围青春期体脂百分比与BMI最佳关系及增龄消长规律研究

张晓丹

1 前言

围青春期是由儿童发育到成人的过渡时期，多项身体形态、机能指标出现质变，是生长发育的重要阶段。身体成分变化是围青春期生长发育的内在反映，也是评价肥胖及营养状况的良好指征。

在评价身体成分和肥胖的常用指标中，BMI和体脂百分 比 是 世 界 公 认 指 标［19，20，31，32］。 由 于 BMI是 由 身 高 、体 重两个指标组成的复合指标，因此，该指标没有考虑体脂或去脂体重的因素［16］。有研究显示，BMI与体脂百分比高度相 关［1，5，7，8，12，13，15，23，25，28］，但 是 该 指 标 在 不 同 性 别 和 年 龄 人群中具有不同的趋势［30］。

国内、外多采用线性回归方法探讨BMI与体脂百分比关系［14，18，26］，近年有学者提出二次及以上曲线拟合的方法比线性回归更适合于探讨 BMI和体脂百分比的关系［10，13，28］，但未对所得模型进行检验。本研究拟采用曲线拟合方法对8～16岁中国中、小学学生的BMI与体脂百分比关系进行建模，并根据校正拟合优度（Adj.R2）和AIC取值选取最佳模型；同时，根据不同年龄段BMI和体脂百分比年度增量值探讨BMI和体脂百分比增龄消长规律。

2 研究样本与方法

2.1 研究样本

选取天津市体质检测中心2011年1—12月8～16岁中、小学学生体检数据，共计1 923人次。将≥2次体检记录的取第1次测试结果，实际分析1 878名受试者，其中男生940名，女生938名（表1）。

表1 本研究不同年龄段样本分布一览表Table 1 Distribution of Different Age Range Sample （名）

2.2 研究方法

2.2.1 测试

首先，测量了学生的身高和体重，学生身高的定义为头顶最高点至足限底的直线距离，测量体重时确保学生未负荷重物。采用人体成分分析仪（Inbody 520，韩国），依据生物电阻抗法测量受试者的身体成分。

2.2.2 统计分析

应用Sharp－Wailk方法检验数据是否服从正态分布，若数据服从正态，采用独立样本t检验比较男、女生各指标的均值差异，采用单因素方差分析（One－Way ANOVA）比较某指标在不同年龄阶段的取值差异，并选用LSD方法进行事后多重比较；若变量不满足正态分布，采用 Wilcoxon秩和检验比较男、女生各指标均值差异，应用Kruskal－Wallis检验比较指标在不同年龄段的取值差异。Pearson偏相关分析与相关分析方法被用于考察体脂百分比与BMI的相关关系，并通过Fisher’s转换［17］计算相关系数的95%置信区间。以体脂百分比为因变量、BMI为自变量分别建立一至六次曲线回归模型，模型选择的标准为：校正判别系数较大同时AIC指标较小［6］。显著性水平P＜0.05。

3 研究结果

3.1 一般情况

本研究8～16岁中、小学学生身高、体重及去脂体重等指标未偏离正态分布，符合生长曲线，表明其生长发育正常。男生的身高、体重、去脂体重显著的高于女生（P＜0.01）；女生的体脂和体脂百分比都显著的高于男生（P＜0.01；表2）。

江崇民等［2］基于中国4城镇的1 103例样本的研究以及 Maynard［23］基于日本中、小学学生的研究均观察到女生的体脂比高于男生，说明了男、女生青春期发育体重增长的区别：男生主要体现为去脂体重，如肌肉含量的增加［27］；女生相对而言，体内脂肪含量比重高于男生。

3.2 曲线拟合——体脂百分比与BMI

用Pearson偏相关分析验证了围青春期不同性别中、小学学生的BMI与体脂百分比之间确实存在显著的正相关关系（表3）。为确切得到二者之间的最佳拟合模型，以体脂百分比为因变量，BMI为自变量建立回归模型。本研究尝试拟合一到 六 次 曲 线 模 型［7，18，22，30］。 对 模 型 进 行 显 著 性 检 验 ，并计算校正的拟合优度以及模型的AIC准则指标值。

