HOMA在中文體育科學研究中的應(yīng)用及評述

張明軍

（惠州學院 體育系，廣東 惠州 516007）

1 胰島素抵抗評估方法

運動與胰島素抵抗研究是運動科學主要的研究領(lǐng)域之一，在觀察研究對象胰島素抵抗變化規(guī)律時，必須對胰島素抵抗進行評價，這就必然涉及胰島素抵抗評估方法的選擇。目前常用的方法包括：葡萄糖鉗夾技術(shù)、微小模型計算公式、空腹胰島素、空腹血糖/空腹胰島素比值、口服葡萄糖耐量試驗血糖曲線下面積/胰島素曲線下面積比值、穩(wěn)態(tài)模型（HOMA）的胰島素抵抗指數(shù)。其中葡萄糖鉗夾技術(shù)是目前學界用于評價機體胰島素抵抗公認的“金標準”。具體選擇何種評價方法涉及到研究類型、研究對象、指標檢測方法和樣本數(shù)量等因素，盡管作為“金標準”的葡萄糖鉗夾技術(shù)能夠更加精確地評價胰島素抵抗程度，但是其成本昂貴，過程繁瑣，僅僅適合于小樣本研究的局限性極大地妨礙了其在大規(guī)模流行病學研究和臨床研究中的應(yīng)用。

2 穩(wěn)態(tài)模型（HOMA）胰島素抵抗評估方法的原理及演變

作為一種評價β細胞功能和胰島素抵抗的穩(wěn)態(tài)模型評估模式，HOMA是由Matthews DR等［1］于1985年首次提出，是以基礎(chǔ)水平的葡萄糖、胰島素或C肽為參考，并以胰島素抵抗指數(shù)的形式（HOMA-IR）對β細胞功能和胰島素抵抗進行評價。作為一種β細胞功能和胰島素抵抗的替代評價方法，HOMA的可靠性和有效性不斷地被各種研究證實。在當初的研究中，對于糖尿病者和非糖尿病者的胰島素抵抗評價，使用HOMA和葡萄糖鉗夾技術(shù)的結(jié)果相關(guān)性非常顯著（r=0.83、r=0.92）。隨后Anderson RL［2］和Emoto M［3］分別對55名和80名糖尿病者的實驗結(jié)果也顯示，對于評價胰島素抵抗，HOMA和葡萄糖鉗夾技術(shù)之間的確存在相關(guān)性（r=0.400、r=0.725）。在同時也應(yīng)用了葡萄糖示蹤技術(shù)作為對照后，Bonora E［4］等認為HOMA可以作為那些復(fù)雜的胰島素抵抗評價技術(shù)的替代方法，尤其適用于通過空腹血糖和胰島素來評價機體胰島素抵抗程度。

作為HOMA原形的經(jīng)典形式HOMA1，經(jīng)過簡化后，于1996年推出了用于評價胰島素抵抗（HOMA1-IR）和b細胞功能（HOMA1-%B）的方程式：HOMA1-IR=（FPI×FPG）/22.5，HOMA1-%B=（20×FPI）/（FPG-3.5）。作為非線性模型雖然不能提供精確的代數(shù)解，但是這種估算結(jié)果既簡便又能提供近似估值，其實用性依然很強。定量胰島素敏感性指標（QUICKI）是一種與HOMA一致的胰島素抵抗評價線性方程，是HOMA的對數(shù)形式，與HOMA之間存在密切相關(guān)性，在運用QUICKI評價β細胞功能和胰島素抵抗時，存在的不足和限制與HOMA并無區(qū)別。

