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Bioelectrical impedance vector analysis (BIVA) in exercise and sports practice

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Universitat de Barcelona. Institut Nacional d'Educació Física de Catalunya (INEFC) - Barcelona

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[eng]  Bioelectrical impedance analysis (BIA) is a non-invasive technique widely used in body composition assessment. Nevertheless, its accuracy is compromised because of its reliance on regression equations and assumptions that are not frequently met. The bioelectrical impedance vector analysis (BIVA or "classic BIVA") emerged as an alternative technique to overcome conventional BIA limitations, founding its main strength on the use of raw impedance variables. BIVA is nowadays a widely used technique in medicine for the assessment of hydration and nutritional status in different clinical conditions. Although there has been a rapid growth of interest regarding the application of BIVA in sport and exercise research and practice in the recent years, the current scientific literature is still scarce and very heterogeneous. For this reason, we first systematically reviewed the current knowledge on the bases, applications, usefulness and suitability of BIVA in sport and exercise (Study I). Furthermore, we outlined future perspectives in this field and suggested a research agenda. In Studies II and III, we aimed at providing the first description, in bioelectrical terms, of a group of young elite female synchronised swimmers and a group of experienced, well-trained, non-professional, ultra-endurance male triathletes, comparing them with a reference non-athletic population. Additionally, we assessed the variation in the whole-body bioimpedance vector and body mass after a training session in synchronised swimmers and after a competition in triathletes. We concluded that the bioimpedance vector analysis is a technique that has a great potential in sport and exercise, yet largely unexplored, especially for the identification of soft-tissue injury and its follow-up. However, "classic" BIVA is inconsistent in the assessment of two-compartment body composition and the vector position of athletes in relation to the reference population seems controversial in many cases. "Specific" BIVA, a method which proposes a correction of bioelectrical values for body geometry, seems to overcome this limitation . In any case, specific bioelectrical distributions were found in synchronised swimmers and triathletes in comparison with their healthy, general reference population. In relation with this, Study II reports for the first time specific tolerance ellipses in a female sport group. Furthermore, BIVA showed bioelectrical differences between synchronised swimmers of different age and performance level. Accordingly, Study III also reported bioelectrical differences between triathletes of different performance level. Regarding the assessment of hydration status through "classic" BIVA, this is not a valid method to identify dehydration in individual athletes. Nevertheless, vector changes are consistent with fluid loss induced by high intensity synchronised swimming training and by an ultra-endurance triathlon competition, regardless of age and performance level. Furthermore, vector changes seem consistent with fluid recovery 48h after the triathlon event. However, more research is needed regarding the relationship between the bioelectrical signal and physiological adaptations induced by different types of exercise, especially in how the structure and function of the cell are altered and how these affect the behaviour of resistance, and in particular reactance.

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[spa]  El análisis de impedancia bioelectrica (BIA) es una técnica no invasiva ampliamente utilizada en la evaluación de la composición corporal. Sin embargo, su precisión se ve comprometida debido a la dependencia de ecuaciones de regresión y suposiciones que no se cumplen con frecuencia. El análisis del vector de impedancia bioeléctrica (BIVA o BIVA "clásico") surgió como una técnica alternativa para superar las limitaciones del BIA convencional, basando su principal fortaleza en el uso de parámetros primarios de impedancia. Hoy en día, BIVA es una técnica ampliamente utilizada en medicina como herramienta para la evaluación de la hidratación y el estado nutriciónal en diferentes condiciones clínicas. En cuanto a la aplicación de BIVA en la investigación y práctica de ejercicio y deporte, el interés ha crecido rápidamente en los últimos años, aunque la literatura científica actual es todavía escasa y muy heterogénea. Por esta razón, en la presente tesis realizamos primero una revisión sistemática sobre el conocimiento actual en relación a las bases, aplicaciones, utilidad e idoneidad de BIVA en el deporte y el ejercicio (Estudio I). Además, trazamos las perspectivas futuras en este campo y sugerimos una agenda de investigación. En los Estudios II y III, nuestro objetivo fue proporcionar la primera descripción, en términos bioelectricos, de un grupo de jóvenes deportistas de élite de natación sincronizada y un grupo masculino no profesional de triatletas de ultra-resistencia, experimentados y bien entrenados, comparándolos con su población sana de referencia. Además, evaluamos la variación en el vector de bioimpedancia de cuerpo completo y la masa corporal después de un entrenamiento en las nadadoras y después de competición en los triatletas. Tras analizar los resultados obtenidos, concluímos que el análisis del vector de bioimpedancia es una técnica que tiene un gran potencial (aún apenas explorado) en el deporte y el ejercicio, especialmente para la identificación de lesiones de tejidos blandos y su seguimiento a lo largo de la recuperación. Sin embargo, el BIVA "clásico" no es consistente en la evaluación bicompartimental de la composición corporal y la posición del vector de los atletas en relación a su población de referencia parece conflictiva en muchos casos. El BIVA "especffico", un metodo que propone una corrección de los valores bioelectricos en relación a la geometria del cuerpo, parece superar esta limitación. En cualquier caso, se encontraron distribuciónes bioeléctricas especificas en nadadoras de natación sincronizada y en triatletas en comparación con su población sana de referencia. En relación a esto, el Estudio II genera por primera vez elipses de tolerancia específica en un grupo femenino de deportistas. Ademas, BIVA mostró diferencias bioeléctricas entre las nadadoras de diferentes edades y niveles de rendimiento. Asimismo, el Estudio III tambien informó sobre diferencias bioeléctricas entre los triatletas de diferentes nivel deportivo. Con respecto a la evaluación del estado de hidratación a través del BIVA "clasico", éste no es un método valido para identificar la deshidratación en atletas. Sin embargo, los cambios en el vector son consistentes con la pérdida de fluidos inducidos por un entrenamiento de natación sincronizada de alta intensidad y por una competición de triatlón de ultra-resistencia, independientemente de la edad y el nivel de rendimiento deportivo. Además, la migración del vector parece consistente con la recuperación de Iíquidos 48 horas despues de la carrera de triatlón. Sin embargo, se necesita investigar más acerca de la relación entre la señal bioeléctrica y las adaptaciones fisiológicas inducidas por diferentes tipos de ejercicio, especialmente en cómo son alteradas la estructura y la función celular, y cómo estas afectan al comportamiento de la resistencia y, en particular, al de la reactancia.

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Tesis Doctorals - Institut Nacional d'Educació Física de Catalunya (INEFC) - Barcelona

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Bioelectrical impedance vector analysis (BIVA) in exercise and sports practice