PROFESSIONAL INTERPRETATION OF BIOELECTRICAL IMPEDENDCE ANALYSIS (BIA)   

BIA is increasingly used to estimate body composition in dietetic practice, largely due to its simple, 

quick, non‐invasive nature and portability (Lukaski, 1985).  Although different BIA meters will record 

different results on individuals, using the correct equations for the population studied can produce 

consistent intra‐group data (Oldman, 1996).  The most salient feature of BIA is its reproducibility on 

individual patients on serial testing showing changes over time with altered nutrition therapy and/or 

activity.  The reference groups for testing were HIV and Renal patients (Stall et al 1995, Madore et al 

1994 & Zabetakis et al 1994). Reproducibility makes BIA an ideal clinical tool (Ghosh et al 1997).   

The electrical impedance of the body is measured by introducing a small alternating electrical current 

(for example: 800A:  50KHz, varies with equipment used) into the body and measuring the potential 

difference that results (Foster KR and Lukaski HC, 1996).  Fat free mass contains electrolytes and acts as 

a conductor, whereas fat mass does not and acts as an insulator.  BIA has been validated against other 

body composition methods and in healthy adults (Khaled et al, 1988).  In addition, BIA continues to be 

researched and validated in a variety of populations and conditions. Please check this manual by 

condition to look for disease specific standards and normal values. 

Systems Measuring Fat Free Mass/Lean Body Mass and Fat Mass 

There are two types of BIA meters available containing validated equations or computer software.  One 

type of system measures resistance/impedance only and may or may not use electrodes. The meters 

may be hand held or are 'step‐on' scales. These systems provide a measure of fat free mass and fat 

mass. They are used primarily in weight loss programs to assess and monitor changes in body fat.  Some 

will state the number of pounds/kg of fat and fat free mass, which may be more useful than percent 

body fat alone. Percent body fat and BMI have been criticized because they are not a reflection of the 

other components of the human body.  Muscle mass and bone weight can vary greatly in individuals and 

by race. High quality diets and excellent fitness programs will produce fat loss and minimal loss of 

muscle mass.  It is not possible to determine the loss of active cell mass with these systems therefore it 

is prudent to combine this test with a MAMA test. Because BIA may underestimate body fat in 

abdominal obesity, it is wise to collect serial waist circumference data. 'Applied Body Composition 

Assessment`, (Heyward) includes detailed information on current equations from experts in the field by 

race, age and for obese subjects.  Software for the text is also available from Human Kinetics.  These 

equations will not provide the detailed clinical output outlined below.   

Systems Measuring Clinical Nutritional Indicators 

The second type of system requires a patient to lie supine with electrode placement on the right hand 

and foot or on body segments (Lukaski, 1996), provides a large array of information. These systems may 

measure resistance and reactance in the body. Resistance being the opposition of the conductor to the 

flow of the current (Lukaski, 1996). Reactance is associated with several types of polarization (separation 

of charges or electrochemical gradients) that may be produced by cell membranes and tissue interfaces.  

Capacitance causes the administered current to lag behind the voltage and creates a phase shift that is 

represented by the phase angle (Lukaski, 1996).  The clinical systems may have more than one 

frequency setting (5 to 200 kHz) to improve accuracy when testing very thin or very obese subjects 

(Hannan, 1995 & Lukaski, 1996). 

BIA Testing 

The ideal test time is in the morning before breakfast and before having had a physical workout or if 

later in the day, at least four hours since the last meal with no workout, coffee or alcohol during the day 

of the test (Heyward, 1996).  This assures a more accurate body fat mass measure but in not necessary if 

the goal is to test random hydration. Good hydration is essential for very muscular subjects because of 

the water content of muscle. Lukaski (1985) reported dehydration increases resistance (approximately 

40 ohms) resulting in an underestimation of fat free mass and overestimation of fat mass.  Morning test 

results may be slightly different from those taken after lunch. Using a consistent time of day for repeat 

tests with individual patients is advised. Lower hydration scores may also be recorded at the end of the 

week in the active working population. In general follow the guidelines and use electrodes and supplies 

recommended by the manufacturer.  When developing equations for a specific population group use a 

meter that provides both resistance and reactance scores. Height, weight, sex and age are usually 

entered into the programs.  Where height and weight are not available some research is underway to 

use a resistance/impedance or reactance measure alone (e.g. frail elderly or critically ill patients) (Olde 

et al 1997). 

BIA Test Interpretation 

The following is an explanation of the type of information seen on a software printout. Equations used 

in software are patented and will vary slightly from system to system. 

Total Body Water (TBW) is an estimate of total hydration level, including intracellular and extracellular 

water (Kushner et al, 1986).  It should be available in litres and as a percent with a normal range.  For 

optimal hydration this reading should be in the upper half of the normal range and vary with age, sex 

and body fat.  If not, check the patient's fluid intake. The more obese a subject, the lower the percent 

total hydration and this may be normal for them given a good fluid intake. However litre volumes will be 

normal or high normal. Clinicians have mistakenly tried increased the fluid intake of obese individuals to 

improve this score. In general percent TBW will go up as weight goes down. 

