生物電阻抗法和雙能X射線吸收法 測定健康成人體成分的對比研究

沈麗萍 段一凡 孫旭 呂志梅 楊振宇 歐陽一非

基金項目：十三五科技基礎資源調查專項（項目編號：2017FY101103）。

作者簡介：沈麗萍（1993—），女，碩士研究生，研究方向：營養與食品衛生。

共同通信作者：楊振宇（1975—），男，博士，研究員，碩士生導師，研究方向：婦幼營養;歐陽一非（1981—），女，博士，副研究員，研究方向：公共營養。

摘要：目的：比較生物電阻抗法與雙能X射線吸收法測量健康成人體成分的一致性。方法：采用便攜式生物電阻抗儀和雙能X射線吸收儀同時測量48名健康受試者去脂體重、脂肪含量和體脂率，配對t檢驗比較兩種方法測量健康成人去脂體重、脂肪含量和體脂率的差異，相關系數和Bland-Altman分析用于評價兩種方法測量結果的相關性和一致性。結果：無論是總體還是男性和女性，生物電阻抗法與雙能X射線吸收法的體成分測定值之間均呈現明顯的正相關，除男性體脂含量（r=0.89）和體脂率（r=0.74）外，兩種方法體成分測定值的相關系數r>0.90（P<0.05）。從總體看，與雙能X射線吸收法相比，生物電阻抗法低估了身體脂肪含量[（-1.3±1.7）kg，95%一致限：（-4.6～2.1）kg]和體脂率[（-3.0%±2.8%），95%一致限：（-8.4%～2.5%）]，高估了去脂體重[（2.7±1.7）kg，95%一致限：（-0.6～6.1）kg]。結論：生物電阻抗法在測量健康成人體成分中具有一定應用價值。同雙能X射線吸收法相比，生物電阻抗法低估了體脂量和體脂率，需要進一步優化其體成分模型。

關鍵詞：生物電阻抗法;雙能X射線吸收法;體成分;Bland-Altman分析

研究表明，超重和肥胖者增加的體重中，脂肪的增量遠高于去脂體重[1-5]，過多的身體脂肪含量與內臟脂肪分布是代謝相關疾病的關鍵決定因素[6]。身體脂肪含量與死亡風險之間呈現明顯的正相關，而去脂體重與其呈U型曲線關系[7]。準確評價脂肪含量和去脂體重等體成分對于指導人們保持健康體重，控制超重和肥胖以及相關慢性病發生風險有重要意義。因測量方法簡單和成本低，體質指數（BMI）常作為超重/肥胖的評價指標。但是，BMI法無法區分脂肪重量與去脂體重，BMI相似者體成分可能相差很大，因此使用BMI法評價體成分有一定的局限性。生物電阻抗法（BIA）、雙能X射線吸收法（DXA）、同位素稀釋法、密度法（水下稱重法、空氣置換法）、磁共振成像法（MRI）、三維人體掃描法等技術的應用使得人們可以更準確測量體成分[8-9]，其中，DXA法通過將兩種能量的X線照射到生物體上，根據X線透過不同組織產生衰減的不同程度和衰減率計算體成分[8]。多項研究驗證了DXA法測量人體成分的精確度和準確度，目前該方法常作為體成分測定的標準方法[10-11]。但是，由于其設備昂貴、使用技術難度高以及不易移動等原因，限制了其在大規模流行病學研究中的應用[12]。BIA法通過人體對小交流電的電阻來估算人體總水重（TBW）。細胞的液體重與電阻抗值呈正相關，在低頻率下，電流不能穿過細胞膜，此時測得細胞外水重，通過公式可計算去脂體重;在高頻率下，電流可以穿過細胞膜，此時測得細胞總水重，進而計算出脂肪含量等體成分指標[8，13-14]。該方法測量體成分雖然易受體液變化（如飲水、膳食、腹瀉、運動等）的影響，但由于便攜式生物電阻抗儀具有體積較小、易于攜帶、操作簡便、用時短、安全無創和成本低等特點，使其應用廣泛[15]。目前BIA法常用于不同人群營養狀況的評估與監測，如超重/肥胖和低體重等營養不良的篩查和慢性病患者營養狀況評估，以及大規模人群體成分研究及流行病學調查等[15-16]。

