生物電阻抗法和雙能X射線吸收法 測(cè)定健康成人體成分的對(duì)比研究

沈麗萍 段一凡 孫旭 呂志梅 楊振宇 歐陽(yáng)一非

基金項(xiàng)目：十三五科技基礎(chǔ)資源調(diào)查專項(xiàng)（項(xiàng)目編號(hào)：2017FY101103）。

作者簡(jiǎn)介：沈麗萍（1993—），女，碩士研究生，研究方向：營(yíng)養(yǎng)與食品衛(wèi)生。

共同通信作者：楊振宇（1975—），男，博士，研究員，碩士生導(dǎo)師，研究方向：婦幼營(yíng)養(yǎng);歐陽(yáng)一非（1981—），女，博士，副研究員，研究方向：公共營(yíng)養(yǎng)。

摘要：目的：比較生物電阻抗法與雙能X射線吸收法測(cè)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(shí)測(cè)量48名健康受試者去脂體重、脂肪含量和體脂率，配對(duì)t檢驗(yàn)比較兩種方法測(cè)量健康成人去脂體重、脂肪含量和體脂率的差異，相關(guān)系數(shù)和Bland-Altman分析用于評(píng)價(jià)兩種方法測(cè)量結(jié)果的相關(guān)性和一致性。結(jié)果：無(wú)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(cè)定值之間均呈現(xiàn)明顯的正相關(guān)，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(cè)定值的相關(guān)系數(shù)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(jié)論：生物電阻抗法在測(cè)量健康成人體成分中具有一定應(yīng)用價(jià)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(jìn)一步優(yōu)化其體成分模型。

關(guān)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(yuǎn)高于去脂體重[1-5]，過(guò)多的身體脂肪含量與內(nèi)臟脂肪分布是代謝相關(guān)疾病的關(guān)鍵決定因素[6]。身體脂肪含量與死亡風(fēng)險(xiǎn)之間呈現(xiàn)明顯的正相關(guān)，而去脂體重與其呈U型曲線關(guān)系[7]。準(zhǔn)確評(píng)價(jià)脂肪含量和去脂體重等體成分對(duì)于指導(dǎo)人們保持健康體重，控制超重和肥胖以及相關(guān)慢性病發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)有重要意義。因測(cè)量方法簡(jiǎn)單和成本低，體質(zhì)指數(shù)（BMI）常作為超重/肥胖的評(píng)價(jià)指標(biāo)。但是，BMI法無(wú)法區(qū)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(píng)價(jià)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(shù)的應(yīng)用使得人們可以更準(zhǔn)確測(cè)量體成分[8-9]，其中，DXA法通過(guò)將兩種能量的X線照射到生物體上，根據(jù)X線透過(guò)不同組織產(chǎn)生衰減的不同程度和衰減率計(jì)算體成分[8]。多項(xiàng)研究驗(yàn)證了DXA法測(cè)量人體成分的精確度和準(zhǔn)確度，目前該方法常作為體成分測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)方法[10-11]。但是，由于其設(shè)備昂貴、使用技術(shù)難度高以及不易移動(dòng)等原因，限制了其在大規(guī)模流行病學(xué)研究中的應(yīng)用[12]。BIA法通過(guò)人體對(duì)小交流電的電阻來(lái)估算人體總水重（TBW）。細(xì)胞的液體重與電阻抗值呈正相關(guān)，在低頻率下，電流不能穿過(guò)細(xì)胞膜，此時(shí)測(cè)得細(xì)胞外水重，通過(guò)公式可計(jì)算去脂體重;在高頻率下，電流可以穿過(guò)細(xì)胞膜，此時(shí)測(cè)得細(xì)胞總水重，進(jìn)而計(jì)算出脂肪含量等體成分指標(biāo)[8，13-14]。該方法測(cè)量體成分雖然易受體液變化（如飲水、膳食、腹瀉、運(yùn)動(dòng)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(jiǎn)便、用時(shí)短、安全無(wú)創(chuàng)和成本低等特點(diǎn)，使其應(yīng)用廣泛[15]。目前BIA法常用于不同人群營(yíng)養(yǎng)狀況的評(píng)估與監(jiān)測(cè)，如超重/肥胖和低體重等營(yíng)養(yǎng)不良的篩查和慢性病患者營(yíng)養(yǎng)狀況評(píng)估，以及大規(guī)模人群體成分研究及流行病學(xué)調(diào)查等[15-16]。

研究表明，與DXA法相比，BIA法測(cè)量不同人群體成分可能會(huì)出現(xiàn)低估或高估的情況。Kim等[17]對(duì)韓國(guó)165名健康成人體成分研究發(fā)現(xiàn)，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(xiàng)包含484名健康中年受試者的荷蘭研究表明，兩種方法測(cè)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(cè)量中國(guó)健康成人體成分的一致性，為評(píng)價(jià) BIA 法在人群健康篩查中的應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

