中小学生膳食模式与视力不良相关性研究

杨春 邢杨 李菁菁 程茅伟

摘 要：目的：调查膳食模式与中小学生视力不良的相关性，探索视力不良特异膳食模式及其关键膳食构成因子。方法：采用多阶段随机整群抽样方法，于2019年9—10月选取湖北省城乡不同地区23所中小学5 541名学生进行身高、体重和视力检测。采用简化的食物频率调查问卷调查学生过去1年膳食摄入情况，共调查11类食物的摄入频率及消费量。采用主成分分析（PCA）和降秩回归（RRR）两种方法建立膳食模式，并运用多因素Logistic回归模型分析膳食模式与视力不良的相关性。结果：PCA方法得到5种膳食模式（PCA模式）—零食模式、杂粮模式、肉类模式、传统模式、素食模式，膳食摄入变异累积贡献率为40.0%;RRR方法提取1种膳食模式（RRR模式）—高摄入红薯、豆腐、胡萝卜、菠菜、虾/蟹、软体动物类等，膳食摄入变异累积贡献率为3.6%。在调整相关混杂因素后，肉类模式得分越高，视力不良的发生风险越高（OR值：1.32，95%CI：1.07～1.62）;RRR模式得分越高，视力不良的发生风险越低（OR值：0.70，95%CI：0.57～0.87）;零食模式、杂粮模式、传统模式和素食模式得分与视力不良的发生风险无显著性相关。 结论：摄入较多的猪肉、牛肉、油炸食品及含糖饮料等，摄入较少的红薯、豆腐、胡萝卜、菠菜、虾/蟹、软体动物类等可能是中小学生罹患视力不良的危险因素。相比PCA方法，RRR方法提取的膳食模式更有行为意义，联合采用PCA和RRR方法有利于研究膳食模式与中小学生视力不良相关性。

关键词：主成分分析;降秩回归;中小学生;膳食模式;视力不良

目前国内膳食、营养与青少年视力不良相关性的研究结果绝大多数是采用传统的膳食研究方法得出来的[1-3]，致力于膳食模式较单个营养素或食品摄入研究的方法更好理解膳食功能[4]。两种方法通常用于建立膳食模式：一种是因子或主成分分析（PCA），其特点为采取线性函数方法提取能够解释人群膳食摄入变异的膳食模式，另一种是降秩回归（RRR），其特点为采取线性函数方法提取能最大限度解释结局变量变异的膳食模式，两种方法可以互补[5]。本研究的目的是运用PCA和RRR方法建立中小学生人群膳食模式并检验其与视力不良的相关性，探索视力不良特异膳食模式及其关键膳食构成因子。

1 对象与方法

1.1 对象

采用多阶段随机整群抽样方法，于2019年9—10月随机抽取湖北省经济水平好（襄阳市）、一般（咸宁市、天门市）、差（随州市）三类地区四个市州，每个市州再随机抽取1个该城市所辖中心城区和1个郊县（区）作为调查点。每个调查点随机抽取1 所小学、1 所初中和1 所高中，每所学校分别在3个年级（小学四～六年级，初中、高中一～三年级）随机抽取学生开展体格检查和问卷调查，共抽取240名学生每个年级至少80名学生，以整班为单位调查。每个市州共计调查6所学校，其中城区3所学校（1所小学、1所初中、1所高中），县3所学校（1所小学、1所初中、1所高中），所有抽中的学生经知情同意后，共有23所中小学校5 541名学生参与了食物频率问卷调查，有效参与人数为3 882名，有效率为70.1%。其中，小学生1 342名、初中生1 383名、高中生1 157名;男生2 020名、女生1 862名。调查以自愿参加为原则，所有研究对象对调查内容均知情同意。

1.2 方法

采用半定量食物频率问卷调查法，参考2017年中国居民营养与健康状况监测中小学生食物频率调查表[6]和王俊玲等[7]资料形成半定量简化食物频率表，经过预调查，修订形成最终问卷。该问卷的Cronbachα系数为0.87。调查由经过统一培训的专业人员进行，询问调查对象在过去1年中各种食物消费频率及消费量。小学生食物消费情况通过询问其主要看护人获得，中学生询问调查对象本人。所有问卷均在学校统一发放统一回收，并进行严格的质量控制。调查学生过去1年中的膳食摄入情况，主要内容为：（1）一般情况：包括姓名、性别、年龄、年级、体力活动等。（2）食物摄入：对主食类、豆类、蔬菜类、菌藻类、水果类、乳类、肉类、水产类、蛋类、饮料、其他等11类食物的摄入频率和平均每次食物攝入量进行回顾性调查。采用标准对数视力表（GB 11533—2011），由专业人员参照《学生健康检查技术规范》（GB/T 26343—2010）测定学生裸眼视力、身高和体重。凡左、右眼裸眼视力之一小于5.0 者为视力不良[1]。利用身高、体重测量值计算体质指数（BMI）=体重（kg）/身高（m）2。

