การวิเคราะห์ความต้านทานไฟฟ้าชีวภาพ ( BIA ) เป็นวิธีการประเมินองค์ประกอบของร่างกายโดยเฉพาะอย่างยิ่งไขมันและ มวล กล้ามเนื้อ โดยใช้ กระแสไฟฟ้าอ่อนๆไหลผ่านร่างกาย และวัดแรงดันไฟฟ้าเพื่อคำนวณความต้านทาน ( ความต้านทานและรีแอกแทนซ์ ) ของร่างกาย น้ำในร่างกายส่วนใหญ่จะถูกเก็บไว้ในกล้ามเนื้อ ดังนั้น หากบุคคลนั้นมีกล้ามเนื้อมาก ก็มีโอกาสสูงที่บุคคลนั้นจะมีน้ำในร่างกายมากขึ้น ซึ่งส่งผลให้ความต้านทานลดลง นับตั้งแต่มีการนำอุปกรณ์ที่วางจำหน่ายในเชิงพาณิชย์เครื่องแรกมาใช้ในช่วงกลางทศวรรษ 1980 วิธีนี้ก็ได้รับความนิยม เนื่องจากใช้งานง่ายและพกพาสะดวก เป็นที่คุ้นเคยในตลาดผู้บริโภคในฐานะเครื่องมือที่ง่ายสำหรับการประเมินไขมันในร่างกาย BIA ^{[ 1 ]}จริงๆ แล้วจะกำหนดความต้านทานไฟฟ้าหรือการต่อต้านการไหลของกระแสไฟฟ้าผ่านเนื้อเยื่อของร่างกาย ซึ่งสามารถนำมาใช้ในการประเมินน้ำในร่างกายทั้งหมด (TBW) ซึ่งสามารถนำมาใช้ในการประเมินมวลร่างกายที่ปราศจากไขมัน และโดยความแตกต่างกับน้ำหนักตัว ก็สามารถประเมินไขมันในร่างกายได้

งานวิจัยในช่วงแรกๆ หลายชิ้นแสดงให้เห็นว่า BIA มีความแปรปรวนค่อนข้างมาก และหลายคนมองว่ามันไม่เป็นวิธีการวัดองค์ประกอบร่างกายที่แม่นยำ อย่างไรก็ตาม โมเดล 4 ส่วน (4C) ( DXAและMRIเป็นทางเลือกที่ยอมรับได้) – และไม่ใช่ BIA – ถือเป็นวิธีการอ้างอิงในการวิเคราะห์องค์ประกอบร่างกาย^{[ 2 ]}

แม้ว่าอุปกรณ์เหล่านี้จะใช้งานง่าย แต่ควรให้ความสำคัญกับวิธีการใช้งานอย่างระมัดระวัง (ตามที่ผู้ผลิตได้อธิบายไว้)

อุปกรณ์ง่ายๆ สำหรับประเมินไขมันในร่างกาย ซึ่งมักใช้ BIA มีจำหน่ายให้กับผู้บริโภคในชื่อเครื่องวัดไขมันในร่างกายโดยทั่วไปแล้วเครื่องมือเหล่านี้ถือว่ามีความแม่นยำน้อยกว่าเครื่องมือที่ใช้ในทางคลินิกหรือในด้านโภชนาการและการแพทย์ พวกมันมักจะวัดเปอร์เซ็นต์ไขมันในร่างกายได้ต่ำกว่าความเป็นจริงประมาณ 5 กก. (±7 กก. LoA) โดยเฉลี่ย แม้ว่าจะแสดงความสัมพันธ์เชิงเส้นกับการวัดด้วย MRI ที่ 0.75 และ 0.81 สำหรับเพศหญิงและเพศชายตามลำดับ^{[ 2 ] [ 3 ]}

ภาวะขาดน้ำ เป็นปัจจัยที่ได้รับการยอมรับซึ่งส่งผลต่อการวัด BIA เนื่องจากทำให้ ความต้านทานไฟฟ้าของร่างกายเพิ่มขึ้นจึงได้รับการวัดว่าทำให้ประเมินมวลปราศจากไขมันต่ำกว่าความเป็นจริง 5 กิโลกรัม กล่าวคือประเมินไขมันในร่างกายสูงเกินไป^{[ 4 ]}

