Körperwiderstand

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Als Körperwiderstand wird der elektrische Widerstand zwischen zwei Punkten des menschlichen Körpers bezeichnet. Oft wird als Synonym das Wort Hautwiderstand verwendet. Der Hautwiderstand bildet jedoch nur einen Teil des Körperwiderstands. Bei Messungen des Körperwiderstands hat er allerdings großen Einfluss, da er u.a. von der Feuchtigkeit der Haut abhängt.

Hat man es mit Wechselstrom statt Gleichstrom zu tun, ist es sinnvoller, von Körperimpedanz statt -widerstand zu sprechen, da in diesem Fall nicht nur ein Wirkwiderstand vorhanden ist, sondern außerdem ein Blindwiderstand (Reaktanz, Wechselstromwiderstand einer Kapazität), der zusammen mit dem Wirkwiderstand die Impedanz bildet.

Auf dem Alternativmedizinmarkt gibt es zahlreiche Verfahren, die durch Messungen von Körperwiderstand oder Körperimpedanz medizinische Diagnosen ermöglichen sollen.

Körperimpedanz

A: Einfaches Ersatzschaltbild der Körperimpedanz; die Widerstände Rec und Ric sind jeweils extrazellulärer und intrazellulärer Flüssigkeit zugeordnet. Letztere ist für Gleichstrom durch die Zellmembranen isoliert, was durch die Kapazität Cc dargestellt wird. B und C: Bei Messung mit Wechselstrom mit einer einzelnen Frequenz kann man das Ergebnis wahlweise als Serienschaltung oder als Parallelschaltung einer Kapazität und eines Widerstands interpretieren.[1]

In der einfachsten Form lässt sich die Körperimpedanz als Widerstand Rec der extrazellullären Flüssigkeit darstellen, dem Widerstand Ric der intrazellulären Flüssigkeit, und der Kapazität Cc, welche die Zellmembran(en) darstellt und die intrazelluläre Flüssigkeit von der Umgebung isoliert, siehe Bild rechts. Für Wechselstrom wird die Kapazität Cc "durchlässig", ihr Blindwiderstand (die Reaktanz) ist umgekehrt proportional zur Frequenz. Bei der Frequenz f ist der Blindwiderstand X = 1 / (2 π f C). Die Impedanz Z des intrazellulären Zweiges ist Ric + i X, in dieser Gleichung ist i die imaginäre Einheit.

Manchmal wird statt des Widerstands die Leitfähigkeit betrachtet, also die physikalische Größe Leitwert. Je nach Problemstellung kann dies zweckmäßiger, rechnerisch einfacher oder historisch bedingt sein, ist aber ansonsten gleichwertig. Der Leitwert ist einfach der Kehrwert des Widerstands, der Kehrwert der Impedanz heißt Admittanz.

Für das Beispiel eines Stromflusses von einer Hand zur anderen liegt der Betrag der Körperimpedanz bei niedrigen Frequenzen (Netzfrequenz 50 Hz) bei wenigen Kilo-Ohm, dazu addiert sich aber der oft deutlich größere Hautwiderstand. Der Wert sinkt mit steigender Frequenz. Er sinkt auch mit steigender Stromstärke und steigender Einwirkdauer, was nicht nur bei Messungen eine Rolle spielt, sondern vor allem bei Stromunfällen bedeutsam ist. Bei hohen Spannungen kann die Haut durchschlagen werden, wodurch die Hautimpedanz wegfällt und besonders gefährliche Stromstärken auftreten können.

Hautwiderstand

Der Hautwiderstand oder genauer die Hautimpedanz ist die Impedanz zwischen einer auf der Haut aufliegenden Elektrode und dem darunter liegenden leitfähigen Gewebe. Sie ist eine veränderliche Größe, die von mehreren Faktoren beeinflusst wird, hauptsächlich von der Aktivität der Schweißdrüsen. Die Schweißsekretion wird durch das vegetative Nervensystem gesteuert und ist somit bewusst nicht beeinflussbar, oder nur indirekt durch spezielle, erlernbare Techniken. Wird vermehrt Schweiß produziert, sinkt der Hautwiderstand.

