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        中國(guó)學(xué)生水分測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)模型的研究

        2015-12-09 08:31:58劉靜民劉紅杏鄭秀瑗清華大學(xué)北京100084
        文體用品與科技 2015年15期
        關(guān)鍵詞:生物電電阻值同位素

        劉靜民 劉紅杏 鄭秀瑗(清華大學(xué) 北京 100084)

        中國(guó)學(xué)生水分測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)模型的研究

        劉靜民 劉紅杏 鄭秀瑗(清華大學(xué) 北京 100084)

        對(duì)30名健康中國(guó)學(xué)生采用同位素稀釋法測(cè)量全身水分含量,按60mg/kg體重分配同位素標(biāo)記水。受試者飲用后經(jīng)5小時(shí)平衡,使用同位素比值質(zhì)譜儀分析尿液樣本,得到人體水分含量基準(zhǔn)值。利用8通道多頻率生物電阻抗分析儀測(cè)得全身各環(huán)段電阻抗值。通過多元逐步回歸法建立生物電阻抗預(yù)測(cè)人體水分含量回歸模型,為構(gòu)建中國(guó)人體成分評(píng)估系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)。

        中國(guó)學(xué)生 人體水分 同位素稀釋法 生物電阻抗法 回歸模型

        水作為體內(nèi)最大的組成成分,起到溶劑、介質(zhì)和運(yùn)輸?shù)淖饔谩H梭w體內(nèi)全身水分含量的波動(dòng)會(huì)直接影響到人的健康,因此如何正確評(píng)估人體內(nèi)水分含量成為人體組成研究中的重要課題。國(guó)際上,評(píng)估人體水分的方法相繼出現(xiàn),其中較為精確的方法包括:同位素稀釋法、中子活化分析法、生物電阻抗法等。其中,同位素稀釋法是公認(rèn)的測(cè)量人體水分的金標(biāo)準(zhǔn)。以安全和準(zhǔn)確為原則,選擇重氧為標(biāo)記同位素。但是同位素稀釋法檢測(cè)價(jià)格昂貴、耗時(shí)較長(zhǎng),只適用于科學(xué)研究而不適用于臨床體內(nèi)水分的評(píng)價(jià)。生物電阻抗法具有簡(jiǎn)便無創(chuàng)、穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn),目前研究較多具有很大的應(yīng)用前景。生物電阻抗法是基于水具有良好的導(dǎo)電性,人體內(nèi)脂肪因?yàn)椴缓魏嗡侄鵁o法通過電流,當(dāng)人體內(nèi)流經(jīng)高低不同頻率電流后,可以間接得到定量化人體成分?jǐn)?shù)據(jù)。目前常見的生物電阻抗儀的回歸方程都是基于歐美人群為樣本,由于人種差異,有必要以我國(guó)人群為受試者,引入準(zhǔn)確測(cè)量體成分的方法探索不同成分間比例關(guān)系,為體質(zhì)健康、營(yíng)養(yǎng)學(xué)等提供參考。

        1、實(shí)驗(yàn)方法

        1.1、受試對(duì)象

        健康中國(guó)學(xué)生30人。所有受試者無水電解質(zhì)及脂代謝紊亂病,而且沒有服用影響水代謝的相關(guān)藥品。受試前期無過敏發(fā)熱狀況,BMI均在18.5-23.9之間。對(duì)所有受試者進(jìn)行全身體格檢查。只有所有指標(biāo)項(xiàng)目均正常者方可成為正式受試人員。受試者基線資料見表1。

        表1 水分測(cè)試受試者基線資料

        1.2、實(shí)驗(yàn)過程

        1.2.1、同位素稀釋法

        同位素標(biāo)記水供貨方選擇江蘇華益埃索托普中國(guó)公司,其中H218O的原子百分超為10.02%。使用MA240D萬分之一電子天平(上海雙圈)對(duì)受試者按照60mg/kg體重的標(biāo)準(zhǔn)分配雙標(biāo)水,并給予每名受試者100ml飲用水清洗杯子。留取凍存受試者的基線尿液樣本和5小時(shí)平衡后尿液樣本。由中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所穩(wěn)定同位素地球化學(xué)實(shí)驗(yàn)室對(duì)受試者尿液進(jìn)行分析。水分計(jì)算公式:

        其中W為用于稀釋的純凈水量(g),A為溶液中標(biāo)記水的量(g),A為受試者喝進(jìn)的的標(biāo)記水量,δdose為受試者喝的溶液18O豐度,δtap為用于稀釋O的自來水中18O豐度,δpost為后測(cè)樣本18O豐度,δpre為基線樣本18O豐度。