HOMA自1985年提出以來，胰島素抵抗的理論研究和檢測技術(shù)均取得了長足發(fā)展，在應(yīng)用HOMA1與其它胰島素抵抗評價標準進行比較時，這些因素使得HOMA結(jié)果的可比較性明顯降低。經(jīng)過修改后，一個已經(jīng)包括了免疫源性胰島素、特異胰島素檢測和胰島素腎臟清除因素在內(nèi)的改進模型具備了更加完善的生理基礎(chǔ)，從而在1998年推導(dǎo)出了綜合了HOMA的許多非線性公式的HOMA2，HOMA2不僅僅能夠作為評價β細胞功能和胰島素抵抗的非線性解決方案，甚至能夠更加精確地對靜脈內(nèi)葡萄糖輸注后的自穩(wěn)態(tài)應(yīng)答做出預(yù)測，超越了模型初級階段僅僅適用于基礎(chǔ)狀態(tài)葡萄糖代謝預(yù)測的限制，由于當血糖＞10mmol/L時，胰島素分泌增加，并非呈線性關(guān)系，HOMA1即失去了評價胰島素抵抗的生理基礎(chǔ)；而HOMA2評價胰島素抵抗時，血糖范圍增加到1.0-25.0mmol/L，既可以使用放射免疫法測出的免疫反應(yīng)性胰島素，也可以使用真胰島素，還可用C肽，在與其它評價胰島素敏感性的測試方法比較時，如靜脈葡萄糖耐受實驗、最少量參數(shù)的最小模型法、短胰島素耐受性測試、β細胞功能測試、高血糖鉗夾實驗、口服糖耐量實驗等，均獲得了較高的效度和一致性［11-13］，使得該模型的使用范圍和精確性顯著提高，作為復(fù)雜的非線性公式不適合手工計算，目前多采用計算機軟件計算結(jié)果。

3 穩(wěn)態(tài)模型（HOMA）胰島素抵抗評估方法在中文體育科學研究中的應(yīng)用

HOMA自其首次公布以來，有關(guān)運動對糖尿病、胰島素抵抗、肥胖和代謝綜合癥影響研究的中文文獻中也大量運用該模型評價胰島素抵抗，本文將對應(yīng)用該模型的所有中文運動科學研究論文進行研究，分析該模型的使用情況，探討在使用過程中應(yīng)該注意的問題。

3.1 隊列研究中HOMA的應(yīng)用

對于糖尿病患者、糖耐量異常者和肥胖者β細胞功能和胰島素抵抗的縱向比較研究，HOMA可以作為一種最有效的評價手段，通過觀察運動前后HOMA的變化情況，從統(tǒng)計學分析的角度得出運動干預(yù)效果。黃彩華［5］等以HOMA1-IR評價胰島素抵抗，2型糖尿病婦女（n=11）經(jīng)過24周包括30 min有氧運動和20 min抗阻力練習內(nèi)容的有氧運動干預(yù)后，胰島素抵抗較運動干預(yù)前下降了88.6%。詹曉梅［7］等觀察了運動干預(yù)后肥胖者胰島素抵抗的縱向變化情況，4周有氧運動后，與與運動前相比，以HOMA1-IR評價胰島素抵抗，BMI＞30的男性青少年（n=20）和女性青少年（n=20）的胰島素抵抗分別下降47.4%和28.6%。

3.2 橫斷面研究中HOMA的應(yīng)用

HOMA也常被應(yīng)用在運動影響胰島素抵抗的橫斷面研究中，主要用于描述在同一個時點的不同運動處方干預(yù)后，研究對象β細胞功能和胰島素抵抗的變化情況，從而確立運動與胰島素抵抗之間的明確關(guān)聯(lián)。錢振宇［8］等對不同運動方式干預(yù)后糖耐量異常者胰島素抵抗的變化情況進行了橫斷面研究，24周運動干預(yù)后，以HOMA1-IR評價胰島素抵抗，運動后健步走組（n=19）以及健步走+抗阻運動組（n=19）的中老年糖耐量異常者胰島素抵抗減少程度一致，提示中老年糖耐量異常者的胰島素抵抗能夠通過運動干預(yù)得以緩解，且健步走和抗阻運動單獨使用或聯(lián)合應(yīng)用的效果無差異。王寧琦［9］等對肥胖青年運動干預(yù)進行了橫斷面研究，描述肥胖胰島素抵抗在不同運動干預(yù)后的變化情況，4周低氧和常氧減肥訓(xùn)練后，以HOMA1-IR評價胰島素抵抗，訓(xùn)練后低氧組（n=11）和常氧組（n=7）胰島素抵抗的下降程度一致，可以認為肥胖青年胰島素抵抗能夠被低氧和常氧運動緩解，2種干預(yù)方式的結(jié)果一致。

