一种个体膳食能量评估方法

罗森林，吕占斌，张铁梅，陈松景，韩龙飞，屈世浩

(1.北京理工大学 信息与电子学院，北京 100081；2.卫生部北京老年医学研究所，北京 100730)



一种个体膳食能量评估方法

罗森林1，吕占斌1，张铁梅2，陈松景1，韩龙飞1，屈世浩1

(1.北京理工大学 信息与电子学院，北京 100081；2.卫生部北京老年医学研究所，北京 100730)

针对我国居民膳食存在的能量摄入不平衡和超重肥胖人群比例过高问题，提出一种结合个体BMI的膳食能量评估方法，该方法对不同体重合理程度的个体提出相应的膳食能量评估标准，并利用能量的营养曲线对能量摄入的合理性进行量化评估. 实验表明，这种方法应用于人群中的平均误差率低于1.70%，能够为个体膳食能量提供准确评估；膳食能量评分结果直观易懂、方便实用、易于推广，可为普通人群膳食能量调节及营养不良、超重和肥胖人群的膳食干预提供指导.

个体能量评估；BMI；能量营养曲线

随着生活质量的提高，我国居民的膳食模式也正发生着重要的转变，与此同时，与膳食摄入不合理相关的肥胖症、慢性病也越来越普遍. 2002年中国营养与调查显示，我国成人超重率和肥胖率分别已达22.8%和7.1%，成人营养不良率为8.5%[1-2]. 体重超重或肥胖人群可明显增加心脑血管病等多种疾病的患病率[3-4]，体重过轻人群易出现骨折等病理表现[5]. 体重过低和超重均与个体摄入的能量密切相关，个体在保持体重合理的前提下实现膳食能量的摄入与需要之间的均衡具有重要的意义.

膳食能量评估一直是营养学最基本而又重要的研究课题，能量的重要性在营养学中永远排在第一位[6]. 1966年，美国制定了各种营养素的DRIs[7]；1986年FAO/WHO成立国际膳食能量顾问组，专门研究不同的膳食能量摄入对人体健康和社会福利的影响[8]；2000年Stookey等[9]针对中国人群提出UNC-CH DQI膳食质量综合评价指标.

我国在2000年提出针对中国居民的膳食营养素参考摄入量，确定了不同年龄段、性别和劳动强度个体的能量推荐摄入量(RNI)[8]. 2013年马立芳等[10]采用UNC-CH DQI指数对上海黄浦区居民膳食能量摄入进行评估. 针对超重和肥胖人群，《中国居民膳食指南》和《中国成人超重和肥胖症预防控制指南》建议其能量摄入一般每天减少300～500 kJ[5，11].

DRIs标准和DQI指数对膳食能量评估标准均是针对人群提出的，这些指标能够确定整体人群中能量处于合理或不合理人数比例，但其在个体能量合理性评价方面用处有限[8-9]，由于不同个体之间能量消耗与体重状况的差异性，因此对个体膳食能量合理性评估不仅应考虑到个体能量消耗与摄入的平衡，还应考虑到不同个体之间的差异所造成的能量适宜摄入量的不同.

2013年，罗森林等[12]在对个体膳食综合质量评价时，采用营养曲线的方法，该方法对个体能量评估时考虑到摄入量与消耗量的平衡，但没有考虑到不同个体间体重合理性存在的差异，体重偏轻和偏重人群应在能量摄入保持基本平衡的基础上实现体重合理化发展. 在体重合理性衡量方面，体重指数(BMI)被广泛应用于超重、肥胖及其与慢性疾病的关系研究中[3，13]. 基于以上所述本文提出一种针对个体的膳食能量评估方法，针对不同BMI范围的个体提出不同的膳食能量评估标准.

1 个体膳食能量评估算法

本文针对个体膳食能量摄入的合理性提出一种评估方法，从而解决目前膳食能量评估不够个体化的问题，该方法依据个体能量消耗量与体重合理程度提出针对不同体重合理程度人群的能量评估标准，并将能量评估结果以分值表示. 个体膳食能量评估方法原理如图1所示.

