圍青春期體脂百分比與BMI最佳關(guān)系及增齡消長(zhǎng)規(guī)律研究

張曉丹

1 前言

圍青春期是由兒童發(fā)育到成人的過(guò)渡時(shí)期，多項(xiàng)身體形態(tài)、機(jī)能指標(biāo)出現(xiàn)質(zhì)變，是生長(zhǎng)發(fā)育的重要階段。身體成分變化是圍青春期生長(zhǎng)發(fā)育的內(nèi)在反映，也是評(píng)價(jià)肥胖及營(yíng)養(yǎng)狀況的良好指征。

在評(píng)價(jià)身體成分和肥胖的常用指標(biāo)中，BMI和體脂百分 比 是 世 界 公 認(rèn) 指 標(biāo)［19，20，31，32］。 由 于 BMI是 由 身 高 、體 重兩個(gè)指標(biāo)組成的復(fù)合指標(biāo)，因此，該指標(biāo)沒有考慮體脂或去脂體重的因素［16］。有研究顯示，BMI與體脂百分比高度相 關(guān)［1，5，7，8，12，13，15，23，25，28］，但 是 該 指 標(biāo) 在 不 同 性 別 和 年 齡 人群中具有不同的趨勢(shì)［30］。

國(guó)內(nèi)、外多采用線性回歸方法探討B(tài)MI與體脂百分比關(guān)系［14，18，26］，近年有學(xué)者提出二次及以上曲線擬合的方法比線性回歸更適合于探討 BMI和體脂百分比的關(guān)系［10，13，28］，但未對(duì)所得模型進(jìn)行檢驗(yàn)。本研究擬采用曲線擬合方法對(duì)8～16歲中國(guó)中、小學(xué)學(xué)生的BMI與體脂百分比關(guān)系進(jìn)行建模，并根據(jù)校正擬合優(yōu)度（Adj.R2）和AIC取值選取最佳模型；同時(shí)，根據(jù)不同年齡段BMI和體脂百分比年度增量值探討B(tài)MI和體脂百分比增齡消長(zhǎng)規(guī)律。

2 研究樣本與方法

2.1 研究樣本

選取天津市體質(zhì)檢測(cè)中心2011年1—12月8～16歲中、小學(xué)學(xué)生體檢數(shù)據(jù)，共計(jì)1 923人次。將≥2次體檢記錄的取第1次測(cè)試結(jié)果，實(shí)際分析1 878名受試者，其中男生940名，女生938名（表1）。

表1 本研究不同年齡段樣本分布一覽表Table 1 Distribution of Different Age Range Sample （名）

2.2 研究方法

2.2.1 測(cè)試

首先，測(cè)量了學(xué)生的身高和體重，學(xué)生身高的定義為頭頂最高點(diǎn)至足限底的直線距離，測(cè)量體重時(shí)確保學(xué)生未負(fù)荷重物。采用人體成分分析儀（Inbody 520，韓國(guó)），依據(jù)生物電阻抗法測(cè)量受試者的身體成分。

2.2.2 統(tǒng)計(jì)分析

應(yīng)用Sharp－Wailk方法檢驗(yàn)數(shù)據(jù)是否服從正態(tài)分布，若數(shù)據(jù)服從正態(tài)，采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)比較男、女生各指標(biāo)的均值差異，采用單因素方差分析（One－Way ANOVA）比較某指標(biāo)在不同年齡階段的取值差異，并選用LSD方法進(jìn)行事后多重比較；若變量不滿足正態(tài)分布，采用 Wilcoxon秩和檢驗(yàn)比較男、女生各指標(biāo)均值差異，應(yīng)用Kruskal－Wallis檢驗(yàn)比較指標(biāo)在不同年齡段的取值差異。Pearson偏相關(guān)分析與相關(guān)分析方法被用于考察體脂百分比與BMI的相關(guān)關(guān)系，并通過(guò)Fisher’s轉(zhuǎn)換［17］計(jì)算相關(guān)系數(shù)的95%置信區(qū)間。以體脂百分比為因變量、BMI為自變量分別建立一至六次曲線回歸模型，模型選擇的標(biāo)準(zhǔn)為：校正判別系數(shù)較大同時(shí)AIC指標(biāo)較小［6］。顯著性水平P＜0.05。