3.3 HOMA-%B的應(yīng)用

HOMA是一種基于通宵禁食后自平衡狀態(tài)的葡萄糖-胰島素反饋系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)計算模型，包括了一系列非線性經(jīng)驗公式，用于描述涉及葡萄糖穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)的一些組織和器官的功能，并在數(shù)字化的程度解決了對于禁食狀態(tài)下葡萄糖、胰島素、C肽濃度和胰島功能的預(yù)測，其中也包括了β細胞功能和胰島素抵抗的預(yù)測。孫亞威［10］等研究了12周有氧運動干預(yù)后超重和肥胖早發(fā)2型糖尿病者胰島素抵抗和β細胞功能的變化情況，運用HOMA%B評價β細胞功能，HOMA-IR評價胰島素抵抗，結(jié)果顯示，與運動前相比，超重和肥胖早發(fā)2型糖尿病者（n=59）HOMA%B和HOMA-IR分別增加16.1%和減少54.3%，胰島素抵抗緩解，β細胞功能改善。

3.4 HOMA2模型的應(yīng)用

作為一種精確性更高，應(yīng)用范圍更為廣泛的胰島素抵抗和β細胞功能評價的方法，HOMA2模型的使用文獻數(shù)量極少，與該方法的認知度以及統(tǒng)計軟件使用的便利程度等因素有關(guān)。公開發(fā)表的論文中應(yīng)用該模型的研究為王正珍［14］等采用HOMA2中的HOMA2-IR公式計算HOMA2-B%和HOMA2-S%，用于評價β細胞功能和胰島素敏感性，研究運動對糖尿病前期人群胰島素敏感性影響，12周有氧運動后，葡萄糖調(diào)節(jié)異常者（n=64）HOMA2%B和HOMA2%S較運動前分別下降16.4%和增加32.1%，胰島素敏感性增加33.3%。

4 HOMA應(yīng)用中值得探討的問題

4.1 樣本數(shù)量與HOMA結(jié)果的可靠性

HOMA的作者僅對很小樣本的正常糖代謝者（n=12）和2型糖尿病者（n=11）的胰島素抵抗與葡萄糖鉗夾技術(shù)做了相關(guān)研究，隨后的研究者證明在更大樣本的研究中能夠得出更好的相關(guān)性，可靠性也大幅增加，Emoto［3］等應(yīng)用HOMA與葡萄糖鉗夾技術(shù)評價了糖尿病者（n=45）的胰島素抵抗，經(jīng)過間隔2周的重復(fù)檢測和比較，胰島素抵抗指數(shù)密切相關(guān)（r=-0.73），兩次測定變異率11.7%，相關(guān)系數(shù)=0.958。中文運動科學研究中，使用該模型的研究中最大樣本數(shù)［15］為160人，樣本數(shù)超過100人［16-20］的研究為5項；研究樣本數(shù)量［21，22］最小為17人，甚至低于HOMA模型作者研究中的樣本數(shù)量。后續(xù)的補充研究反復(fù)提示：在病例較多的情況下HOMA與葡萄糖鉗夾技術(shù)測定的結(jié)果有很好的相關(guān)性，擴大標本量能“濾掉噪音”，樣本量增大能夠使研究結(jié)果的可靠性顯著增加［23，24］。

4.2 計量單位的標準化和數(shù)據(jù)處理

HOMA中胰島素單位為mU/L，空腹血糖單位為mmol/L，HOMA中胰島素抵抗指數(shù)值呈非正態(tài)分布，為了便于后期進行正確的統(tǒng)計學分析比較，需要取其自然對數(shù)形式［1，24］。已經(jīng)發(fā)表的中文運動科學文獻中采用了諸如化學發(fā)光法［20］、放射免疫法［6］、酶聯(lián)免疫法［25］等方法檢測空腹胰島素，使用的胰島素濃度單位各不相同，其中僅僅有李悅［17］田延鳳［26］周慶海［27］、李娟［25］、黃彩華［5］、劉一平［6］、蘇靜［20］等的7篇文獻中胰島素濃度單位與HOMA的標準單位完全一致。更值得注意的是，在使用HOMA計算胰島素抵抗數(shù)值時，進行自然對數(shù)處理的文獻數(shù)量為僅為6篇，諸如劉鷗［16］、陳開寧［21］，高皞［28］、王彥麗［19］、徐麗英［29］、周慶海［27］等的研究，其它文獻在沒有對數(shù)據(jù)進行任何統(tǒng)計學方式的前期處理和說明的情況下，便對呈非正態(tài)分布的HOMA胰島素抵抗數(shù)據(jù)進行了T檢驗、方差分析以及相關(guān)性分析等進一步的數(shù)據(jù)處理，并得出結(jié)果，成為論文分析和討論的數(shù)據(jù)依據(jù)。

