,2).

Dentro de un miembro, la resistencia depende de la cantidad de tejido muscular, ya que este tiene un alto contenido de agua, junto con la resistencia del hueso y la masa grasa, conforme a la fórmula de resistores en paralelo (2).

Según lo anterior, existen tejidos biológicos cuya oposición a esta corriente eléctrica puede variar en función del contenido de agua, lo que significa que la impedancia eléctrica va a depender de la cantidad de agua presente en los diversos tejidos. Sin embargo, la desproporcionalidad del cuerpo también puede afectar las mediciones de impedancia (2).

Los valores de R y Xc deben ser incorporados a ecuaciones de regresión múltiples para obtener valores de diferentes compartimentos (2).

Absorciometría Dual de Rayos X

La Absorciometría Dual de Rayos X (DXA) puede utilizarse en poblaciones humanas de cualquier edad, lo que le da una ventaja significativa en comparación de otros métodos, esto debido a su baja exposición a la radiación (1,3). La exposición es mínima y varía desde 0.02 hasta 1.5 mrem según la velocidad o el instrumento que se emplee, incluso, la exposición es menor a la que está expuesto en un vuelo transcontinental. Aun así, al tener cierta radiación, no es recomendado en mujeres embarazadas por el riesgo que podría generar en el desarrollo humano (3).

Su base teórica radica en la estimación de la composición de los tejidos blandos y el contenido mineral óseo (3).

Para el análisis de CC se llevan a cabo una serie de exploraciones transversales desde la cabeza hasta la punta de los pies. Es importante recalcar que para la realización de este estudio no se requiere una preparación previa del individuo, sin embargo, la colocación es esencial para lograr datos precisos y exactos del DXA (3).

Otro punto es que el método DXA es funcional y ha sido considerado como uno de los estándares de oro para estimar la composición corporal por segmentos del cuerpo humano y la valoración de la grasa abdominal. Además de esto, los estudios muestran que DXA proporciona una medición excelente de la masa múscular esquelético apendicular. Todo esto convierte a la DXA en un buen método de referencia, ya que ofrece estimaciones precisas de la composición corporal (3).

Tomografía Axial Computarizada

Este método es un sistema que consiste en un tubo de rayos X y un receptor que gira en un plano perpendicular al individuo, creando imágenes transversales del cuerpo del sujeto expuesto .Los rayos X emitidos por el tubo van a debilitarse conforme estos pasan a través de los tejidos creando así una serie de imágenes (4).

El número de TAC es una medida de la mitigación en relación con el aire y el agua, y se puede decir que es la forma en que se expresa la mitigación de los rayos X y uno de sus determinantes principales es la densidad física (4).

Esta es una técnica utilizada con frecuencia en lo que corresponde a CC, sin embargo, anteriormente tenía una función más enfocada en medir el tamaño o proporción de los tejidos (4).

En la actualidad es un método que se utiliza para medir la composición de los tejidos sobre todo la masa muscular esquelética, entre otros.

Técnica de Imagen por Resonancia Magnética

La estimación de las partes del cuerpo, tejido muscular esquelético y adiposo, por Imágen de Resonancia Magnética (IRM) son muy similares a los ofrece la TCA. Su principal diferencia es la forma en cómo se toman las imágenes, en la IRM no se utiliza radiación ionizante (4).

La IRM mayormente se basa en la interacción entre los protones, los cuales se encuentran de manera abundante en los tejidos del cuerpo humano. Los protones de hidrógeno tienen momentos magnéticos diferentes a cero, lo que significa que son como un imán. Al momento en el que una persona entra a la unidad de resonancia magnética, que vendría siendo como un imán con la fuerza de campo 15 000 veces más fuerte que la tierra, los protones se alinean. Una vez los protones están alineados, se aplica un campo de radiofrecuencia a los diversos tejidos, lo cual provoca que algunos protones absorba energía y al detenerse las pulsaciones de radiofrecuencia se libera esa energía que habían recargado, generando señales de radiofrecuencias, creando así las imágenes de corte transversal (4).