3 研究結(jié)果

3.1 一般情況

本研究8～16歲中、小學(xué)學(xué)生身高、體重及去脂體重等指標(biāo)未偏離正態(tài)分布，符合生長(zhǎng)曲線，表明其生長(zhǎng)發(fā)育正常。男生的身高、體重、去脂體重顯著的高于女生（P＜0.01）；女生的體脂和體脂百分比都顯著的高于男生（P＜0.01；表2）。

江崇民等［2］基于中國(guó)4城鎮(zhèn)的1 103例樣本的研究以及 Maynard［23］基于日本中、小學(xué)學(xué)生的研究均觀察到女生的體脂比高于男生，說(shuō)明了男、女生青春期發(fā)育體重增長(zhǎng)的區(qū)別：男生主要體現(xiàn)為去脂體重，如肌肉含量的增加［27］；女生相對(duì)而言，體內(nèi)脂肪含量比重高于男生。

3.2 曲線擬合——體脂百分比與BMI

用Pearson偏相關(guān)分析驗(yàn)證了圍青春期不同性別中、小學(xué)學(xué)生的BMI與體脂百分比之間確實(shí)存在顯著的正相關(guān)關(guān)系（表3）。為確切得到二者之間的最佳擬合模型，以體脂百分比為因變量，BMI為自變量建立回歸模型。本研究嘗試擬合一到 六 次 曲 線 模 型［7，18，22，30］。 對(duì) 模 型 進(jìn) 行 顯 著 性 檢 驗(yàn) ，并計(jì)算校正的擬合優(yōu)度以及模型的AIC準(zhǔn)則指標(biāo)值。

所有一至六次曲線擬合中僅直線、二次曲線及三次曲線的檢驗(yàn)結(jié)果具有顯著性差異（P＜0.001；表4）。

為篩選最佳擬合曲線，本研究選取了校正擬合優(yōu)度值最高，同時(shí)AIC指標(biāo)最小的曲線模型［10］，最后得到的最佳曲線模型為三次曲線模型。根據(jù)參數(shù)估計(jì)結(jié)果，得到圍青春期男、女生模型：

表2 本研究樣本基本特征一覽表Table 2 Statistics of Physique and Fat Percentage Peripubertal Age

表3 本研究圍青春期體脂百分比與BMI相關(guān)系數(shù)一覽表Table 3 Correlation Coffclients between Body Fat Percentage and BMI Among Peripubertal Age

表4 本研究模型擬合統(tǒng)計(jì)量一覽表Table 4 Statistics of Model Fitting

圖1 本研究男生模型預(yù)測(cè)散點(diǎn)圖Figure 1. Model Prediction Figure of Boys

圖2 本研究女生模型預(yù)測(cè)散點(diǎn)圖Figure 2. Model Prediction Figure of Girls

對(duì)男、女生模型截距項(xiàng)和回歸系數(shù)進(jìn)行顯著性t檢驗(yàn)，P值均小于0.001。男生模型預(yù)測(cè)如圖1所示，女生模型預(yù)測(cè)如圖2所示。用BMI預(yù)測(cè)體脂百分比，發(fā)現(xiàn)男生僅有8個(gè)預(yù)測(cè)點(diǎn)未落入95%預(yù)測(cè)區(qū)間，女生模型僅有5個(gè)樣本的預(yù)測(cè)點(diǎn)未落入95%預(yù)測(cè)區(qū)間。

3.3 體脂百分比與BMI在增齡過(guò)程中的變化規(guī)律

3.3.1 絕對(duì)值

8～16歲男、女生的體脂百分比有明顯的性別差異（圖3）。總體而言，圍青春期女生體脂百分比呈上升趨勢(shì)，其中，13歲時(shí)體脂百分比顯著高于8歲（P＜0.05）；14歲、15歲、16歲體脂百分比均顯著高于8歲（P＜0.01）、9歲（P＜0.01）、10歲（P＜0.01）、11歲（P＜0.01）、12歲（P＜0.01）、13歲（P＜0.05）。與女生相反，圍青春期男生體脂百分比呈下降趨勢(shì)，其中，9歲時(shí)體脂百分比顯著高于14歲（P＜0.05）、16歲（P＜0.05）；10歲時(shí)體脂百分比顯著高于14歲（P＜0.05）。

