Bioimpedanzspektren

Bioimpedanzspektren sind die frequenzabhängigen Impedanzwerte biologischer Gewebe oder ganzer Körper. Sie ergeben sich aus dem komplexen Impedanzspektrum Z(f) = R(f) + jX(f), das aus Realteil R und Imaginate X besteht und sowohl Betrag als auch Phasenwinkel über ein Spektrum von Frequenzen liefert. Die Form der Spektren ist frequenzabhängig: Zellmembranen wirken als kapazitive Barriere, wodurch niederfrequente Ströme hauptsächlich durch den extrazellulären Raum fließen, während höhere Frequenzen auch den intrazellulären Raum durchdringen. Dadurch liefern Bioimpedanzspektren Hinweise auf Gewebetypen, Zellmembrankomponenten und die Verteilung von Flüssigkeiten.

Die Messung erfolgt üblicherweise mit einer Vierpolenelektrodenanordnung (tetrapolar), um den Einfluss von Elektrodenkontakt und Polarisation zu reduzieren. Die Messfrequenzen liegen typischerweise im Bereich von wenigen Kilohertz bis in den Megahertzbereich. Zur Erfassung der Spektren werden Geräte wie Impedanzspektroskope oder Netzwerkanalysatoren eingesetzt, oft begleitet von Kalibrierung und Temperaturkontrolle.

Zur Analyse werden geeignete Modelle verwendet, etwa das Cole-Modell, das Z(f) als Funktion mit charakteristischen Dispersionen beschreibt. Aus den Modellparametern lassen sich unter anderem extrazelluläre und intrazelluläre Resistenzen, Membrankapazität und Gewebeaggregation ableiten.

Anwendungen finden sich in der Bestimmung der Körperzusammensetzung (Totaler Körperwasser, Extrazelluläres vs. Intrazelluläres Wasser), Hydratations- und Ödemauswertung, Gewebecharakterisierung in der Medizin sowie in der Grundlagenforschung zu Gewebephysiologie und Therapieüberwachung. Limitationen umfassen Elektrodenpolarisation, Heterogenität des Gewebes, Temperaturabhängigkeit und Modellwahl.