Er bioelektrisk impedans-analyse valid blandt afrikanske hiv-smittede?

Maria Hein Hegelund | Nov 2018 | #8C674A |

Maria Hein Hegelund
cand.scient. i global sundhed,
Infektionsmedicinsk Klinik,
Rigshospitalet

Mette Frahm Olsen
ph.d.,
Institut for Idræt og Ernæring,
Sektion for Børne- og
International Ernæring,
Københavns Universitet

I Afrika syd for Sahara er underernæring udbredt blandt hiv-smittede og associeret med øget sygdomsprogression. Underernæring og hiv kan være en ond cirkel, da underernærede er mere modtagelige over for hiv og opportunistiske infektioner, samtidig med at selve hiv-infektionen også kan forårsage underernæring på grund af nedsat appetit og forringet optagelse af næringsstoffer.1 

For hiv-smittede, der påbegynder antiretroviral behandling, er underernæring, i form af et lavt BMI, forbundet med nedsat overlevelse.2,3 Studier af kropssammensætning har konkluderet, at det er tabet af fedtfri masse (primært muskelmasse), frem for fedtmasse, der er afgørende for patienternes risiko for at dø.4,5 Måling af kropssammensætning er derfor relevant for at kunne vurdere, om vægtøgning efter påbegyndelse af antiretroviral behandling består af fedtmasse eller fedtfri masse. Det er derfor væsentligt at have en valid metode til bestemmelse af kropssammensætning. 

Hvad er bioelektrisk impedans-analyse?
Bioelektrisk impedans-analyse (BIA) er en billig, ikke-invasiv og let anvendelig metode til vurdering af kropssammensætning.6 Da en stor del af kroppen består af vand, er den i stand til at lede strøm. Bioelektrisk impedans måler denne ledningsevne ved at sende en spænding gennem kroppen. Ved hjælp af en indbygget formel anvendes ledningsevnen og modstanden i de forskellige væv til at estimere kroppens vandindhold, og derudfra kan man efterfølgende beregne fedtmasse og fedtfri masse. 

Desværre er detaljerne i de indbyggede formler i BIA-apparater ikke tilgængelige fra producenterne, men vi ved, at de er baseret på en referencemetode såsom DEXA-scanning og at de, udover impedansen (modstand og ledningsevne), inkluderer variable såsom højde, alder, vægt og køn.6

Hvorfor bioelektrisk impedans-analyse kan være upræcis blandt afrikanske hiv-smittede
Hydreringsgraden af fedtfri masse hos raske voksne er forholdsvis konstant på 73,2%,7 men vægttab og ændret kropssammensætning, der er hyppigt blandt personer med hiv og/eller underernæring,8 kan have betydning for hydreringsgraden. Derudover kan validiteten af BIA også påvirkes af etnicitet primært på grund af forskelle i kropsbygning.9 BIA-producentens formel er ofte genereret ved hjælp af data fra personer af europæisk oprindelse.9 Det kan derfor resultere i upræcise estimater, hvis metoden anvendes på personer af anden oprindelse end referencepopulationen.

Deuterium (eller ”tungt vand”) kan anvendes som en anerkendt metode til bestemmelse af kropssammensætning.10 Ved valideringsstudier om kropssammensætning anvendes metoden ofte som reference. Der findes dog kun få studier, der har testet validiteten af BIA-producenternes indbyggede formler på hiv-smittede og personer af afrikansk oprindelse. Et studie udført på en lille population i Europa konkluderede, at BIA var en valid metode til bestemmelse af kropsammensætning blandt hiv-smittede,11 mens et studie med afrikanske hiv-smittede konkluderede, at BIA ikke var en valid metode.12 

Derudover er flere formler, der tidligere har været anset som valide blandt hiv-smittede11,13 blevet testet, hvor der blev sået tvivl om anvendeligheden blandt hiv-smittede af afrikansk oprindelse.14 Det er derfor uvist, om BIA giver upræcise resultater, når metoden anvendes hos afrikanske hiv-smittede. 

