L'analisi di bioimpedenza (BIA) è lo studio delle componenti elettriche dell'impedenza corporea (Z): la resistenza (R) e la reattanza (Xc); la misurazione dell'impedenza è definita impedenziometria.L'impedenza bioelettrica dei tessuti è generata dal passaggio di una corrente alternata iniettata per via transcutanea attraverso elettrodi di superficie; questa corrente, di frequenza compresa tra 1 Khz e 1 Mhz e intensità compresa tra 400 e 800 μA, non è percepita dall'individuo e non è in grado di provocare lesioni cutanee né di stimolare i tessuti eccitabili, ma riesce a superare il rumore elettrico di fondo proveniente dagli stimoli neuromuscolari o da campi elettrici esterni. Attraverso due elettrodi rilevatori viene registrata la caduta di tensione e le caratteristiche della corrente dopo il transito nei tessuti (Figura 1); queste variano in base alla frequenza della corrente applicata e alle caratteristiche dei tessuti [26,27].Una corrente elettrica alternata che attraversa un tessuto biologico non incontra semplicemente una resistenza, ma un'impedenza; ciò può essere compreso considerando il significato delle grandezze fisiche che compongono l'impedenza stessa e tenendo conto degli elementi che costituiscono i tessuti.La resistenza è la forza che un conduttore oppone al passaggio della corrente elettrica; è una grandezza fisica caratteristica del conduttore ed è direttamente proporzionale alla sua lunghezza ed inversamente proporzionale alla sua sezione. E' espressa dalla legge di Ohm come rapporto tra la differenza di potenziale applicata ai capi del conduttore e l'intensità della corrente che lo attraversa; è misurata in ohm. La resistenza inoltre è direttamente proporzionale alla lunghezza del conduttore geometrico ed inversamente proporzionale alla sua sezione, secondo l'equazione: R=  x L/A  è la resistività specifica ed esprime la resistenza per unità di volume di un materiale (Ohm/cm3); si assume che sia costante. L è la lunghezza del conduttore in cm e A è la sezione del conduttore in cm². Se si moltiplicano entrambi i membri dell'equazione per L/L si avrà: R =  x L 2 /AL Essendo il volume V = AL, per sostituzione si otterrà: R =  x L 2 /V Si può quindi conoscere V:V =  x L 2 /RQuesta equazione dimostra che è possibile risalire al volume del conduttore misurando la lunghezza e la resistenza del conduttore.La reattanza, detta anche resistenza capacitativa, è la forza che un condensatore oppone al passaggio della corrente; anche questa grandezza è misurata in ohm. E' correlata alla capacità di un condensatore di accumulare energia.La resistenza e la reattanza sono legate all'impedenza da una formula matematica: l'impedenza è data dalla radice quadrata della somma della resistenza al quadrato e della reattanza al quadrato: Z = √R²+Xc² Dal punto di vista impedenziometrico il corpo umano può essere considerato un sistema formato da vari conduttori ionici di natura diversa ed un flusso di corrente elettrica alternata che lo attraversi tende a percorrere le vie contraddistinte da minore resistenza. I tessuti non grassi sono altamente conduttivi, contengono forti quantità di acqua ed elettroliti ed oppongono una limitata resistenza alla corrente che li attraversa. La cute, i tessuti adiposi e le ossa sono cattivi conduttori contenenti pochi fluidi ed elettroliti e sono fortemente resistivi. Il grasso puro è un isolante. Inoltre la conducibilità del tessuto adiposo è costante mentre quella cutanea è variabile ed è influenzata da fattori come la sudorazione o lo stato i idratazione. Nei tessuti bisogna distinguere il liquido intracellulare ed extracellulare dalle cellule. I liquidi oppongono al passaggio della corrente una resistenza; invece le cellule, essendo delimitate da una membrana formata da un doppio strato fosfolipidico, si comportano come condensatori e oppongono al passaggio della corrente una reattanza; le cellule grasse però sono sprovviste di questa membrana dielettrica e quindi non oppongono reattanza al passaggio della corrente elettrica (Figura 2). Da questo si può concludere che la resistenza è un indice del contenuto di liquidi corporei, mentre la reattanza è un indice di cellularità, in particolar modo dà una misura della massa cellulare dei tessuti privi di grasso.In letteratura sono riportate varie modalità di esecuzione della BIA; la tecnica standard è quella tetrapolare degli arti, in cui si posizionano gli elettrodi iniettori (rossi) sulla superficie dorsale della mano a livello delle articolazioni