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(guò)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(wú)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(wú)法通過(guò)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(jiàn)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(wú)水電解質(zhì)及脂代謝紊亂病，而且沒(méi)有服用影響水代謝的相關(guān)藥品。受試前期無(wú)過(guò)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(jiàn)表1。

表1 水分測(cè)試受試者基線資料

1.2、實(shí)驗(yàn)過(guò)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(wàn)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(lái)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(chēng)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(guò)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(guò)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(guò)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(lái)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(shuō)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(jiàn)，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(guò)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(lái)重要意義。

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