基于主成分分析法探討人體測量學參數與青少年血糖關系的研究＊

徐 宏，涂云明，楊玉瓶，彭 偉，劉 暢，江伏青，肖彩蘭，向 群，梁尚棟*

(南昌大學 a.基礎醫學院生理教研室;b.第四附屬醫院;c.2011級臨床醫學(實驗班，檢驗班，6班)，江西 南昌 330006)

糖尿病及其并發癥是全世界普遍關注的健康問題。近年來隨著兒童和青少年肥胖患病率的增高，糖尿病的發病也趨于低齡化［1］。體重指數(BMI)作為WHO推薦的肥胖評價指標與糖尿病的發病風險密切相關［2］。腰圍(WC)、臀圍(HC)、腰圍/臀圍比(WHR)、腰圍/身高比(WHtR)等指標也是從不同角度來評定肥胖，是糖尿病進展的重要危險因素［2-4］。越來越多的研究顯示，高血糖的發現和干預對預防糖尿病的發生與發展至關重要。研究肥胖各評價指標BMI、WC、HC、WHR 和 WHtR與高血糖的關系具有重要的現實意義。但是關于 BMI、WC、HC、WHR和WHtR與糖尿病發病風險的報道在不同人群及不同類型的研究中不盡相同［3-7］，如何從這五項彼此高度相關的測量學指標獲取最有效信息，并用以預測糖尿病是值得廣泛關注的問題。主成分分析是一種能將多個相關的變量組合成幾個互不相關的且未丟失任何信息的新變量的多變量相關分析方法［8，9］。該分析方法將有助于全面探討BMI、WC、HC、WHR和WHtR用于評價青少年高血糖變化。鑒于目前尚沒有基于主成分分析法探討中國人群中人體測量學參數和血糖關系的研究報道，本研究擬通過主成分分析方法綜合分析人體測量學參數包括WC、HC、BMI、WHR、WHtR與青少年空腹血糖相關性。本研究結果可運用于青少年高危人群的篩選，并為臨床防治糖尿病提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 研究對象

在南昌地區常住人口中進行隨機抽樣檢查731名年齡在12-18歲間的個體，所有個體都是健康的青少年。每個對象都簽署了知情同意書，同時收集每個受試者的相關信息。患有影響血糖的慢性疾病的樣本被排除。

1.2 方法

調查內容主要包括一般人口學特征、主要慢性病史、家族史、吸煙和飲酒情況、飲食情況、體力活動情況、體格檢查、血糖檢測等。人體測量學指標的測量包括身高、體重、腰圍和臀圍等;測量身高、體重時脫鞋、帽，穿單衣單褲。測量腰圍時，空腹只穿薄內衣褲，取立位，雙足并攏，腹部放松，兩側取肋弓下緣與髂骨嵴之中點水平，在調查對象呼氣時的讀數，記錄腰圍;臀圍與腰圍同時進行測量，經恥骨聯合，兩側經大轉子，后經臀部最突出部分的水平周徑。每個指標都測兩次取平均值。BMI通過身高和體重計算得到:BMI=體重(kg)/身高2(m2)，WHR=腰圍(m)/臀圍(m);WHtR= 腰圍(m)/身高(m)。空腹12 h抽取末梢血標本，采用羅氏診斷產品(上海)有限公司快速血糖儀測定空腹血糖(Fasting plasma glucose，FPG)。

1.3 統計分析

用SAS 6.12版本對數據的整理，并進行統計分析 (SAS Institute，Cary，NC，USA)。計算年齡、身高、體重、BMI、WC、HC、WHR、WHtR 和空腹血糖的平均值和標準差，不同性別間各指標的差異性采用t檢驗方法檢測，BMI、WC、HC、WHR、WHtR 與空腹血糖之間的相關性用皮爾森相關系數(r)表示。主成分分析得到四個主成分，它們共能解釋約98%的五個人體測量學指標的總變異，同時計算它們的特征向量和特征值［8，9］。多重回歸分析用來分析四個主成分及單獨的五個人體測量學參數能解釋空腹血糖變異的百分數。以P值＜0.05為結果顯著。

2 結果

2.1 樣本的基本特征

研究對象是年齡在731名12-18歲的青少年，其中包括368名男性和363名女性，年齡、身高、體重、BMI、WC、HC、WHR、WHtR 以及空腹血糖基本情況見表 1。男性的身高、體重、BMI、WC、WHR、WHtR 以及空腹血糖均顯著高于女性，而女性HC高于男性(P ＜0.01)。

表1 樣本的基本情況Tab.1 The basic characters of our samples

2.2 人體測量學指標和空腹血糖的相關性

BMI、WC、HC、WHR、WHtR 和空腹血糖的相關系數(r)見表2。空腹血糖和五個人體測量學指標之間均呈顯著正相關(P＜0.01)，相關系數的范圍從0.14-0.38，不管對男性還是女性而言，都是 WHtR和空腹血糖之間的相關系數最高。

表2 人體測量學參數與空腹血糖間相關性Tab.2 Correlations of fasting plasma glucose with anthropometric indices

