兒童青少年體脂分布與肺功能的關聯研究

林弘睿 錢藝 張金 孫慧慧 張田 萬乃君 王立芳

我國兒童肥胖癥發病率逐年增多。與1985年相比，2014年我國7歲以上學齡兒童肥胖率由0.5%增至7.3%[1]。兒童肥胖對全身各系統帶來危害，兒童肥胖癥患者的肺功能已受到關注。研究顯示肥胖兒童肺功能低于健康兒童[2]。若兒童期即出現肺功能異常，在其青壯年期和老年期，肺功能都低于同齡人群，且慢性阻塞性肺病(COPD)的出現明顯提前，與老年COPD的早發、重癥密切相關[3]。既往研究評估肥胖多采用體重指數(BMI)，其主要缺點是不能區分中心性肥胖與外周性肥胖，也不能區分是脂肪或肌肉含量增多所致 BMI升高。本研究采用生物電阻抗法(bioelectric impedance analysis，BIA)研究肥胖兒童的體脂分布對兒童肺功能的的具體影響，為預防肥胖兒童成年后肺功能損害提供依據。

資料與方法

一、對象

招募 2019年01月到 2019年12月在北京積水潭醫院兒科門診就診單純性肥胖患兒。入選標準：(1)年齡6～14歲；(2)采用中國肥胖問題組發布的兒童肥胖標準：BMI超過同年齡、同性別的第95百分位為肥胖[4]，患兒符合單純性肥胖診斷標準；(3)不限性別。排除標準：(1)納入前4周內發生過呼吸道感染者；(2)伴循環系統、呼吸系統、神經肌肉系統、免疫系統等疾病者；(3)家族中有哮喘遺傳病史者；(4)不能配合完成肺通氣功能檢測者。該研究得到北京積水潭醫院倫理委員會的批準(批號：積倫科審字第2018-8-03號)，所有研究對象的監護人均簽署知情同意書。

二、方法

1.體格生長指標測量 使用身高體重儀測量測量所有研究對象身高和體質量，受檢患兒脫去外衣及鞋子，身高精確到0.1 cm。體質量精確到0.1 kg。BMI=體質量/身高2(kg/m2)。

2.體脂測量 體脂測量使用生物電阻抗法(bioelectrical impedance analysis，BIA)，儀器為四海華辰H-Key350八電極BIA檢測儀。受試者空腹(盡量排空膀胱，測量前30分鐘內不飲水)，穿輕便衣物測量，去除身上所有金屬物品及飾品后赤足站在測量面板上，并充分接觸電極后測量，記錄全身脂肪量、四肢、軀干脂肪量及內臟脂肪面積(visceral fat area，VFA)等。體脂率(fat mass percentage，FMP)為全身脂肪量/體重，計算四肢-全身脂肪比(limb to total fat ratio，LTFR)、軀干-全身脂肪比(trunk to total fat ratio，TrTFR)、軀干-四肢脂肪比(trunk to limb fat ratio，TrLFR)和內臟-全身脂肪比(viscera to total fat ratio，VTFR)反映體內脂肪分布。

3 肺功能測定 采用德國CareFusion公司Spiro USB肺功能檢測儀，由受過專門培訓的技師專人操作。測定方法參考美國胸科協會(American Thoracic Society，ATS)、 歐洲呼吸協會(European Respiratory Society，ERS)和中國兒童肺通氣功能檢測指南推薦的程序和標準[5-6]，達到單次的質控標準和重復性質控標準。觀察用力肺活量(forced vital capacity，FVC)、第1秒用力呼氣容積(forced expiratory volume in one second，FEV1)、 第1秒用力呼氣容積占用力肺活量百分比(簡稱1秒率， FEV1/FVC)、 呼氣峰流量(peak expiratory flow，PEF)， FEF25、FEF50、FEF75(用力呼出25%、50%、75% 肺活量時的瞬間呼氣流量)。

三、統計學分析

結 果

一、一般臨床資料

共納入107例肥胖患兒，男性58例(54.2%)，女性49例(45.8%)。年齡在6～12歲之間。肥胖男童的FMP、VFA、TrTFR、TrLFR高于肥胖女童，而FEV1%、FEV1/FVC%、PEF%、FEF25%低于女童，差異具有統計學意義(P值均<0.05)(見表1)。