การวัดไขมันในร่างกายจะต่ำลงเมื่อทำการวัดหลังจากรับประทานอาหารไม่นาน ส่งผลให้ค่าเปอร์เซ็นต์ไขมันในร่างกายที่วัดได้สูงสุดและต่ำสุดตลอดทั้งวันมีความแตกต่างกันถึง 4.2% ^{[ 5 ]}

การออกกำลังกายระดับปานกลางก่อนการวัด BIA ส่งผลให้มีการประเมินมวลปราศจากไขมันสูงเกินไปและประเมินเปอร์เซ็นต์ไขมันในร่างกายต่ำเกินไปเนื่องจากความต้านทาน ลด ลง^{[ 6 ]}ตัวอย่างเช่น การออกกำลังกายระดับปานกลางเป็นเวลา 90–120 นาทีก่อนการวัด BIA ทำให้มีการประเมินมวลปราศจากไขมันสูงเกินไปเกือบ 12 กิโลกรัม กล่าวคือ ไขมันในร่างกายถูกประเมินต่ำเกินไปอย่างมีนัยสำคัญ^{[ 7 ]}ดังนั้นจึงแนะนำว่าไม่ควรทำการวัด BIA เป็นเวลาหลายชั่วโมงหลังจากการออกกำลังกายระดับปานกลางหรือระดับสูง^{[ 8 ]}

BIA ถือว่ามีความแม่นยำพอสมควรสำหรับการวัดกลุ่ม มีความแม่นยำจำกัดสำหรับการติดตามองค์ประกอบของร่างกายในแต่ละบุคคลในช่วงเวลาหนึ่ง แต่ไม่ถือว่ามีความแม่นยำเพียงพอสำหรับการบันทึกการวัดเพียงครั้งเดียวของแต่ละบุคคล^{[ 9 ] [ 10 ]}

อุปกรณ์สำหรับผู้บริโภคที่ใช้ในการวัด BIA พบว่าไม่แม่นยำเพียงพอสำหรับการวัดเพียงครั้งเดียว และเหมาะสมกว่าสำหรับการใช้ในการวัดการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบของร่างกายเมื่อเวลาผ่านไปสำหรับแต่ละบุคคล^{[ 11 ]}โดยทั่วไปแล้ว การวัดด้วยอิเล็กโทรดสองตัว เช่น การวัดจากเท้าถึงเท้าหรือจากมือถึงมือ พบว่ามีความแม่นยำน้อยกว่าวิธีการวัดด้วยอิเล็กโทรดสี่ตัว (เทคนิคเทตราโพลาร์ ซึ่งวงจรไฟฟ้ากระแสจะมาจากอิเล็กโทรดปลายคู่หนึ่ง โดยวัดค่าความต้านทานเป็นแรงดันตกคร่อมระหว่างอิเล็กโทรดต้นคู่หนึ่ง) อาจใช้อิเล็กโทรดหลายตัว โดยทั่วไปแปดตัว วางไว้บนมือและเท้า ทำให้สามารถวัดค่าความต้านทานของส่วนต่างๆ ของร่างกายได้ เช่น แขน ขา และลำตัว ข้อดีของอุปกรณ์ที่มีอิเล็กโทรดหลายตัวคือ สามารถวัดส่วนต่างๆ ของร่างกายได้พร้อมกันโดยไม่จำเป็นต้องย้ายตำแหน่งอิเล็กโทรด ผลการทดสอบเครื่องมือวัดความต้านทานบางชนิดพบว่าขอบเขตความสอดคล้องไม่ดี และในบางกรณีมีอคติเชิงระบบในการประมาณ เปอร์เซ็นต์ ไขมันในช่องท้องแต่มีความแม่นยำดีในการทำนายการใช้พลังงานขณะพัก (REE) เมื่อเปรียบเทียบกับ การถ่ายภาพด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (MRI) ทั่วร่างกายที่แม่นยำกว่าและการดูดซับรังสีเอกซ์แบบสองพลังงาน (DXA) ^{[ 12 ]}

