应用MATLAB模型进行膳食及健康风险评估

宋爽 王懿涵

摘 要：本研究应用MATLAB模型，通过GUIDE（Graphical User Interfaces Development Environment）对食物营养、身体活动等数据进行精确采集和计算，对于计算结果生成评估性报告。结论：日常膳食摄入的各种营养素需要量值的把控，行为方式的选择和实施需要有度可循。此研究旨在引导人们建立科学饮食观，维持或调整健康生活方式，对膳食计划的制订以及行为方式的管理有指导作用。

关键词：慢性病;预防医学;风险评估;GUIDE设计

以预防医学实现保护、促进和维护机体健康的目的为指引，进行健康合理的膳食和行为管理与控制，能够降低慢性病风险、提高慢性病患者生活质量。由于人们普遍存在对于膳食营养价值和身体活动标准的认识模糊和欠缺，本研究在数据基础上通过MATLAB-GUIDE（简称GUI）设计，建立面向用户的人机交互界面，实现对日常营养摄入和行为活动的科学指导，对健康风险做出预防评估。

一、数据基础

（一）膳食构成及营养成分

中国营养学会将食物分成五大类，包括粮谷类及薯类，豆类及其制品，水果蔬菜类，肉、蛋、奶等动物性食物以及精制白糖、红糖等纯热能食物。为了满足人体的需要，《中国居民膳食指南科学研究报告（2021）》（以下简称《指南》）建议，这五大类食物不但每日摄入数量要充分，而且种类也应多样化。因此，五大类食物中，每一大类中的食物品种尽可能多，例如粮谷类就包括：大米、面粉、挂面、面包、蛋糕等。

不同食物的营养成分含量，包括三大产能营养素（蛋白质、脂肪、碳水化合物）、维生素（维生素A、胡萝卜素、视黄素、核黄素等）、矿物质常量元素（钙、磷、钾、钠等）、微量元素（铁、铜、锌等）等，作为后台重要的基础数据，支撑人机交互。

（二）身体活动量

在行为因素中，身体活动量是评价科学健康生活方式的一个重要指标。

《指南》指出，适当身体活动可以降低包括正常人和高血压患者的成年人血压，可以降低2型糖尿病发生风险25%～42%，可以降低冠心病、脑卒中、心力衰竭等心血管疾病发生风险，还可以降低癌症的发病风险，进而能够降低全因死亡风险。

体育锻炼是身体活动的重要方式，运动生理学证實，机体营养能力的高低取决于锻炼频率、锻炼强度和锻炼时长。我国把30min/次，每周至少3次的锻炼定义为经常参加体育锻炼。

（三）体重指数

我国成人体重指数BMI=18.5～23.9kg/m2为正常，BMI=24～27.9kg/m2为超重，BMI28kg/m2为肥胖。

二、程序设计

在MATLAB-GUIDE环境中，完成合理的控件选择，对相应可编辑控件进行程序编写，通过“Callback”调用程序，如图1所示。在光标处插入用户程序。

（一）体重指数数据传递

%edit10字符串转换

x1=str2double（get（handles.edit10，'string'））;

%edit11字符串转换

x2=str2double（get（handles.edit11，'string'））;

y=x1/x2/x2;

%控件显示数据信息

set（handles.text12，'string'，num2str（y））;

（二）营养摄入

1.各种营养成分摄入量

%k种食物

m=k;

n=1;

%k行1列零矩阵

a=zeros（m，n）;

%获取listboxJ下拉菜单控件value值，其值有K个

val=get（handles.listboxJ，'value'）;

a（val，1）=1%改变a1，仅含有个1

%各种食物蛋白质、脂肪、碳水化合物、维C、钙成分含量

e=[7400 10300 20300 19400 15800 3000……]

f=[800 1100 6200 5000 6200 3200 ……]

g=[77900 75200 1500 2500 8800 3400 ……]

h=[0 0 0 0 0 1 ……]

i=[13 27 6 3 173 104……]

%editK字符串转换

p=str2double（get（handles.editK，'string'））;

%第Q种食物营养成分

zQ1=f*a1*p

%输出控件数据信息

set（handles.textR，'string'，zS9）;

2.蛋白质摄入量

以蛋白质摄入为例，说明计算过程。

m=12;

n=1;

a=zeros（m，n）;

val=get（handles.listbox1，'value'）;

a（val，1）=1

e=[7400 10300 20300 19400 15800 3000……]

p=str2double（get（handles.edit1，'string'））;

z=e*a1*p

set（handles.text3，'string'，z）;

（三）健康风险评估

以脂肪摄入为例进行说明，其他评估对象与此类似。

%edit12字符串转换

x12=str2double（get（handles.text4，'string'））;

if x12<55000

%text37输出信息

set（handles.text37，'string'，'摄入不够'）;

else

%text37输出信息

set（handles.text37，'string'，'摄入过量'）;

%text47输出信息

set（handles.text47，'string'，'高脂肪摄入会增大肥胖及心血管疾病风险……'）;

End

三、运行结果

通过GUIDE（GUI）控件的赋值及程序运行，结果如图2所示。

（一）界面由五部分组成

①基本数据区域：输入身高、体重、锻炼时长。

②膳食数据区域：选择和输入食物种类与质量。

③计算选择：按需求分别计算和总体评估（总体评估为右上角绿色控件）。

④显示区域一：实际值与推荐标准对比，同时完成初判。

⑤显示区域二：风险评估提示。

（二）说明

随机选取某一居民的日常生活数据。其体重为73kg，身高1.68m，锻炼时长为60min。其某一天的膳食安排如下（每份食物质量为100g）：早餐面食1份，鸡肉1.5份，豆腐2份;中餐米饭2.5份，瘦猪肉2.5份，芹菜1份;晚餐面食2份，瘦猪肉2份，牛奶1.5份。经过计算，显示其身体状况为超重，锻炼程度不够，各种营养素摄入或过量或不足，同时给出了健康风险提示。

结语

从MATLAB-GUIDE计算显示来看，针对居民的日常膳食和锻炼行为，能够进行精确计算。根据计算结果，可以指导居民进行膳食和活动量调整，起到维护机体健康、降低引起慢性病风险的作用。另外，可以方便地在后台程序扩展食物种类、行为方式等模型数据，如图3所示（增加食物种类），实现更全面更精准的健康评估效果。

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作者简介：宋爽（1970— ），女，汉族，河北石家庄人，本科，副教授，研究方向：自动控制、最优控制策略。