Применение ультразвука для оценки состава тела и физиологических изменений скелетных мышц

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Ультразвук (УЗ) широко используется в медицине, однако возможности данного метода выходят широко за пределы клинической диагностики. Последние полвека на Западе активно развивается направление использования УЗ для оценки состава тела, изменений мышц под действием физической нагрузки, оценки состава мышцы по типу волокон, а также анализа изменений жирового и мышечного компонентов состава тела в динамике. Компактизация размеров, технологическая эволюция передатчика, новые алгоритмы фиксации и обработки отраженного сигнала способствовали созданию ультралегких, высокомощных УЗ-сканеров с высокой разрешающей способностью, которые синхронизируются со смартфоном специалиста ультразвуковой диагностики. Среди специалистов в области спорта и мышечной деятельности распространение получают и более дешевые УЗ-аппараты, которые позволяют проводить измерения в А- и В-режимах у здоровых людей. В данном обзоре представлены современные направления использования ультразвука вне сферы медицинской диагностики и приложения данного метода в спортивной физиологии и антропологии, а также ограничения метода и перспективы его развития.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Э. А. Бондарева

ФГБУ Федеральный научно-клинический центр физико-химической медицины имени академика Ю.М. Лопухина ФМБА

Автор, ответственный за переписку.
Email: Bondareva.E@gmail.com
Россия, Москва

Э. В. Генерозов

ФГБУ Федеральный научно-клинический центр физико-химической медицины имени академика Ю.М. Лопухина ФМБА

Email: Bondareva.E@gmail.com
Россия, Москва

А. А. Арутюнян

Российский национальный исследовательский медицинский университет имени Н.И. Пирогова

Email: Bondareva.E@gmail.com
Россия, Москва

Н. А. Бевзюк

Российский национальный исследовательский медицинский университет имени Н.И. Пирогова

Email: Bondareva.E@gmail.com
Россия, Москва

Е. В. Попова

ФГБОУ ВО Горно-Алтайский государственный университет

Email: Bondareva.E@gmail.com
Россия, Горно-Алтайск

О. И. Парфентьева

ФГБУ Федеральный научно-клинический центр физико-химической медицины имени академика Ю.М. Лопухина ФМБА