圖3 本研究體脂百分比隨年齡變化示意圖Figure 3. Change Curve of Body Fat Percentage

圖4 本研究BMI隨年齡變化示意圖Figure 4. Change Curve of BMI

圍青春期男、女生BMI均呈上升趨勢(shì)（圖4），其中，女生15歲時(shí)BMI顯著高于8歲（P＜0.05），16歲時(shí)BMI顯著高于8歲（P＜0.05）、9歲（P＜0.05）；男生16歲時(shí)BMI顯著高于8歲（P＜0.05）、9歲（P＜0.05）。

圖3和圖4進(jìn)一步說(shuō)明，圍青春期體脂百分比和BMI間的關(guān)系并非線性。在BMI的增長(zhǎng)過(guò)程中，除了有體脂的增長(zhǎng)，還有去脂體重的增長(zhǎng)。因此，在反映營(yíng)養(yǎng)及肥胖指標(biāo)上，體脂百分比比BMI更準(zhǔn)確和精確。

3.3.2 年度增量值

圍青春期發(fā)育過(guò)程中，體脂百分比與BMI增齡不僅有量的變化，且還有增長(zhǎng)方向的變化。為考察男、女生的體脂百分比和BMI增齡變化規(guī)律，首先計(jì)算不同年齡段的指標(biāo)均值，然后計(jì)算年度增量值，并繪制相應(yīng)的圖形。

研究發(fā)現(xiàn)（圖5），在8～11歲之間女生體脂百分比變動(dòng)較小，其中，9～10歲出現(xiàn)少量負(fù)增長(zhǎng)，而13～14歲女生體內(nèi)脂肪迅速增長(zhǎng)。

圖5 本研究女生體脂百分比增量變化示意圖Figure 5. Annual Changes of Body Fat Percentage in Girls

圖6 本研究男生體脂百分比增量變化示意圖Figure 6. Annual Changes of Body Fat Percentage in Boys

研究發(fā)現(xiàn)（圖6），圍青春期男生的體脂百分比增量波動(dòng)較大，在10～11歲期間體脂百分比下降了5.0%，而在11～12歲之間回升了4.7%。在13～14歲時(shí)，體脂百分比下降了6.1%，而在14～15歲又呈現(xiàn)增加趨勢(shì)。

伴隨著年齡的增長(zhǎng)，圍青春期除了體脂百分比發(fā)生變化外，BMI同樣也發(fā)生增量變化。

眾所周知，BMI＝體重／身高2＝（體脂含量＋去脂體重）／身高2＝體脂含量／身高2＋去脂體重／身高2，故以15～16歲年齡段BMI增量變化為例：

圖7 本研究女生BMI增量隨年齡變化示意圖Figure 7. Annual Changes of BMI in Girls

圖8 本研究男生BMI增量隨年齡變化示意圖Figure 8. Annual Changes of BMI in Boys

觀察圖7可知，女生的BMI年度增量在8～10歲呈顯著上升趨勢(shì)，該階段女生的身高和體重都呈上升趨勢(shì)。而11～13歲呈下降趨勢(shì)，在13～15歲又出現(xiàn)顯著的上升（P＜0.01）。

從圖8可以看出，男生的BMI增齡變化呈現(xiàn)波動(dòng)趨勢(shì)。BMI年度增量值在8～10歲呈上升趨勢(shì)，而在10～11歲出現(xiàn)了顯著的下降，在10～13歲又呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，而在13～14歲時(shí)再次顯著下降（P＜0.01）。