表1 患兒一般情況

二、肥胖患兒BMI、FMP、VFA、LTFR、TrTFR、TrLFR、VTFR與肺功能的關系

Spearman相關分析結果顯示， BMI與FVC%、FEV1%、PEF%、FEF25%、FEF50%、FEF75%有顯著相關性。FMP與FVC%、FEV1%、PEF%、FEF25%、FEF50%、FEF75%有顯著相關性。VFA與FVC%、FEV1%、PEF%、FEF25%、FEF50%、FEF75%有顯著相關性。TrTFR與FVC%、FEV1%、PEF%、FEF25%、FEF50%、FEF75%有顯著相關性。TrLFR與FVC%、FEV1%、PEF%、FEF25%、FEF50%、FEF75%有顯著相關性(見表2)。

表2 Spearman相關分析結果(r值)

三、肥胖患兒體脂分布對肺功能的偏相關分析

控制年齡后，肥胖男童，BMI與FVC%、FEV1%有顯著負相關(r值為-0.292、-0.309，P值<0.05)，FMP與FVC%、FEV1%、PEF%呈負相關(r值為-0.311、-0.300、-0.063，P值<0.05)。VFA與FVC%、FEV1%、PEF%、FEF50%、FEF75%負相關(r值為-0.262、-0.271、-0.264、-0.134、-0.034，P值<0.05)。TrLFR與FVC%、FEV1%、PEF%、FEF50%、FEF75%負相關(r值為-0.216、-0.162、-0.271、-0.092、-0.132，P值<0.05)。TrLFR與FVC%、FEV1%、PEF%、FEF50%、FEF75%負相關(r值為-0.216、-0.162、-0.271、-0.092、-0.132，P值<0.05)。肥胖女童，BMI與FVC%、FEV1%有顯著負相關(r值為-0.094、-0.116，P值<0.05)，FMP與FVC%、FEV1%、PEF%呈負相關(r值為-0.183、-0.157、-0.068，P值<0.05)。VFA與FVC%、FEV1%、PEF%、FEF50%、FEF75%負相關(r值為-0.214、-0.119、-0.020、-0.279、-0.245，P值<0.05)。TrLFR與FVC%、FEV1%、PEF%、FEF50%、FEF75%負相關(r值為-0.182、-0.281、-0.209、-0.076、-0.168，P值<0.05)(見表3)。

表3 BMI、FMP、VFA與體脂分布的偏相關分析(r值)

討 論

肥胖已成為世界范圍的公共衛生問題。肥胖對呼吸系統有多種不良影響，可導致肺順應性下降，增加氣道阻力，影響氣體交換。研究發現，體重增長后肺功能下降，體重減輕后肺功能改善[7]。肥胖對于兒童肺功能的影響仍存在爭議。我國對肥胖兒童肺功能的研究大多集中于BMI、腰圍及腰臀比的影響，體成分測量經濟方便無創，易獲得身體成分數據，如內臟脂肪、脂肪分布或者肌肉含量，可以評估肥胖的類型和脂肪分布以及內臟脂肪，幫助早期識別肥胖導致的心肺疾病風險。本研究旨在分析肥胖兒童脂肪分布指標和肺功能指標的關系。

本研究發現BMI與FVC%、FEV1%呈負相關，這與既往研究結果相同。吳巾紅等[8]研究發現，肥胖兒童FVC%、FEV1/FVC%較體重正常兒童低。黃錕等[9]發現兒童青少年隨BMI上升，肺活量指數和單位面積最大通氣量均呈下降趨勢。但是，Ekstr?m等[10]發現8歲肥胖和超重兒童FVC和FEV1更高，FEV1/FVC較低。隨著體重增長，肌肉力量增加，可表現肺通氣功能升高，但體重繼續增加，過多脂肪堆積于胸部、腹部，膈肌上移，使肺的順應性下降，導致限制性通氣功能障礙，FVC下降，這可能是各研究結果不同的原因。BMI作為衡量肥胖的指標被廣泛應用，但是它無法有效分辨肌肉組織和脂肪組織，兒童生長發育中，脂肪分布不依賴BMI的增長，應用BMI評價肥胖存在局限性。脂肪分布對心肺功能的不良影響與脂肪分布部位不同有關。肥胖被分為中心性肥胖和外周性肥胖，中心性肥胖更易引起代謝性疾病和心血管疾病。腰圍用來診斷中心性肥胖，對內臟脂肪的相關性和預測性較BMI強[11]。Chen等[12]研究白人肥胖兒童發現，腰圍與FVC、FEV1正相關，而與FEV1/FVC負相關。對中國兒童的研究發現，腰圍與多項肺功能指標呈負相關[13-14]。造成兒童研究結果不同的原因可能是研究的人種不同，亞洲人較白人身體脂肪含量更高，更易發生中心性肥胖；相對白人兒童，我國兒童青春期出現稍晚也可能是結果不同的原因[14]。

