HOMA在中文体育科学研究中的应用及评述

张明军

（惠州学院 体育系，广东 惠州 516007）

1 胰岛素抵抗评估方法

运动与胰岛素抵抗研究是运动科学主要的研究领域之一，在观察研究对象胰岛素抵抗变化规律时，必须对胰岛素抵抗进行评价，这就必然涉及胰岛素抵抗评估方法的选择。目前常用的方法包括：葡萄糖钳夹技术、微小模型计算公式、空腹胰岛素、空腹血糖/空腹胰岛素比值、口服葡萄糖耐量试验血糖曲线下面积/胰岛素曲线下面积比值、稳态模型（HOMA）的胰岛素抵抗指数。其中葡萄糖钳夹技术是目前学界用于评价机体胰岛素抵抗公认的“金标准”。具体选择何种评价方法涉及到研究类型、研究对象、指标检测方法和样本数量等因素，尽管作为“金标准”的葡萄糖钳夹技术能够更加精确地评价胰岛素抵抗程度，但是其成本昂贵，过程繁琐，仅仅适合于小样本研究的局限性极大地妨碍了其在大规模流行病学研究和临床研究中的应用。

2 稳态模型（HOMA）胰岛素抵抗评估方法的原理及演变

作为一种评价β细胞功能和胰岛素抵抗的稳态模型评估模式，HOMA是由Matthews DR等［1］于1985年首次提出，是以基础水平的葡萄糖、胰岛素或C肽为参考，并以胰岛素抵抗指数的形式（HOMA-IR）对β细胞功能和胰岛素抵抗进行评价。作为一种β细胞功能和胰岛素抵抗的替代评价方法，HOMA的可靠性和有效性不断地被各种研究证实。在当初的研究中，对于糖尿病者和非糖尿病者的胰岛素抵抗评价，使用HOMA和葡萄糖钳夹技术的结果相关性非常显著（r=0.83、r=0.92）。随后Anderson RL［2］和Emoto M［3］分别对55名和80名糖尿病者的实验结果也显示，对于评价胰岛素抵抗，HOMA和葡萄糖钳夹技术之间的确存在相关性（r=0.400、r=0.725）。在同时也应用了葡萄糖示踪技术作为对照后，Bonora E［4］等认为HOMA可以作为那些复杂的胰岛素抵抗评价技术的替代方法，尤其适用于通过空腹血糖和胰岛素来评价机体胰岛素抵抗程度。

作为HOMA原形的经典形式HOMA1，经过简化后，于1996年推出了用于评价胰岛素抵抗（HOMA1-IR）和b细胞功能（HOMA1-%B）的方程式：HOMA1-IR=（FPI×FPG）/22.5，HOMA1-%B=（20×FPI）/（FPG-3.5）。作为非线性模型虽然不能提供精确的代数解，但是这种估算结果既简便又能提供近似估值，其实用性依然很强。定量胰岛素敏感性指标（QUICKI）是一种与HOMA一致的胰岛素抵抗评价线性方程，是HOMA的对数形式，与HOMA之间存在密切相关性，在运用QUICKI评价β细胞功能和胰岛素抵抗时，存在的不足和限制与HOMA并无区别。

HOMA自1985年提出以来，胰岛素抵抗的理论研究和检测技术均取得了长足发展，在应用HOMA1与其它胰岛素抵抗评价标准进行比较时，这些因素使得HOMA结果的可比较性明显降低。经过修改后，一个已经包括了免疫源性胰岛素、特异胰岛素检测和胰岛素肾脏清除因素在内的改进模型具备了更加完善的生理基础，从而在1998年推导出了综合了HOMA的许多非线性公式的HOMA2，HOMA2不仅仅能够作为评价β细胞功能和胰岛素抵抗的非线性解决方案，甚至能够更加精确地对静脉内葡萄糖输注后的自稳态应答做出预测，超越了模型初级阶段仅仅适用于基础状态葡萄糖代谢预测的限制，由于当血糖＞10mmol/L时，胰岛素分泌增加，并非呈线性关系，HOMA1即失去了评价胰岛素抵抗的生理基础；而HOMA2评价胰岛素抵抗时，血糖范围增加到1.0-25.0mmol/L，既可以使用放射免疫法测出的免疫反应性胰岛素，也可以使用真胰岛素，还可用C肽，在与其它评价胰岛素敏感性的测试方法比较时，如静脉葡萄糖耐受实验、最少量参数的最小模型法、短胰岛素耐受性测试、β细胞功能测试、高血糖钳夹实验、口服糖耐量实验等，均获得了较高的效度和一致性［11-13］，使得该模型的使用范围和精确性显著提高，作为复杂的非线性公式不适合手工计算，目前多采用计算机软件计算结果。