1.3 统计学方法

数据分析主要采用SAS 9.4和SPSS 22.0统计软件包。采用χ2检验比较视力不良人群和视力正常人群基本情况有无统计学差异。采用主成分回归（PCR）和RRR两种方法从11类食物中提取膳食模式。PCR和RRR分析均通过SAS软件中PLS过程中选项（METHOD=PCR/RRR）实现，将左右眼裸眼视力作为响应变量，由于呈非正态分布，所有响应变量均进行自然对数变换[8]。依据PCA方法中特征根>l、碎石图及专业意义综合判定PCR方法提取的膳食模式个数（PCA模式），RRR方法中膳食模式数量提取则是基于模型预测残差平方和最小原则（“RRR模式”）。每名研究对象PCA模式或RRR模式中因子得分越高，提示个体越倾向于该类膳食模式，PCA模式的命名依据其膳食模式中所含食物的特点。将膳食评分四分位数作为自变量，以是否患视力不良为因变量，调整地区、性别、学段、BMI、体育锻炼频次进行Logistic回归分析。假设检验的检验水准为0.05。

2 结果与分析

2.1 基本情况

本研究共有效调查3 882人，检出视力不良者2 665人，检出率为68.7%。男生检出率为64.0%、女生为73.7%，不同性别检出率有显著性（χ2=42.135，P<0.001）;检出率高中生（82.1%）>初中生（74.5%）>小学生（51.0%），不同学段检出率有显著性（χ2=312.493，P<0.001）。此外，BMI较大者和体育锻炼频次较低者视力不良患病比例较高（表1）。

2.2 膳食模式分析

研究结果表明，综合特征根>l、碎石图及专业意义保留的PCA模式共有5个，累计贡献率为40.00%。PCA模式第一因子以水果、肉类、蛋类、油炸面食及膨化食品为主，命名为“零食模式”;PCA模式第二因子以玉米及其制品、其他谷类及制品、红薯、其他薯类为主，命名为“杂粮模式”;PCA模式第三因子以猪肉、牛肉为主，命名为“肉类模式”;PCA模式第四因子以大米及制品、小麦面粉及制品、油炸面食为主，命名为“传统模式”;PCA模式第五因子以大米及制品、胡萝卜、菠菜为主，命名为“素食模式”。基于RRR方法中提取1个膳食模式因子时模型预测残差平方和最小（最小根均 PRESS=0.989 45），本研究提取了1种RRR模式，该模式与红薯、豆腐、胡萝卜、菠菜、虾/蟹、软体动物类等摄入正相关，与大米及制品、小麦面粉及制品摄入负相关，直接命名为“RRR模式”（表2）。

2.3 膳食模式与视力不良关系

膳食评分四分位数变化显示，随着四分位数升高，PCA模式中肉类模式与视力不良患病率正相关，该模式最高四分位膳食分数患病率达到73.4%;相对于该模式最低四分位膳食分数（Q1），膳食评分的Logistic回归显示，调整协变量后该模式最高四分位膳食分数（Q4）OR为1.32（95% CI 1.07～1.62）。调整协变量后，PCA模式中零食模式、杂粮模式、传统模式及素食模式四分位膳食分数均与视力不良患病率无显著性相关。结果表明，调整协变量后RRR方法提取的RRR模式与视力不良呈显著性负关联，相对于该模式最低四分位膳食分数（Q1），膳食评分的Logistic回归显示，调整协变量后该模式最高四分位膳食分数（Q4）OR为0.70（95% CI 0.57～0.87）（表3）。

3 讨论

本研究从湖北省中小学生中共提取5种PCA模式和1种RRR模式，其中5种PCA模式分别为零食模式、杂粮模式、肉类模式、传统模式及素食模式。控制其他协变量后，PCA模式中肉类模式与视力不良呈显著性正关联（调整模型OR=1.32，Q4 vs Q1），RRR模式与视力不良呈显著性负关联（调整模型OR=0.70，Q4 vs Q1），提示PCA模式中肉类模式为视力不良危险因素，RRR模式则对视力不良有益。