Podemos concluir…

La tecnología es esencial para el avance del estudio de la composición corporal.

Se estima que las nuevas tecnologías emergentes como la inteligencia artificial (IA) y el análisis de big data, empiecen a tomar más relevancia en los próximos años en la ciencia del estudio para la composición del cuerpo humano y el comportamiento de sus diversos tejidos. Más específicamente, la IA puede procesar y analizar datos complejos de manera más precisa y rápida que los métodos antes mencionados. Por lo que nos queda seguir observando cómo entramos con las nuevas tecnologías a una era más avanzada de la ciencia de composición corporal.

Referencias

Heymsfield S, Lohman TG, Wang Z, Going S. Human Body Composition. 2a ed. Heymsfield SB, Lohman TG, Wang Z, Going SB, editores. Champaign, IL, Estados Unidos de América: Human Kinetics; 2005.
Kyle UG, Bosaeus I, De Lorenzo AD, et al. Bioelectrical impedance analysis—part I: review of principles and methods. Clin Nutr. 2004;23(5):1226-1243. doi:10.1016/j.clnu.2004.06.004
Nana A, Slater GJ, Stewart AD, Burke LM. Methodology review: using dual-energy X-ray absorptiometry (DXA) for the assessment of body composition in athletes and active people. Int J Sport Nutr Exerc Metab. 2015;25(2):198–215.
Thomas EL, Fitzpatrick JA, Malik SJ, Taylor-Robinson SD, Bell JD. Whole body fat: content and distribution. Prog Nucl Magn Reson Spectrosc. 2013;73:56–80.

Modelo de los cinco niveles

SLACC — Wed, 31 Jul 2024 16:40:53 +0000

En la historia del estudio de la Composición Corporal (CC), es recurrente tocar temas relacionados a los componentes de esta suma de elementos que conforman al cuerpo humano, donde por años diversos científicos han estudiado la relación de las sumas de las partes que componen al organismo humano, con el fin de su mayor comprensión. La masa corporal puede estudiarse en cinco niveles diferentes que coexisten, pero son independientes el uno del otro, lo cual se le conoce como el modelo de los cinco niveles. En este modelo, propuesto por Wang y Heymsfield en 1992, la masa corporal se puede analizar desde cinco niveles: atómico, molecular, celular, tejidos y sistemas (tisular) y cuerpo total (Fig.1) (1,2).

Dentro de cada nivel podemos encontrar diversos elementos específicos y la suma de todos estos componentes de los cinco niveles constituyen el total de la masa corporal.

Fig 1. Modelo de cinco niveles para la organización de la investigación en composición corporal. Adaptado de: Wang Z, Pierson R, Heymsfield S. The five-level model: a new approach to organizing body-composition research. Am J Clin Nutr. 1992;56(1):19–28. (1)

Niveles de análisis de la composición corporal

Atómico (I)

Este nivel es la base del análisis de la CC, donde se pueden identificar once elementos, sin embargo, de estos, podemos destacar seis principales que forman aproximadamente más del 96% de la masa corporal, de los cuales son oxígeno, hidrógeno, carbono, calcio, fósforo y nitrógeno (1). En composición corporal, estos elementos son importantes en áreas como la radiobiología y en modelos para estimar grasa corporal total, proteína corporal y Masa Celular Corporal (MCC), utilizando elementos como carbono, potasio y nitrógeno (3,4).

Molecular (II)

Los elementos principales incorporados en moléculas presentes en el cuerpo humano son: agua, lípidos, proteínas, carbohidratos (glucógeno), minerales óseos y tejidos blandos. En el campo de investigación en CC, así como en el área clínica y deportiva, es el modelo que más se utiliza, siendo parte de las áreas de la nutrición, metabolismo de proteínas y lípidos, la homeostasis mineral y el balance hídrico (2,5).

Celular (III)

El cuerpo humano se compone por tres compartimentos principales: células, líquido extracelular (compuestos orgánicos e inorgánicos) y sólidos extracelulares (colágeno, fibras elásticas, entre otros). Este nivel es importante para el estudio fisiológico ya que las células son unidades biológicas funcionales básicas. La evaluación de estos compartimentos puede permitir una comprensión fisiológica amplia de procesos biológicos (3).