Intracellular Water (ICW) is an estimate of the water in active tissue and should be provided in litres and 

as a percent of a normal range (near 60% of TBW). ICW will be in the high range with a large amount of 

muscle in a well hydrated subject and may a proxy for muscle mass. Drops in this compartment indicate 

lower hydration or a loss of active cell mass in catabolic patients. Nutrition plans are implemented to 

restore or increase ICW litre volume. 

Extracellular Water (ECW) is water in tissues and plasma and should be provided in litres and as a 

percent of a normal range (near 40% of TBW). It should be close to the low normal range in males and 

may be in the low or mid range for females.  Subjects with very low body fat will have a lower ECW and 

subjects with high body fat will have an associated high ECW.  Women on OCA have consistently higher 

scores while women not on OCA may have more varied scores.  Heyward (1996) discusses women's 

cycles in detail. In catabolic patients the litre volume in this compartment will increase with poor cell 

membrane transport. Nutrition plans or medication may be implemented to reduce ECW litre volume 

(Coodley et al 1995). 

Body Cell Mass (BCM) is an estimate of total pounds/kg of all active cells. The percent BCM will be in the 

normal range if the subject is close to his/her ideal body weight. It appears as a low percent in obese 

subjects but the pounds/kg will be high normal in the active obese individual and low in the catabolic 

obese patient. Many overweight subjects have very high BCM in pounds/kg even though their percent 

BCM does not appear to be in the normal range. It is important to maintain or improve BCM when 

writing nutrition care plans or exercise program. As body fat is lost, BCM percent will come into the 

normal range. BCM declines in catabolic patients or with drops or changes in physical activity or with 

conditions producing muscle loss. Nutrition plans are implemented to maintain, restore or increase 

BCM, ICW litre volume and to prevent excess gain of ECW. 

Extracellular Tissue (ECT)/Extracellular Mass (ECM) is an estimate of the mass of all other non‐muscle 

inactive tissues including ligaments, bone and ECW. ECT is usually higher than BCM but will be lower 

than BCM in very anabolic subjects with normal or low ECW(BCM/ECT ratio >1. German researchers 

(Fischer & Ott, 1990) have used a ratio of ECM/BCM (.7 ‐ 1.0 normal range) to monitor improvements in 

nutrition in HIV patients.  Increasing scores on serial tests were consistent with a decline in status. 

Fat Free Mass (FFM)/Lean Body Mass (LBM) is an estimate of the entire mass that is not fat. It should be 

available in pounds/kg and may be presented as a percent with a normal range.  This compartment will 

change with hydration and loss or gain of BCM. This alone is not as sensitive a measure when trying to 

determine loss of body cell mass. 

Fat Mass (FM) is an estimate of pounds/kg of body fat and percentage body fat.  The notion comparing 

pounds/kg of Fat Mass with BCM has revealed a clinical comparison measure for practice (FM/BCM 

ratio).  Qualitative assessment of clinical data on satisfaction with body size, showed women are content 

with the same number of pounds of fat mass as BCM and men are content with half as much Fat Mass 

as BCM independent of percent body fat (BIA unpublished observations, Schneider (1996‐99). The client 

goal for women is to reach a ratio of FM/BCM of 1.0.  For men the ratio would be .5).  Athletic 

individuals are not satisfied with this high a ration and may have lower pounds of body fat than these 

standards depending on their sport and the body weight requirement.  Percent body fat alone as a 

measure continues to discourage large framed, physically active individuals and reduces satisfaction 

with body image because of unrealistic normal values well established in the popular press. In fact 

clinical BIA data collected (Schneider, 1996‐99) on large numbers of men and women with ideal body 

weight, shows that both men and women carry 40 to 45 pounds (18 to 20 kg) of body fat for a wide 

range of heights. Using the FM/BCM ratio is a more positive way to present information to patients and 

allow active goal setting in relation to BCM maintenance and gradual loss or gain of body fat. More 

qualitative/quantitative research is being carried out on this subject. 

Phase Angle (PA) is believed to be associated with both nutrition and physical fitness. For example a 

stroke patient with one source of nutrition (via mouth), will have a higher phase angle on his/her active 

side of the body than on the inactive side of the body. It is believed that the phase angle may indicate 

the presence of fully functional cell membrane transport systems.  Phase angle scores are between 3 

and 10 degrees and vary with  age, sex, race, physical activity and the presence of health and disease.  

Scores rise in the teen age years from 5 to 7 as growth becomes complete.  Similar individual scores may 

continue until the forth and fifth decade when scores begin to drop and gradually reduced to the 4‐6 

range in seniors. Scores of  8 or 9 are rare, only seen in well nourished physically active subjects such as 

body builders.  High scores may be seen in well nourished obese subjects. Research is being carried out 

to determine variations by race.  In catabolic patients, there will be an associated drop in ICW, BCM and 

an increase in ECW, which will be improved effectively with an implemented nutrition plan (Scalfi et al, 

1999).  Studies on HIV and renal patients found the phase angle was correlated with serum albumin, pre 

albumin, creatinine and was the most predictive indicator of impending mortality in critically ill patients 

(Cherlow et al, 1997; Ott et al, 1995). More research is being done in Canada and the U.S. to determine 

applications by age, sex, race, rehabilitation programs and specific catabolic conditions and nutrition 

interventions with monitoring of several assessment variables to determine the best practices.   