ค่าอิมพีแดนซ์มีความไวต่อความถี่ กล่าวคือ ที่ความถี่ต่ำ กระแสไฟฟ้าจะไหลผ่านน้ำนอกเซลล์ (ECW) เท่านั้น ในขณะที่ความถี่สูง กระแสไฟฟ้าสามารถผ่านเยื่อหุ้มเซลล์และไหลผ่านน้ำในร่างกายทั้งหมด (TBW) ได้ ในอุปกรณ์ตรวจวัดอิมพีแดนซ์ทางชีวภาพ (BIS) สามารถประมาณค่าความต้านทานที่ความถี่ศูนย์และความถี่สูงได้ และอย่างน้อยในทางทฤษฎี ควรให้ค่าการทำนายที่ดีที่สุดของ ECW และ TBW และมวลปราศจากไขมันในร่างกายตามลำดับ ในทางปฏิบัติ การปรับปรุงความแม่นยำนั้นมีเพียงเล็กน้อย การใช้ความถี่หลายความถี่หรือ BIS ในอุปกรณ์ BIA เฉพาะ ได้แสดงให้เห็นว่ามีความสัมพันธ์สูงกับ DXA เมื่อวัดเปอร์เซ็นต์ไขมันในร่างกาย ความสัมพันธ์กับ DXA อาจสูงถึง 99% เมื่อวัดมวลปราศจากไขมัน หากปฏิบัติตามแนวทางอย่างเคร่งครัด^{[ 13 ] [ 14 ]}สิ่งสำคัญคือต้องตระหนักว่าความสัมพันธ์ไม่ใช่การวัดความแม่นยำหรือความสอดคล้องของวิธีการ โดยทั่วไปวิธีการ BIA จะแสดงขีดจำกัดความสอดคล้อง 2 ส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐาน (2SD) กับวิธีการอ้างอิง (เช่น DXA, MRI หรือแบบจำลอง 4C) ประมาณ ±10%

คุณสมบัติทางไฟฟ้าของเนื้อเยื่อได้รับการอธิบายมาตั้งแต่ปี 1872 คุณสมบัติเหล่านี้ได้รับการอธิบายเพิ่มเติมในช่วงความถี่ที่กว้างขึ้นและในเนื้อเยื่อที่หลากหลายมากขึ้น รวมถึงเนื้อเยื่อที่เสียหายหรือมีการเปลี่ยนแปลงหลังจากเสียชีวิตด้วย

ในปี พ.ศ. 2505 Thomasset ได้ทำการศึกษาวิจัยครั้งแรกโดยใช้การวัดความต้านทานไฟฟ้าเป็นดัชนีของปริมาณน้ำในร่างกายทั้งหมด (TBW) โดยใช้เข็มสองเล่มสอดเข้าไปใต้ผิวหนัง^{[ 15 ]}

ในปี พ.ศ. 2512 ฮอฟเฟอร์สรุปว่าการวัดค่าความต้านทานของร่างกายทั้งหมดสามารถทำนายปริมาณน้ำในร่างกายทั้งหมดได้ สมการ (ค่ากำลังสองของความสูงหารด้วยค่าความต้านทานที่วัดได้ของครึ่งขวาของร่างกาย) แสดงค่าสัมประสิทธิ์สหสัมพันธ์ 0.92 กับปริมาณน้ำในร่างกายทั้งหมด ฮอฟเฟอร์พิสูจน์แล้วว่าสมการนี้เรียกว่าดัชนีความต้านทานที่ใช้ใน BIA ^{[ 16 ]}

ในปี พ.ศ. 2526 Nyober ได้ตรวจสอบความถูกต้องของการใช้ความต้านทานไฟฟ้าทั่วร่างกายเพื่อประเมินองค์ประกอบของร่างกาย^{[ 17 ]}