1.1 数据采集及预处理

输入的数据包括膳食数据和个体属性，其中膳食数据包括食物种类、数量、重量，个体属性包括年龄、性别、身高、体重和职业，为确保膳食数据能够反映个体日常的膳食状况，要求至少采集3 d的膳食数据. 数据预处理包括数据格式化、空缺值弥补、坏值剔除、量纲变换、数据存储等.

1.2 能量摄入量计算

能量摄入量(TEI)计算公式为

(1)

式中：ei为能量代表值；nij为食物的数量；wij为食物的单位重量；d为用餐天数；N为食物种类数目；Mi为第i种食物的单位数目.

1.3 能量评估

能量评估原理如图2所示.

对于个体能量理论消耗量(total energy expenditure, TEE)的计算，此处采用Schofield要因加权法公式[14]，计算方法为

(2)

式中：RBM为基础代谢率，由个体年龄、性别、体重计算得到；LPA代表体力活动水平，与职业相关.

个体BMI的计算公式为

(3)

式中：W代表体重，kg；H代表身高，m. 依据中国肥胖问题组给出的中国人群BMI与体重合理性的关系[4]，按BMI值将人群分为4类：18.5～23.9为合理，24.0～27.9为超重，大于27.9为肥胖，小于18.5为偏瘦. 个体能量评估标准集合的计算方法原理如图3所示.

设个体的能量摄入量ITE与能量消耗量eTE的比值用r表示，r=ITE/eTE，个体能量合理性评估结果与r的变化关系如图4所示，当r从0增大至无穷时，个体能量合理性评估结果从严重不足变化至严重过量.

1.3.1 实际人群各能量合理程度人数比例的计算

本研究中采用UNC-CH DQI指标来对群体膳食能量合理性进行评估，该方法由美国北卡罗来纳大学和中国疾病预防控制中心合作于2000年提出的针对中国人群的膳食合理性评估标准，该标准从膳食食物种类、水果蔬菜、蛋白质、钙、饱和脂肪、钠、酒精、能量、总碳水化合物、总脂肪10个指标的摄入量来对中国人群综合膳食合理程度进行评价，该评估标准适用于对人群整体膳食合理程度分布比例进行统计. 其中对于膳食能量的评估标准为：当能量摄入量占推荐每日摄入量RDA的比例为80%～119%时为合理，70%～79%时为不足，120%～129%时为过量，小于70%时为严重不足，大于130%时为严重过量[9]. 实验所用训练集为6 412名个体的个体属性数据和膳食数据. 该训练集人群的能量摄入的合理性分布结果如表1所示.

表1 训练集人群中实际各能量摄入合理程度分布情况

Tab.1 Actual distribution of energy intake reasonable degree among the training set

能量合理程度人群比例/%严重不足830不足1392合理4836过量1821严重过量1112

1.3.2 能量合理性评估标准的计算

依据中国居民膳食指南、平衡膳食宝塔和中国成人超重和肥胖症预防控制指南等文献对不同体重合理程度人群的膳食能量摄入建议[5-6，11，15]，对不同BMI人群能量合理性判定标准进行调整，最终设定不同BMI范围人群的r1～r4取值如表2所示.

表2 不同BMI个体r1～r4取值

能量的营养曲线用U(r)表示，依据其他营养素营养曲线的构造方法，U(r)的计算公式为

(4)

式中r表示个体能量摄入量与能量消耗量的比值. 按照营养曲线的定义，当营养素摄入不足时，U(r)取值0.8对应于营养素的最低安全摄入限，当营养素摄入过量时，U(r)取值0.9对应于营养素的最高安全摄入限[16]；因此取r2值对应的U(r)为0.8，r4值对应的U(r)为0.9. 针对不同的BMI情况计算得到的系数c1和c2取值如表3所示.

表3 不同BMI个体能量营养曲线中系数的取值

Tab.3 Coefficients of the energy nutrition curve for individuals with different BMI

BMIc1c2185～2390638406003<185059160600324～2790669712864>2790652912397

依据个体能量摄入的健康程度U(r)确定个体能量得分Se计算公式为

(5)

能量分值与能量合理程度的关系如表4所示.

