老年与青年人体组织层厚度的差异分析

2024-02-21王丽娟李文晖任潇庆

西安工程大学学报 2024年1期

王丽娟,李文晖,任潇庆,许燚

(西安工程大学城市规划与市政工程学院,陕西西安 710048)

0 引言

随着人们生活水平的提高和医疗技术的发展,越来越多的人关注健康问题。其中,皮肤、脂肪和肌肉是人体健康的重要指标。皮肤是人体的最大器官,起到保护身体内部器官的作用。脂肪是人体能量的存储器,同时也具有维持体温的作用。肌肉是人体能量的主要消耗者也是重要的产热器官,同时还具有支撑、维持身体姿势和增加身体稳定性的作用。这三者的厚度随着年龄的增长而变化并与人体的健康状态密切相关,因此探究年龄对人体组织厚度的影响非常必要。

老年人和青年人的热偏好差异可能与人体成分有关,研究表明老年人和青年人在热偏好上没有显著差异[1]。然而文献[2-3]指出老年人喜欢的舒适温度比青年人高,老年人更喜欢偏暖环境,但他们的温度辨别能力和行为热调节能力不如青年人[4],不同年龄的热偏好是不一样的,老年人和青年人热偏好的具体差异研究较少。随着对热偏好机理的深入研究,有研究表明脂肪对人类在寒冷环境下的反应具有主要影响[5]。身体成分和身体素质可以解释老年人与青年人之间在耐寒性方面存在差异的原因[6]。HOOF等指出身体成分变化(肌肉百分比减少和脂肪百分比增加)是造成老年人和青年人热舒适差异的原因[4],但并未指出具体部位的肌肉和脂肪。POEHLMAN等认为老年人的核心温度低,是因为肌肉质量减少,降低了基础和静息代谢率[7]。WANG等测量了人体成分、心肺功能等57个参数,并进行主成分分析,发现影响热偏好差异的关键参数是脂肪和肌肉[8]。

WAGNER等研究表明,在冷环境中,老年人的脂肪不能有效维持体温,尽管老年人比青年人脂肪含量更高,体表面积和质量之比更小[9]。此外,体脂数量和百分比随着年龄的增长而增加[10-11]。确切地说,腹部深层脂肪随着年龄的增长而增加[12],而在正常体质量人群中,皮下脂肪组织每年减少2.30 cm2[13]。根据皮下脂肪和内脏脂肪对保温和心血管疾病的贡献不同,老年人的内脏脂肪含量较高,但皮下脂肪含量低于青年人,因此他们喜欢温暖的环境。在年龄增长过程中,肌肉组织含量伴随着脂肪量的持续性增加而逐渐减少,从而导致身体成分发生变化[14]。

ALEXANDER等提出一种用于测定人体皮肤厚度的高频、高分辨率超声回波技术,证明了此项技术可同样应用于皮下脂肪和肌肉厚度的测定[15]。MIZUKOSHI等使用探头频率为8～15 MHz的超声波测量系统测试真皮厚度和皮下脂肪层厚度之和作为皮肤厚度[16]。金鎏使用蒙特卡洛仿真建立不同的组织模型,优化了皮下脂肪和内脏脂肪的测试方法[17]。超声诊断仪利用超声波在组织中传播和反射的特性测试不同组织厚度。通过测量声波的行程时间和信号的强度变化,推断组织的厚度。

以上研究表明肌肉和脂肪可能是造成热偏好在年龄上存在差异的原因,但是并未阐述肌肉和脂肪在年龄上的差异有多大以及哪些部位的肌肉和脂肪差异最大。同时,衡量肌肉和脂肪并未使用同一标准,肌肉使用肌肉质量,脂肪则使用的是体脂数量和面积。因此,本文使用超声探测仪测量人体15个部位的组织厚度,探讨年龄对人体皮肤厚度、脂肪厚度、肌肉厚度以及内脏脂肪厚度的影响并确定不同年龄间组织层厚度差异及差异最大的部位。

1 研究过程及方法

1.1 受试者

受试者共有30名年龄在19～83岁之间的中国成年男性(10名老年人和20名青年人)。受试者的身高和体质量均在相应年龄组的正常范围内。人体测量变量有身高、体质量以及15个部位的皮肤厚度,皮下脂肪厚度和肌肉厚度、5个部位的内脏脂肪厚度。体表面积 (body surface area, BSA)、比表面积(specific surface area, SSA)、体密度(body density, BD)、脂肪含量(body fat, BF)、骨骼肌质量(skeletal muscle, SM)由计算得出。要求所有受试者在测量前禁食2 h,测试前24 h内不要饮酒和剧烈运动。两年龄组人体测量变量见表1。

表 1 老年人和青年人身体成分参数

注：NS表示无显著性差异。

BSA(公式记为ABS)计算公式[18]为

ABS=0.202m0.425h0.725

(1)

式中：m为质量(kg);h为身高(m)。

SSA(公式记为ASS)计算公式[19]为

ASS=(0.202m0.425h0.725)/m

(2)

BD(公式记为ρBD)计算方法[20]为

ρBD=1.089-0.000 94d1-0.000 37d2

(3)

式中：d1为腹部皮下脂肪厚度(mm);d2为小腿前侧皮下脂肪厚度(mm)。

BF(公式记为FB)计算方法[21]为

FB=(4.57/ρBD-4.142)×100%

(4)

SM(公式记为mSM)计算方法[22]为

mSM=0.641d9h-12.087

(5)

