生物阻抗分析在身體組成的應用

壹 、 生 物 阻 抗 分 析 的 原 理

生 物 阻 抗 分 析 由 於 在 測 量 時 具 有 便 利 性 、 有 效 性 及 可 靠 性 ， 近 年 來 逐 漸 受 到 研 究 者 及 相 關 業 者 所 使 用 。 綜 合 K e n n e t h ( 2 0 0 0 ) ； 王 家 偉 、 陳 裕 鏞 （ 2 0 1 0 ）； 黃 耀 宗 、 黎 玉 東 （ 2 0 1 0 ） 等 研 究 報 告 整 理 出 生 物 阻 抗 分 析 的 基 本 原 理 如 下 ；

生 物 阻 抗 的 基 本 原 理 可 視 為 導 體 與 電 阻 的 關 係 延 伸 。 對 於 一 均 勻 材 質 的 導 體 通 以 電 流 ， 電 阻 ( r e s i s t a n c e , R ) 與 其 長 度 ( l e n g t h , L ) 成 正 比 、 與 截 面 積 ( c r o s s s e c t i o n a l a r e a , A ) 成 反 比 關 係 ； 導 體 的 R 、 A 、 L 的 關 係 為 R = ρ ( L / A ) ， 而 ρ 為 電 阻 率 ( r e s i s t i v i t y ) 而 且 若 此 導 體 視 為 一 圓 柱 體 ， 其 體 積 為 ( )， 則 可 將 上 列 公 式 轉 換 為 以 下 公 式 ： R = ρ ( / V ） 和

通 電 極 板 偵 測 電

壓 極 板

V = ρ ( / R ）， 可 利 用 上 面 公 式 估 算 出 導 體 的 體 積（ 如 圖 2 - 1 ）。

圖 2 - 1 圓 柱 導 體 電 阻 示 意 圖

早 期 的 生 物 阻 抗 儀 將 人 體 視 為 一 均 勻 的 圓 柱 體 （ 如 圖 2 - 2 ）， 在 兩 個 電 極 之 間 （ 手 腕 及 腳 踝 ） 都 使 用 一 樣 的 電 阻 率 ( ρ )， 但 我 們 了 解 身 體 各 個 部 位 的 截 面 積 及 構 成 的 物 質 並 非 完 全 相 同 。 人 體 的 組 成 不 同 於 均 勻 材 質 的 金 屬 ， 將 人 體 通 以 電 流 ， 除 了 脂 肪 可 視 為 不 導 電 的 絕 緣 體 外 ， 其 他 的 部 分 還 會 產 生 電 抗 ( r e a c t a n c e , ) 及 電 阻 ® ， 而 阻 抗 ( i m p e d a n c e , Z ) 則 是 和 R 合 併 結 果 ， 的 產 生 是 源 自 電 流 通 過 於 細 胞 膜 ， 而 電 流 通 過 I C W 及 E C W 亦 會 產 生 R 。