1對(duì)象與方法

1.1研究對(duì)象

研究對(duì)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(fā)育缺陷、繼發(fā)性肥胖、身體內(nèi)安置金屬醫(yī)療器械（如心臟起搏器、金屬鋼釘?shù)龋┑氖茉囌?。本研究通過(guò)了中國(guó)疾病預(yù)防控制中心營(yíng)養(yǎng)與健康所倫理委員會(huì)審查（批號(hào)：2019-015）。所有受試者均簽署了知情同意書(shū)。

1.2測(cè)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(jìn)行身高、體重和體成分的測(cè)量。

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

1.2.2體成分的測(cè)量（1）BIA法：采用雙頻八電極生物電阻抗人體成分測(cè)定儀測(cè)量身體去脂體重、脂肪和體脂率。測(cè)量時(shí)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(cè)手柄，確保五指充分接觸測(cè)試電極，手臂向兩側(cè)伸直，與軀干保持約15°夾角，開(kāi)始測(cè)量并保持安靜姿勢(shì)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(cè)量?jī)x進(jìn)行去脂體重、脂肪和體脂率的測(cè)量。受試者平臥于檢查床上采用標(biāo)準(zhǔn)模式全身掃描，測(cè)量時(shí)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(gè)不同能級(jí)的X射線束，基于X射線衰減特性，測(cè)量去脂體重和脂肪含量。掃描時(shí)間大約 5 min，測(cè)量結(jié)束記錄身體成分參數(shù)。

1.3統(tǒng)計(jì)方法

BIA法與DXA 法測(cè)得的去脂體重、脂肪量、體脂率用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（±s）表示。BIA法和DXA法的總?cè)巳褐竞亢腿ブw重以及女性脂肪含量測(cè)量值非正態(tài)分布，因此用中位數(shù)（四分位數(shù)間距）描述。根據(jù)數(shù)據(jù)特征，用Pearson相關(guān)系數(shù)和Spearman相關(guān)系數(shù)反映兩種測(cè)量方法的相關(guān)性。通過(guò)配對(duì)t檢驗(yàn)和Bland-Altman 分析法評(píng)價(jià)BIA法和DXA法測(cè)量健康成人體成分的差異和一致性[19]。一致性分析時(shí)，首先計(jì)算兩種方法對(duì)同一個(gè)體測(cè)量結(jié)果的偏倚（d，兩種方法測(cè)量結(jié)果的均值）及標(biāo)準(zhǔn)差（s）。如果兩種方法測(cè)量結(jié)果的均值與差值之間無(wú)相關(guān)關(guān)系，計(jì)算差值d的95%一致限（95%LOA=d±1.96 s），結(jié)合Bland-Altman圖（差值-均值圖）進(jìn)行一致性評(píng)價(jià)。因兩種測(cè)量方法的均值、差值以及差值95%LOA的計(jì)算是基于樣本統(tǒng)計(jì)量，不可直接用于對(duì)總體的統(tǒng)計(jì)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(shí)，分別估計(jì)差值95%LOA 上限和下限的95%可信區(qū)間（CI）。如果兩種方法 95%LOA的95%CI 結(jié)果在事先給定的、臨床上可接受的誤差范圍內(nèi)，則可得出兩種測(cè)量方法具有一致性或互換性[20]。采用SAS 9.4軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2結(jié)果與分析

2.1BIA和DXA測(cè)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(gè)異常值未納入分析，共計(jì)48位受試者體成分測(cè)量值被最終納入分析，其中男性11人、女性37人。研究對(duì)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(duì)t檢驗(yàn)表明，DXA法測(cè)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(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05），BIA法測(cè)得總體、男性和女性去脂體重高于DXA法，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05）（表2）。

2.2BIA和DXA測(cè)量健康成人體成分的相關(guān)性分析

散點(diǎn)圖和相關(guān)系數(shù)表明無(wú)論是總體還是男性和女性，BIA法與DXA法體成分測(cè)定值之間均呈現(xiàn)明顯的正相關(guān)，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(cè)定值的相關(guān)系數(shù)r>0.90，關(guān)聯(lián)具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05）（圖1）。簡(jiǎn)單線性回歸顯示，總體人群DXA法去脂體重測(cè)量值的96.6%可由BIA法去脂體重測(cè)量值的變化來(lái)解釋，BIA法體脂含量和體脂率測(cè)量值分別解釋了DXA法測(cè)量結(jié)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(cè)量結(jié)果的Bland-Altman一致性分析