內臟脂肪和皮下脂肪對肺功能影響不同。腰圍無法完全評價內臟脂肪[15]。Mensink-Bout等[16]研究10歲兒童發現，獨立于脂肪質量指數，內臟脂肪指數越高，FVC越高，FEV1/FVC越低。肥胖兒童存在氣道發育不平衡，即肺實質和氣道非對稱發育，產生了肺組織大，氣道相對小的情況，表現為FEV1和FVC正常或升高，FEV1/FVC降低。在成人，內臟脂肪對成年男性和女性的內臟脂肪與FVC和FEV1也呈負相關[17]。Huang等[18]以年輕成年人為研究對象，發現男性的內臟脂肪和女性的皮下脂肪與肺活量指數呈負相關。而本研究與成人肥胖患者的研究結果相似，內臟脂肪面積與FVC%、FEV1%都呈負相關，與FEV1/FVC%無明顯關系，這可能與本研究納入的研究對象在多年齡段有關。內臟脂肪影響肺功能的原因包括，第一，內臟脂肪聚集于胸部和腹部，胸腔受到擠壓，使患者出現限制性通氣功能障礙。第二，處在不同部位的脂肪組織有不同的代謝活動，內臟脂肪組織儲存甘油三脂，也分泌多種信號分子、激素、前炎性細胞因子，使人體代謝失衡，造成低水平炎癥狀態。內臟脂肪脂解率高，產生大量游離脂肪酸，到達肝臟后，可引起肝糖原合成增加，高胰島素血癥及代謝綜合征，也可以引起阻塞性通氣功能異常。

中心性肥胖是肥胖相關性疾病最重要的影響因素。本研究分析軀干脂肪與四肢脂肪的比值和肺功能的關系，發現TrLFR除了與FVC%、FEV1%負相關，還與PEF%、FEF50%、FEF75%呈負相關，沒有發現BMI、FMP與PEF%、FEF50%、FEF75%有關。說明全身肥胖并沒有影響呼氣流速和小氣道功能，而軀干脂肪分布對肺功能影響更多。流行病學調查也顯示肥胖增加兒童哮喘的發病率[19]。目前在肥胖哮喘病人中已發現2種主要表型，一種是早發哮喘，與過敏相關，患肥胖加重哮喘的癥狀；另一種是晚發非過敏性哮喘，在女性中多見，與中性粒細胞炎癥相關。這其中的機制包括，肥胖時深呼吸減弱，功能殘氣量減少，補呼氣量降低；同時氣道反應性增加；還有脂肪釋放的炎癥因子在肺部慢性炎癥中作用；近50年來，人們的生活方式發生巨大變化，飲食結構改變增加肥胖風險，比如西式飲食攝入高脂肪和高糖食物和低纖維食物，久坐、體育活動少降低了能量的消耗[20]。因此在診治肥胖兒童時，除了BMI、腰圍等，還要監測脂肪的分布。

本研究仍存在一些局限，首先，本研究為橫斷面研究，今后還需要進行更大規模的調查和縱向研究，如對肥胖程度進行分層，或者追蹤生長發育過程中脂肪分布的變化，以評估兒童局部肥胖和肺功能損害之間的確切因果關系。第二，本研究僅就脂肪分布與肺功能的關系進行了討論，沒有具體脂肪分布位置，如胸內脂肪、胸部皮下脂肪與肺功能的關系進行進一步研究。

結 論

本研究發現，肥胖青少年BMI、FMP、VFA、TrLFR與FEV1%、FVC%呈負相關。同時，VFA、TrLFR還與PEF%、FEF50%、FEF75%呈負相關。中心性肥胖是肥胖青少年肺功能損害的重要因素。監測兒童肺功能時，要注意脂肪分布對肺功能的影響。