Chương 1 sẽ trình bày sâu hơn về cơ sở lý thuyết của kỹ thuật này.1 Các thành phần của cơ thể Bên trong cơ thể của một người trưởng thành có khoảng 61% nước, 17% protein, 14% mỡ, 6% khoáng chất và 2% cacbohydrate (Hình 1-1), cùng với đó là sự có mặt của 60 nguyên tố khác nhau. Đó là oxy, cacbon, hydro, nitơ, canxy, photpho, kali, lưu huỳnh, natri, clo, magie và 49 nguyên tố khác với số lượng ít. Có khoảng 7×1027 nguyên tử trong cơ thể người, tuy nhiên không phải tất cả chúng đều giống nhau. Dựa trên số lượng nguyên tử và sự có mặt của chúng trong thành phần cơ thể, các nguyên tố có thể được chia thành ba nhóm: nhóm các nguyên tố chính, nhóm các nguyên tố phụ và nhóm các nguyên tố vi lượng [3].
Biểu đồ thành phần cơ thể của một người trưởng thành khỏe mạnh [3] 2 Nhóm nguyên tố chính bao gồm oxy, hydro, cacbon và nitơ. Khoảng 60% cơ thể con người là nước. Do đó, oxy và hydro là những nguyên tố chiếm tỉ lệ lớn trong cơ thể con người. Đối với một người trưởng thành có khối lượng khoảng 70kg, chỉ riêng oxy đã đóng góp 43kg (chiếm 65% tổng trọng lượng cơ thể).
Trong khi đó hydro chỉ ở mức 7kg (chiếm khoảng 10% tổng trọng lượng cơ thể) (Hình 1-2) [4]. Bốn nguyên tố chính Oxy, Hydro, Cacbon và Nitơ chiếm khoảng 96% khối lượng cơ thể người [4] Các thành phần cơ thể con người phần lớn được chia thành hai nhóm: nhóm chất béo và nhóm chất không béo. Nhóm chất không béo được chia thành protein, khoáng chất và nước cơ thể. Protein là một thành phần chính của cơ bắp, trong khi các khoáng chất được tìm thấy chủ yếu trong xương.
Tổng lượng nước cơ thể (Total Body Water-TBW) bao gồm thể tích nước nội bào (Intracellular Water-ICW) và thể tích nước ngoại bào (Extracellular Water-ECW). ICW được tìm thấy trong các tế bào và mô, cho biết thể tích tế bào và thể tích mô. Trong khi ECW bao gồm máu, bạch cầu, v. Khối lượng tế bào cơ thể bao gồm ICW và các mô hoạt động trao đổi chất.
Các thành phần cấu tạo của cơ thể và chức năng của chúng được trình bày trong Bảng 1-1. Các thành phần của cơ thể (Hình 1-1) về cơ bản được ước tính để nghiên cứu và chẩn đoán sức khỏe, bệnh tật và tình trạng sức khỏe bất thường khác. Khối lượng cơ thể con người bao gồm khối lượng các mô có độ dẫn 3 điện cao-tạm gọi là khối lượng chất không béo (Lean Body Mass-LBM, được tính bằng tổng khối lượng cơ thể trừ đi khối lượng chất chéo) và khối lượng các mô có độ dẫn điện thấp-gọi là mỡ cơ thể (Body Fat-BF). Nhìn chung, một thành phần cơ thể không lành mạnh đề cập đến việc mang quá nhiều chất béo so với cơ, cơ thể ngày càng béo thì càng có nhiều nguy cơ rủi ro cho sức khỏe.
Trên thực tế, thành phần của một cơ thể không lành mạnh thường dẫn đến nhiều biến chứng như bệnh tim, đột quỵ, huyết áp cao, cholesterol, v. Thành phần cấu tạo của cơ thể Thành phần cấu tạo của Mô tả & chức năng cơ thể Nước nội bào (ICW) Nước cơ thể bên trong tế bào Nước ngoại bào (ECW) Nước cơ thể bên ngoài tế bào. Ví dụ như máu, bạch cầu. Nước trong cơ thể Tổng lượng nước nội bào + nước ngoại bào Protein Thành phần chính cùng với nước tạo nên phần mềm không tính mỡ Phần mềm không tính mỡ Cơ xương và cơ trơn.