Validering af bioelektrisk impedans-analyse blandt hiv-smittede i Etiopien
I forbindelse med et forskningsstudie blandt hiv-smittede i Etiopien, lige før påbegyndelse af antiretroviral behandling, indsamlede vi data om kropssammensætning ved hjælp af både BIA og deuterium. Baseret på disse data kunne vi derfor undersøge validiteten af BIA i denne population. Data blev indsamlet på tre sundhedscentre i Jimma i det sydvestlige Etiopien. 

Fedtfri masse blev målt med BIA (Tanita, BC-418), der anvender 8-elektroder og en frekvens på 50 Hz. Validiteten blev undersøgt ved brug af parret t-test og Bland-Altman plot, hvor fedtfri masse målt ved hjælp af BIA blev sammenlignet med fedtfri masse målt ved hjælp af deuterium. Der blev gennemført to overordnede t-tests stratificeret for henholdsvis alder og køn samt hiv-status. Bland-Altman plot er et differensplot, der angiver overensstemmelse mellem to metoder. 

Derudover genererede vi en alternativ kalibreringsformel til beregning af fedtfri masse ud fra den rå impedansdata fra BIA-apparatet og vores egne data. Formlen blev genereret via multipel lineær regression for bestemmelse af fedtfri masse målt med deuterium ved hjælp af data fra den ene halvdel af deltagerne. Regressionsmodellen inkluderede impedans, højde, vægt, alder og køn. Formlens prædiktive evner blev derefter testet via Bland-Altman plot, blandt den anden halvdel af deltagerne. 

Resultater
Der var tilgængelige BIA- og deuterium-data for 281 hiv-smittede. To tredjedele var kvinder med en gennemsnitsalder (SD) på 32,7 (8,6) år. 46% var underernærede med en BMI under 18,5 kg/m2. Det gennemsnitlige antal CD4-celler (SD) var 196,2 (116) celler/µl og 57% havde <200 celler/µl (tabel 1).

Vi fandt ingen væsentlig forskel på de to metoder (tabel 2 og 3). Den overordnede t-test viste en gennemsnitlig forskel på -0,1 kg (95% KI -0,2; 0,3). Blandt de mest syge (<50 CD4-celler/µl) var gennemsnitsforskellen 1,3 kg (p=0,06). Bland-Altman-plottet viste også relativ god overensstemmelse med en gennemsnitsforskel (SD) på -0,1 (2,3) kg med en øvre grænse på 4,5 kg og en nedre grænse på -4,6 kg (figur 1). 

Regressionsmodellen viste en lille korrelation på -0,1 (SE 0,02) (p=0,01) af differensen mellem de to metoder, i forhold til gennemsnittet af fedtfri masse målt ved henholdsvis BIA og deuterium med en R2 på 0,02. Ved lave niveauer overestimerede BIA fedtfri masse sammenlignet med deuterium, hvorimod BIA underestimerede fedtfri masse ved høje niveauer. 

Deltagerne blev tilfældigt fordelt i to grupper. Vi anvendte data fra den ene halvdel, og med deuterium som reference kunne vi derfor estimere fedtfri masse ud fra følgende formel: 

FFM =18,74+(0,20·H2/Z)+(0,42·vægt)–(0,07·alder)–(6,42·køn)

Højde (H) er i cm, Z er impedans i ohm og køn er udtryk som mand=0 og kvinde=1 (R2=0,82, spredningen=2,6 kg). 

Fedtfri masse estimeret ud fra ovenstående formel blev testet i den anden gruppe mod henholdsvis BIA og deuterium. For BIA var gennemsnitsforskellen (SD) -0,1 kg (2,2 kg) med en øvre og nedre grænse for overensstemmelse på henholdsvis 4,3 kg og -4,5 kg. For deuterium var gennemsnitsforskellen (SD) -0,1 kg (2,9 kg) med en øvre og nedre grænse for overensstemmelse på henholdsvis 5,6 kg og -5,8 kg.

Konklusion

BIA måler impedans, og metoden er derfor kun anvendelig til bestemmelse af kropssammensætning, hvis formlen, der omregner slutværdier fra impedansen, er valid for den pågældende population. I denne population fandt vi god overensstemmelse mellem BIA og deuterium-metoden, dog med en tendens til en overestimering af fedtfri masse blandt de mest syge (CD4 <50 celler/µl). Da vi så på relativt syge hiv-smittede med en anden etnicitet end BIA-producentens referencepopulation, havde vi faktisk forventet større uoverensstemmelse mellem BIA og deuterium. 