式中：d9为9个部位肌肉(前臂、前上臂、后上臂、腹部、肩胛部、大腿前、大腿后、小腿前、小腿后)厚度之和(cm)。

采用荷兰PHILIPS超声诊断仪,探头频率L12-3MHz,测量皮肤厚度、皮下脂肪厚度和肌肉厚度;探头频率s4-2MHz,测量右室前壁心外膜脂肪组织和心尖心外膜脂肪组织;探头频率c6-2MHz,测量不同部位内脏脂肪组织厚度,包括腹腔内脏脂肪、肝周内脏脂肪组织(肝周VAT)和肾周内脏脂肪组织(肾周VAT)。局部组织厚度测点描述见表2,内脏脂肪测试部位描述见表3。表2～3中,所有测量部位均由同一人操作,每个测点需要进行3次测量,然后取平均值或者其中2次相同的值作为最终结果。测量误差不得超过5%。最终结果以mm为单位,并记录到小数点后一位。

表 2 局部组织厚度测点描述

表 3 内脏脂肪测试部位

1.2 数据统计分析方法

使用SPSS 26.0对数据进行统计处理,数据以每组的平均值和标准差表示,使用柱状图和独立样本t检验分析年龄对皮肤厚度、皮下脂肪厚度、肌肉厚度和内脏脂肪组织厚度的影响。p<0.05被认为具有统计学意义。

2 结果与分析

2.1 基本参数差异

老年人的身高和体质量明显低于青年人,而BMI却高于青年人。老年人和青年人的BSA、SSA不存在显著差异(p>0.05),但BD存在极显著差异(p<0.001)。青年人的BF低于老年组,而SM远高于老年人,且存在极显著差异(p<0.001)。

2.2 皮肤厚度差异

老年人和青年人的皮肤厚度差异如图1所示。

图 1 老年人和青年人的皮肤厚度Fig.1 Skin thickness in the elderly and the young

可以看出,老年人的皮肤厚度比青年人高,老年人的前额、髂嵴部、大腿前、肩胛部、大腿后和脚心的平均值明显偏高。老年人与青年人的皮肤厚度虽然存在差异,但无显著性(p>0.05)。

2.3 皮下脂肪厚度差异

老年人和青年人的皮下脂肪厚度差异如图2所示。

图 2 老年人和青年人的皮下脂肪厚度Fig.2 Subcutaneous fat thickness in the elderly and the young

可以看出：老年人的皮下脂肪厚度除了臀部外高于青年人。在胸部、髂嵴部和肩胛部,老年人和青年人之间显示出显著差异(p<0.05),其皮下脂肪厚度分别为10.51 mm和6.41 mm、7.38 mm和4.38 mm、5.26 mm和3.81 mm。这些部位的差异分别为63%、68%、38%。相反,其他部位如前额、肩部、外上臂、内上臂、前臂、腹部、大腿前、大腿后、小腿后和脚心的皮下脂肪厚度差异均不超过20%。

2.4 肌肉厚度差异

老年人和青年人的肌肉厚度差异如图3所示。可以看出：老年人和青年人在15个部位的肌肉厚度均有统计学意义(p<0.05)。青年人在肱四头肌、肱骨前肌、臀大肌、股二头肌和腓肠肌的平均值明显偏高。这些肌肉主要存在于下肢,说明下肢肌肉是老年人和青年人肌肉厚度存在差异的主要部位。在老年人和青年人之间,腹直肌、阔筋膜张肌和胫骨前肌呈现显著差异(p<0.01),而肱三头肌、臀大肌、股二头肌和腓肠肌则表现出极显著差异(p<0.001)。老年人和青年人的肌肉厚度存在显著性差异,与他们喜欢的环境温度可能有关。喜欢暖环境的老年人一般运动量少,这可能会导致肌肉萎缩和肌肉质量下降,从而导致肌肉厚度降低。青年人通常喜欢在较冷的环境中运动,有助于刺激肌肉的生长和维持,从而增加肌肉厚度。

图 3 老年人和青年人的肌肉厚度Fig.3 Muscle thickness in the elderly and the young

2.5 内脏脂肪厚度差异

老年人和青年人5个内脏脂肪厚度差异如图4所示。

图 4 老年人和青年人的内脏脂肪厚度Fig.4 Visceral fat thickness in the elderly and the young

可以看出：老年人和青年人之间肝周内脏脂肪厚度、右肾周内脏脂肪厚度、心尖心外膜脂肪、腹腔内脏脂肪和右室前壁心外膜脂肪存在显著差异(p<0.05)。老年人和青年人内脏脂肪差异最大的部位是腹腔内脏脂肪。由于老年人身体代谢率降低、运动量减少、食欲不振等因素导致能量过剩,而能量超过身体消耗的部分会转化为脂肪并沉积在内脏器官周围,导致内脏脂肪堆积。

在不同年龄之间,肌肉的差异最大,也最显著。青年人不同部位的肌肉厚度均大于老年人。文献[23-24]发现骨骼肌收缩期间的能量需求瞬间增加,高达ATP消耗的100倍。因此,为了满足ATP的高需求,骨骼肌和心肌依靠氧化磷酸化来产生能量。事实上,这些组织含有较多的线粒体。而线粒体是细胞中生产ATP的主要场所[25],也是发生氧化磷酸化的场所。同时,线粒体产热对于维持体温、调节新陈代谢速度至关重要[26]。所以肌肉厚度大的群体自身会产生更多的能量维持体温和基础代谢,而肌肉厚度小的群体则产生的热量相对较少。因此肌肉含量减少可能是导致老年人更喜欢暖环境的原因。因此在以后建立人体数学模型时应该考虑到老年人与青年人组织厚度的差异,针对不同年龄段建立不同的模型。