圍青春期體脂百分比與BMI最佳關(guān)系及增齡消長規(guī)律研究

張曉丹

1 前言

圍青春期是由兒童發(fā)育到成人的過渡時期，多項身體形態(tài)、機能指標(biāo)出現(xiàn)質(zhì)變，是生長發(fā)育的重要階段。身體成分變化是圍青春期生長發(fā)育的內(nèi)在反映，也是評價肥胖及營養(yǎng)狀況的良好指征。

在評價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［30］。

國內(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］，但未對所得模型進行檢驗。本研究擬采用曲線擬合方法對8～16歲中國中、小學(xué)學(xué)生的BMI與體脂百分比關(guān)系進行建模，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，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1 923人次。將≥2次體檢記錄的取第1次測試結(jié)果，實際分析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 測試

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

2.2.2 統(tǒng)計分析

應(yīng)用Sharp－Wailk方法檢驗數(shù)據(jù)是否服從正態(tài)分布，若數(shù)據(jù)服從正態(tài)，采用獨立樣本t檢驗比較男、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秩和檢驗比較男、女生各指標(biāo)均值差異，應(yīng)用Kruskal－Wallis檢驗比較指標(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Fisher’s轉(zhuǎn)換［17］計算相關(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，符合生長曲線，表明其生長發(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，說明了男、女生青春期發(fā)育體重增長的區(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 模 型 進 行 顯 著 性 檢 驗 ，并計算校正的擬合優(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)計量一覽表Table 4 Statistics of Model Fitting

圖1 本研究男生模型預(yù)測散點圖Figure 1. Model Prediction Figure of Boys

圖2 本研究女生模型預(yù)測散點圖Figure 2. Model Prediction Figure of Girls

對男、女生模型截距項和回歸系數(shù)進行顯著性t檢驗，P值均小于0.001。男生模型預(yù)測如圖1所示，女生模型預(yù)測如圖2所示。用BMI預(yù)測體脂百分比，發(fā)現(xiàn)男生僅有8個預(yù)測點未落入95%預(yù)測區(qū)間，女生模型僅有5個樣本的預(yù)測點未落入95%預(yù)測區(qū)間。

3.3 體脂百分比與BMI在增齡過程中的變化規(guī)律

3.3.1 絕對值

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，其中，13歲時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，其中，9歲時體脂百分比顯著高于14歲（P＜0.05）、16歲（P＜0.05）；10歲時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（圖4），其中，女生15歲時BMI顯著高于8歲（P＜0.05），16歲時BMI顯著高于8歲（P＜0.05）、9歲（P＜0.05）；男生16歲時BMI顯著高于8歲（P＜0.05）、9歲（P＜0.05）。

圖3和圖4進一步說明，圍青春期體脂百分比和BMI間的關(guān)系并非線性。在BMI的增長過程中，除了有體脂的增長，還有去脂體重的增長。因此，在反映營養(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)育過程中，體脂百分比與BMI增齡不僅有量的變化，且還有增長方向的變化。為考察男、女生的體脂百分比和BMI增齡變化規(guī)律，首先計算不同年齡段的指標(biāo)均值，然后計算年度增量值，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較小，其中，9～10歲出現(xiàn)少量負(fù)增長，而13～14歲女生體內(nèi)脂肪迅速增長。

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，體脂百分比下降了6.1%，而在14～15歲又呈現(xiàn)增加趨勢。

伴隨著年齡的增長，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，該階段女生的身高和體重都呈上升趨勢。而11～13歲呈下降趨勢，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)波動趨勢。BMI年度增量值在8～10歲呈上升趨勢，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，而在13～14歲時再次顯著下降（P＜0.01）。

4 討論

身體成分，是指機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。兒童青少年生長發(fā)育過程中，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和所占比例變化明顯時期，身高、體重迅速增長，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。說明BMI對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關(guān)系，從而達到已知BMI的值根據(jù)模型預(yù)測體脂百分比水平的目的。2011年，F(xiàn)ujii等［12］對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；對女生而言，三次曲線對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個和52個），且并未對構(gòu)建的模型進行檢驗。

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預(yù)測圍青春期BMI與體脂百分比的變動關(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)測精度較高。但是為了得到更加準(zhǔn)確的預(yù)測模型，接下來可能的研究方向為：1）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量的指標(biāo)作為自變量，增強模型預(yù)測能力。

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)育過程中脂肪增加明顯，但身體脂肪百分比并非持續(xù)增長。在7～9歲和11～13歲增長速度較快［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同齡男生。Lloyd等［21］對白人女孩的縱向研究表明，11.5歲是體脂百分比增長最快的年齡段，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較小，其中，9～10歲出現(xiàn)少量負(fù)增長，而13～14歲女生體內(nèi)脂肪迅速增長。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，體脂百分比再次下降，14～15歲又增加，說明從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，13～15歲又出現(xiàn)顯著上升。特別在11～15歲時，構(gòu)成BMI的兩個指標(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，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歲時呈現(xiàn)相反趨勢，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，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，而在13～14歲時再次顯著下降。

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)致的生長發(fā)育差異。在圍青春期過程中，性激素非勻速分泌。其中，女孩在8～9歲時性激素明顯升高，在10～11歲時接近成人水平，12歲時性激素水平可以達到成人水平。男孩在4～6歲時性激素分泌略有升高并形成一個平臺，9歲左右時有雌二醇分泌上升，10～11時睪酮明顯升高，雌二醇開始下降，在12～13歲時性激素水平近成人，在14歲以后男孩的性激素水平達到成人水平［3］。雄激素有明顯的促進肌肉組織發(fā)育的功能，而雌激素有促進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，男孩肌肉增長比女生多，而女孩的脂肪增長相對較多。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發(fā)育，此時，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、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增量特點類似，呈現(xiàn)“三峰兩谷”特點，女孩體脂百分比與BMI增量均呈現(xiàn)“兩谷一峰”特點。

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