Tejidos y sistemas (IV)

Las células, líquidos y sólidos extracelulares se organizan en tejidos, órganos y sistemas. Estos tejidos pueden agruparse en cuatro categorías: muscular esquelético, conectivo, epitelial y nervioso.

Tres tejidos son especialmente relevantes para la investigación en CC: tejido adiposo, muscular esquelético y óseo, que en conjunto forman aproximadamente el 75% de la masa corporal (2,6).

El tejido adiposo se encuentra esparcido alrededor de todo el cuerpo, y las características metabólicas de estas fluctúan por diferentes partes anatómicas (7). En este nivel se tiende a interactuar con varias ramas de la biología humana, como la histología, anatomía, fisiología, entre otras. Es de saber que ciencias de la salud, centran gran parte de su interés en este nivel.

Cuerpo completo (V)

Este nivel se refiere al tamaño, forma y descripción de las características físicas del cuerpo de un ser humano. Existen diversas dimensiones que pueden ser evaluadas a través de este nivel: talla, longitud de segmentos inferiores y superiores, anchuras corporales, circunferencias o perímetros, espesores de pliegues cutáneos, densidad corporal e índice de masa corporal.

Por lo tanto, se pueden clasificar en zonas o partes como extremidades (superiores e inferiores) tronco y cabeza, las cuales pueden ser medidas por diversos métodos (5.6).

A considerar

Es esencial y útil tener un orden que diferencie o clasifique la independencia de cada uno de los diversos componentes de los cinco niveles del modelo; esto con el fin de que se eviten confusiones cuando se elaboran modelos de composición corporal y su misma interpretación.

Aunque el modelo de cinco niveles ofrece una estructura clara para entender la composición corporal, la investigación revela que varios componentes se entrelazan entre estos niveles. Es imperativo para la investigación de la CC que, mientras la masa corporal y el equilibrio energético se mantengan estables, los componentes principales también lo hacen, permitiendo relaciones predecibles fundamentales para los modelos de composición corporal y destacando áreas prometedoras para futuras investigaciones clínicas y científicas.

En conclusión, es frecuente usar el modelo de los cinco niveles para llevar a cabo un adecuado análisis de la composición corporal, al mismo tiempo, en el campo de la investigación se espera que, junto al avance de la tecnología y la colaboración de los investigadores, se pueda continuar incorporando estudios de CC en relación al metabolismo energético sin presencia de alguna enfermedad y mecanismos patológicos de varias enfermedades.

Referencias

Wang Z, Pierson RN, Heymsfield SB. The five-level model: a new approach to organizing body-composition research. Am J Clin Nutr. 1992 Jul;56(1):19-28. doi: 10.1093/ajcn/56.1.19.
Heymsfield SB, Lohman TG, Wang Z, Going SB, editores. Human Body Composition. 2nd ed. Champaign, IL: Human Kinetics; 2005.
Moore FD, Olesen KH, McMurrey JD, Parker HV, Ball MR, Boyden CM. The Body Cell Mass and Its Supporting Environment: Body Composition in Health and Disease. Philadelphia: W.B. Saunders Company; 1963.
Sutcliffe JF. A review of in vivo experimental methods to determine the composition of the human body. Phys Med Biol. 1993 Jun;38(6):719-59. doi: 10.1088/0031-9155/38/6/001.
Martínez EG. Composición corporal: Su importancia en la práctica clínica y algunas técnicas relativamente sencillas para su evaluación. Salud Uninorte. 2010;26(1):140-53.
González Jiménez E. Composición corporal: estudio y utilidad clínica. Endocrinol Nutr. 2013;60(2):69-75. doi: 10.1016/j.endonu.2012.04.003.
Björntorp P. Obesity: a disease or a biological adaptation? Obes Rev. 2000 Oct;1(1):15-9. doi: 10.1046/j.1467-789x.2000.00004.x.