3 稳态模型（HOMA）胰岛素抵抗评估方法在中文体育科学研究中的应用

HOMA自其首次公布以来，有关运动对糖尿病、胰岛素抵抗、肥胖和代谢综合症影响研究的中文文献中也大量运用该模型评价胰岛素抵抗，本文将对应用该模型的所有中文运动科学研究论文进行研究，分析该模型的使用情况，探讨在使用过程中应该注意的问题。

3.1 队列研究中HOMA的应用

对于糖尿病患者、糖耐量异常者和肥胖者β细胞功能和胰岛素抵抗的纵向比较研究，HOMA可以作为一种最有效的评价手段，通过观察运动前后HOMA的变化情况，从统计学分析的角度得出运动干预效果。黄彩华［5］等以HOMA1-IR评价胰岛素抵抗，2型糖尿病妇女（n=11）经过24周包括30 min有氧运动和20 min抗阻力练习内容的有氧运动干预后，胰岛素抵抗较运动干预前下降了88.6%。詹晓梅［7］等观察了运动干预后肥胖者胰岛素抵抗的纵向变化情况，4周有氧运动后，与与运动前相比，以HOMA1-IR评价胰岛素抵抗，BMI＞30的男性青少年（n=20）和女性青少年（n=20）的胰岛素抵抗分别下降47.4%和28.6%。

3.2 横断面研究中HOMA的应用

HOMA也常被应用在运动影响胰岛素抵抗的横断面研究中，主要用于描述在同一个时点的不同运动处方干预后，研究对象β细胞功能和胰岛素抵抗的变化情况，从而确立运动与胰岛素抵抗之间的明确关联。钱振宇［8］等对不同运动方式干预后糖耐量异常者胰岛素抵抗的变化情况进行了横断面研究，24周运动干预后，以HOMA1-IR评价胰岛素抵抗，运动后健步走组（n=19）以及健步走+抗阻运动组（n=19）的中老年糖耐量异常者胰岛素抵抗减少程度一致，提示中老年糖耐量异常者的胰岛素抵抗能够通过运动干预得以缓解，且健步走和抗阻运动单独使用或联合应用的效果无差异。王宁琦［9］等对肥胖青年运动干预进行了横断面研究，描述肥胖胰岛素抵抗在不同运动干预后的变化情况，4周低氧和常氧减肥训练后，以HOMA1-IR评价胰岛素抵抗，训练后低氧组（n=11）和常氧组（n=7）胰岛素抵抗的下降程度一致，可以认为肥胖青年胰岛素抵抗能够被低氧和常氧运动缓解，2种干预方式的结果一致。

3.3 HOMA-%B的应用

HOMA是一种基于通宵禁食后自平衡状态的葡萄糖-胰岛素反馈系统的结构计算模型，包括了一系列非线性经验公式，用于描述涉及葡萄糖稳态调节的一些组织和器官的功能，并在数字化的程度解决了对于禁食状态下葡萄糖、胰岛素、C肽浓度和胰岛功能的预测，其中也包括了β细胞功能和胰岛素抵抗的预测。孙亚威［10］等研究了12周有氧运动干预后超重和肥胖早发2型糖尿病者胰岛素抵抗和β细胞功能的变化情况，运用HOMA%B评价β细胞功能，HOMA-IR评价胰岛素抵抗，结果显示，与运动前相比，超重和肥胖早发2型糖尿病者（n=59）HOMA%B和HOMA-IR分别增加16.1%和减少54.3%，胰岛素抵抗缓解，β细胞功能改善。

3.4 HOMA2模型的应用

作为一种精确性更高，应用范围更为广泛的胰岛素抵抗和β细胞功能评价的方法，HOMA2模型的使用文献数量极少，与该方法的认知度以及统计软件使用的便利程度等因素有关。公开发表的论文中应用该模型的研究为王正珍［14］等采用HOMA2中的HOMA2-IR公式计算HOMA2-B%和HOMA2-S%，用于评价β细胞功能和胰岛素敏感性，研究运动对糖尿病前期人群胰岛素敏感性影响，12周有氧运动后，葡萄糖调节异常者（n=64）HOMA2%B和HOMA2%S较运动前分别下降16.4%和增加32.1%，胰岛素敏感性增加33.3%。

4 HOMA应用中值得探讨的问题

4.1 样本数量与HOMA结果的可靠性

HOMA的作者仅对很小样本的正常糖代谢者（n=12）和2型糖尿病者（n=11）的胰岛素抵抗与葡萄糖钳夹技术做了相关研究，随后的研究者证明在更大样本的研究中能够得出更好的相关性，可靠性也大幅增加，Emoto［3］等应用HOMA与葡萄糖钳夹技术评价了糖尿病者（n=45）的胰岛素抵抗，经过间隔2周的重复检测和比较，胰岛素抵抗指数密切相关（r=-0.73），两次测定变异率11.7%，相关系数=0.958。中文运动科学研究中，使用该模型的研究中最大样本数［15］为160人，样本数超过100人［16-20］的研究为5项；研究样本数量［21，22］最小为17人，甚至低于HOMA模型作者研究中的样本数量。后续的补充研究反复提示：在病例较多的情况下HOMA与葡萄糖钳夹技术测定的结果有很好的相关性，扩大标本量能“滤掉噪音”，样本量增大能够使研究结果的可靠性显著增加［23，24］。