4.3 對β細胞功能評價的應(yīng)用

HOMA從建立伊始就具備了對β細胞功能的評價能力，并被后續(xù)的研究不斷證實，但是其存在的缺陷也是顯著的，首先是僅僅能夠在一定范圍內(nèi)做到對胰島素的精確測定；其次是不能精確反映胰島脈沖式分泌胰島素對胰島素抵抗的影響；最后是缺乏鑒別胰島素原的能力［1，4］。但是其在評價β細胞功能上的相對可靠性和便利性還是得到學界的肯定。已經(jīng)發(fā)表的中文運動科學中應(yīng)用HOMA評價β細胞功能的文獻數(shù)量極少，如孫亞威［10］、王正珍［14］、劉鷗［16］和李博文［30］的研究。

4.4 動物研究中HOMA的使用

對于動物研究而言，2008年以前運用HOMA評價β細胞功能和胰島素抵抗在學術(shù)界還存在爭議［31］，該模型是以小樣本的人作為研究對象，并沒有涉及動物的應(yīng)用問題。之后雖然國外也有研究應(yīng)用HOMA評價小鼠胰島素抵抗［32］，但是缺乏動物應(yīng)用該指數(shù)有效性的理論研究支持。一直到2008年Cacho J［31］和Lee S［33］對SD大鼠、Wistar大鼠、C57BL6小鼠和轉(zhuǎn)基因小鼠的研究成果公開發(fā)表后，才證明了HOMA在鼠類動物中應(yīng)用的有效性，在與評價胰島素抵抗的“金標準”葡萄糖鉗夾技術(shù)進行了比較后，最終認為HOMA評價鼠類的β細胞功能和胰島素抵抗具有和人類一致的可靠性和有效性。值得一提的是，在鼠類應(yīng)用該模型時同樣存在本文已經(jīng)討論過的注意事項。

研究鼠類胰島素抵抗的運動科學論文數(shù)量接近人類研究的數(shù)量，但是該類研究中HOMA使用的嚴謹性值得探討。以2008年HOMA適用于鼠類研究的論文公開發(fā)表為時間節(jié)點，在這之前發(fā)表的應(yīng)用HOMA評價鼠類胰島素抵抗的運動科學研究論文數(shù)量超過10篇；2008年以后發(fā)表的應(yīng)用HOMA評價鼠類胰島素抵抗的論文數(shù)量超過20篇，在應(yīng)用HOMA時均未參考或引用鼠類應(yīng)用該模型的相關(guān)研究成果，即Cacho J和Lee S的研究論文，都仍然以1985年初次公開發(fā)表的人類HOMA研究成果為參考依據(jù)，即Matthews DR等的論文，部分論文在應(yīng)用HOMA時更是未做任何引用或說明。

5 小結(jié)

相對于給予葡萄糖刺激的葡萄糖鉗夾技術(shù)而言，起初HOMA僅僅是在基礎(chǔ)狀態(tài)下評價人類b細胞功能和胰島素抵抗的方法，然而經(jīng)過不斷的完善和發(fā)展，其適用范圍也從人類拓展到鼠類，并發(fā)展出了適用葡萄糖刺激狀態(tài)下的線性方程，使該模型能夠在運動科學研究中廣泛使用。盡管是一種簡單的線性方程，作為復(fù)雜和繁瑣的胰島素抵抗評價方法的替代手段，HOMA還是能夠在運動科學研究中用于定量分析和預(yù)測b細胞功能以及計算胰島素抵抗的近似值。然而在使用該模型時，應(yīng)考慮到研究類型、樣本數(shù)量、數(shù)據(jù)處理的合理性以及指標單位使用的一致性等制約因素，特別是在研究設(shè)計時應(yīng)該充分創(chuàng)造條件，在評價b細胞功能和胰島素抵抗時盡量優(yōu)先使用計算模型HOMA-%S、HOMA-%B，實現(xiàn)HOMA功能的最優(yōu)化。

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