4 討論

身體成分，是指機(jī)體脂肪組織與非脂肪組織的含量及其在身體重量中所占的比例。身體成分在基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)以及預(yù)防醫(yī)學(xué)研究中意義重大，特別是體脂百分比與BMI的定量分析及其在不同生理、病理狀態(tài)下的變化規(guī)律［11］，對(duì)研究青少年身體發(fā)育規(guī)律有著重要意義。兒童青少年生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中，體內(nèi)脂肪組織和非脂肪組織的含量、比例和分布隨年齡發(fā)生顯著變化［24］。圍青春期是身體成分迅速生長(zhǎng)和所占比例變化明顯時(shí)期，身高、體重迅速增長(zhǎng)，各臟器如心、肺、肝臟功能日趨成熟，且男、女生發(fā)育特征差異顯著［9，29］。因此，考察中國(guó)處于圍青春期學(xué)生體脂百分比與BMI的協(xié)同變化規(guī)律及增齡變化是非常有意義的選題。

4.1 關(guān)于體脂百分比與BMI協(xié)同變化最佳模型的構(gòu)建

本研究表明，體脂百分比與BMI之間存在顯著的相關(guān)關(guān)系，這一發(fā)現(xiàn)與以往基于不同群體、不同年齡段的同類研 究 結(jié) 果 一 致［1，5，7，8，12，13，15，23，25，28］。 而 本 研 究 亦 發(fā) 現(xiàn) ，圍 青春期男生的BMI與體脂百分比的相關(guān)系數(shù)為0.840，女生的BMI與體脂百分比的相關(guān)系數(shù)為0.780，且在不同年齡階段該相關(guān)關(guān)系方向一致，相關(guān)系數(shù)均在0.8左右。說(shuō)明BMI對(duì)體脂百分比有較好的代表性。

早在1996年，Wang等［30］就嘗試用直線回歸擬合BMI與體脂百分比的變動(dòng)關(guān)系，從而達(dá)到已知BMI的值根據(jù)模型預(yù)測(cè)體脂百分比水平的目的。2011年，F(xiàn)ujii等［12］對(duì)789名7.5～14.5歲的日本中、小學(xué)學(xué)生體脂百分比和BMI曲線擬合結(jié)果顯示，對(duì)男生而言，二次曲線和三次曲線分別在7.5歲和11.5歲有效；對(duì)女生而言，三次曲線對(duì)11.5歲和13.5歲青少年有效，其他所有年齡段的男、女生的體脂百分比和BMI均呈線性［12］。Fujii等關(guān)于不同年齡體脂百分比和BMI關(guān)系的研究具有明顯的年齡特征，不同年齡段的青少年體脂百分比和BMI具有不同的回歸模型。遺憾的是，該研究各年齡段樣本量偏小（最小、最大樣本量分別為32個(gè)和52個(gè)），且并未對(duì)構(gòu)建的模型進(jìn)行檢驗(yàn)。

本研究嘗試擬合了一次至六次曲線模型，并最終根據(jù)擬合優(yōu)度和AIC準(zhǔn)則選擇了三次曲線模型來(lái)預(yù)測(cè)圍青春期BMI與體脂百分比的變動(dòng)關(guān)系。本研究所得BMI與體脂百分比三次曲線呈S型，尤其女生模型比男生模型明顯，表明圍青春期體脂百分比隨BMI增加而增加，這也是符合人體生長(zhǎng)發(fā)育規(guī)律的。本研究得到模型的判別系數(shù)在0.7左右，預(yù)測(cè)精度較高。但是為了得到更加準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)模型，接下來(lái)可能的研究方向?yàn)椋?）增大研究樣本量，采用分層抽樣方法，以年齡和性別作為分層因素，使得樣本能更好的代表群體；2）適當(dāng)引入其他可能影響體脂百分比且易測(cè)量的指標(biāo)作為自變量，增強(qiáng)模型預(yù)測(cè)能力。

4.2 體脂百分比與BMI增齡變化

有資料顯示，女性圍青春期發(fā)育過(guò)程中脂肪增加明顯，但身體脂肪百分比并非持續(xù)增長(zhǎng)。在7～9歲和11～13歲增長(zhǎng)速度較快［4］。本研究發(fā)現(xiàn)，從11歲開始，女生體內(nèi)由于雌激素驟增，體內(nèi)脂肪含量也迅速增加并開始超過(guò)同齡男生。Lloyd等［21］對(duì)白人女孩的縱向研究表明，11.5歲是體脂百分比增長(zhǎng)最快的年齡段，這與本研究結(jié)果類似。