References 

1. Gupta, D., Christopher, G.L. et al. The relationship between bioelectrical impedance phase angle and subjective global assessment in advanced colorectal cancer. Nutrition Journal 7:19doi:10.1186/1475‐2891‐7‐19, 2008. 

2. Susanne Hengstermann, Andreas Fischer, MD, Elisabeth Steinhagen‐Thiessen, MD, PhD and Ralf‐

Joachim Schulz, MD, PhD, Nutrition Status and Pressure Ulcer: What We Need for Nutrition 

Screening. Journal of Parenteral and Enteral Nutrition, Vol. 31, No. 4, 288‐294 (2007)  

3. Heyward, V., and Wagner, D.  Applied Body Composition Assessment, Second Edition, Human 

Kinetics, Champaign IL, 2004. 

4. Kyle, U.G., Bosaeus, I. Et al. ESPEN Guidelines 2004, Bioelectrical Impedance Analysis Part 1: 

review of principles and methods. Clinical Nutrition 23, 1226‐1243, 2004. 

5. Kyle, U.G., Bosaeus, I. Et al. ESPEN Guidelines 2004, Bioelectrical Impedance Analysis Part 2: 

utilization in clinical practice. Clinical Nutrition 23, 1430‐1453, 2004. 

6. Barbosa‐Silva, M.C.G., Barros, A.J.D. et al. Bioelectrical Impedance Analysis: population 

reference values for phase angle by age and sex.  American Journal of Clinical Nutrition, 82;49‐

52, 2005. 

7. Roche A, Heymsfield S, Lohman T,  Human Body Composition, Human Kinetics, Champaign IL, 

1996. 

8. American Journal of Clinical Nutrition, Bioelectrical Impedance, Supplement. September 1996. 

9. Cherlow GM, Lazarus JM, Lew NL et al. Bioimpedance norms for the hemodialysis population. 

Kidney Int. Dec;52(6):1617‐21, 1997. 

10. Coodley EL, Segal JL, Smith DH et al. Bioelectrical Impedance analysis as an assessment of 

diuresis in congestive heart failure. Ann Pharmacother, Nov; 29(11):1091‐5. 1995 

11. Foster KR and Lukaski HC. Whole‐body impedance‐‐‐what does it measure? AJCN 1996;64:388S‐

96S. 1996. 

12. Ghosh S, Meister D, Cowen S, Hannan WJ, Ferguson A.  Body composition at the bedside.  Eur J 

Gastroenterology Hepatol, 9(8):783‐8. 1997. 

13. Hannan WJ, Cowen CE, Plester KC et al. Comparison of bio‐impedance spectroscopy and multi‐

frequency BIA for the assessment of extracellular and total body water in surgical patients. 

Clinical Science, 89:651‐658, 1995. 

14. Kushner R. Schoeller DA. Estimation of total body water by bioelectrical impedance analysis. 

AJCN,44 417‐424, 1986. 

15. Lukaski HC. et al, Assessment of fat free mass using bioelectrical impedance measurement of 

the human body. AJCN;41:810. 1985. 

16. Lukaski HC. Biological indexes considered in the derivation of the bioelectrical impedance 

analysis. AJCN, 64:397S‐404S, 1996. 

17. Madore F, Wuest M, Ethier JH. Nutritional evaluation of hemodialysis patients using an 

impedance index. Clin Nephrol, 41:377‐82, 1994. 

18. Olde Rikkert MG, Deurenberg P, Jansen RW. Validation of multi‐frequency BIA in detecting 

changes in fluid balance of geriatric patients. Journal of the American Geriatric Society, 

Nov:45(11):1345‐51, 1997. 

19. Oldham NM. How should BIA be performed, and how can measurement be standardized? 

Overview of bioelectrical impedance analyzers. AJCN, 64:405S‐12S, 1996. 

20. Ott M; Fischer H; Polat H; Helm EB; Frenz M; Caspary WF; Lembcke B. Bioelectrical impedance 

analysis as a predictor of survival in patients with human immunodeficiency virus infection. J 

Acquir Immune Defic Syndr Hum Retrovirol, May 1;9(1):20‐5, 1995. 

21. Scalfi L, Marra M, Caldara A et al. Changes in bioimpedance after stable refeeding or 

undernourished anorexic patients. Int J Obes Relat Metab Disord. Feb;23(2):133‐7, 1999. 

22. Stall S, Ginsberg NS, Lynn RI, Zabetakis PM. Bioelectrial Impedance Analysis and Dual X‐Ray 

Absorptiometry to monitor nutritional status. Perit Dial Int, 15(5) (Supp), 1995. 

23. Zabetakis PM, Stall S, Frapf R et al. Body Composition and nutritional indices in peritoneal 

dialysis. Perit Dial Int, 14:523, 1994.