圍青春期體脂百分比與BMI最佳關系及增齡消長規律研究

張曉丹

1 前言

圍青春期是由兒童發育到成人的過渡時期，多項身體形態、機能指標出現質變，是生長發育的重要階段。身體成分變化是圍青春期生長發育的內在反映，也是評價肥胖及營養狀況的良好指征。

在評價身體成分和肥胖的常用指標中，BMI和體脂百分 比 是 世 界 公 認 指 標［19，20，31，32］。 由 于 BMI是 由 身 高 、體 重兩個指標組成的復合指標，因此，該指標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［1，5，7，8，12，13，15，23，25，28］，但 是 該 指 標 在 不 同 性 別 和 年 齡 人群中具有不同的趨勢［30］。

國內、外多采用線性回歸方法探討BMI與體脂百分比關系［14，18，26］，近年有學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、小學學生的BMI與體脂百分比關系進行建模，并根據校正擬合優度（Adj.R2）和AIC取值選取最佳模型；同時，根據不同年齡段BMI和體脂百分比年度增量值探討BMI和體脂百分比增齡消長規律。

2 研究樣本與方法

2.1 研究樣本

選取天津市體質檢測中心2011年1—12月8～16歲中、小學學生體檢數據，共計1 923人次。將≥2次體檢記錄的取第1次測試結果，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，測量了學生的身高和體重，學生身高的定義為頭頂最高點至足限底的直線距離，測量體重時確保學生未負荷重物。采用人體成分分析儀（Inbody 520，韓國），依據生物電阻抗法測量受試者的身體成分。

2.2.2 統計分析

應用Sharp－Wailk方法檢驗數據是否服從正態分布，若數據服從正態，采用獨立樣本t檢驗比較男、女生各指標的均值差異，采用單因素方差分析（One－Way ANOVA）比較某指標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；若變量不滿足正態分布，采用 Wilcoxon秩和檢驗比較男、女生各指標均值差異，應用Kruskal－Wallis檢驗比較指標在不同年齡段的取值差異。Pearson偏相關分析與相關分析方法被用于考察體脂百分比與BMI的相關關系，并通過Fisher’s轉換［17］計算相關系數的95%置信區間。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，模型選擇的標準為：校正判別系數較大同時AIC指標較小［6］。顯著性水平P＜0.05。

3 研究結果

3.1 一般情況

本研究8～16歲中、小學學生身高、體重及去脂體重等指標未偏離正態分布，符合生長曲線，表明其生長發育正常。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城鎮的1 103例樣本的研究以及 Maynard［23］基于日本中、小學學生的研究均觀察到女生的體脂比高于男生，說明了男、女生青春期發育體重增長的區別：男生主要體現為去脂體重，如肌肉含量的增加［27］；女生相對而言，體內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偏相關分析驗證了圍青春期不同性別中、小學學生的BMI與體脂百分比之間確實存在顯著的正相關關系（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度以及模型的AIC準則指標值。

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度值最高，同時AIC指標最小的曲線模型［10］，最后得到的最佳曲線模型為三次曲線模型。根據參數估計結果，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相關系數一覽表Table 3 Correlation Coffclients between Body Fat Percentage and BMI Among Peripubertal Age

表4 本研究模型擬合統計量一覽表Table 4 Statistics of Model Fitting

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

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

對男、女生模型截距項和回歸系數進行顯著性t檢驗，P值均小于0.001。男生模型預測如圖1所示，女生模型預測如圖2所示。用BMI預測體脂百分比，發現男生僅有8個預測點未落入95%預測區間，女生模型僅有5個樣本的預測點未落入95%預測區間。

3.3 體脂百分比與BMI在增齡過程中的變化規律

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，在反映營養及肥胖指標上，體脂百分比比BMI更準確和精確。

3.3.2 年度增量值

圍青春期發育過程中，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增齡變化規律，首先計算不同年齡段的指標均值，然后計算年度增量值，并繪制相應的圖形。

研究發現（圖5），在8～11歲之間女生體脂百分比變動較小，其中，9～10歲出現少量負增長，而13～14歲女生體內脂肪迅速增長。

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

研究發現（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歲又呈現增加趨勢。

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

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歲出現了顯著的下降，在10～13歲又呈現上升趨勢，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。身體成分在基礎醫學、臨床醫學以及預防醫學研究中意義重大，特別是體脂百分比與BMI的定量分析及其在不同生理、病理狀態下的變化規律［11］，對研究青少年身體發育規律有著重要意義。兒童青少年生長發育過程中，體內脂肪組織和非脂肪組織的含量、比例和分布隨年齡發生顯著變化［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、女生發育特征差異顯著［9，29］。因此，考察中國處于圍青春期學生體脂百分比與BMI的協同變化規律及增齡變化是非常有意義的選題。

