Multi-frequency bioelectrical impedance: a comparison between the Cole-Cole modelling and Hanai equations with the classical impedance index approach

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Abstract
Total body water and extracellular water were measured by deuterium oxide and bromide dilution respectively in 23 healthy males and 25 healthy females. In addition, total body impedance was measured at 17 frequencies, ranging from 1 kHz to 1350 kHz. Modelling programs were used to extrapolate impedance values to frequency zero (extracellular resistance) and frequency infinity (total body water resistance). Impedance indexes (height2/Zf) were computed at all 17 frequencies. The estimation errors of extracellular resistance and total body water resistance were 1% and 3%, respectively. Impedance and impedance index at low frequency were correlated with extracellular water, independent of the amount of total body water. Total body water showed the greatest correlation with impedance and impedance index at high frequencies. Extrapolated impedance values did not show a higher correlation compared to measured values. Prediction formulas from the literature applied to fixed frequencies showed the best mean and individual predictions for both extracellular water and total body water. It is concluded that, at least in healthy individuals with normal body water distribution, modelling impedance data has no advantage over impedance values measured at fixed frequencies, probably due to estimation errors in the modelled data. Mittels der Deuteriumoxid- und Bromid-Verdünnungsmethode wurden bei 23 gesunden Männern und 17 gesunden Frauen das Gesamtkörperwasser und das extrazellulare Wasser gemessen. Zusätzlich wurde die Gesamtkörperimpedanz bei Verwendung von 17 unterschiedlichen Frequenzen gemessen, die von 1 kHz bis 1350kHz reichten. Es wurden modellierende Programme herangezogen, um die Impedanzwerte für die Frequenzen Null (extrazellulare Resistanz) und unendlich (Resistanz des Gesamtkörperwassers) zu extrapolieren. Für alle Frequenzen wurden Impedanz-Indizes (Höhe2/Zf) berechnet. Die Schätzfehler der extrazellularen Resistanz und der Resistanz des Gesamtkörperwassers betrugen 1% bzw. 3%. Unabhängig von der Menge des Gesamtkörperwassers waren die Impedanz und der Impedanz-Index bei niedrigen Frequenzen mit dem extrazellularen Wasser korreliert. Das Gesamtkörperwasser zeigte bei hohen Frequenzen die größe Korrelation mit der Impedanz und dem Impedanz-Index. Die extrapolierten Impedanzwerte waren im Vergleich zu den gemessenen nicht höher korreliert. Prädiktionsgleichungen aus der Literatur, die für festgelegte Frequenzen erstellt wurden, zeigten die beste individuelle und mittlere Prädiktion, sowohl für das extrazellulare Wasser als auch für das Gesamtkörperwasser. Daraus läßt sich schließen daß zumindest bei gesunden Individuen mit normaler Körperwasserverteilung, die Modellierung der Impedanz gegenüber den gemessenen Werten bei fester Frequenz vermutlich wegen der Schätzfehler in den modellierten Daten keinen Vorteil aufweist. L'eau corporelle totale et l'eau extracellulaire ont été mesurées par dilution d'oxide de deuterium et de bromide che 23 hommes et 25 femmes en bonne santé. L'impédance corporelle totale a de surcroît été mesurée à 17 fréquences, de 1 kHz à 1350 kHz. Des programmes de modélisation ont été utilisés pour extrapoler les valeurs d'impédance à fréquence zéro (résistance extracellulaire) et à fréquence infinie (résistance de l'eau corporelle totale). Les indices d'impédance (stature2/Zf) ont été calculés pour les 17 fréquences; les erreurs respectives d'estimation des résistances extracellulaire et de l'eau corporelle totale étaient de 1% et 3%. L'impédance et l'indice d'impédance à fréquence basse sont corrélés à l'eau extracellulaire, indépendamment de la quantité totale d'eau corporelle. Lśeau corporelle totale a montré la plus forte corrélation avec l'impédance et l'indice d'impédance à fréquences élevées. Les valeurs extrapolées ne montrent pas de corrélation plus élevée que celle des valeurs mesurées. Les valeurs prédictives de la littérature pour des fréquences données ont indiqué les meilleures prédictions individuelles et moyennes, aussi bien pour l'eau extracellulaire que pour l'eau corporelle totale. En conclusion: au moins chez les personnes en bonne santé avec des distributions normales d'eau corporelle, la modélisation de l'impédance ne présente pas d'avantage sur les valeurs d'impédance mesurées à des fréquences ètablies, probablement par suite des erreurs d'estimation des données modélisées.