所有一至六次曲线拟合中仅直线、二次曲线及三次曲线的检验结果具有显著性差异（P＜0.001；表4）。

为筛选最佳拟合曲线，本研究选取了校正拟合优度值最高，同时AIC指标最小的曲线模型［10］，最后得到的最佳曲线模型为三次曲线模型。根据参数估计结果，得到围青春期男、女生模型：

表2 本研究样本基本特征一览表Table 2 Statistics of Physique and Fat Percentage Peripubertal Age

表3 本研究围青春期体脂百分比与BMI相关系数一览表Table 3 Correlation Coffclients between Body Fat Percentage and BMI Among Peripubertal Age

表4 本研究模型拟合统计量一览表Table 4 Statistics of Model Fitting

图1 本研究男生模型预测散点图Figure 1. Model Prediction Figure of Boys

图2 本研究女生模型预测散点图Figure 2. Model Prediction Figure of Girls

对男、女生模型截距项和回归系数进行显著性t检验，P值均小于0.001。男生模型预测如图1所示，女生模型预测如图2所示。用BMI预测体脂百分比，发现男生仅有8个预测点未落入95%预测区间，女生模型仅有5个样本的预测点未落入95%预测区间。

3.3 体脂百分比与BMI在增龄过程中的变化规律

3.3.1 绝对值

8～16岁男、女生的体脂百分比有明显的性别差异（图3）。总体而言，围青春期女生体脂百分比呈上升趋势，其中，13岁时体脂百分比显著高于8岁（P＜0.05）；14岁、15岁、16岁体脂百分比均显著高于8岁（P＜0.01）、9岁（P＜0.01）、10岁（P＜0.01）、11岁（P＜0.01）、12岁（P＜0.01）、13岁（P＜0.05）。与女生相反，围青春期男生体脂百分比呈下降趋势，其中，9岁时体脂百分比显著高于14岁（P＜0.05）、16岁（P＜0.05）；10岁时体脂百分比显著高于14岁（P＜0.05）。

图3 本研究体脂百分比随年龄变化示意图Figure 3. Change Curve of Body Fat Percentage

图4 本研究BMI随年龄变化示意图Figure 4. Change Curve of BMI

围青春期男、女生BMI均呈上升趋势（图4），其中，女生15岁时BMI显著高于8岁（P＜0.05），16岁时BMI显著高于8岁（P＜0.05）、9岁（P＜0.05）；男生16岁时BMI显著高于8岁（P＜0.05）、9岁（P＜0.05）。

图3和图4进一步说明，围青春期体脂百分比和BMI间的关系并非线性。在BMI的增长过程中，除了有体脂的增长，还有去脂体重的增长。因此，在反映营养及肥胖指标上，体脂百分比比BMI更准确和精确。

3.3.2 年度增量值

围青春期发育过程中，体脂百分比与BMI增龄不仅有量的变化，且还有增长方向的变化。为考察男、女生的体脂百分比和BMI增龄变化规律，首先计算不同年龄段的指标均值，然后计算年度增量值，并绘制相应的图形。

研究发现（图5），在8～11岁之间女生体脂百分比变动较小，其中，9～10岁出现少量负增长，而13～14岁女生体内脂肪迅速增长。

图5 本研究女生体脂百分比增量变化示意图Figure 5. Annual Changes of Body Fat Percentage in Girls

图6 本研究男生体脂百分比增量变化示意图Figure 6. Annual Changes of Body Fat Percentage in Boys

研究发现（图6），围青春期男生的体脂百分比增量波动较大，在10～11岁期间体脂百分比下降了5.0%，而在11～12岁之间回升了4.7%。在13～14岁时，体脂百分比下降了6.1%，而在14～15岁又呈现增加趋势。