2 - 2 人 體 電 阻 偵 測 圖 電 阻 與 截 面 積 ( A ) 成

反 比

A

電 阻 與 長 度 成 正 比

傳 統 上 ， 單 頻 的 B I A 電 極 板 是 附 著 在 手 腕 、 手 背 、 腳 踝 及 腳 背 ， 也 有 以 仰 臥 姿 勢 ， 讓 四 個 電 極 是 附 在 兩 個 手 腕 及 兩 個 腳 踝 ， 還 有 手 對 手 或 腳 對 腳 測 量 模 式 的 儀 器 ， 以 5 0 K H z 的 電 流 來 測 量 ， 在 近 端 的 極 板 偵 測 身 體 所 產 生 的 、R 和 Z， 計 算 E C W 及 部 分 I C W 的 R ， 再 經 由 經 驗 或 實 驗 所 得 的 方 程 式 估 算 T B W 及 F F M 。 因 為 身 體 水 份 中 的 電 解 質 是 電 流 的 較 佳 導 體 ， 當 水 分 越 多 ， 身 體 的 R 越 少 ， 電 流 越 容 易 通 過 ； 反 之 ， 受 試 者 的 脂 肪 越 多 ， R 就 越 大 ， 因 為 脂 肪 組 織 含 有 較 少 的 水 分 及 較 多 的 三 酸 甘 油 脂 ， 是 不 良 的 導 體 ， 所 以 ， 依 兩 者 不 同 的 導 電 性 可 計 算 T B W 及 脂 肪 各 自 佔 有 的 比 例 。 單 頻 的 B I A 只 能 估 計 身 體 的 總 水 量 ( T B W ) ， 而 無 法 區 分 細 胞 內 液 ( I C W ) 和 細 胞 外 液 ( E C W ) 。

多 頻 的 B I A 可 以 改 善 單 頻 B I A 在 評 估 I C W 及 E C W 的 精 確 性 ， 它 使 用 不 同 的 電 流 ( 5 , 5 0 , 1 0 0 , 2 0 0 K H z ) ， 依 照 穿 透 細 胞 不 同 的 電 流 ， 測 量 細 胞 間 的 空 間 ， 產 生 不 同 的 及 R ， 可 以 估 算 F F M 、 T B W 、 E C W 及 I C W 。 如 此 一 來 ， 多 頻 的 B I A 可 以 比 單 頻 的 B I A 更 準 確 的 估 算 E C W 及 I C W 。

市 面 上 許 多 身 體 組 成 分 析 儀 為 了 導 出 % B F 、 F M 及 F F M 的 估 測 方 程 式 ， 使 用 受 測 者 在 D E X A 所 測 得 的 資 料 與 其 年 齡 、 身 高 、 體 重 及 阻 抗 值 重 複 實 施 回 歸 分 析 ， 採 用 不 同 部 位 的 阻 抗 值 ， 可 分 別 導 出 全 身 及 其 他 肢 段 的 估 測 方 程 式 ， 而 以 這 些 估 測 方 程 式 所 計 算 出 的 % B F 、 F M 及 F F M 與 D E X A 存 在 著 極 高 的 相 關 及 穩 定 性 （ 王 家 偉 、 陳 裕 鏞 ， 2 0 1 0 ）。 目 前 的 B I A 儀 器 已 將 這 些 估 測 方 程 式 內 建 於 B I A 測 量 儀 中 ， 所 以 受 測 者 就 可 立 即 地 獲 得 自 己 身 體 組 成 的 資 料 。

最 初 使 用 的 儀 器 以 全 身 性 B I A 為 主 ， 但 因 全 身 性 B I A 儀

器 必 須 要 有 足 夠 的 空 間 讓 受 試 者 採 標 準 臥 姿 測 量 ， 施 測 場 所 依 舊 受 到 限 制 ， 且 至 少 需 要 有 一 位 黏 貼 極 板 等 的 操 作 員 。 為 了 使 B I A 更 便 利 ， 儀 器 公 司 克 服 重 力 所 帶 來 的 偏 差 ， 研 發 出 站 姿 的 B I A ， 外 型 貌 似 體 重 計 ， 受 試 者 不 必 躺 在 床 上 即 可 測 量 ， 測 量 方 式 也 與 體 重 計 雷 同 ， 只 要 在 測 量 前 設 定 好 自 己 的 性 別 、 年 齡 、 身 高 ， 站 上 儀 器 ， 不 需 有 操 作 員 的 協 助 ， 電 流 通 過 下 肢 肢 段 並 偵 測 下 肢 的 阻 抗 值 ， 則 可 估 算 出 % B F ， 如 此 使 得 B I A 更 不 受 場 地 的 限 制 。 近 來 ， 站 姿 B I A 僅 以 下 肢 阻 抗 值 估 算 全 身 % B F ， 為 了 更 詳 細 地 了 解 各 肢 段 的 阻 抗 值 ， 以 更 精 準 地 估 測 各 肢 段 的 F F M 或 % B F，除 了 站 姿 B I A 原 有 的 足 底 四 個 極 板 外 ， 再 加 上 手 握 的 四 個 極 板 ， 分 別 為 兩 腳 尖 、 兩 腳 跟 、 兩 手 指 尖 及 兩 腳 掌 ， 電 流 由 末 梢 的 兩 腳 尖 及 兩 手 指 尖 供 應 ， 並 在 兩 腳 跟 及 兩 腳 掌 測 量 阻 抗 值 ， 以 估 測 各 上 下 肢 及 軀 幹 的 F F M 或 % B F 。 儀 器 公 司 所 開 發 出 八 極 板 B I A ( B I A8) 就 是 多 肢 段 B I A，對 於 身 體 組 成 的 測 量 與 應 用 又 向 前 邁 進 一 大 步。