metacarpo-falangea e sulla superficie dorsale omolaterale del piede a livello dell'articolazione metatarso-falangea (il lato di riferimento è il destro), si applica una corrente di 800 μA e 50 KHz e si registra la corrente in uscita attraverso gli elettrodi rilevatori (neri) posizionati a circa 5-6 cm dai primi (Figura 3).La tecnica di registrazione dell'impedenza si basa sul presupposto fisico che il volume di un conduttore può essere ricavato dalla resistenza da questo offerta al passaggio della corrente e dalla sua lunghezza; questo è valido nel caso di un conduttore isotropico. Il corpo umano può essere assimilato a un conduttore di questo tipo; si tratta comunque di una semplificazione a cui bisogna ricorrere per poter applicare le leggi della fisica ad una struttura complessa come il corpo umano. Non avendo una sezione trasversale costante è più corretto rappresentare il corpo umano con un modello a cinque cilindri: il tronco, gli arti superiori e gli arti inferiori. Date le diverse dimensioni dei vari segmenti quando il corpo è attraversato da una corrente elettrica il maggior contributo alla resistenza e quindi all'impedenza è fornito dagli arti superiori e inferiori rispettivamente per il 60% e il 30%, mentre il tronco contribuisce per il 10%. Da ciò si deduce che per avere una misura più precisa dell'impedenza dell'organismo bisognerebbe misurare ogni segmento separatamente: questo approccio prende il nome di BIA segmentale, ma non è facilmente realizzabile dal punto di vista pratico. È preferibile quindi approssimare il corpo ad un segmento di lunghezza pari all'altezza del soggetto misurato e normalizzare le misurazioni effettuate per questo parametro. L'applicazione delle leggi fisiche al corpo umano ha portato alla definizione di un'altra grandezza, a cui si può ricorrere nello studio della composizione corporea: l'angolo di fase (Φ). In un circuito a corrente alternata con almeno un elemento di dissipazione di corrente (resistenza) e almeno un elemento di accumulo (condensatore), l'intensità di corrente è sfasata in anticipo rispetto alla tensione della corrente; la tensione "arriva" all'elettrodo rilevatore in ritardo rispetto all'intensità perché è rallentata dal condensatore attraversato dalla corrente; questo sfasamento nel tempo tra tensione e intensità di corrente è rappresentato dall'angolo di fase (Φ), che, espresso in gradi, descrive la relazione tra R e Xc. E' dato dalla formula: Φ = arctan (Xc/R) x 180/3.1415 Graficamente è l'angolo tra la coordinata della resistenza e la linea dell'impedenza (Figura 4).L'angolo di fase varia tra 0° e 90°. In un circuito solo resistivo, ovvero in un modello privo di membrane cellulari, Xc è 0 e Φ è 0°; invece in un circuito solo capacitativo, ovvero in un modello di sole membrane senza fluidi, R è 0 e Φ è 90°. Se il corpo umano fosse formato solo da cellule si avrebbe solo reattanza o se fosse formato solo da acqua si avrebbe solo resistenza; invece contiene sia cellule che acqua e la quantità della seconda supera quella delle prime; il corpo umano è formato infatti per circa due terzi da acqua. Per questo motivo nell'individuo adulto sano Φ è compreso tra 5° e 10°.Angoli di fase bassi possono indicare una rottura di membrane cellulari o un espansione degli spazi extracellulari (ritenzione idrica, edema); invece angoli di fase alti possono indicare importanti quantità di membrane cellulari intatte o disidratazione.Dal momento che l'angolo di fase è dato dalla resistenza, che rappresenta lo stato di idratazione tessutale e dalla reattanza, che rappresenta la massa cellulare, è stato proposto l'impiego di questo parametro come indice dello stato nutrizionale. Più precisamente l'angolo di fase sembra esprimere lo stato della massa cellulare corporea (BCM): in uno studio condotto su bambini sani e malnutriti è stata osservata una significativa correlazione positiva tra Φ e due parametri antropometrici: il peso corporeo (r=.818, p<.001) e la circonferenza del braccio (r=.901, p< .001); quest'ultima è un indice della massa muscolare. Nello stesso studio si è osservato un valore di Φ più basso nei bambini malnutriti rispetto a quelli sani e un aumento in seguito alla terapia nutrizionale parallelamente all'aumento del peso corporeo; inoltre è stata suggerita la possibilità di utilizzare l'angolo di fase per valutare qualitativamente un aumento di peso corporeo, ovvero per definire se è da attribuire ad un aumento della massa cellulare o dei liquidi extracellulari [28].