På grund af usikkerhederne forbundet med sygdom og etnicitet vil vi advare mod ukritisk brug af Tanita og lignende BIA-apparater til vurdering af kropssammensætning. Det mest optimale vil altid være at generere en populationsspecifik formel til ens egen patientgruppe, eller alternativt bruge én, der er baseret på en tilsvarende population. Der bliver løbende publiceret nye kalibreringsformler i forskningslitteraturen, hvilket gør det lettere at vælge en relevant formel, fremfor at stole på maskinens indbyggede formel, hvor man ikke kender detaljerne.

Interessekonflikter: Ingen.

Referencer

1. Duggal S, Chugh TD, Duggal AK. HIV and malnutrition: effects on immune system. Clinical & Developmental Immunology 2012;784740. 2. Koethe JR, Lukusa A, Giganti MJ, et al. Association between weight gain and clinical outcomes among malnourished adults initiating antiretroviral therapy in Lusaka, Zambia. Journal of Acquired Immune Deficiency Syndromes 2010;53(4):507-513. 3. Lawn SD, Harries AD, Anglaret X, Myer L, Wood R. Early mortality among adults accessing antiretroviral treatment programmes in sub-Saharan Africa. AIDS 2008;22(15):1897-1908. 4. Kotler DP, Tierney AR, Wang J, Pierson RN. Magnitude of body-cell-mass depletion and the timing of death from wasting in AIDS. The American Journal of Clinical Nutrition 1989;50(3):444-447. 5. Melchior JC, Niyongabo T, Henzel D, Durack-Bown I, Henri SC, Boulier A. Malnutrition and wasting, immunodepression, and chronic inflammation as independent predictors of survival in HIV-infected patients. Nutrition 1999;15(11-12):865-869. 6. Kyle UG, Bosaeus I, De Lorenzo AD, Deurenberg P, Elia M, et al. Bioelectrical impedance analysis–part I: review of principles and methods. Clinical Nutrition 2004;23(5):1226-1243. 7. Wang Z, Deurenberg P, Wang W, Pietrobelli A, Baumgartner RN, Heymsfield SB. Hydration of fat-free body mass: review and critique of a classic body-composition constant. The American Journal of Clinical Nutrition 1999;69(5):833-841. 8. Oliver CJ, Allen BJ, Gold J. Aspects of body composition in human immunodeficiency virus (HIV) infection. Asia Pacific Journal of Clinical Nutrition 1995;4(1):109-111. 9. Deurenberg P, Deurenberg-Yap M. Validity of body composition methods across ethnic population groups. Acta Diabetologica 2003;40:246-249. 10. International Atomic Energy Agency. Assessment of Body Composition and Total Energy Expenditure in Humans Using Stable Isotope Techniques. Vienna, International Atomic Energy Agency 2009. 11. Sluys TE, van der Ende ME, Swart GR, van den Berg JW, Wilson JH. Body composition in patients with acquired immunodeficiency syndrome: a validation study of bioelectric impedance analysis. JPEN Journal of Parenteral and Enteral Nutrition 1993;17(5):404-406. 12. Medoua GN, Ndzana Abomo AC, Essa’a VJ, Sobgui CM, Messomo MT, Rikong HA. Validity of impedance-based equations for the prediction of total body water as measured by deuterium dilution in Cameroonian HIV-infected patients treated with antiretroviral treatment. Clinical Nutrition 2008;27(6):881-888. 13. Kotler DP, Burastero S, Wang J, Pierson RN. Prediction of body cell mass, fat-free mass, and total body water with bioelectrical impedance analysis: effects of race, sex, and disease. The American Journal of Clinical Nutrition 1996;64:489-497. 14. Diouf A, Gartner A, Dossou NI, Sanon DA, Bluck L, Wright A, Wade S. Validity of impedance-based predictions of total body water as measured by 2H dilution in African HIV/AIDS outpatients. The British Journal of Nutrition 2009;101(9):1369-1377.