B I A 分 析 儀 測 量 運 動 員 的 身 體 組 成 必 需 要 新 建 立 特 定 的 預 估 方 程 式 ， 不 能 選 擇 適 用 於 一 般 人 的 方 程 式 ( K y l e e t a l . , 2 0 0 4 ) 。 有 一 份 研 究 指 出 使 用 B I A 分 析 儀 以 一 般 民 眾 的 預 測 方 程 式 來 估 測 運 動 員 的 ％ B F 與 D E X A 比 較 ， R 值 只 有 0 . 6 2 ( S t e w a r t & H a n n a n , 2 0 0 0 ) 。 雖 然 B I A 的 優 點 很 多 ， 但 它 需 考 慮 不 同 使 用 者 的 條 件 ， 選 擇 適 當 的 預 測 公 式 ， 其 條 件 包 含 了 年 齡 、 性 別 、 種 族 、 體 脂 肪 百 分 比 等 ， 且 依 不 同 活 動 程 度 的 使 用 者 也 有 不 同 的 估 測 方 程 式 。 大 部 分 B I A 儀 器 已 經 內 建 一 般 或 運 動 員 類 型 的 估 測 方 程 ， 可 提 供 不 同 活 動 量 的 使 用 者 測 量 。 但 若 考 慮 運 動 型 態 的 特 殊 性 及 差 異 性 ， 不 同 運 動 類 型 應 該 也 必 須 擁 有 不 同 的 預 測 公 式 ， 若 該 受 試 者 的 條 件 均 不 符 合

已 提 供 公 式 的 基 本 條 件 ， 或 基 本 假 定 ， 勉 強 代 入 運 算 估 計 ， 會 造 成 信 效 度 不 足 的 情 形 ( H e y w a r d & Wa g n e r , 2 0 0 4 ) 。

貳 、 生 物 阻 抗 分 析 在 運 動 上 的 運 用

B I A 儀 器 不 具 有 侵 入 性 ， 且 測 量 快 速 、 具 有 便 利 性 、 經 濟 性 ， 不 需 要 複 雜 的 操 作 步 驟 ， 也 不 需 要 專 業 的 操 作 人 員 ， 只 要 貼 上 電 極 或 站 至 儀 器 上 ， 配 合 選 擇 適 當 的 模 式 ， 不 用 幾 秒 鐘 ， 就 可 得 知 自 己 的 F F M 或 % B F。 這 對 於 想 了 解 或 控 制 體 脂 肪 的 民 眾 是 一 個 便 利 的 儀 器 。 由 於 這 樣 的 方 便 ， 所 以 常 常 被 用 於 運 動 上 面 。