研究表明，與DXA法相比，BIA法測量不同人群體成分可能會出現低估或高估的情況。Kim等[17]對韓國165名健康成人體成分研究發現，與DXA法相比，BIA法高估了男性體脂率而低估了女性體脂率，而一項包含484名健康中年受試者的荷蘭研究表明，兩種方法測量脂肪含量、體脂率和去脂體重具有較好的一致性[18]。本研究的目的在于比較 BIA 法與DXA法測量中國健康成人體成分的一致性，為評價 BIA 法在人群健康篩查中的應用提供科學依據。

1對象與方法

1.1研究對象

研究對象為20～55歲的健康成人，排除患有心血管疾病、肺炎、肝炎、胃炎、腎炎等疾病及身體發育缺陷、繼發性肥胖、身體內安置金屬醫療器械（如心臟起搏器、金屬鋼釘等）的受試者。本研究通過了中國疾病預防控制中心營養與健康所倫理委員會審查（批號：2019-015）。所有受試者均簽署了知情同意書。

1.2測量方法

受試者均空腹、排空大小便，去除金屬飾物，身著輕便衣物在上午進行身高、體重和體成分的測量。

1.2.1身高體重的測量采用身高、電子體重秤，身高測量值精確到0.1 cm，體重精確到0.1 kg。

1.2.2體成分的測量（1）BIA法：采用雙頻八電極生物電阻抗人體成分測定儀測量身體去脂體重、脂肪和體脂率。測量時受試者赤足站立于儀器上，確保雙腳與儀器面板上的足形電極充分接觸，雙手握住兩側手柄，確保五指充分接觸測試電極，手臂向兩側伸直，與軀干保持約15°夾角，開始測量并保持安靜姿勢2～3 min。（2）DXA法：由具有DXA操作資格證的人員，使用HOLOGIC Discovery QDR系列雙能X射線測量儀進行去脂體重、脂肪和體脂率的測量。受試者平臥于檢查床上采用標準模式全身掃描，測量時受試者除去厚重的衣服，不能佩戴任何帶金屬和其他高密度物體，保持靜止體位并正常呼吸。DXA法使用兩個不同能級的X射線束，基于X射線衰減特性，測量去脂體重和脂肪含量。掃描時間大約 5 min，測量結束記錄身體成分參數。

1.3統計方法

BIA法與DXA 法測得的去脂體重、脂肪量、體脂率用均數±標準差（±s）表示。BIA法和DXA法的總人群脂肪含量和去脂體重以及女性脂肪含量測量值非正態分布，因此用中位數（四分位數間距）描述。根據數據特征，用Pearson相關系數和Spearman相關系數反映兩種測量方法的相關性。通過配對t檢驗和Bland-Altman 分析法評價BIA法和DXA法測量健康成人體成分的差異和一致性[19]。一致性分析時，首先計算兩種方法對同一個體測量結果的偏倚（d，兩種方法測量結果的均值）及標準差（s）。如果兩種方法測量結果的均值與差值之間無相關關系，計算差值d的95%一致限（95%LOA=d±1.96 s），結合Bland-Altman圖（差值-均值圖）進行一致性評價。因兩種測量方法的均值、差值以及差值95%LOA的計算是基于樣本統計量，不可直接用于對總體的統計推斷。因此，考慮抽樣誤差的影響，推斷兩種方法在總體上的一致性時，分別估計差值95%LOA 上限和下限的95%可信區間（CI）。如果兩種方法 95%LOA的95%CI 結果在事先給定的、臨床上可接受的誤差范圍內，則可得出兩種測量方法具有一致性或互換性[20]。采用SAS 9.4軟件進行數據分析，P<0.05為差異有統計學意義。

2結果與分析

2.1BIA和DXA測量健康成人體成分的比較

共招募50名志愿者，由于生物電阻抗分析儀記錄異常，2個異常值未納入分析，共計48位受試者體成分測量值被最終納入分析，其中男性11人、女性37人。研究對象平均年齡為（33.0±8.7）歲、BMI為（22.5±3.5）kg/m2、超重肥胖比例為30%（表1）。配對t檢驗表明，DXA法測得總體和女性人群脂肪含量和體脂率高于BIA法，差異具有統計學意義（P<0.05），BIA法測得總體、男性和女性去脂體重高于DXA法，差異有統計學意義（P<0.05）（表2）。