分別對(duì)BIA法和DXA法測(cè)量總體、成年男性和女性去脂體重、脂肪含量和體脂率進(jìn)行Bland-Altman分析。BIA法和DXA 法測(cè)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(wú)相關(guān)關(guān)系（P>0.05），兩種方法測(cè)量女性體脂率的差值與均值間有微弱的正相關(guān)（r=0.39，P=0.02）。綜合來(lái)看，在測(cè)量范圍內(nèi)兩種方法測(cè)量差異不存在明顯的趨勢(shì)。如圖2所示，兩種方法測(cè)量結(jié)果一致性在不同性別間無(wú)明顯差異。從總體看，兩種方法身體去脂體重差值的均數(shù)d=2.7 kg，差值的標(biāo)準(zhǔn)差SD=1.7 kg，95%LOA為-0.6～6.1 kg，4.2%（2/48）的點(diǎn)在95%LOA以外，小于5%。兩種方法身體脂肪含量差值的均數(shù)d=-1.3 kg，差值的標(biāo)準(zhǔn)差SD=1.7 kg，95%LOA為-4.6～2.1 kg，6.3%（3/48）的點(diǎn)在95%LOA以外。兩種方法測(cè)量體脂率差值的均數(shù)d=-3.0%，差值的標(biāo)準(zhǔn)差SD=2.8%，95%LOA為-8.4～2.5%，6.3%（3/48）的點(diǎn)在95%LOA以外。在總?cè)巳褐校?種方法測(cè)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(fā)現(xiàn)，BIA法與DXA法測(cè)得健康成人去脂體重、體脂含量和體脂率結(jié)果高度相關(guān)。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(jié)果相似，一項(xiàng)對(duì)209名25～35歲中國(guó)健康成人體成分的研究發(fā)現(xiàn)，BIA法與DXA法脂肪含量和去脂體重測(cè)量結(jié)果高度相關(guān)（r>0.9）。但該研究發(fā)現(xiàn)，兩種方法測(cè)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(guān)。

Achamrah等[22]對(duì)法國(guó)3 655名健康成人研究結(jié)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(fā)現(xiàn)，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(jìn)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(guò)人體時(shí)的電阻值測(cè)量體成分，電阻值與電流通過(guò)的長(zhǎng)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(guān)，而軀干去脂體重和脂肪含量等體成分的變化不易通過(guò)阻抗值體現(xiàn)出來(lái)，從而產(chǎn)生測(cè)量誤差[24]，這可能是BIA法和DXA法測(cè)量值存在差異的原因之一。

值得注意的是，BIA法測(cè)量體成分的準(zhǔn)確性受到受試者營(yíng)養(yǎng)和健康狀況的影響[25]，這可能影響B(tài)IA法與DXA法測(cè)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(huì)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(duì)中國(guó)1 323名22～55歲超重和肥胖成人進(jìn)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(tài)下細(xì)胞外水分增加，生物電阻抗儀對(duì)軀干阻抗值測(cè)量誤差有關(guān)[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(shù)據(jù)，而肥胖狀態(tài)下身體水分分布會(huì)有所不同[15，30]，這些都可能導(dǎo)致BIA法對(duì)肥胖人群體脂含量的低估[31]。因此，需要進(jìn)一步研究脂肪含量及分布對(duì)BIA法測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確性的影響，同時(shí)在應(yīng)用BIA法測(cè)量體成分時(shí)考慮該方法的適用性。

除此之外，BIA法和DXA法體成分計(jì)算方式的不同也可能影響兩種方法測(cè)量結(jié)果的一致性。BIA法基于測(cè)量的電阻值和體重等數(shù)據(jù)，使用回歸方程分別估計(jì)每種體成分的含量，而DXA法體成分估算是基于不同能級(jí)X射線對(duì)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(cè)量值的差異可能部分由于不同計(jì)算方式產(chǎn)生，而非真正的測(cè)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(cè)量結(jié)果進(jìn)行模型擬合，可提高BIA法體成分估算的準(zhǔn)確性[35-36]。

本研究測(cè)量了部分具有相對(duì)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(cè)量健康成人體成分的一致性，分析了兩種方法體成分測(cè)量結(jié)果產(chǎn)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(cè)量結(jié)果一致性并不隨性別變化。與DXA法相比，BIA法測(cè)量不同人群體成分可能會(huì)出現(xiàn)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(xué)調(diào)查中發(fā)揮著重要作用。需要對(duì)大樣本、不同特征人群（如不同年齡和營(yíng)養(yǎng)狀況人群）進(jìn)一步研究，尤其是目前BIA法測(cè)量準(zhǔn)確性受限的肥胖和體重過(guò)輕人群，探索與之相適用的體成分估算方程，以獲得更加準(zhǔn)確的估算結(jié)果?！?/p>

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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