Weitere Einflussfaktoren sind der Hauttyp, die Höhe der anliegenden Spannung und deren Frequenz (mit steigender Spannung und steigender Frequenz nimmt die Impedanz ab) und der Dauer der Einwirkung sowie die Berührungsfläche und der Kontaktdruck der Elektrode. Bei der Messung der Körperimpedanz liegt die Hautimpedanz mit der Körperimpedanz in Reihe, der Messwert ist also die Summe der beiden Größen. Je nach Elektrodenfläche und Anpressdruck können sich die Messwerte um den Faktor 10 und mehr unterscheiden.[2]

Zeitliche Änderungen der Hautimpedanz, die nicht mit äußeren Bedingungen wie Stromstärke oder Kontaktdruck, sondern (überwiegend) mit der Schweißsekretion zusammenhängen, werden auch elektrodermale Aktivität (EDA) genannt. Eine populäre technische Anwendung ist der Lügendetektor, mit dessen Hilfe versucht wird, vor allem kurzzeitige EDA im Sekundenbereich auszuwerten.

Bioelektrische Impedanzanalyse BIA

Übliche Position der Elektroden bei der BIA

Die BIA ist eine der wenigen evidenzbasierten und theoretisch gut begründeten medizinischen Anwendungen der Körperimpedanzmessung. Sie dient dazu, die Körperzusammensetzung zu ermitteln, insbesondere den Anteil des Körperwassers (TBW, total body water) und der fettfreien Masse (FFM, fat free mass).[3] Um aussagekräftige Ergebnisse zu erhalten, müssen die Messbedingungen dabei genau eingehalten werden. Der Patient muss bei der Messung auf dem Rücken liegen und die Elektroden – eine an einer Hand, die andere am Fuß – müssen sorgfältig angebracht sein. Gemessen wird mit Wechselstrom mit einer Frequenz von meist 50 kHz; es gibt aber auch Geräte, die mehrere Frequenzen benutzen. Da viele Faktoren das Ergebnis beeinflussen können, nicht nur die Hautimpedanz, sondern auch Parameter wie die Zeit seit der letzten Mahlzeit, erfordert die Messung einen geschulten Anwender.[4] Consumer-Geräte, die z.B. Aufschluss über den Body Mass Index BMI geben sollen, liefern oft keine verlässlichen Werte.[5] In Deutschland werden die Kosten einer bioelektrischen Impedanzmessung nicht von den Krankenkassen übernommen. Es handelt sich um eine Selbstzahlerleistung.[6]

Die BIA wird gelegentlich auch zur Glaubhaftmachung von Versprechungen bei Scharlatanerieprodukten eingesetzt. Beispielsweise soll der Konsum von "energetisierten Wasser" zu anderen BIS-Messergebnissen führen als der Konsum von herkömmlichen Wasser. Entsprechende, stets positive Gutachten werden dann in der Publikumswerbung verwendet.

Bioelektrische Impedanzanalyse bei Krebserkrankungen

Beim Einsatz der BIA wird tendenziell das Körperwasser von untergewichtigen Patienten (BMI< 19,6) falsch eingeschätzt[7] . Eine durch Tumorkachexie verursachte Wassereinlagerung kann zur Unterschätzung der Fettspeicher führen. Daher wird diese Methode bei Patienten mit Aszites oder Ödemen oder auch bei Patienten mit großer Tumormasse nicht empfohlen [8][9][10]

Bioelektrische Impedanzanalyse im Fitnessbereich

BIA wird auch in Körperfettwaagen verwendet, ferner in einigen Sportuhren und Smartwatches, z.B. des Herstellers Samsung. Die Messung weise laut Samsung "eine Korrelation von 98 % auf im Vergleich zur Dual-Röntgen-Absorptiometrie (Dual-energy X-ray absorptiometry, DXA), die als Goldstandard betrachtet wird".[11]

Anwendungen in der Alternativmedizin

Typisches alternativmedizinisches Verfahren (Elektroakupunktur nach Voll), bei dem eine Hand des Patienten mit einer stiftförmigen Elektrode abgetastet wird und der Patient die Gegenlektrode in der anderen Hand hält

Möglicherweise weil die Messung des Körperwiderstandes oder der Körperimpedanz im Prinzip einfach ist, existieren zahlreiche pseudomedizinischer Verfahren, bei denen aus Messwerten oft detaillierte und weitreichende medizinische Diagnosen und Therapievorschläge abgeleitet werden (nicht selten werden Diagnose und Therapie auch mit ein- und demselben Gerät durchgeführt). Dabei wird außer Acht gelassen, dass die zuverlässige Bestimmung selbst vergleichsweise einfacher physiologischer Daten sorgfältig kontrollierte Messbedingungen erfordert, wie das Beispiel BIA zeigt. Die meisten Verfahren beschränken sich zudem auf die besonders simple Messung mit Gleichstrom, berücksichtigen Blindwiderstände also nicht.