2.3 主成分分析結果

通過主成分分析得到了四個主成分，它們能夠解釋超過98%五個人體測量學指標總變異(見表3和表4)。在男性中，根據特征向量得知PC1和所有的人體測量指標呈高度正相關，但其他三個主成分和被研指標的相關性存在不一致性，對于女性這四個主成分和被研指標的相關性都存在不一致性。進一步的回歸分析結果表明:四個主成分分別能解釋18.7%和19.5%的男性和女性空腹血糖變異，這比任何一個單獨的人體測量學指標能解釋的空腹血糖變異程度都要高(見表5)，提示四個主成分比單獨使用五項人體測量學指標中任何一個去預測空腹血糖都要精確。表6列出的是四個主成分分別能解釋的空腹血糖的變異。從表6中可以看出WHtR和BMI是能較好地預測男性和女性空腹血糖變異的含人體測量學指標個數最少的主成分。

表3 男性相關矩陣的特征值和五個人體測量學指標的特征向量Tab.3 Eigenvalues of the correlation matrix and eigenvectors in the PCA for five anthropometric indices in males

表4 女性相關矩陣的特征值和五個人體測量學指標的特征向量Tab.4 Eigenvalues of the correlation matrix and eigenvectors in the PCA for five anthropometric indices in females

表5 四個主成分及五項人體測量學指標能解釋空腹血糖的變異數Tab.5 The variation(R2)of fasting plasma glucose explained by four PCS or five anthropometric indices

表6 主成分能解釋的空腹血糖變異數Tab.6 The variation(R2)of plasma glucose explained by PCS

3 討論

在12-18歲之間的青少年中，我們發現不同性別間人體測量學指標以及空腹血糖存在顯著差異。男性的身高、體重、BMI、WC、WHR、WHtR 以及空腹血糖均顯著高于女性，而女性HC高于男性。五個人體測量學指標與空腹血糖間存在顯著的相關性，而且女性五個測量學指標(BMI、WC、HC、WHR、WHtR)與空腹血糖間的相關性均比男性強，并且在男性和女性中均為WHtR和空腹血糖之間顯示出最強的相關性。最為重要的是我們的研究表明聯合運用五項人體測量學指標比單獨使用五項人體測量學指標中任何一個去預測空腹血糖都要精確。

肥胖是糖尿病發生的一個主要的風險因子，肥胖和血糖之間的關系已在不同種族背景的人群中得到認同［9］。研究表明不僅是肥胖程度而且是身體脂肪分布都是糖尿病的重要風險因子［10］。肥胖個體比非肥胖個體更容易患上糖尿病。測量人體測量學指標具有操作簡便并對人體無創傷的優點。人體測量學指標與血糖間存在顯著的相關性，可作為預測血糖升高和糖尿病發病的風險因子。BMI、WC、HC、WHR與高血糖及糖尿病的關系在國內外眾多橫向和縱向研究中均得到證實，但對于選取哪個人體測量學指標來作為肥胖表型來預測高血糖目前的觀點還不一致［3-7］。BMI對腹型肥胖診斷效力有所欠缺，計算也較復雜;而WC和WHR在男女性人群中的分布存在較大差異等。WC雖然可以反映脂肪總量和脂肪分布的綜合指標，對于糖尿病的預測能力較強;然而不同身高的人群其WC正常范圍也存在差異。提示單純用WC來衡量或反映不同身高人群的腹部肥胖情況，可能存在一定的偏差。WHtR排除了身高的影響，可同時反映全身性肥胖和腹部肥胖［11-15］，可能具有更好的對糖尿病風險預測價值。

人體測量學指標通常作為肥胖表型來研究血糖和肥胖之間的關系，因為它們簡便無創傷。但選誰作為肥胖表型來估計血糖和肥胖之間的關系這個矛盾依然存在［3-7］。本研究采用的主成分分析法具有能將幾個相關的變量轉換成一系列不相關變量或因子并且不丟失任何信息，主成分分析結果表明了來自五個人體測量學指標的四個主成分比五個測量學指標中任何一個單獨去預測血糖要好，這是因為我們的結果表明聯合使用四個主成分大大增加了對空腹血糖變異的解釋:單獨一個人體測量學參數能解釋空腹血糖的變異程度只有 3.1% ～14.8%，但聯合 BMI、WC、HC、WHR和WHtR這五個人體測量學指標解釋空腹血糖的變異可達到18.7% ～19.5%。男性和女性中，WHtR和BMI是能較好地預測空腹血糖變異的含人體測量學指標個數最少的主成分。

需要指出的是空腹血糖是由多因素決定的復雜性狀。盡管我們的研究表明肥胖相關的人體測量學參數與血糖顯著的相關，很多其它可能的影響因素尚沒有考慮，如運動，吸煙，飲酒等。另外，進一步的研究可以獲取身體各成分的更詳細的信息如瘦體重和脂肪重量［10，17］，深入探討瘦體重和脂肪重量分別對血糖的影響。

在12-18歲這個特定年齡段的青少年中，研究其人體測量學參數包括 BMI、WC、HC、WHR、WHtR 與空腹血糖間的相互關系有其特殊的意義。肥胖是引發青少年高血糖的重要危險因素，人體測量學指標可作為青少年高血糖的有效預測因子。聯合運用BMI、WC、HC、WHR和WHtR這五個人體測量學指標，及時篩查具有潛在高血糖患病風險的兒童及青少年，并及早進行生活行為干預，對減少和預防其糖尿病的發病具有十分重要的公共衛生意義。

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