2.2BIA和DXA測量健康成人體成分的相關性分析

散點圖和相關系數表明無論是總體還是男性和女性，BIA法與DXA法體成分測定值之間均呈現明顯的正相關，除男性體脂含量（r=0.89）和體脂率（r=0.74）外，兩種方法體成分測定值的相關系數r>0.90，關聯具有統計學意義（P<0.05）（圖1）。簡單線性回歸顯示，總體人群DXA法去脂體重測量值的96.6%可由BIA法去脂體重測量值的變化來解釋，BIA法體脂含量和體脂率測量值分別解釋了DXA法測量結果變化的92.1%、83.9%。在女性中，這一比例分別為90.0%、95.1%、85.6%，而在男性中，這一比例分別為89.4%、79.9%、55.3%。

2.3BIA法和DXA法測量結果的Bland-Altman一致性分析

分別對BIA法和DXA法測量總體、成年男性和女性去脂體重、脂肪含量和體脂率進行Bland-Altman分析。BIA法和DXA 法測量去脂體重（總體r=-0.01、男性r=-0.60、女性r=0.17 ）、體脂含量（總體r=0.22、男性r=0.30、女性r=0.21）和體脂率（總體r=0.21、男性r=0.13）的差值與均值之間無相關關系（P>0.05），兩種方法測量女性體脂率的差值與均值間有微弱的正相關（r=0.39，P=0.02）。綜合來看，在測量范圍內兩種方法測量差異不存在明顯的趨勢。如圖2所示，兩種方法測量結果一致性在不同性別間無明顯差異。從總體看，兩種方法身體去脂體重差值的均數d=2.7 kg，差值的標準差SD=1.7 kg，95%LOA為-0.6～6.1 kg，4.2%（2/48）的點在95%LOA以外，小于5%。兩種方法身體脂肪含量差值的均數d=-1.3 kg，差值的標準差SD=1.7 kg，95%LOA為-4.6～2.1 kg，6.3%（3/48）的點在95%LOA以外。兩種方法測量體脂率差值的均數d=-3.0%，差值的標準差SD=2.8%，95%LOA為-8.4～2.5%，6.3%（3/48）的點在95%LOA以外。在總人群中，2種方法測得去脂體重均差的95%CI為（2.2，3.2），95%一致限下限的95%CI為（-1.5，0.2），上限的95%CI為（5.2，6.9）;脂肪含量均差的95%CI為（-1.7，-0.8），95%一致限下限的95%CI為（-5.4，-3.7），上限的95%CI為（1.2，2.9）;體脂率均差的95%CI為（-3.8，-2.2），95%一致限下限的95%CI為（-9.8，-7.1），上限的95%CI為（1.1，3.8）。

3討論

本研究發現，BIA法與DXA法測得健康成人去脂體重、體脂含量和體脂率結果高度相關。與DXA法相比，BIA法低估了身體脂肪含量和體脂率，高估了去脂體重。與本研究結果相似，一項對209名25～35歲中國健康成人體成分的研究發現，BIA法與DXA法脂肪含量和去脂體重測量結果高度相關（r>0.9）。但該研究發現，兩種方法測量脂肪含量[均差：-0.7 kg，95%LOA：（-4.8～3.5）kg]和去脂體重[均差：0.9 kg，95%LOA為（-3.6～5.4）kg的差異較小[21]，這可能與該研究人群年齡（25～35歲）和BMI（18.5～26.9 kg/m2）變異小有關。

Achamrah等[22]對法國3 655名健康成人研究結果表明，與DXA法相比，BIA法高估了3.4～8.3 kg去脂體重，低估了2.5～5.7 kg脂肪含量。Wingo等[23]研究發現，與DXA法相比，BIA法高估了軀干和上肢去脂體重（上肢均差：1.0 kg，P=0.008;軀干均差：5.6 kg，P<0.000 1）而低估了肢體脂肪含量（上肢均差：-0.4 kg，P<0.000 1;下肢均差：-1.9 kg，P<0.000 1），進而高估了身體總的去脂體重而低估了脂肪含量。BIA法基于微電流通過人體時的電阻值測量體成分，電阻值與電流通過的長度成正比，而與身體橫截面積成反比[14]。身體軀干重量占總體重的50%左右，而其電阻抗值僅占全身的10%左右[24]。肢體電阻抗值的變化與身體去脂體重變化密切相關，而軀干去脂體重和脂肪含量等體成分的變化不易通過阻抗值體現出來，從而產生測量誤差[24]，這可能是BIA法和DXA法測量值存在差異的原因之一。