Email: Bondareva.E@gmail.com
Россия, Москва

Список литературы

  1. Драпкина О.М., Ангарский Р.К., Рогожкина Е.А. и др. Ультразвук-ассистированная оценка толщины висцеральной и подкожной жировой ткани. Методические рекомендации // Кардиоваскуляр. терапия и профилакт. 2023. Т. 22. № 3. С. 3552.
  2. Сусляева Н., Завадовская В.Д., Шульга О.С. и др. Алгоритм дифференциальной диагностики абдоминального и висцерального ожирения у пациентов с избыточной массой тела // Луч. диагност. и терапия. 2014. № 3. С. 61.
  3. Storchle P., Muller W., Sengeis M. et al. Measurement of mean subcutaneous fat thickness: Eight standardised ultrasound sites compared to 216 randomly selected sites // Sci. Rep. 2018. V. 8. № 1. P. 16268.
  4. Suzuki R., Watanabe S., Hirai Y. et al. Abdominal wall fat index, estimated by ultrasonography, for assessment of the ratio of visceral fat to subcutaneous fat in the abdomen // Am. J. Med. 1993. V. 95. № 3. P. 309.
  5. Wagner D.R., Cain D.L., Clark N.W. Validity and reliability of A-mode ultrasound for body composition assessment of NCAA division I athletes // PLoS One. 2016. V. 11. № 4. P. e0153146.
  6. Schlecht I., Wiggermann P., Behrens G. et al. Reproducibility and validity of ultrasound for the measurement of visceral and subcutaneous adipose tissues // Metabolism. 2014. V. 63. № 12. P. 1512.
  7. Baranauskas M.N., Johnson K.E., Juvancic‐Heltzel J.A. et al. Seven‐site versus three‐site method of body composition using BodyMetrix ultrasound compared to dual‐energy X‐ray absorptiometry // Clin. Physiol. Funct. Imaging. 2017. V. 37. № 3. P. 317.
  8. Bazzocchi A., Filonzi G., Ponti F. et al. Accuracy, reproducibility and repeatability of ultrasonography in the assessment of abdominal adiposity // Acad. Radiol. 2011. V. 18. № 9. P. 1133.
  9. Gradmark A.M., Rydh A., Renström F. et al. Computed tomography-based validation of abdominal adiposity measurements from ultrasonography, dual-energy X-ray absorptiometry and anthropometry // Br. J. Nutr. 2010. V. 104. № 4. P. 582.
  10. Johnson K.E., Miller B., Gibson A.L. et al. A comparison of dual‐energy X‐ray absorptiometry, air displacement plethysmography and A‐mode ultrasound to assess body composition in college‐age adults // Clin. Physiol. Funct. Imaging. 2017. V. 37. № 6. P. 646.
  11. Johnson K.E., Miller B., Juvancic‐Heltzel J.A. et al. Agreement between ultrasound and dual‐energy X‐ray absorptiometry in assessing percentage body fat in college‐aged adults // Clin. Physiol. Funct. Imaging. 2014. V. 34. № 6. P. 493.
  12. Kang S., Park J.H., Seo M.W. et al. Validity of the portable ultrasound BodyMetrix™ BX-2000 for measuring body fat percentage // Sustainability. 2020. V. 12. № 21. P. 8786.
  13. Loenneke J.P., Barnes J.T., Wagganer J.D., Pujol T.J. Validity of a portable computer‐based ultrasound system for estimating adipose tissue in female gymnasts // Clin. Physiol. Funct. Imaging. 2014. V. 34. № 5. P. 410.
  14. Pineau J.C., Filliard J.R., Bocquet M. Ultrasound techniques applied to body fat measurement in male and female athletes // J. Athl. Train. 2009. V. 44. № 2. P. 142.
  15. Pineau J.C., Guihard-Costa A.M., Bocquet M. Validation of ultrasound techniques applied to body fat measurement: a comparison between ultrasound techniques, air displacement plethysmography and bioelectrical impedance vs. dual-energy X-ray absorptiometry // Ann. Nutr. Metab. 2007. V. 51. № 5. P. 421.
  16. Ripka W.L., Gewehr P.M., Ulbricht L. Fat percentage evaluation through portable ultrasound in adolescents: A comparison with dual energy X-ray absorptiometry / 2016 IEEE EMBS Conference on Biomedical Engineering and Sciences (IECBES). 5—7 December, Kuala Lumpur, Malaysia, 2016. P. 146. doi: 10.1109/IECBES.2016.7843432
  17. Ripka W.L., Ulbricht L., Menghin L., Gewehr P.M. Portable A‐mode ultrasound for body composition assessment in adolescents // J. Ultrasound Med. 2016. V. 35. № 4. P. 755.
  18. Schoenfeld B.J., Aragon A.A., Moon J. et al. Comparison of amplitude‐mode ultrasound versus air displacement plethysmography for assessing body composition changes following participation in a structured weight‐loss programme in women // Clin. Physiol. Funct. Imaging. 2017. V. 37. № 6. P. 663.