Viele der in der Alternativmedizin bekannt gewordenen Diagnostiken, die auf einer Widerstands- oder Impedanzmessung beruhen, können als Varianten der Elektroakupunktur nach Voll angesehen werden oder berufen sich sogar auf diese. Keines der Verfahren ist wissenschaftlich validiert. Auch existiert keine einheitliche Theorie, so dass verschiedene Verfahren trotz an sich ähnlicher Messmethodik zu ganz unterschiedlichen diagnostischen Aussagen kommen können. Einige Beispiele für solche Verfahren:

Quellen und Anmerkungen

  1. ↑ Die Werte Cs und Rs der Serienschaltung und Rp und Cp der Parallelschaltung können bei Kenntnis der Frequenz ineinander umgerechnet werden, allerdings nicht ohne weiteres in Rec, Ric und Cc, dazu ist eine Messung bei einer zweiten Frequenz nötig.
  2. ↑ Beispielsweise ergab eine von einem Psiram-Autor mit einem Laborgerät durchgeführte Messung von einer Hand zur anderen mit stiftförmigen Elektroden mit etwa 1 mm Auflagefläche eine Kapazität von rund 500 pF und parallel dazu einen Widerstand von 400 kΩ. Bei stabförmigen Elektroden, welche die Versuchsperson fest in der Hand hielt, wurde bei der gleichen Versuchsperson eine Kapazität von 60 nF gemessen (also eine über 100 mal kleinere Reaktanz) und ein Parallelwiderstand von nur noch 1,5 kΩ. Die Messfrequenz betrug 1 kHz.
  3. ↑ Kyle UG, Bosaeus I, De Lorenzo AD, Deurenberg P, Elia M, Gómez JM, Lilienthal Heitmann B, Kent-Smith L, Melchior JC, Pirlich M, Scharfetter H, Schols AMWJ, Pichard C: Bioelectrical impedance analysis – part I: review of principles and methods. Clinical Nutrition (2004) 23, 1226–1243
  4. ↑ Kyle UG, Bosaeus I, De Lorenzo AD, Deurenberg P, Elia M, Gómez JM, Lilienthal Heitmann B, Kent-Smith L, Melchior JC, Pirlich M, Scharfetter H, Schols AMWJ, Pichard C: Bioelectrical impedance analysis – part II: utilization in clinical practice. Clinical Nutrition (2004) 23, 1430–1453
  5. ↑ Peterson JT, Repovich WES, Parascand CR: Accuracy of Consumer Grade Bioelectrical Impedance Analysis Devices Compared to Air Displacement Plethysmography. Int J Exerc Sci 4(2011): 176-184, 2011
  6. ↑ https://www.aerztezeitung.de/praxis_wirtschaft/igel/article/898486/fitness-igel-bioelektrische-impedanzanalyse.html
  7. ↑ Erickson, Schaller, Bertz et al, Ernährungspraxis Onkologie 2017, Schattauer Verlag, S.13
  8. ↑ Elliott L, Kiyomoto-Kuey DE. Oncology Toolkit: Oncology Nutrition Evidence Based Nutrition Practice Guidelines. American Dietetic Association; 2010
  9. ↑ Kyle, Boseus et al, Bioelectrical impedance analysis—part I: review of principles and methods, Clinical Nutrition 2004,
  10. ↑ Kyle, Boseus et al, Bioelectrical impedance analysis—part II: utilization in clinical practice, Clinical Nutrition 2004
  11. ↑ Benutzerhandbuch zur Galaxy Watch5 und Galaxy Watch5 Pro. Rev.2.0. Samsung 02/2023
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