伴随着年龄的增长，围青春期除了体脂百分比发生变化外，BMI同样也发生增量变化。

众所周知，BMI＝体重／身高2＝（体脂含量＋去脂体重）／身高2＝体脂含量／身高2＋去脂体重／身高2，故以15～16岁年龄段BMI增量变化为例：

图7 本研究女生BMI增量随年龄变化示意图Figure 7. Annual Changes of BMI in Girls

图8 本研究男生BMI增量随年龄变化示意图Figure 8. Annual Changes of BMI in Boys

观察图7可知，女生的BMI年度增量在8～10岁呈显著上升趋势，该阶段女生的身高和体重都呈上升趋势。而11～13岁呈下降趋势，在13～15岁又出现显著的上升（P＜0.01）。

从图8可以看出，男生的BMI增龄变化呈现波动趋势。BMI年度增量值在8～10岁呈上升趋势，而在10～11岁出现了显著的下降，在10～13岁又呈现上升趋势，而在13～14岁时再次显著下降（P＜0.01）。

4 讨论

身体成分，是指机体脂肪组织与非脂肪组织的含量及其在身体重量中所占的比例。身体成分在基础医学、临床医学以及预防医学研究中意义重大，特别是体脂百分比与BMI的定量分析及其在不同生理、病理状态下的变化规律［11］，对研究青少年身体发育规律有着重要意义。儿童青少年生长发育过程中，体内脂肪组织和非脂肪组织的含量、比例和分布随年龄发生显著变化［24］。围青春期是身体成分迅速生长和所占比例变化明显时期，身高、体重迅速增长，各脏器如心、肺、肝脏功能日趋成熟，且男、女生发育特征差异显著［9，29］。因此，考察中国处于围青春期学生体脂百分比与BMI的协同变化规律及增龄变化是非常有意义的选题。

4.1 关于体脂百分比与BMI协同变化最佳模型的构建

本研究表明，体脂百分比与BMI之间存在显著的相关关系，这一发现与以往基于不同群体、不同年龄段的同类研 究 结 果 一 致［1，5，7，8，12，13，15，23，25，28］。 而 本 研 究 亦 发 现 ，围 青春期男生的BMI与体脂百分比的相关系数为0.840，女生的BMI与体脂百分比的相关系数为0.780，且在不同年龄阶段该相关关系方向一致，相关系数均在0.8左右。说明BMI对体脂百分比有较好的代表性。

早在1996年，Wang等［30］就尝试用直线回归拟合BMI与体脂百分比的变动关系，从而达到已知BMI的值根据模型预测体脂百分比水平的目的。2011年，Fujii等［12］对789名7.5～14.5岁的日本中、小学学生体脂百分比和BMI曲线拟合结果显示，对男生而言，二次曲线和三次曲线分别在7.5岁和11.5岁有效；对女生而言，三次曲线对11.5岁和13.5岁青少年有效，其他所有年龄段的男、女生的体脂百分比和BMI均呈线性［12］。Fujii等关于不同年龄体脂百分比和BMI关系的研究具有明显的年龄特征，不同年龄段的青少年体脂百分比和BMI具有不同的回归模型。遗憾的是，该研究各年龄段样本量偏小（最小、最大样本量分别为32个和52个），且并未对构建的模型进行检验。

本研究尝试拟合了一次至六次曲线模型，并最终根据拟合优度和AIC准则选择了三次曲线模型来预测围青春期BMI与体脂百分比的变动关系。本研究所得BMI与体脂百分比三次曲线呈S型，尤其女生模型比男生模型明显，表明围青春期体脂百分比随BMI增加而增加，这也是符合人体生长发育规律的。本研究得到模型的判别系数在0.7左右，预测精度较高。但是为了得到更加准确的预测模型，接下来可能的研究方向为：1）增大研究样本量，采用分层抽样方法，以年龄和性别作为分层因素，使得样本能更好的代表群体；2）适当引入其他可能影响体脂百分比且易测量的指标作为自变量，增强模型预测能力。