4.1 關于體脂百分比與BMI協同變化最佳模型的構建

本研究表明，體脂百分比與BMI之間存在顯著的相關關系，這一發現與以往基于不同群體、不同年齡段的同類研 究 結 果 一 致［1，5，7，8，12，13，15，23，25，28］。 而 本 研 究 亦 發 現 ，圍 青春期男生的BMI與體脂百分比的相關系數為0.840，女生的BMI與體脂百分比的相關系數為0.780，且在不同年齡階段該相關關系方向一致，相關系數均在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系，從而達到已知BMI的值根據模型預測體脂百分比水平的目的。2011年，Fujii等［12］對789名7.5～14.5歲的日本中、小學學生體脂百分比和BMI曲線擬合結果顯示，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等關于不同年齡體脂百分比和BMI關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，并最終根據擬合優度和AIC準則選擇了三次曲線模型來預測圍青春期BMI與體脂百分比的變動關系。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育規律的。本研究得到模型的判別系數在0.7左右，預測精度較高。但是為了得到更加準確的預測模型，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）適當引入其他可能影響體脂百分比且易測量的指標作為自變量，增強模型預測能力。

4.2 體脂百分比與BMI增齡變化

有資料顯示，女性圍青春期發育過程中脂肪增加明顯，但身體脂肪百分比并非持續增長。在7～9歲和11～13歲增長速度較快［4］。本研究發現，從11歲開始，女生體內由于雌激素驟增，體內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，這與本研究結果類似。

本研究還發現，圍青春期男、女生體脂百分比增齡變化呈現不同的特征。具體而言，女生8～11歲階段體脂百分比變動較小，其中，9～10歲出現少量負增長，而13～14歲女生體內脂肪迅速增長。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。

本研究同樣發現，圍青春期男、女生BMI增齡變化也呈現不同的特征。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歲又出現顯著上升。特別在11～15歲時，構成BMI的兩個指標——去脂體重／身高2和體脂含量／身高2發生了明顯的變化，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歲出現了顯著的下降，在11～13歲又呈現上升趨勢，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節作用而導致的生長發育差異。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。本研究發現，11歲以后，女孩體內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），受到雄性激素的調節開始第二性征發育，表現為肌肉發達、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育，促使了女孩的臀部變大，體內脂肪細胞增殖，皮下脂肪堆積、乳房隆起等。

5 結論

1.三次曲線被證實為擬合8～16歲中、小學學生BMI和體脂百分比協同變化關系的最優模型。

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

［1］何英劍，陶秋山，李曉婷，等.性別、年齡對成人BMI超重與肥胖診斷標準影響［J］.中國公共衛生，2009，25（4）：441－443.

［2］江崇民，張一民，張彥峰，等.中國城鎮居民身體脂肪分布及增齡變化規律研究［J］.體育科學，2008，28（8）：16－28.

［3］李玉清，張美和.健康兒童血清性激素水平測定的意義［J］.實用兒科臨床雜志，2007，22（1）：53－54.

［4］馬軍，馮寧，張世偉，等.7～15歲體重正常兒童身體成分變化分析［J］.中國學校衛生，2006，27（9）：741－743.

［5］周君來，黃濱，李愛春.身高標準體重指標與大學生身體成分的關系［J］.體育學刊，2006，13（1）：65－67.

［6］AKAIKE H.A new look at the statistical model identification［J］.IEEE Transactions on Automatic Control，1974，19（6）：716－723.

［7］CHITTAWATANARAT K，PRUENGLAMPOO S，KONGSAWASDI S，et al.The variations of body mass index and body fat in adult Thai people across the age spectrum measured by bioel－ectrical impedance analysis［J］.Clin Interv Aging，2011，6：285－94.

［8］DANIELS S R，KHOURY P R，MORRISON J A.The Utility of Body Mass Index as a Measure of Body Fatness in Children and Adolescents：Differences by Race and Gender ［J］.Pediatrics，1997，99（6）：804－807.

［9］EISEN E J.Multitrait restricted and desired gains selection indices designed to change growth and body composition in mice［J］.J Anim Breed Genet，1993，110（1－6）：13－29.

［10］FEDERICO B，D’ALIESIO F，PANE F，et al.Body mass index has a curvilinear relationship with the percentage of body fat among children［J］.BMC Res Notes，2011，18（4）：301.

