Principes de base

Tous les appareils DXA sont composés d'un générateur émettant des rayons X de deux énergies, une table d'examen, un détecteur et un système informatique. La DXA mesure la transmission à travers le corps de rayons X à basse et haute énergie. Lorsque les rayons X d'intensité initiale Io traversent le corps, ils sont atténués par l'absorption photo-électrique et l'effet Compton, réduisant l'intensité I transmise au détecteur. L'atténuation (Io/I) dépend du coefficient d'atténuation massique, et de la densité surfacique du tissu (M, en g/cm²) :

I/Io = exp (-µ x M)

Dans les pixels contenant de l'os (40% des pixels totaux), la DXA détermine les densités surfaciques de l'os (M_os) et des tissus mous (M_{tissus mous}) en utilisant deux différentes énergies. En supposant que µ de l'os et des tissus mous soit connu et constant, les équations suivantes peuvent être résolues. Les variables avec et sans apostrophes indiquent respectivement les faisceaux à basse et haute énergie :

(I/Io)' = exp ­ (µ' _os x M_os + µ'_{tissus mous} x M_{tissus mous})

(I/Io) = exp ­ (µ_os x M_os + µ_{tissus mous} x M_{tissus mous})

La densité minérale osseuse est obtenue en effectuant la moyenne de M_os de tous les pixels, alors que le contenu minéral osseux est obtenu par la multiplication de la densité minérale osseuse par la surface. Comme il n'y a que deux équations pour calculer deux inconnues (os et tissus mous), la composition corporelle des pixels contenant de l'os ne peut pas être calculée directement. Le pourcentage de masses grasse et non grasse des tissus mous est alors déduit des tissus avoisinants qui ne contiennent pas d'os, de la manière expliquée ci-dessous.¹

Dans les pixels ne contenant pas d'os, la DXA mesure directement les pourcentages de masses grasse et maigre des tissus mous (M_os = 0). Comme la composition de ces compartiments varie entre individus, il n'existe pas de valeurs préétablies de µ et les équations susmentionnées ne peuvent pas être résolues. C'est pourquoi, la DXA compare le rapport de l'atténuation du faisceau de basse et de haute énergie (R_st) avec des valeurs R expérimentales de masses grasse et maigre des tissus mous, obtenues par calibration avec des fantômes équivalant à 100% de MG et 100% de masse maigre. Une valeur R élevée correspond à une proportion élevée de masse maigre. La revue de Pietrobelli et coll. détaille les principes physiques et mathématiques de la DXA.²

Avantages et limitations

La mesure par DXA du corps entier est rapide (3-10 minutes selon les appareils), non invasive, précise et ne dépend que très peu du technicien. Elle induit une irradiation de 2-5 µSv,³ ce qui est faible par rapport à l'irradiation naturelle journalière (5-7 µSv). Elle mesure trois compartiments au lieu des deux compartiments mesurés avec l'hydrodensitométrie (HD) et le comptage de potassium (TBK). De plus, la DXA a l'énorme avantage de mesurer la composition corporelle régionale.

Les limitations de la DXA proviennent des principes sur lesquels elle repose. Premièrement, elle suppose que la proportion de MG dans les tissus mous recouvrant l'os est la même que dans les tissus mous avoisinants ne contenant pas d'os.⁴ Deuxièmement, une augmentation de l'épaisseur des tissus diminue la valeur de R_st par un phénomène de durcissement du faisceau (beam-hardening) : les photons de basse énergie disparaissent du faisceau d'énergie et décalent la distribution spectrale vers des énergies plus hautes. La calibration par fantômes devrait corriger en bonne partie ce phénomène.⁵ Néanmoins, on peut encore observer ce phénomène chez des patients obèses où la MG est sous-estimée. En effet, chez des patients de plus de 95 kg, la DXA sous-estime le poids corporel de plus de 3 kg par rapport à une balance de haute précision.⁶ Des logiciels adaptés commencent à voir le jour (high power mode pour Hologic et thick mode pour GE-Lunar). D'un point de vue pratique, la table d'examen peut être parfois trop étroite pour mesurer le corps entier des patients obèses. Finalement, la DXA considère que l'hydratation et le contenu électrolytique de la masse maigre des tissus mous sont constants.¹ Bien qu'une hydratation de 69,2 à 78,2% n'influence pas significativement le % MG,⁵ une surhydratation sévère peut affecter la valeur R_st et donc la MG.

Comparaison des appareils DXA et de la composition corporelle mesurée

Principalement, trois entreprises fabriquent des appareils DXA mesurant la composition corporelle : Hologic Inc. (Waltham, MA, Etats-Unis), GE-Lunar Corp. (Madison, WI, Etats-Unis) et Norland Medical Systems (Fort Atkinson, WI, Etats-Unis). Les appareils sont basés sur le même principe physique mais diffèrent quant aux générateurs à rayons X, aux détecteurs, à la géométrie du faisceau (pencil vs fan beam vs narrow beam), aux algorithmes de détection des contours de l'image et à la méthode de calibration. Leurs appareils les plus récents sont comparés dans le tableau 1. La précision in vivo à court terme de ces appareils n'a pas encore été déterminée, mais les appareils plus anciens montrent des coefficients de variation de 1-7% pour la MG totale. Pour la composition corporelle régionale, la précision in vivo est légèrement plus élevée.⁷

Le tableau 2 montre les études comparant la composition corporelle obtenue avec des appareils de même marque mais des logiciels différents et des appareils de marques différentes. Ces différences peuvent provenir de la calibration, effectuées avec des standards différents selon les constructeurs, et des hypothèses concernant la distribution de la MG, non révélées par les constructeurs.