Duy trì chức năng cơ cơ thể (Soft Lean Mass- thể SLM) Khoáng chất Tạo nên xương và điện giải Chất không béo (LBM) Thành phần với khối lượng phần mềm không tính mỡ và khoáng chất. Mỡ cơ thể (BF) Tổng trọng lượng cơ thể - khối lượng chất không béo Khối lượng Tổng khối lượng LBM + BF Trong cơ thể của một người khỏe mạnh, một tỷ lệ nhất định của các thành phần cơ thể được duy trì. Do đó, đánh giá thành phần cơ thể là điều cần thiết để nghiên cứu sức khỏe cũng như giúp chẩn đoán một số căn bệnh, tình trạng dinh dưỡng, tình trạng trao đổi chất trong cơ thể con người. 4 Có một số phương pháp để đánh giá các thành phần trong cơ thể như phương pháp kiểm tra nếp gấp da (Hình 1-3), phương pháp đo tỷ lệ giữa eo và hông (Hình 1-4), phương pháp đo trọng lượng dưới nước (Hình 1-3), phương pháp hấp thụ tia X năng lượng kép (Dual Energy X-ray Absorptionmetry-DEXA).
Đó là các phương pháp kiểm tra chính xác, không xâm lấn, chi phí thấp, nhanh chóng và dễ dàng trong các lĩnh vực y tế và lâm sàng để đánh giá thành phần cơ thể. Theo hướng này, phân tích trở kháng điện sinh học là cũng một phương pháp có khả năng xác định chính xác đối tượng có nguy cơ mắc bệnh. Đây là một kỹ thuật đang phát triển và đầy hứa hẹn, xếp hạng tương tự như phép đo nếp gấp da về độ chính xác và tính khách quan. BIA được sử dụng để nghiên cứu, phân tích và đánh giá khối lượng mỡ và cơ trong cơ thể.
BIA cũng cho thấy có thể đánh giá được nhiều thông số sức khỏe khác như BMI (Body Mass Index-chỉ số khối lượng cơ thể) và tổng lượng nước cơ thể (TBW). Phương pháp kiểm tra nếp gấp da (Skinfold Test) 5 Hình 1. Phương pháp kiểm tra tỷ lệ giữa eo và hông (Waist-Hip ratio) Hình 1. Phương pháp đo trọng lượng dưới nước (Underwater weighing) 1.2 So sánh các kỹ thuật đo lường thành phần cơ thể Garrow (1982) đã tóm tắt các đặc điểm của một phương pháp lý tưởng để đánh giá các thành phần trong cơ thể người là: chi phí rẻ, gây ra ít sự bất tiện cho người dùng, có thể được vận hành bởi kỹ thuật viên với trình độ chuyên môn không cao, đạt năng suất cao và kết quả phải chính xác.
Thế nhưng, không có một phương 6 pháp nào có thể đáp ứng đầy đủ các tiêu chí nêu trên. Bảng 1-2 trình bày sự so sánh tương đối giữa các đặc điểm chính của các phương pháp được thảo luận [2]. So sánh tiêu chí các kỹ thuật đo lường thành phần cơ thể [2] Phương pháp Chi phí Khó Độ khăn về chính kỹ thuật xác Nhân trắc học (Skinfolds) 1 2 2 Đo mật độ 3 4 5 Pha loãng đồng vị - Deuterium 2 3 3 - Tritium 3 3 3 Đo độ dẫn điện (Total body electrical 5 1 4 conductivity-TOBEC) Siêu âm 3 3 3 Potassium 4 4 4 Chụp cắt lớp vi tính (Computed 5 5 3 Tomography-CT) Chụp cộng hưởng từ (Magnetic 5 5 3 Resonance Imaging-MRI) Phân tích kích hoạt nơ-tron (Neutron 5 5 5 Activation Analysis-NAA) Hấp thụ tia X năng lượng kép (DEXA) 4 4 4 Phân tích trở kháng điện sinh học 2 1 4 (Bioelectrical Impedance Analysis- BIA) (*Xếp hạng điểm: tăng dần, 1=thấp nhất và 5=cao nhất) So với các phương pháp không xâm lấn khác để đánh giá các thành phần của cơ thể, kỹ thuật BIA có những ưu điểm sau: 7 (i) Không xâm lấn, an toàn, nhanh chóng, chi phí thấp, tính di động cao, dễ dàng thực hiện, không có nguy hiểm; (ii) đo khối lượng cơ thể không tính mỡ (có tính xương) và tính toán khối lượng chất béo; (iii) tính toán khối lượng thế bào có thể, tổng lượng nước cơ thể, nước nội bào và nước ngoại bào; (iv) khối lượng nhẹ, có thể được sử dụng ngay tại giường.3 Phân tích trở kháng điện sinh học (BIA) 1.1 Độ dẫn điện của cơ thể Mô cơ thể người bao gồm các tế bào lơ lửng trong môi trường nước, kết quả là độ dẫn điện của mô không đồng nhất ở quy mô hiển vi, trở kháng của mô mỡ và mô cơ cũng vì thế mà khác nhau. Dòng điện chạy qua các mô cơ thể: (a) qua mô cơ; (b) qua mô mỡ Trở kháng mô mỡ cao vì độ dẫn của mô mỡ thấp (Hình 1-6 (b)).