［11］FLEGAL K M，Ogden C L，Yanovski J A，et al.High adiposity and high body mass index–for－age in US children and adolescents overall and by race－ethnic group ［J］.Am J Clin Nutr，2010，91（4）：1020－1026.

［12］FUJII K，MISHIMA T.WATANABE E，et al.Change with Age in Regression Construction of Fat Percentage for BMI in School－Age Children［J］.J Phys Anthropol，2011，30：69－76.

［13］FUJII K，TANAKA N，ISHIGAKI T，et al.Confirmation regarding physical fitness based on polynomial regression evaluation of body fat percentage for BMI in adolescence［J］.Korean J Growth Develop，2008，16：43－47.［In Korean with English］.

［14］GARROW J S，WEBSTER J.Quetelet’s index（W／H2）as a measure of fatness［J］.Int J Obes Relat Metab Disord，1985，9：147－153.

［15］GORAN M I，DRISCOLL P，JOHNSON R，et al.Cross－calibration of body－composition techniques against dual－energy X－ray absorptiometry in young children［J］.Am J Clin Nutr，1996，63（3）：299－305.

［16］GURRICI S，HARTRIYANTI Y，HAUTVAST J D，et al.Relationship between body fat and body mass index：differences between Indonesians and Dutch Caucasians［J］.Eur J Clin Nutr，1998，52：779－783.

［17］HOTELLING H.New light on the correlation coefficient and its transforms［J］.J Royal Statistical Soc Series B （Methodological），1953，15（2）：193－232.

［18］KEYS A，FIDANZA F，KARVONEN M J，et al.Indices of relative weight and obesity［J］.J Chronic Dis，1972，25：329－334.

［19］KUCZMARSKI R J，FLEGAL K M.Criteria for definition of overweight in transition：background and recommendations for the United States［J］.Am J Clin Nutr，2000，72：1075－1081.

［20］KUCZMARSKI R J，FLEGAL K M，CAMPBELL S M，et al.Increasing prevalence of overweight among US adults［J］.JAMA，1994，272：205－211.

［21］LLOYD T，CHINCHILLI V M，EGGLI D F，et al.Body composition development of adolescent white females：the Penn State Young Women＇s Health Study［J］.Arch Pediatr Adolesc Med，1998，152（10）：998－1002.

［22］MATSUURA Y，KIM M.Analysis of physical growth by fitting the polynomial to the longitudinal growth distance data of individual：age 6to 17［R］.Research Monograph issued by Growth and Development Research Institute of Health and Sport Sciences，University of Tsukuba，Japan.1991：1－153.

［23］MAYNARD L M，WISEMANDLE W，ROCHE A F，et al.Childhood body composition in relation to body mass index［J］.Pediatrics，2001，107：344－350.

［24］OGDEN C L，CARROLL M D，FLEGAL K M.High Body Mass Index for Age Among US Children and Adolescents，2003－2006［J］.JAMA，2008，299（20）：2401－2405.

［25］ROCHE A F，SIEVOGEL R M，CHUMLEA W C，et al.Grading body fatness from limited anthropometric data［J］.Am J Clin Nutr，1981，34（12）：2831－2838.

［26］SWINBURN B A，CRAIG P L，DANIEL R，et al.Body composition differences between Polynesians and Caucasians assessed by bioelectrical impedance［J］.Int J Obes Relat Metab Disord，1996，20：889－894.

［27］TAHARA Y，MOJI K，AOYAGI K，et al.Age－related pattern of body density and body composition in Japanese males and fe－males，11and 18years of age［J］.Am J Hum Biol，2002，14：327－337.

［28］TANAKA N，FUJII K，ASAUCHI D，et al.Auxological Approach to Relational Construction with Regarding Mutual Relationship among Body Compositions，and Physical and Motor Fitness［J］.Tokai Ann Rep Health Phys Educ，2007，29：37－46.［In Japanese with English Abstract］.

［29］TRAVERS S H，JEFFERS B W，BLOCH C A，et al.Gender and Tanner stage differences in body composition and insulin sensitivity in early pubertal children［J］.J Clin Endocrinol Metab，1995，80（1）：172－178.

［30］WANG M C，BACHRACH L K.Validity of the body mass index as an indicator of adiposity in an ethnically diverse population of youths［J］.Am J Hum Biol，1996，8：641－651.

［31］WHO.Obesity：preventing and managing the global Epidemic［M］.Report of a WHO Consultation on Obesity.Geneva：WHO／NUT／NCD，1997.

［32］WHO.Physical Status：The Use and Interpretation of Anthropometry［M］.Technical Report Series No.854.Geneva：WHO，1995.