表4 能量合理程度判定规则

2 实验及分析

2.1 实验目的

为验证本文所提的个体膳食能量评估方法的有效性，将个体膳食能量评估方法应用于实际人群数据构成的测试集进行开集测试，得到人群能量合理性分布的结果，将得到的结果与实际人群能量合理性的分布情况进行对比，得到该方法存在的误差. 对比实验为罗森林等[12]在2013年设计的个体膳食综合质量评价中能量评估方法，将两种方法应用与同一测试集，将得到的误差进行对比，来说明本文所提的方法与对比方法的优劣性.

2.2 实验数据资源

实验数据源为2006年中国健康与营养调查数据，共8 889人的个体属性数据与3 d 24 h膳食数据. 其中个体属性包括年龄、性别、身高、体重、职业. 对原始数据进行筛选，删除能量摄入异常个体(平均每天的能量摄入低于2.9×106J或高于2.1×107J)，选择年龄18～70岁个体共8 014人，从中随机选择6 412名个体的数据作为实验训练集，剩余的1 602名个体的数据作为测试集.

2.3 评价方法说明

实验评价指标为误差率p. 个体能量评估方法误差率p计算公式为

(6)

式中：n的取值为1～5，分别代表能量评估结果为严重不足、不足、合理、过量、严重过量5种情况；Rn代表采用个体能量评估方法得到的各能量合理程度人数占总人数的比例；R0n为实际条件下各能量合理程度人数占总人数的比例.

(7)

2.4 实验结果及分析2.4.1 实验结果

针对实验测试集1 602名实验对象采用UNC-CH DQI指标对膳食能量合理性进行评估，得到该部分人群实际膳食能量合理程度分布情况如表5所示.

表5 测试集人群实际各能量摄入合理程度分布情况

Tab.5 Actual distribution of energy intake reasonable degree among the test set

能量合理程度人群比例/%严重不足690不足1463合理4919过量1878严重过量1052

将个体膳食能量评估方法应用于测试集，得到能量摄入合理性评估结果统计如表6所示.

表6 个体膳食能量评估结果统计表

Tab.6 Statistics of the individual dietary energy assessment results

能量评估结果人数(所占比例)/%严重不足70(437)不足248(1548)合理816(5094)过量331(2066)严重过量137(855)

将个体膳食能量评估方法应用于测试集得到的结果与表5测试集人群实际各能量摄入合理程度分布情况进行比较，得到各能量合理性评估结果的误差率统计如表7所示.

表7 个体膳食能量评估误差率统计表

Tab.7 Statistics of the individual dietary energy assessment error rates

能量评估结果误差率/%严重不足253不足085合理175过量188严重过量197平均误差率169

2.4.2 对比实验结果

此处将对比实验采用的方法称为L-2013方法，使用该方法对测试集人群能量摄入合理性评估结果统计如表8所示.

本文所提的个体膳食能量评估方法与L-2013方法对人群膳食能量合理性评估得到的结果分布直方图如图5所示，其中纵坐标代表各能量合理性评估结果的人数所占总人群的比例. 从图5中可看出与L-2013方法相比，本文所提方法对人群膳食能量摄入评估结果为严重不足、不足、过量的人数有所减少，评估结果为合理、严重过量的人数有所增加，与实际情况人群膳食能量合理性分布相比，本文方法更接近于实际，总人群中能量摄入合理的人数占总数比例超过50%，能量摄入严重过量的人数比例增加有利于给超重和肥胖人群更多的警示作用，从而达到控制这部分人群比例增高的目的.

表8 L-2013方法得到的膳食能量评估结果

Tab.8 The dietary energy assessment results using L-2013 method

能量评估结果人数(所占比例)/%严重不足174(1086)不足421(2628)合理566(3533)过量354(2210)严重过量87(543)

对本文所提的个体膳食能量评估方法与L-2013方法得到的各能量合理性评估结果分别与测试集人群实际各能量合理程度分布情况进行对比，得到两者的误差率统计如表9所示.