Composition corporelle entre DXA et méthodes de référence

L'exactitude de la composition corporelle totale et régionale mesurée par les appareils DXA les plus récents n'a pas encore été déterminée. C'est pourquoi, les comparaisons mentionnées ci-dessous concernent des appareils DXA plus anciens.

Méthodes de référence à deux ou plusieurs compartiments

Les appareils DXA des trois constructeurs surestiment discrètement la MG et sous-estiment la MNG par rapport à des modèles multicompartimentaux. En comparaison avec l'HD, la DXA Norland surestime le pourcentage de MG de 7,8-11,4% mais les DXA Hologic et Lunar donnent des mesures exactes chez des sujets sains. Par rapport au TBK, la DXA surestime la MG de 5,3% chez des femmes en post-partum, mais sous-estime la MG de 0,5% chez des femmes obèses. Ces résultats démontrent la nécessité d'études approfondies sur l'exactitude des méthodes de mesure de composition corporelle.

En clinique, la détermination des changements de composition corporelle permet d'évaluer l'efficacité des traitements affectant le statut nutritionnel. Chez dix-neuf patients ayant perdu 4 kg en douze semaines, la DXA Norland calcule précisément les changements de poids corporel comparés à des balances de haute précision.⁸ Chez vingt-sept femmes obèses soumises à une intervention de seize semaines, la DXA Hologic surestime la diminution du pourcentage de MG, ce qui a été attribué à des modifications hydriques.⁹ Finalement, les corrélations entre la DXA Lunar et un modèle multicompartimental sont élevées pour les modifications de MG et pourcentage de MG sur une année.¹⁰ Globalement, les différences entre la DXA et les modèles multicompartimentaux sont peu importantes.

Résonance magnétique (IRM) et tomographie computérisée (CT)

Les méthodes de référence pour déterminer la composition corporelle régionale sont l'IRM et le CT. Les études comparatives avec la DXA sont peu nombreuses. Alors que la DXA Lunar et le CT donnent des résultats similaires pour la MG abdominale totale, la DXA Norland la surestime de 50 à 125 g/cm selon la distance depuis l'apophyse xyphoïde, par rapport à l'IRM. Plusieurs études ont aussi essayé de différencier la MG abdominale viscérale et sous-cutanée en combinant la DXA et des paramètres anthropométriques. Jensen et coll. n'ont pas confirmé l'exactitude de cette approche et suggèrent d'utiliser la DXA Lunar et une coupe unique de CT.¹¹ Néanmoins, pour Svendsen et coll., l'association de la MG totale abdominale mesurée par DXA Lunar, du rapport taille/hanche et des plis cutanés tronculaires prédit le mieux la MG abdominale viscérale mesurée par CT chez vingt-cinq femmes en post-ménopause.¹² De façon similaire, chez 71 sujets en surcharge pondérale, la combinaison du diamètre abdominal transverse mesuré par DXA Hologic, du diamètre sagittal au niveau ombilical et de la taille du sujet corrèle le mieux avec la MG abdominale viscérale mesurée par CT.¹³

Une seule étude a testé l'exactitude de la DXA pour déterminer les changements de composition corporelle abdominale in vivo. Les modifications de la MG totale abdominale survenues en six mois, mesurées par la DXA Norland, étaient bien corrélées avec les modifications de MG abdominale viscérale et totale obtenues par l'IRM, chez les femmes.¹⁴

Valeurs de référence

Des valeurs de référence pour la MG et la MM sont essentielles pour une interprétation adéquate des résultats. Baumgartner et coll. et Rico et coll. ont publié des valeurs de référence en se basant sur les résultats DXA, respectivement, de 128 sujets nord-américains¹⁵ et 815 sujets espagnols.¹⁶ Récemment, Kyle et coll. ont publié des percentiles de MG et MM en se basant sur les données de plus de 5000 Suisses en bonne santé, de tous les âges.¹⁷ Ils ont utilisé la bio-impédance électrique (BIA), validée auparavant contre la DXA (Hologic QDR-4500). Néanmoins, les mesures de BIA peuvent ne pas bien corréler avec les mesures DXA puisque la MG et la MM peuvent varier d'un appareil DXA à un autre. De plus, la composition corporelle est spécifique pour une population et ces valeurs ne sont donc pas valables universellement.

Conclusion

La DXA mesure précisément la composition corporelle totale et régionale, mais les différences entre appareils limitent les comparaisons longitudinales et transversales entre les sujets et populations. De plus, l'exactitude de la DXA pour les mesures de composition corporelle totale et régionale peut encore être améliorée.