        測(cè)試流程:

        實(shí)驗(yàn)前3天,禁煙酒及劇烈體力活動(dòng),避免勞累。

        測(cè)試日前一天下午入住賓館,室溫調(diào)節(jié)至25℃。

        19:00統(tǒng)一進(jìn)食少油膩晚餐,22:00禁止攝入食物和水分。

        測(cè)試日當(dāng)天6:00起床,對(duì)基線尿液留取后密封于離心管中。

        取完基線尿液樣本后,口服按各自體重分配的雙標(biāo)水,同時(shí)精確稱取并記錄受試者飲入的雙標(biāo)水劑量,并用100ml稀釋水涮洗。

        繼續(xù)休息,避免過于興奮或勞累。

        12:00再次留取平衡后尿液樣本,將兩次樣本凍存。

        1.2.2、生物電阻抗法

        采用同方健康科技(北京)有限公司生產(chǎn)、清華大學(xué)自主研發(fā)的多頻分段生物電阻抗分析儀(型號(hào):BCA-2A),對(duì)受試者全身各環(huán)段阻抗值測(cè)量。

        表2 男性受試者同位素稀釋法測(cè)量人體總水分結(jié)果

        1.3、數(shù)據(jù)處理

        利用Excel和SPSS20.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,分析的方法包括多元回歸法、Pearson相關(guān)性分析、配對(duì)T檢驗(yàn)和布蘭德—奧特曼差異圖分析等。所有數(shù)據(jù)結(jié)果均為“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”模式。其中Pearson相關(guān)性分析分析各指標(biāo)間相關(guān)程度,多元回歸法建立生物電阻抗測(cè)量人體總水分模型及透析中人體水分正常量模型,配對(duì)T檢驗(yàn)分析模型預(yù)測(cè)值及金標(biāo)準(zhǔn)實(shí)測(cè)值間差異程度,布蘭德—奧特曼差異圖分析模型與金標(biāo)準(zhǔn)實(shí)測(cè)值間一致性。

        2、結(jié)果與分析

        2.1、人體總水分的測(cè)量結(jié)果

        使用同位素稀釋法測(cè)得男性受試者人體總水分含量。結(jié)果顯示,男性體內(nèi)總水分均值為37.73±2.85kg,女性體內(nèi)總水分均值為27.45±2.33kg。男性體內(nèi)總水分含量占體重的比例均值為57%,大于女性體內(nèi)總水含量占體重的51%,此結(jié)論與國(guó)際輻射防護(hù)委員會(huì)提出的基準(zhǔn)男性和基準(zhǔn)女性中水分占體重的比例是接近的(60%,50%)。

        表3 女性受試者同位素稀釋法測(cè)量人體總水分結(jié)果

        2.2、生物電阻抗的測(cè)量結(jié)果

        通過生物電阻抗法測(cè)得的男性和女性受試者在50kHz和250kHz下全身電阻抗值結(jié)果如下。其中1為右手左腳的電阻值(Ω),2為左手右腳的電阻值(Ω) ,3為左手右手的電阻值(Ω) ,4為左腳右腳的電阻值(Ω) ,5為左手左腳的電阻值(Ω) ,6為右手右腳的電阻值(Ω)。

        2.3、相關(guān)性分析

        將同位素稀釋法測(cè)得的水分含量與年齡、體重、身高、BMI及生物電阻抗值結(jié)果做Pearson 相關(guān)性分析結(jié)果如下。其中1為右手左腳的電阻值(Ω),2為左手右腳的電阻值(Ω) ,3為左手右手的電阻值(Ω) ,4為左腳右腳的電阻值(Ω) ,5為左手左腳的電阻值(Ω) ,6為右手右腳的電阻值(Ω)。

        表4 同位素稀釋法測(cè)得水分與50kHz下生物電阻抗值的相關(guān)性分析

        表5 同位素稀釋法測(cè)得水分與250kHz下生物電阻抗值的相關(guān)性分析

        2.4、建立回歸模型

        為得到人體總水分模型,將通過同位素稀釋法測(cè)得的人體體內(nèi)水分含量作為因變量,以年齡、體重、身高、BMI、人體在50kHz條件下測(cè)得的全身電阻抗值及250kHz條件下測(cè)得的全身電阻抗值為自變量,對(duì)30名受試者的水分含量結(jié)果進(jìn)行回歸分析。利用SPSS20.0中逐步回歸的方法篩選自變量,建立基于同位素稀釋法測(cè)得的人體體內(nèi)總水分生物電阻抗測(cè)量模型。最終只有體重、身高和250kHz條件下測(cè)得的全身電阻抗值納入回歸方程中,其它指標(biāo)被剔除。針對(duì)受試者的數(shù)據(jù),我們回歸出了兩種模型,其中第二個(gè)模型的調(diào)整判別系數(shù)最高為最優(yōu)模型。