  19. Smith-Ryan A.E., Fultz S.N., Melvin M.N. et al. Reproducibility and validity of A-mode ultrasound for body composition measurement and classification in overweight and obese men and women // PLoS One. 2014. V. 9. № 3. P. e91750.
  20. Totosy de Zepetnek J.O., Lee J.J., Boateng T. et al. Test–retest reliability and validity of body composition methods in adults // Clin. Physiol. Funct. Imaging. 2021. V. 41. № 5. P. 417.
  21. Aldrich J.E. Basic physics of ultrasound imaging // Crit. Care Med. 2007. V. 35 (5 Suppl). P. S131.
  22. Bachu V.S., Kedda J., Suk I. et al. High-intensity focused ultrasound: A review of mechanisms and clinical applications // Ann. Biomed. Eng. 2021. V. 49. № 9. P. 1975.
  23. Goss S., Johnston R., Dunn F. Comprehensive compilation of empirical ultrasonic properties of mammalian tissues // J. Acoust. Soc. Am. 1978. V. 64. № 2. P. 423.
  24. Barnett S.B., Ter Haar G.R., Ziskin M.C. et al. International recommendations and guidelines for the safe use of diagnostic ultrasound in medicine // Ultrasound Med. Biol. 2000. V. 26. № 3. P. 355.
  25. Dankel S.J., Abe T., Bell Z.W. et al. The impact of ultrasound probe tilt on muscle thickness and echo-intensity: A cross-sectional study // J. Clin. Densitom. 2020. V. 23. № 4. P. 630.
  26. Wagner D.R., Teramoto M., Judd T. et al. Comparison of A-mode and B-mode ultrasound for measurement of subcutaneous fat // Ultrasound Med. Biol. 2020. V. 46. № 4. P. 944.
  27. Lee J.-W., Hong S.-U., Lee J.-H., Park S.-Y. Estimation of validity of A-mode ultrasound for measurements of muscle thickness and muscle quality // Bioengineering. 2024. V. 11. № 2. P. 149.
  28. Ribeiro G., de Aguiar R.A., Penteado R. et al. A-mode ultrasound reliability in fat and muscle thickness measurement // J. Strength Cond. Res. 2022. V. 36. № 6. P. 1610.
  29. Ross R., Aru J., Freeman J. et al. Abdominal adiposity and insulin resistance in obese men // Am. J. Physiol. Endocrinol. Metab. 2002. V. 282. № 3. P. E657.
  30. Маркова Т.Н., Кичигин В.А., Диомидова В.Н. и др. Оценка объема жировой ткани антропометрическими и лучевыми методами и его связь с компонентами метаболического синдрома // Ожирение и метаболизм. 2013. Т. 10. № 2. С. 23.
  31. Kuk J.L., Church T.S., Blair S.N., Ross R. Does measurement site for visceral and abdominal subcutaneous adipose tissue alter associations with the metabolic syndrome? // Diabetes Care. 2006. V. 29. № 3. P. 679.
  32. Rolfe E.D.L., Sleigh A., Finucane F.M. et al. Ultrasound measurements of visceral and subcutaneous abdominal thickness to predict abdominal adiposity among older men and women // Obesity. 2010. V. 18. № 3. P. 625.
  33. Bondareva E.A., Parfenteva O.I., Troshina E.A. et al. Agreement between bioimpedance analysis and ultrasound scanning in body composition assessment // Am. J. Hum. Biol. 2024. V. 36. № 4. P. e24001.
  34. Bullen B.A., Quaade F., Olessen E., Lund S.A. Ultrasonic reflections used for measuring subcutaneous fat in humans // Hum. Biol. 1965. V. 37. № 4. P. 375.
  35. Müller W., Lohman T.G., Stewart A.D. et al. Subcutaneous fat patterning in athletes: selection of appropriate sites and standardisation of a novel ultrasound measurement technique: ad hoc working group on body composition, health and performance, under the auspices of the IOC Medical Commission // Br. J. Sports Med. 2016. V. 50. № 1. P. 45.
  36. Kumar A. Non-Invasive estimation of muscle fiber type using ultrasonography // Int. J. Phys. Educ. Sports Health. 2023. V. 10. № 1. P. 89.
  37. Ashir A., Jerban S., Barrère V. et al. Skeletal muscle assessment using quantitative ultrasound: A narrative review // Sensors (Basel). 2023. V. 23. № 10. P. 4763.
  38. Nagae M., Umegaki H., Yoshiko A., Fujita K. Muscle ultrasound and its application to point-of-care ultrasonography: A narrative review // Ann. Med. 2023. V. 55. № 1. P. 190.
  39. Масенко В.Л., Коков А.Н., Григорьева И.И., Кривошапова К.Е. Лучевые методы диагностики саркопении // Исследования и практика в медицине. 2019. Т. 6. № 4. С. 127.