上 述 B I A 儀 器 的 優 點 ， 對 於 選 手 來 說 ， 如 果 能 在 訓 練 期 間 快 速 的 測 量 自 己 的 體 脂 肪 量 ， 可 讓 教 練 及 選 手 了 解 該 選 手 的 身 體 組 成 ， 使 訓 練 更 有 效 率 。 且 還 有 一 些 特 定 項 目 是 利 用 體 重 來 分 級 進 行 比 賽 ， B I A 也 能 快 速 的 測 量 ， 讓 選 手 更 放 心 的 去 準 備 比 賽 。 有 研 究 要 了 解 規 律 的 身 體 活 動 對 身 體 組 成 的 影 響 效 果 ， 以 B I A 對 3 8 5 3 位 白 人 隨 著 年 齡 比 較 其 身 體 組 成 的 改 變 ( K y l e , e t a l . , 2 0 0 1 ) 。 另 外 ， 有 一 份 研 究 報 告 指 出 ， 利 用 八 極 板 的 B I A 分 析 儀 ( TA N I TA , B C - 1 1 8 ） 估 測 3 0 位 健 康 的 受 試 者 和 1 5 位 女 子 籃 球 運 動 員 的 全 身 及 各 肢 段 的 身 體 組 成 ， 發 現 八 極 板 的 B I A 分 析 儀 在 估 測 一 般 民 眾 及 女 子 籃 球 運 動 員 的 身 體 組 成 有 一 定 的 準 確 性 ， 是 個 方 便 又 有 效 的 一 種 方 法 ( T a t s u k i , e t a l . , 2 0 0 6 ) 。 因 為 B I A 儀 器 有 著 快 速 、 便 利 的 優 點 ， 才 有 辦 法 快 速 的 測 量 如 此 多 人 的 身 體 組 成 ， 且 對 專 業 的 運 動 員 來 說 ， 也 可 藉 由 B I A 的 估 測 監 控 體 脂 肪 以 保 持 最 佳 競 賽 體 重 。

運 動 員 要 有 良 好 的 運 動 表 現 ， F F M 扮 演 很 重 要 的 角 色 。 而 F F M 是 由 全 身 體 重 減 去 F M 所 得 到 的 。 D a v i s 等 （ 1 9 9 2 ）

研 究 英 國 足 球 員 的 % B F 及 最 大 攝 氧 量 之 間 的 關 係 ， 發 現 有 較 高 % B F 是 守 門 員 ， 且 最 大 攝 氧 量 比 其 他 球 員 低 ； 而 在 六 十 米 衝 刺 跑 的 時 間 前 鋒 也 顯 著 低 於 守 門 員 ， 可 以 發 現 F F M 與 有 氧 及 無 氧 能 力 有 正 相 關 。 一 樣 利 用 B I A 的 優 點 ， 可 以 快 速 的 取 得 運 動 員 的 F F M 資 料 。

本 節 小 結 ：B I A 具 有 快 速 且 便 利 性 ， 只 需 要 輸 入 適 當 的 年 齡 、 性 別 ， 並 注 意 該 儀 器 的 所 適 用 的 人 種 或 型 態 ， 只 要 站 上 儀 器 ， 一 下 子 就 可 測 得 % B F 。 但 儀 器 的 製 造 廠 商 內 建 之 估 算 方 程 式 應 是 以 一 般 民 眾 為 樣 本 所 發 展 出 來 的 ， 且 基 於 商 業 考 量 ， 並 非 每 家 廠 商 都 有 提 供 其 適 用 對 象 範 圍 與 參 考 的 依 據 讓 使 用 者 了 解 。 不 同 的 族 群 應 有 不 同 的 估 算 方 程 式 。 本 研 究 期 望 以 D E X A 為 效 標 ， 用 B I A 估 測 的 % B F 或 F F M 與 D E X A 比 較 具 有 相 關 性 ； 並 以 B I A 測 出 各 肢 段 阻 抗 值 搭 配 本 研 究 受 試 者 之 年 齡 、 身 高 、 體 重 ， 進 行 多 元 迴 歸 分 析 建 立 一 預 估 方 程 式 ， 以 適 用 於 籃 球 運 動 員 身 上 。