        表6 基于同位素稀釋法總水分生物電阻抗測(cè)量預(yù)測(cè)模型

        Y:人體水分含量(kg);H:身高(cm);Z2502:人體在250kHz條件下測(cè)得的左手到右腳的電阻抗值(Ω); R2:可決系數(shù);SEE:估計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)誤差。

        2.3、回歸模型回代檢驗(yàn)

        將模型二回代到用來建立模型的原始數(shù)據(jù)中,在男性受試者中,模型二回代結(jié)果和同位素稀釋法的Pearson相關(guān)系數(shù)為0.791;在女性受試者中,模型二回代結(jié)果和同位素稀釋法的Pearson相關(guān)系數(shù)為0.794;在不將性別作為考慮變量時(shí),模型二回代結(jié)果和同位素稀釋法的Pearson相關(guān)系數(shù)為0.934,說明模型二回代結(jié)果和同位素稀釋法在測(cè)定人體總水含量方面顯著性相關(guān)性。分析總體相關(guān)系數(shù)大于男性和女性相關(guān)系數(shù)的原因,可能與受試者數(shù)量有關(guān)。隨著受試者數(shù)目的增多,生物電阻抗法和同位素稀釋法間相關(guān)性也逐漸增大。

        表7 模型二回代結(jié)果與同位素稀釋法測(cè)量總水相關(guān)系數(shù)

        對(duì)模型二回代結(jié)果與同位素稀釋法測(cè)得的總水含量間絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差進(jìn)行分析。其中在男性受試者中模型而回代結(jié)果與同位素稀釋法測(cè)得的總水分絕對(duì)誤差為0.91±1.77kg,相對(duì)誤差為0.02±0.04%;女性受試者絕對(duì)誤差為-0.44±2.17kg,相對(duì)誤差為-0.01±0.08%;不考慮性別時(shí),絕對(duì)誤差為0.23±2.06kg,相對(duì)誤差為0.00±0.07%。三部分結(jié)果中最大相對(duì)誤差為2%,因此基于同位素稀釋法測(cè)得的總水分建立的生物電阻抗測(cè)量模型二是可行的。

        表8 模型二回代結(jié)果與同位素稀釋法總水分誤差比較

        模型二回代結(jié)果和同位素稀釋法測(cè)定人體總水含量結(jié)果直線圖如下,Y=0.994X+0.592(R2=0.876),其中X代表模型二測(cè)得的總體水分結(jié)果,Y代表同位素稀釋法測(cè)得的總體水分結(jié)果,系統(tǒng)誤差為0.592,實(shí)驗(yàn)誤差為0.994。

        圖1 模型二測(cè)得水分和同位素稀釋法測(cè)得總水結(jié)果

        圖2 生物電阻抗模型和同位素稀釋法測(cè)定水分的一致性檢驗(yàn)

        使用布蘭德—奧特曼差異圖(Bland-Altman difference plot)分析生物電阻抗模型測(cè)得水分與同位素稀釋法測(cè)得水分間是否具有一致性。從圖2中可見,生物電阻抗模型測(cè)得水分和同位素稀釋法測(cè)得水分之差的均值為-0.4kg,95%的可信區(qū)間范圍為-4.4kg到3.6kg。生物電阻抗模型測(cè)得水分與同位素稀釋法測(cè)得水分一致性良好,兩種方法的測(cè)量結(jié)果均值接近Y=0直線。

        3、討論

        本研究通過采用同位素稀釋法中重氧水法作為金標(biāo)準(zhǔn),準(zhǔn)確測(cè)量中國(guó)學(xué)生水分含量,并用生物電阻抗的方法建立水分測(cè)量回歸模型,為生物電阻抗法測(cè)量中國(guó)人體水分準(zhǔn)確性提供驗(yàn)證研究。初步建立以中國(guó)學(xué)生為樣本的體成分測(cè)量數(shù)學(xué)模型,簡(jiǎn)化了總水的評(píng)價(jià)方法。

        本研究尚存不足之處在于缺乏足夠樣本量。若今后有更多科研資金能夠擴(kuò)大樣本,可以回帶驗(yàn)證中國(guó)學(xué)生水分測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)模型,為校正方程并將結(jié)果應(yīng)用到實(shí)際生活中帶來重要意義。

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