  40. Соколова А.В., Климова А.В., Драгунов Д.О. и др. Организация медицинской помощи пациентам с саркопенией: методические рекомендации. М.: ГБУ “НИИОЗММ ДЗМ”, 2023. 49 с.
  41. Cho Y.K., Jung H.N., Kim E.H. et al. Association between sarcopenic obesity and poor muscle quality based on muscle quality map and abdominal computed tomography // Obesity. 2023. V. 31. № 6. P. 1547.
  42. Farsijani S., Santanasto A.J., Miljkovic I. et al. The relationship between intermuscular fat and physical performance is moderated by muscle area in older adults // J. Gerontol. A Biol. Sci. Med. Sci. 2021. V. 76. № 1. P. 115.
  43. Heckmatt J.Z., Pier N., Dubowitz V. Real-time ultrasound imaging of muscles // Muscle Nerve. 1988. V. 11. № 1. P. 56.
  44. Goodpaster B.H., Bergman B.C., Brennan A.M., Sparks L.M. Intermuscular adipose tissue in metabolic disease // Nat. Rev. Endocrinol. 2023. V. 19. № 5. P. 285.
  45. Schmitz G., Dencks S. Ultrasound imaging // Recent Results Cancer Res. 2020. V. 216. P. 135.
  46. Mechelli F., Arendt-Nielsen L., Stokes M., Agyapong-Badu S. Validity of ultrasound imaging versus magnetic resonance imaging for measuring anterior thigh muscle, subcutaneous fat, and fascia thickness // Methods Protoc. 2019. V. 2. № 3. P. 58.
  47. Mirón Mombiela R., Vucetic J., Rossi F., Tagliafico A.S. Ultrasound biomarkers for sarcopenia: What can we tell so far? // Semin. Musculoskelet. Radiol. 2020. V. 24. № 2. P. 181.
  48. Sun X., Croxford A.J., Drinkwater B.W. Continuous monitoring with a permanently installed high-resolution ultrasonic phased array // Struct. Health Monit. 2023. V. 22. № 5. P. 3451.
  49. Sahinis C., Kellis E. Hamstring muscle quality properties using texture analysis of ultrasound images // Ultrasound Med. Biol. 2023. V. 49. № 2. P. 431.
  50. Wong V., Spitz R.W., Bell Z.W. et al. Exercise induced changes in echo intensity within the muscle: A brief review // J. Ultrasound. 2020. V. 23. № 4. P. 457.
  51. Van den Broeck J., Héréus S., Cattrysse E. et al. Reliability of muscle quantity and quality measured with extended-field-of-view ultrasound at nine body sites // Ultrasound Med. Biol. 2023. V. 49. № 7. P. 1544.
  52. Wilkinson T.J., Ashman J., Baker L.A. et al. Quantitative muscle ultrasonography using 2d textural analysis: A novel approach to assess skeletal muscle structure and quality in chronic kidney disease // Ultrason. Imaging. 2021. V. 43. № 3. P. 139.
  53. Yoshiko A., Kaji T., Sugiyama H. et al. Twenty-four months' resistance and endurance training improves muscle size and physical functions but not muscle quality in older adults requiring long-term care // J. Nutr. Health Aging. 2019. V. 23. № 6. P. 564.
  54. Rowe G.S., Blazevich A.J., Haff G.G. pQCT- and ultrasound-based muscle and fat estimate errors after resistance exercise // Med. Sci. Sports Exerc. 2019. V. 51. № 5. P. 1022.
  55. Botton C.E., Umpierre D., Rech A. et al. Effects of resistance training on neuromuscular parameters in elderly with type 2 diabetes mellitus: A randomized clinical trial // Exp. Gerontol. 2018. V. 113. P. 141.
  56. Cadore E.L., González-Izal M., Grazioli R. et al. Effects of Concentric and Eccentric Strength Training on Fatigue Induced by Concentric and Eccentric Exercises // Int. J. Sports Physiol. Perform. 2019. V. 14. № 1. P. 91.
  57. Oranchuk D.J., Stock M.S., Nelson A.R. et al. Variability of regional quadriceps echo intensity in active young men with and without subcutaneous fat correction // Appl. Physiol. Nutr. Metab. 2020. V. 45. № 7. P. 745.
  58. Crawford S.K., Lee K.S., Bashford G.R., Heiderscheit B.C. Spatial-frequency analysis of the anatomical differences in hamstring muscles // Ultrason. Imaging. 2021. V. 43. № 2. P. 100.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Портативные аппараты для проведения ультразвуковых исследований. А – ультразвуковой сканер для определения толщины подкожного жира и толщины мышц (BodyMetrix, IntelaMetrix), Б — ультразвуковой сканер для исследования мышц, костей, легких и абдоминальной области (Vscan Air™ CL, GE HealthCare), В – ультразвуковой сканер с функцией допплерографии (TE Air, Mindray), Г – ультразвуковой сканер, сочетающий фазированную и линейную решетку датчика (PAL HD3, Clarius).