4.2 计量单位的标准化和数据处理

HOMA中胰岛素单位为mU/L，空腹血糖单位为mmol/L，HOMA中胰岛素抵抗指数值呈非正态分布，为了便于后期进行正确的统计学分析比较，需要取其自然对数形式［1，24］。已经发表的中文运动科学文献中采用了诸如化学发光法［20］、放射免疫法［6］、酶联免疫法［25］等方法检测空腹胰岛素，使用的胰岛素浓度单位各不相同，其中仅仅有李悦［17］田延凤［26］周庆海［27］、李娟［25］、黄彩华［5］、刘一平［6］、苏静［20］等的7篇文献中胰岛素浓度单位与HOMA的标准单位完全一致。更值得注意的是，在使用HOMA计算胰岛素抵抗数值时，进行自然对数处理的文献数量为仅为6篇，诸如刘鸥［16］、陈开宁［21］，高皞［28］、王彦丽［19］、徐丽英［29］、周庆海［27］等的研究，其它文献在没有对数据进行任何统计学方式的前期处理和说明的情况下，便对呈非正态分布的HOMA胰岛素抵抗数据进行了T检验、方差分析以及相关性分析等进一步的数据处理，并得出结果，成为论文分析和讨论的数据依据。

4.3 对β细胞功能评价的应用

HOMA从建立伊始就具备了对β细胞功能的评价能力，并被后续的研究不断证实，但是其存在的缺陷也是显著的，首先是仅仅能够在一定范围内做到对胰岛素的精确测定；其次是不能精确反映胰岛脉冲式分泌胰岛素对胰岛素抵抗的影响；最后是缺乏鉴别胰岛素原的能力［1，4］。但是其在评价β细胞功能上的相对可靠性和便利性还是得到学界的肯定。已经发表的中文运动科学中应用HOMA评价β细胞功能的文献数量极少，如孙亚威［10］、王正珍［14］、刘鸥［16］和李博文［30］的研究。

4.4 动物研究中HOMA的使用

对于动物研究而言，2008年以前运用HOMA评价β细胞功能和胰岛素抵抗在学术界还存在争议［31］，该模型是以小样本的人作为研究对象，并没有涉及动物的应用问题。之后虽然国外也有研究应用HOMA评价小鼠胰岛素抵抗［32］，但是缺乏动物应用该指数有效性的理论研究支持。一直到2008年Cacho J［31］和Lee S［33］对SD大鼠、Wistar大鼠、C57BL6小鼠和转基因小鼠的研究成果公开发表后，才证明了HOMA在鼠类动物中应用的有效性，在与评价胰岛素抵抗的“金标准”葡萄糖钳夹技术进行了比较后，最终认为HOMA评价鼠类的β细胞功能和胰岛素抵抗具有和人类一致的可靠性和有效性。值得一提的是，在鼠类应用该模型时同样存在本文已经讨论过的注意事项。

研究鼠类胰岛素抵抗的运动科学论文数量接近人类研究的数量，但是该类研究中HOMA使用的严谨性值得探讨。以2008年HOMA适用于鼠类研究的论文公开发表为时间节点，在这之前发表的应用HOMA评价鼠类胰岛素抵抗的运动科学研究论文数量超过10篇；2008年以后发表的应用HOMA评价鼠类胰岛素抵抗的论文数量超过20篇，在应用HOMA时均未参考或引用鼠类应用该模型的相关研究成果，即Cacho J和Lee S的研究论文，都仍然以1985年初次公开发表的人类HOMA研究成果为参考依据，即Matthews DR等的论文，部分论文在应用HOMA时更是未做任何引用或说明。

5 小结

相对于给予葡萄糖刺激的葡萄糖钳夹技术而言，起初HOMA仅仅是在基础状态下评价人类b细胞功能和胰岛素抵抗的方法，然而经过不断的完善和发展，其适用范围也从人类拓展到鼠类，并发展出了适用葡萄糖刺激状态下的线性方程，使该模型能够在运动科学研究中广泛使用。尽管是一种简单的线性方程，作为复杂和繁琐的胰岛素抵抗评价方法的替代手段，HOMA还是能够在运动科学研究中用于定量分析和预测b细胞功能以及计算胰岛素抵抗的近似值。然而在使用该模型时，应考虑到研究类型、样本数量、数据处理的合理性以及指标单位使用的一致性等制约因素，特别是在研究设计时应该充分创造条件，在评价b细胞功能和胰岛素抵抗时尽量优先使用计算模型HOMA-%S、HOMA-%B，实现HOMA功能的最优化。

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