表9 本文方法与L-2013方法误差率对比

Tab.9 Error rates of the proposed method and the L-2013 method

能量评估结果误差率/%本文方法L⁃2013方法严重不足256396不足1271165合理1671386过量170332严重过量208509平均误差率169940

2.4.3 分析与讨论

通过对比本文所提个体膳食能量评估方法与对照方法能量评估结果的误差率可以看出，本文所提的能量评估方法得到的结果误差率均比对照方法要低，针对不同能量合理性人群，本文所提方法得到的结果误差率与对照方法相比降低1.40%～12.19%，平均误差率降低7.71%. 这说明本文所提的个体膳食能量评估方法在个体能量合理性评估方面具有更高的准确性.

对总体8 014名研究对象分别采用本文所提方法和L-2013方法对膳食能量进行评估，对评估结果统计后发现，本文所提方法得到的结果与L-2013方法的结果相比共有3 504人的评估结果不同，占总人数比例为43.7%，说明利用本文所提方法进行个体膳食能量评估比L-2013方法的准确性得到较大幅度的提升，本文所提方法在实现膳食能量评估的个体化方面效果显著.

与UNC-CH DQI标准中能量评估方法相比，UNC-CH DQI标准适合用于群体膳食能量合理性评估，本文所提的方法适合于个体膳食能量评估，在个体膳食能量评估中考虑到个体差异导致的不同个体能量需要量的不同，从而实现对个体膳食能量合理性更加准确的评估.

3 结 论

本文提出的个体膳食能量评估方法应用于个体膳食能量评估方面具有更加准确、个体化的评估效果. 该方法在评估个体膳食能量合理性方面不仅考虑到个体能量消耗量与摄入量的平衡，还考虑到不同个体BMI的差异导致的能量适宜摄入量的不同，从而该方法能够实现以膳食能量评估结果来指导个体体重朝更加健康的方向发展的目标. 将该方法应用于实际人群的膳食能量评估中得到的结果与人群实际能量合理性分布结果基本一致，与对照方法得到的评估方法相比，效果有明显提升.

个体膳食总体的合理性是建立在能量的基础上，个体能量摄入的合理评估对个体膳食的准确指导具有重要意义. 本文提出的个体膳食能量评估方法能够有效地对个体膳食能量进行评估，进而对个体膳食能量的摄入也能起到重要的指导作用. 该方法的提出是针对于中国普通成年人，对于18岁以下的儿童及婴幼儿、孕妇、影响膳食的特殊疾病患者、老年人则不适用，下一步可以考虑将个体膳食能量评估方法的应用范围扩大至该部分人群，同时，如何运用该膳食能量评估方法为个体提供准确可行的膳食指导方案也需进一步研究.

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(责任编辑：刘芳)

An Individual Dietary Energy Assessment Method

LUO Sen-lin1，LÜ Zhan-bin1，ZHANG Tie-mei2，CHEN Song-jing1，HAN Long-fei1，QU Shi-hao1

(1.School of Information and Electronics，Beijing Institute of Technology，Beijing 100081，China;2.Beijing Institute of Geriatrics，Ministry of Health，Beijing 100730，China)

To solve the problem of the dietary energy intake imbalance and the excessive proportion of the overweight and fat people among Chinese, an individual dietary energy assessment method combining the BMI was proposed. Different dietary energy assessment criteria were proposed corresponding with different reasonable degree of weight, and the energy nutrition curve was used for quantitative assessment of the individual dietary energy intake. Experiments show that the average error rate using the method for individual dietary energy assessment is less than 1.70%. This method could accurately assess individual dietary energy intake conditions. The dietary energy scoring result is intuitive, convenient and practical and it is easy to understand. So the method is easy to popularize in the crowd. This method can be used for the general population to adjust their dietary energy intake and then provide dietary intervention guidance for malnourished, overweight and fat people.

individual energy assessment; BMI; energy nutrition curve

2014-02-24

国家自然科学基金资助项目(60671008)；国家“八六三”计划项目(2006AA02Z429)

罗森林(1968—)，男，博士，教授，E-mail:luosenlin126@126.com.

吕占斌(1989—)，男，硕士，E-mail:lvzhb111@163.com.

TP 391

A

1001-0645(2016)07-0706-06

10.15918/j.tbit1001-0645.2016.07.009