Скачать (94KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Протоколы УЗИ подкожного и висцерального жира абдоминальной локализации. Протокол 1 (лежа, В-режим). Датчик устанавливается в сагиттальной плоскости под мечевидным отростком [1]. Протокол 2 (лежа, В-режим). Датчик располагается в сагиттальной плоскости на средней линии живота между пупком и мечевидным отростком (1/2 дистанции) [2]. Протокол 3 (лежа, В-режим). Датчик располагается в сагиттальной плоскости на средней линии живота на 1 см выше пупка [1, 6]. Протокол 4 (лежа, В-режим). Датчик располагают в сагиттальной плоскости на уровне пупка, на 5 см латеральнее от него [1]. Протокол 5 (стоя, А-режим). Датчик располагают в сагиттальной плоскости на 3 см латеральнее пупка. Измерения проводят с правой стороны тела [5]. Протокол 6 (лежа, В-режим). С помощью датчика делается сканирование по средней линии от мечевидного отростка до пупка [4]. Протокол 7 (стоя, В-режим). Датчик располагают на уровне пупка; движение осуществляют от пупка к средней подмышечной линии. В настоящее время данная методика предложена производителем, но не валидирована [26].

Скачать (120KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Лесовидный график по результатам сравнения средних значений толщины подкожного жира, полученный УЗИ-методом (В-режим) и референсным методом (КТ или МРТ). Были включены исследования, где были указаны: режим, частота, средние значения – 4 исследования [6, 8, 9, 32].

Скачать (159KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Протоколы для УЗИ-оценки состава тела у спортсменов. A — протокол УЗИ подкожного жира для расчета состава тела, разработанный IASMS (International Association of Sciences in Medicine and Sports). Протокол адаптирован для B-режима УЗИ [3, 35]. ДТ – длина тела, UA – upper abdomen (на 0.02 ДТ см выше и правее от пупка), LA – lower abdomen (на 0.02 ДТ см ниже и правее от пупка), ES – erector spinae (на 0.14 ДТ выше седалищного бугра и на 0.02 х ДТ правее от этой точки), DT – distal triceps (на 0.02 ДТ выше локтевого сустава), BR – m. Brachioradialis (на 0.05 ДТ ниже головчатого возвышения), LT – lateral thigh, FT – front thigh (на 0.14 ДТ выше коленного сустава), MC – medial calf (на 0.18 ДТ выше пяточной кости). Б — протокол УЗИ подкожного жира для расчета состава тела, разработанный ISAK (International Standards for anthropometric assessment). Протокол адаптирован для А-режима УЗИ [5]. Указаны 7 точек.

Скачать (234KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Лесовидный график по результатам сравнения средних значений доли жировой массы, полученный УЗИ-методом (А-режим) и референсным методом (денситометрия – DXA и воздушнозаместительная плетизмография — ADP). JP3, JP4, JP7 — формулы Джексона — Поллока для трех, четырех и семи складок соответственно. Были включены исследования, где были указаны: режим, частота, средние значения и формулы – 14 исследований [5—7, 10—20].

Скачать (827KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025