本研究還發(fā)現(xiàn)，圍青春期男、女生體脂百分比增齡變化呈現(xiàn)不同的特征。具體而言，女生8～11歲階段體脂百分比變動(dòng)較小，其中，9～10歲出現(xiàn)少量負(fù)增長(zhǎng)，而13～14歲女生體內(nèi)脂肪迅速增長(zhǎng)。男生在10～11歲期間體脂百分比下降，11～12歲回升；在13～14歲時(shí)，體脂百分比再次下降，14～15歲又增加，說(shuō)明從10歲開始男生的體脂開始發(fā)生較大幅度變化，且10～11歲、11～12歲、13～14歲是男生體脂百分比增齡變化敏感階段。

本研究同樣發(fā)現(xiàn)，圍青春期男、女生BMI增齡變化也呈現(xiàn)不同的特征。女生的BMI增量在8～10歲呈顯著上升，11～13歲呈下降趨勢(shì)，13～15歲又出現(xiàn)顯著上升。特別在11～15歲時(shí)，構(gòu)成BMI的兩個(gè)指標(biāo)——去脂體重／身高2和體脂含量／身高2發(fā)生了明顯的變化，在11～12歲時(shí)，女生的去脂體重／身高2比重下降，而體脂／身高2比重增加；而在14～15歲時(shí)呈現(xiàn)相反趨勢(shì)，體脂／身高2比重下降，而去脂體重／身高2上升。男生BMI增量值在8～10歲呈上升趨勢(shì)，而在10～11歲出現(xiàn)了顯著的下降，在11～13歲又呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，而在13～14歲時(shí)再次顯著下降。

圍青春期男、女生體脂百分比與BMI增量變化不同的主要原因，可能是受性激素等因素的調(diào)節(jié)作用而導(dǎo)致的生長(zhǎng)發(fā)育差異。在圍青春期過(guò)程中，性激素非勻速分泌。其中，女孩在8～9歲時(shí)性激素明顯升高，在10～11歲時(shí)接近成人水平，12歲時(shí)性激素水平可以達(dá)到成人水平。男孩在4～6歲時(shí)性激素分泌略有升高并形成一個(gè)平臺(tái)，9歲左右時(shí)有雌二醇分泌上升，10～11時(shí)睪酮明顯升高，雌二醇開始下降，在12～13歲時(shí)性激素水平近成人，在14歲以后男孩的性激素水平達(dá)到成人水平［3］。雄激素有明顯的促進(jìn)肌肉組織發(fā)育的功能，而雌激素有促進(jìn)脂肪組織沉積的作用。圍青春期，由于男孩雄激素分泌較多，女孩雌激素分泌較多，一般情況下，男孩肌肉增長(zhǎng)比女生多，而女孩的脂肪增長(zhǎng)相對(duì)較多。本研究發(fā)現(xiàn)，11歲以后，女孩體內(nèi)的脂肪含量開始增加，且體脂百分比開始高于男孩。而11歲的男孩較之10歲男孩體脂百分比下降了5.0%。從12歲開始，男孩身體各部位迅速生長(zhǎng)發(fā)育，此時(shí)，男孩的去脂體重開始顯著高于同齡女孩（P＜0.01），受到雄性激素的調(diào)節(jié)開始第二性征發(fā)育，表現(xiàn)為肌肉發(fā)達(dá)、皮下脂肪減少。從14歲開始，女孩的體脂百分比顯著地高于男孩（P＜0.001），女孩雌激素分泌增加、腦垂體分泌的促性腺激素（黃體生成激素和卵泡刺激素）開始促使了第二性征發(fā)育，促使了女孩的臀部變大，體內(nèi)脂肪細(xì)胞增殖，皮下脂肪堆積、乳房隆起等。

5 結(jié)論

1.三次曲線被證實(shí)為擬合8～16歲中、小學(xué)學(xué)生BMI和體脂百分比協(xié)同變化關(guān)系的最優(yōu)模型。

2.男孩體脂百分比與BMI增量特點(diǎn)類似，呈現(xiàn)“三峰兩谷”特點(diǎn)，女孩體脂百分比與BMI增量均呈現(xiàn)“兩谷一峰”特點(diǎn)。

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