ในช่วงทศวรรษ 1970 พื้นฐานของ BIA ได้ถูกวางรากฐานขึ้น รวมถึงพื้นฐานความสัมพันธ์ระหว่างค่าอิมพีแดนซ์และปริมาณน้ำในร่างกาย จากนั้นเครื่องวิเคราะห์ BIA แบบความถี่เดียวหลายชนิดก็เริ่มวางจำหน่ายในเชิงพาณิชย์ เช่น RJL Systems และเครื่องวัดอิมพีแดนซ์เชิงพาณิชย์เครื่องแรกของบริษัท

ในช่วงทศวรรษ 1980 ลูคาสกี เซกัล และนักวิจัยคนอื่นๆ ค้นพบว่าการใช้ความถี่เดียว (50 kHz) ในการวิเคราะห์องค์ประกอบร่างกายด้วยคลื่นความถี่ชีวภาพ (BIA) นั้นถือว่าร่างกายมนุษย์เป็นทรงกระบอกเดียว ซึ่งก่อให้เกิดข้อจำกัดทางเทคนิคมากมายในการวิเคราะห์ BIA การใช้ความถี่เดียวจึงไม่แม่นยำสำหรับประชากรที่มีรูปร่างไม่ตรงตามมาตรฐาน เพื่อปรับปรุงความแม่นยำของการวิเคราะห์ BIA นักวิจัยจึงสร้างสมการเชิงประจักษ์โดยใช้ข้อมูลเชิงประจักษ์ (เพศ อายุ เชื้อชาติ) เพื่อทำนายองค์ประกอบร่างกายของผู้ใช้

ในปี พ.ศ. 2529 Lukaski ได้เผยแพร่สมการเชิงประจักษ์โดยใช้ดัชนีความต้านทาน น้ำหนักตัว และรีแอกแทนซ์^{[ 4 ]}

ในปี พ.ศ. 2529 Kushner และ Scholler ได้ตีพิมพ์สมการเชิงประจักษ์โดยใช้ดัชนีความต้านทาน น้ำหนักตัว และเพศ^{[ 18 ]}

อย่างไรก็ตาม สมการเชิงประจักษ์มีประโยชน์เฉพาะในการทำนายองค์ประกอบของร่างกายของประชากรโดยเฉลี่ยเท่านั้น และไม่แม่นยำสำหรับวัตถุประสงค์ทางการแพทย์สำหรับประชากรที่มีโรค^{[ 8 ]}ในปี 1992 คุชเนอร์เสนอให้ใช้ความถี่หลายความถี่เพื่อเพิ่มความแม่นยำของอุปกรณ์ BIA ในการวัดร่างกายมนุษย์เป็นทรงกระบอก 5 ส่วนที่แตกต่างกัน (แขนขวา แขนซ้าย ลำตัว ขาขวา ขาซ้าย) แทนที่จะเป็นส่วนเดียว การใช้ความถี่หลายความถี่จะช่วยแยกแยะน้ำภายในเซลล์และน้ำภายนอกเซลล์ได้^{[ 19 ]}

ในช่วงทศวรรษ 1990 ตลาดประกอบด้วยเครื่องวิเคราะห์หลายความถี่หลายรุ่นและอุปกรณ์ BIS อีกสองสามรุ่น การใช้ BIA เป็นวิธีการตรวจข้างเตียงเพิ่มขึ้นเนื่องจากอุปกรณ์พกพาสะดวกและปลอดภัย ขั้นตอนง่ายและไม่รุกราน และผลลัพธ์สามารถทำซ้ำได้และได้ผลลัพธ์อย่างรวดเร็ว เมื่อไม่นานมานี้ ได้มีการพัฒนา BIA แบบแบ่งส่วนขึ้นเพื่อแก้ไขความไม่สอดคล้องกันระหว่างความต้านทาน (R) และมวลร่างกายของลำตัว

ในปี พ.ศ. 2539 ได้มีการสร้างอุปกรณ์ BIA แบบยืนแปดขั้วInBodyซึ่งไม่ได้ใช้สมการเชิงประจักษ์ และพบว่า "ให้ค่าประมาณ TBW และ ECW ที่แม่นยำในผู้หญิงโดยไม่จำเป็นต้องใช้สูตรเฉพาะประชากร" ^{[ 20 ]}