Laurence S等[9]在851名7～9岁健康的新加坡华裔儿童中发现较高的饱和脂肪和胆固醇摄入量可能与眼球伸长相关，而近年来研究表明，日本学龄儿童中高摄入较多动物脂肪的西化饮食模式为近视危险因素[10]。国内有学者发现，西安高校学生视疲劳、视频显示终端综合征发生与“高胆固醇”膳食模式（富含内脏肉类）、“快餐性”膳食模式（高摄入油炸食物、高糖饮品）密切相关[11-12]。类似于前期研究，本研究中PCA方法提取的肉类模式表现为摄入较多富含饱和脂肪的猪肉、牛肉，该模式与视力呈显著性负关联;本研究中另一种PCA模式——传统模式则表现为高摄入油炸食品、膨化食品及含糖饮料，该模式对视力呈负向效应（反应变量权重系数均为负值），提示本研究中肉类模式和传统模式均可能为视力不良危险因素，其中机制可能为富含饱和脂肪、精制糖和淀粉等高血糖指数的食物会抑制肝脏合成胰岛素样生长因子结合蛋白一（IGFBP-1），降低的IGFBP-1水平会导致游离胰岛素样生长因子-1（IGF-1）浓度增加，而高浓度的游离IGF-1能有效刺激巩膜软骨细胞和成纤维细胞过度增殖，从而导致眼轴拉长而形成近视[13]。此外，有研究发现，肥胖的小学生的视力不良率高于正常体重的小学生[14]。与前期研究结论一致，本研究同样发现，中小学生肥胖者（BMI≥28 kg/m2）视力不良率显著性高于正常或低体重者（BMI<24 kg/m2），推测其机制可能与高能量密度的高脂高糖饮食模式为儿童青少年肥胖[15]和视力不良的双重危险因素密切相关。

本研究还发现，PCA模式中零食模式、杂粮模式、素食模式均对视力呈正向效应（反应变量权重系数均为正值），与RRR模式对视力效应同向，提示该3种模式可能对视力不良有潜在保护作用。值得注意的是，该3种PCA模式的結构共性是豆腐、胡萝卜及菠菜等富含植物化学物的食品正向载荷较高，而近来研究表明，特定的植物化学物质对于预防年龄相关性黄斑变性、改善视觉功能及维持视觉敏锐度至关重要[16]。

PCA方法得出的膳食模式具有公共卫生意义，因为它们描述研究人群的实际饮食模式。RRR方法可以得到疾病结局最相关的膳食模式[5]，但该类模式包含的各种食品不一定同时摄入，可能是互不相关[8]。因此，RRR方法可用来检验膳食与疾病结局之间作用路径的假设[5，8]。本研究RRR方法发现的视力不良特异性RRR模式表现为较多摄入红薯、豆腐、胡萝卜、菠菜、虾/蟹、软体动物类等，较少摄入大米及制品、小麦面粉及制品、油炸食品及含糖饮料等，该模式食物结构是PCA模式中视力不良相关食物组分的进一步提取。值得注意的是，RRR模式中富含不饱和脂肪酸的虾/蟹、软体动物类占有一定载荷，而研究表明，摄入ω-3脂肪酸、二十二碳六烯酸和花生四烯酸等不饱和脂肪酸对儿童视力发育至关重要[17]。本研究结果表明，PCA模式能较大程度解释食品摄入变异，但每一种PCA模式对于右眼裸眼视力和左眼裸眼视力变异解释比例均低于RRR模式。

综上所述，使用PCA方法和RRR方法均能提供重要发现，这两种方法目的不同但结果相辅相成。采用PCA方法，湖北省中小学生中存在1种加大视力不良罹患风险的肉类模式;采用RRR方法，中小学生罹患视力不良的危险因子可能是摄入较多的猪肉、牛肉、油炸食品及含糖饮料等，摄入较少的红薯、豆腐、胡萝卜、菠菜、虾/蟹、软体动物类等。本研究还存在一定局限性：首先，采用PCA和RRR方法建立膳食模式存在一定的主观性，比如食物分类方法、膳食因子载荷临界值的选择以及膳食因子的命名等[18];其次，膳食信息收集过程中存在偏差[19];第三，本研究为横断面研究，无法确定中小学生膳食模式与视力不良发生风险的因果关联[12]，后续还需要开展更深入的研究。

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