Ngược lại, các mô cơ chứa chất lỏng và điện giải, nước nội bào và ngoại bào, do đó độ dẫn của mô cơ cao hay nói cách khác là trở kháng thấp (Hình 1-6 (a)) [5].2 Đo trở kháng Trở kháng điện của một bộ phận cụ thể trên cơ thể được tính bằng cách đo tín hiệu điện áp ra trên bộ phận đó sau khi đưa một tín hiệu dòng điện không đổi vào đối tượng. Về mặt toán học, trở kháng (Z) được đo bằng cách chia tín hiệu điện áp 8 đo được (V) cho tín hiệu dòng điện đưa vào (I). Z sẽ được thể hiện bằng một số phức (gồm thành phần thực và ảo) và nó sẽ có một góc pha cụ thể (θ) phụ thuộc vào tính chất của mô trên phần cơ thể được đo. Trở kháng điện sinh học của mô cơ thể được đo bằng cách đưa một dòng điện xoay chiều hình sin tần số thấp, biên độ thấp vào mô thông qua một loạt các điện cực bề mặt được gắn vào bề mặt da.
Dòng điện xoay chiều được sử dụng để tránh gây tổn thương mô, do đó phép đo trở kháng sinh học không bao giờ được thực hiện với dòng điện một chiều. Trong BIA, trở kháng sinh học Z∠θ được tính bằng cách chia giá trị điện áp V∠θ1 đo được cho tín hiệu dòng điện xoay chiều I∠θ2 đưa vào, như Phương trình 1-1 dưới đây: V∠θ1 Z∠θ = (1-1) I∠θ2 BIA giả định cơ thể con người là một chất dẫn đồng nhất hình trụ có trở kháng tỷ lệ với chiều dài và tỷ lệ nghịch với diện tích mặt cắt ngang của đế [5]. Cơ thể người được giả định là một dây dẫn thể tích hình trụ đồng nhất [5] Mặc dù vậy, trong các trường hợp thực tế, cơ thể con người khác với các giả định đã đề cập ở trên, nhưng để dễ tính toán, các quy trình xây dựng BIA nói chung có các giả định sau: (i) cơ thể con người là một hình trụ được xác định bởi chiều cao và cân nặng; (ii) thành phần cơ thể là đồng nhất và phân bố đều; (iii) không có sự khác biệt và biến thể cá nhân trong các thành phần cơ thể; 9 (iv) không có thay đổi trong môi trường (nhiệt độ), thân nhiệt và áp lực [5].3 Góc pha trở kháng điện sinh học và mô hình mạch tương đương cho tế bào Màng tế bào và dịch nội bào có thể lưu trữ điện tích và nói một cách đơn giản, chúng hoạt động như một tụ điện. Đặc tính tụ điện của chúng gây ra sự lệch pha giữa dòng điện và điện áp.
Điều này dẫn đến chênh lệch thời gian giữa cường độ dòng điện và cường độ tối đa của điện áp - dòng điện chạy nhanh hơn điện áp. Sự dịch chuyển này được đo bằng độ và được gọi là góc pha.