4.2 体脂百分比与BMI增龄变化

有资料显示，女性围青春期发育过程中脂肪增加明显，但身体脂肪百分比并非持续增长。在7～9岁和11～13岁增长速度较快［4］。本研究发现，从11岁开始，女生体内由于雌激素骤增，体内脂肪含量也迅速增加并开始超过同龄男生。Lloyd等［21］对白人女孩的纵向研究表明，11.5岁是体脂百分比增长最快的年龄段，这与本研究结果类似。

本研究还发现，围青春期男、女生体脂百分比增龄变化呈现不同的特征。具体而言，女生8～11岁阶段体脂百分比变动较小，其中，9～10岁出现少量负增长，而13～14岁女生体内脂肪迅速增长。男生在10～11岁期间体脂百分比下降，11～12岁回升；在13～14岁时，体脂百分比再次下降，14～15岁又增加，说明从10岁开始男生的体脂开始发生较大幅度变化，且10～11岁、11～12岁、13～14岁是男生体脂百分比增龄变化敏感阶段。

本研究同样发现，围青春期男、女生BMI增龄变化也呈现不同的特征。女生的BMI增量在8～10岁呈显著上升，11～13岁呈下降趋势，13～15岁又出现显著上升。特别在11～15岁时，构成BMI的两个指标——去脂体重／身高2和体脂含量／身高2发生了明显的变化，在11～12岁时，女生的去脂体重／身高2比重下降，而体脂／身高2比重增加；而在14～15岁时呈现相反趋势，体脂／身高2比重下降，而去脂体重／身高2上升。男生BMI增量值在8～10岁呈上升趋势，而在10～11岁出现了显著的下降，在11～13岁又呈现上升趋势，而在13～14岁时再次显著下降。

围青春期男、女生体脂百分比与BMI增量变化不同的主要原因，可能是受性激素等因素的调节作用而导致的生长发育差异。在围青春期过程中，性激素非匀速分泌。其中，女孩在8～9岁时性激素明显升高，在10～11岁时接近成人水平，12岁时性激素水平可以达到成人水平。男孩在4～6岁时性激素分泌略有升高并形成一个平台，9岁左右时有雌二醇分泌上升，10～11时睾酮明显升高，雌二醇开始下降，在12～13岁时性激素水平近成人，在14岁以后男孩的性激素水平达到成人水平［3］。雄激素有明显的促进肌肉组织发育的功能，而雌激素有促进脂肪组织沉积的作用。围青春期，由于男孩雄激素分泌较多，女孩雌激素分泌较多，一般情况下，男孩肌肉增长比女生多，而女孩的脂肪增长相对较多。本研究发现，11岁以后，女孩体内的脂肪含量开始增加，且体脂百分比开始高于男孩。而11岁的男孩较之10岁男孩体脂百分比下降了5.0%。从12岁开始，男孩身体各部位迅速生长发育，此时，男孩的去脂体重开始显著高于同龄女孩（P＜0.01），受到雄性激素的调节开始第二性征发育，表现为肌肉发达、皮下脂肪减少。从14岁开始，女孩的体脂百分比显著地高于男孩（P＜0.001），女孩雌激素分泌增加、脑垂体分泌的促性腺激素（黄体生成激素和卵泡刺激素）开始促使了第二性征发育，促使了女孩的臀部变大，体内脂肪细胞增殖，皮下脂肪堆积、乳房隆起等。

5 结论

1.三次曲线被证实为拟合8～16岁中、小学学生BMI和体脂百分比协同变化关系的最优模型。

2.男孩体脂百分比与BMI增量特点类似，呈现“三峰两谷”特点，女孩体脂百分比与BMI增量均呈现“两谷一峰”特点。

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