值得注意的是，BIA法測量體成分的準確性受到受試者營養和健康狀況的影響[25]，這可能影響BIA法與DXA法測量一致性。研究表明，在正常體重人群，兩者具有較好的一致性[26-27]，而在低體重人群，BIA法會高估體脂率[27]，在肥胖人群，BIA法傾向于高估去脂體重而低估脂肪含量和體脂率[22，27-28]，王政和等[29]對中國1 323名22～55歲超重和肥胖成人進行BIA法和DXA法一致性研究表明，與DXA法相比，BIA法低估了超重/肥胖成人的體脂率。這可能與超重/肥胖狀態下細胞外水分增加，生物電阻抗儀對軀干阻抗值測量誤差有關[26]。另外，BIA法推算脂肪含量、去脂體重等體成分的公式是基于正常體重受試者數據，而肥胖狀態下身體水分分布會有所不同[15，30]，這些都可能導致BIA法對肥胖人群體脂含量的低估[31]。因此，需要進一步研究脂肪含量及分布對BIA法測量結果準確性的影響，同時在應用BIA法測量體成分時考慮該方法的適用性。

除此之外，BIA法和DXA法體成分計算方式的不同也可能影響兩種方法測量結果的一致性。BIA法基于測量的電阻值和體重等數據，使用回歸方程分別估計每種體成分的含量，而DXA法體成分估算是基于不同能級X射線對不同體成分能量衰減直接算得去脂體重和脂肪含量，體重是由估算的去脂體重和脂肪含量相加所得[23，32-33]。BIA法與DXA法體成分測量值的差異可能部分由于不同計算方式產生，而非真正的測量差異[34]。將BIA法與其他參照方法（DXA法，MRI法，同位素稀釋法）測量結果進行模型擬合，可提高BIA法體成分估算的準確性[35-36]。

本研究測量了部分具有相對正常BMI的健康成人去脂體重和脂肪含量等體成分，比較了生物電阻抗分析法和雙能 X 射線吸收法測量健康成人體成分的一致性，分析了兩種方法體成分測量結果產生差異的原因。本文的局限性在于女性受試者居多（75%），但是研究表明，兩種方法測量結果一致性并不隨性別變化。與DXA法相比，BIA法測量不同人群體成分可能會出現低估或高估的情況，但更加便攜的生物電阻抗議在臨床和流行病學調查中發揮著重要作用。需要對大樣本、不同特征人群（如不同年齡和營養狀況人群）進一步研究，尤其是目前BIA法測量準確性受限的肥胖和體重過輕人群，探索與之相適用的體成分估算方程，以獲得更加準確的估算結果。◇

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Comparison Analysis on Bioelectrical Impedance with Dual-energy X-ray Absorption in Measuring Healthy Adult Body Composition

SHEN Li-ping，DUAN Yi-fan，SUN Xu，LYU Zhi-mei，YANG Zhen-yu，OUYANG Yi-fei

（National Institute for Nutrition and Health，Chinese Center for Disease Control and Prevention，Beijing 100050，China）

Abstract：ObjectiveTo compare accuracy of bioelectrical impedance analysis（BIA）and dual-energy X-ray absorption（DXA）in measuring Chinese healthy adult body composition.MethodBoth portable BIA and DXA were used to measure the lean body mass，fat mass and body fat percentage of 48 healthy Chinese subjects at the same time.The paired t-test，correlation and Bland-Altman were used to compare the difference and to evaluate the correlation and accuracy of the measurement results of the two methods.ResultWhether its overall or male and female，there was a significant positive correlation in body composition measurements between the two methods.All correlation coefficients were greater than 0.90（P<0.05），except for male body fat mass（r=0.89）and male body fat percentage（r=0.74）.From a general perspective，compared with DXA，the BIA method underestimated body fat mass[（-1.3±1.7）kg，95% LOA（-4.6～2.1）kg]and body fat percentage[（-3.0%±2.8%），95% LOA（-8.4%～2.5%）]，overestimated lean body mass[（2.7±1.7）kg，95% LOA（-0.6～6.1）kg].ConclusionThe BIA could be used in measuring the body composition of healthy Chinese adults.Compared with DXA，the BIA underestimates body fat mass and body fat percentage，and the BIA body composition evaluation model needs to be further improved.

Keywords：Bioelectrical Impedance Analysis;Dual-energy X-ray Absorption;body composition;Bland-Altman Analysis