ในปี 2018 AURA Devicesได้นำ AURA Band ซึ่งเป็นอุปกรณ์ติดตามการออกกำลังกายที่มี BIA ในตัวมาวางจำหน่าย^{[ 21 ]}

ในปี 2020 BIA สามารถใช้งานได้สำหรับ ผู้ใช้ Apple Watchที่มีสายรัด AURA พร้อมเซ็นเซอร์ในตัว^{[ 22 ]}

ในช่วงต้นทศวรรษ 2020 สมาร์ทวอทช์อย่างเช่นSamsung Galaxy Watch 4มีชิปประมวลผลสัญญาณภาพ (BIA) ในตัว

อิมพีแดนซ์ของเนื้อเยื่อเซลล์สามารถจำลองได้เป็นตัวต้านทาน (แทนเส้นทางภายนอกเซลล์) ขนานกับตัวต้านทานและตัวเก็บประจุแบบอนุกรม (แทนเส้นทางภายในเซลล์ – ความต้านทานคือของเหลวภายในเซลล์ และตัวเก็บประจุคือเยื่อหุ้มเซลล์ ) ส่งผลให้อิมพีแดนซ์เปลี่ยนแปลงไปตามความถี่ที่ใช้ในการวัด โดยทั่วไปแล้ว การวัดอิมพีแดนซ์ทั่วร่างกายจะทำตั้งแต่ข้อมือไปจนถึงข้อเท้าข้างเดียวกัน และใช้ขั้วไฟฟ้าสอง (ไม่ค่อยพบ) หรือสี่ (พบมาก) ขั้ว ในการจัดเรียงแบบสองขั้ว (ไบโพลาร์) กระแสไฟฟ้าขนาดเล็กประมาณ 1–10 μA จะไหลผ่านระหว่างขั้วไฟฟ้าสองขั้ว และวัดแรงดันไฟฟ้าระหว่างขั้วไฟฟ้าทั้งสอง ในขณะที่การจัดเรียงแบบเตตระโพลาร์จะวัดความต้านทานระหว่างขั้วไฟฟ้าคู่หนึ่งที่อยู่ใกล้กัน การจัดเรียงแบบเตตระโพลาร์เป็นที่นิยมมากกว่า เนื่องจากการวัดจะไม่ถูกรบกวนจากอิมพีแดนซ์ของส่วนต่อประสานระหว่างผิวหนังกับขั้วไฟฟ้า^{[ 23 ] [ 24 ]}

ในการวิเคราะห์ความต้านทานไฟฟ้าชีวภาพในมนุษย์ สามารถประมาณค่ามุมเฟสได้ โดยอิงจากการเปลี่ยนแปลงความต้านทานและรีแอกแทนซ์เมื่อกระแสสลับไหลผ่านเนื้อเยื่อ ซึ่งทำให้เกิดการเลื่อนเฟส ดังนั้นจึงมีมุมเฟสสำหรับความถี่ในการวัดทั้งหมด แม้ว่าโดยทั่วไปใน BIA จะพิจารณามุมเฟสที่ความถี่ในการวัด 50 kHz เท่านั้น มุมเฟสที่วัดได้จึงขึ้นอยู่กับปัจจัยทางชีวภาพหลายประการ มุมเฟสจะมีค่ามากกว่าในผู้ชายมากกว่าผู้หญิง และลดลงเมื่ออายุมากขึ้น^{[ 25 ]}

• เปอร์เซ็นต์ไขมันในร่างกาย
• สเปกโทรสโกปีอิมพีแดนซ์
• การถ่ายภาพด้วยความต้านทานไฟฟ้า
• การตรวจวัดความต้านทานไฟฟ้าของกล้ามเนื้อ

• สมาคมนานาชาติเพื่อการวัดความต้านทานไฟฟ้าชีวภาพ
• การวิเคราะห์ไบโออิมพีแดนซ์ การตรวจสอบสื่ออิเล็กทรอนิกส์