전기적 체액 정밀 검사(EIS)와 전기 분산 분석(EDA)


용도


큐바이오스캔 시스템은 비 침습성 생체 전기저항 해석으로서 아래 사항에 대한 검사와 검진 및 예측을 제공한다:

• 활동이 적은 10~80살 연령 그룹과 16~60살 운동선수 연령 그룹의 전체 신체 구성
• 세포간질의 생화학적 값 해당 연령 그룹: 5~80살.
• 생체 조직 지표 해당 연령 그룹은 5~80살이다.
• 미세 영양소와 식이에 관한 생활습관 해당 연령 그룹은 40~80살이다.

체액과 전체적인 생체 조직 지표의 생화학적 값의 도움을 통한 추가 조사

평가 방법과 측정 절차


환자와의 연결과 하드웨어 및 소프트웨어가 적절하게 작동하는지를 확실히 하기 위하여 측정하기 전에 장비의 기능에 대해 시험하도록 건의한다. 검사를 진행할 때 낮은 DC 전류(200µA)가 사용되고 6개의 부착 전극 사이로 1V의 전압이 도입되어 신체의 11개의 경로를 순서대로 연속적인 측정을 한다. 소프트웨어의 조종을 통하여 양극에서 음극으로 시작하였다가 다시 음극에서 양극으로 전극을 바꾸면서 각 경로의 전도성을 측정한다. 6개의 전극은 환자의 손, 발 그리고 이마에 대칭되게 부착하고 1V의 직류전압을 통과한다. 측정 순서의 11개 부분에서 각 전극은 처음에 음극에서 양극으로(양극모드) 바뀌면서 숫자 양식의 정보를 프로그램에 전송하여 저장한다.
6개의 부착 전극에 연결된 낮은 직류전류가 두 개 전극 사이에 차례로 흐르면서 환자 신체 11개 경로의 전기적 전도성이 큐바이오스캔 시스템에 나타난다.
큐바이오스캔 시스템은 전기 피부 반응 장비로서 피부의 전도성 결과를 21 CFR 882.1540. 합의 조항에 따라 PC 컴퓨터 화면에 제공한다.



이론적 배경


장비는 두 가지 기술을 사용한다: 생체 전기저항 분석(BIA)과 생체 전기저항 분광계(BIS).
BIA의 목적은 신체 성분과 수분 평형을 예측하는 것이나 심혈관과 촬영에도 사용된다.
BIS는 신체 성분과 수분 평형을 예측하는 또 다른 기술이지만 신경전도의 예측에도 사용된다.

두 기술 모두 1V의 DC(직류) 전압을 이용한 검사방법으로서 이 전압은 세포막과 모세혈관을 통과할 수 없다(높은 킬로 옴 저항 및 0 유도저항). 이 전압은 오직 체액(세포간질)까지만 닿는다. 이것이 바로 저항, 강도 및 전도성이 측정되는 방법이다. 이 방법은 Kanai와 Meijer의 연구에 기초하였다. 그들의 연구는 세포막과 모세혈관은 유전체의 특성 때문에 직류가 막을 통과하지 못하고 오직 세포간질에만 통과할 수 있음을 확인하였다. 조직은 전기적 환경을 조성하여 이온 전리를 통하여 전류를 전도하여 두 전극 사이에 전압을 형성한다. 전류가 양극에서 음극으로 흐름에 따라 주요 이온 해리는 나트륨 형태를 보여준다(양전하에서 높은 세포 외 농도). 세포 간의 공간에서 흐르는 체액(수분 성분) 용적도 전도성에 영향을 미친다.

체액 나트륨 농도


구획 횡단면 강도와 나트륨 농도의 연관성은 아래 정보에서 보여준다.



용적(수분 함유)과 구획 횡단면의 전도성 연관



체액의 나트륨 강도와 농도 - 정상 범위
121.6~129 mmol/L의 범위가 체액 나트륨 농도의 정상범위로 인정된다.
그의 강도(코트렐 등식)는 12.4~20µA(계수 c에 따라 정상 범위는 대상의 나이/성별/나이/체중/나이에 따라 다르다)에 대응해야 한다.

체액 용적-정상 범위
체액의 용적은 아래와 연관이 있다:
체중: 정상 범위 체중의 16%+/- 3
공간의 크기(모세혈관 간 거리): 80 +/- 5 µm

조직의 산소운반에 대한 추정


모세혈관 간 거리와 연관된 조직의 산소운반에 대한 추정
이 그림은 모세혈관 간 거리의 변화(체액 용적)가 조직의 산소 운반에 대한 효과를 입증한다. 체액 용적이 증가하면 산소 운반이 감소한다.




생체 전기저항과 산소를 관찰하고 산소 운반과 저항과의 연관성에 대해 추정

조직의 병리생리 진화를 밝히기 위하여 조직에 대해 실시간으로 전기저항을 평가할 수 있다. 일부 병리적 사례에서 세포의 변질이 전기저항 개변을 일으키는 원인이 국소허혈, 경색 혹은 괴사이다. 생체 전기저항 추적과 관찰이 심근 경색 발전, 인조혈관 생존 평가 및 인조혈관 거부반응 관찰에 추천되는 원인이 바로 그거다. 세포 외 용적 변경이 대부분 사례에서 검출되었고 이와 같은 결론을 내릴 수 있었다.
아래 도표에서는 생물군계 댄스 측정이 어떻게 국소 허혈을 모니터링하는지를 보여준다. 정상 산소농도 환경에서 세포 외 공간은 상당한 양의 저주파 전류를 흐르게 한다. 이것은 국소 허혈의 발생으로 변한다. 산소의 결핌(저산소증)은 세포가 이온 펌프에 공급하는 충분한 에너지를 생산하는 것을 막아서 세포 외 수분이 세포 내로 침투하는 결과를 초래한다. 세포는 커지고 세포 외 공간을 침범하여 저주파 전류의 감소를 일으켜서 전기저항 모듈이 이 저주파에서의 증가를 초래한다. 따라서 저주파 생체 전기저항 측정이 조직 허혈의 지표이다.



그러나 지나치게 단순한 허혈-전기저항 관계에 대한 묘사가 간극 결합을 함유한 세포에 대해서 정확한것이 아닐 수도 있다. 이런 경우(예를 들면 심근) 저주파에서 증가한 전기저항은 대부분이 간극 결합이 닫힘에 인해 발생한 것이다(Gersing, 1998) (Groot, 2001).

채색으로 된 아래 도표는 1 kHz에서 전기저항 모듈의 진행의 예를 보여준다. 이 연구에서 6개의 전기저항 탐지기를 국소 허혈 상태의 뛰고 있는 돼지 심장에 삽입되었으며 그중 세 개는 경색부위에, 나머지 세 개는 정상 부위에 삽입하였다. (참조 Groot, 2001).



세포막 강도의 소실 때문에 세포 외와 세포 내 사이의 물질이 왕래하고 괴사 진행이 장기간의 허혈을 따라 검출되었다- 저주파에서 전기저항의 크기는 감소하였다(Haemmerich 외, 2002).

일부 연구자들은 생체 조직의 조절과 관찰에 대한 임상 지표의 기초로 단일 주파수 측정을 추진하였다. 그들은 쉽게 실행되고 허혈 진행의 추적에 대한 필요한 정보들을 제공하였다. 그러나 추가 정보와 개선된 결과의 재현성은 Cole-Cole 모델인 다중 주파수 생체 전기저항 측정과 그 후의 개성화로 제공되었다 (Raicu 외 2000).

생체 전기저저항 분광계(BIS)


큐바이오스캔은 분광법 기술 특히 대시간 전위차법으로 이온의 끊임없는 운동(이온의 확산계수)에 따라서 체액의 전리층 관측도와 체액의 수소이온(H+) 농도를 계산하고 추정한다.



체액의 나트륨 이온(Na+) 농도는 다음 지표의 추정 활성에 단서를 제공한다: Na+/K+ ATP아제

대시간 전위차법 코트렐 등식


코트렐 등식은 대시간 전위차법과 연결된 방정식으로서 낮은 농도의 생화학적 값을 측정한다. 이는 실험실의 세로토닌 평가를 위한 시험장비에서 사용된다.
대시간 전위차법은 분해물의 형식 전위의 작업 전극 전위가 전체 단계에 거쳐 초기에서 급격히 최종전위로 전환되는 단계에 대한 기술이다.
솔루션은 처음 전위 때와 같이 섞이지 않은 채로 두어 전류가 없도록 확실히 한다(전극의 전위상태를 보전하여 분해물의 우세 양식에서 산화나 감소가 생기지 않도록 한다). 그다음 분해물이 산화되고 감소하는 전위로 넘어가면서 전류가 전극에서 흐른다. 처음에 아주 크다가 전극 근처의 분해물이 소모됨에 따라 빠르게 부패되면서 신호를 전송한다.
전위가 떨어져서 0시간대로 됐을 때의 포인트를 코트렐 등식으로 전류(I)가 어떻게 시간(t)에 기능이 부패되었는지를 설명한다:

코트렐 등식과 숫자 전환 방정식은 큐바이오스캔의 농도를 계산한다



F = 패러데이 상수(96500C/mole)
A = 전극 면적 (en cm2)
Co = 이온 농도 (mol/ cm3)
n = 분자당 전자수
D = 확산 계수(cm2/ s)
t = 초 단위로 측정한 시간

전류가 시간 제곱근의 역수로 감소하는데도 불구하고(산화 환원물을 흡착하는 과정)감소가 지수급으로 느껴질 수도 있다. 이런 시간 제곱근의 의존성은 전해물이 전극 표면으로 전달하는 반응성은 물리적 확산임을 입증한다.

체액 PH와 신체에 대한 효과


조직 pH(정상 범위는 7.31~7.35) 혹은 체액은 효소 활성에 영향 주고 따라서 췌장과 간장 기능에서도 작용한다.
조직 pH(정상 범위는 7.31~7.35) 혹은 뇌간질액은 대뇌의 혈류와 신경 흥분에 작용한다.

전극분극 전기저항(EPI)


전극 저항과 분극 전기저항의 비를 분극비라고 한다.
전극 재질에 상관없이 분극비는 희석돈 Na/Cl 용액의 농도의 기능을 약화시킨다. 기타 전극에 비하여 의료용 스테인리스강의 데이터는 농도에 의존하며 높은 전극 분극 전기저항을 갖고 있다.