中国学生水分测量标准模型的研究

刘静民 刘红杏 郑秀瑗（清华大学 北京 100084）

中国学生水分测量标准模型的研究

刘静民 刘红杏 郑秀瑗（清华大学 北京 100084）

对30名健康中国学生采用同位素稀释法测量全身水分含量，按60mg/kg体重分配同位素标记水。受试者饮用后经5小时平衡，使用同位素比值质谱仪分析尿液样本，得到人体水分含量基准值。利用8通道多频率生物电阻抗分析仪测得全身各环段电阻抗值。通过多元逐步回归法建立生物电阻抗预测人体水分含量回归模型，为构建中国人体成分评估系统奠定基础。

中国学生 人体水分 同位素稀释法 生物电阻抗法 回归模型

水作为体内最大的组成成分，起到溶剂、介质和运输的作用。人体体内全身水分含量的波动会直接影响到人的健康，因此如何正确评估人体内水分含量成为人体组成研究中的重要课题。国际上，评估人体水分的方法相继出现，其中较为精确的方法包括：同位素稀释法、中子活化分析法、生物电阻抗法等。其中，同位素稀释法是公认的测量人体水分的金标准。以安全和准确为原则，选择重氧为标记同位素。但是同位素稀释法检测价格昂贵、耗时较长，只适用于科学研究而不适用于临床体内水分的评价。生物电阻抗法具有简便无创、稳定经济的特点，目前研究较多具有很大的应用前景。生物电阻抗法是基于水具有良好的导电性，人体内脂肪因为不含任何水分而无法通过电流，当人体内流经高低不同频率电流后，可以间接得到定量化人体成分数据。目前常见的生物电阻抗仪的回归方程都是基于欧美人群为样本，由于人种差异，有必要以我国人群为受试者，引入准确测量体成分的方法探索不同成分间比例关系，为体质健康、营养学等提供参考。

1、实验方法

1.1、受试对象

健康中国学生30人。所有受试者无水电解质及脂代谢紊乱病，而且没有服用影响水代谢的相关药品。受试前期无过敏发热状况，BMI均在18．5-23．9之间。对所有受试者进行全身体格检查。只有所有指标项目均正常者方可成为正式受试人员。受试者基线资料见表1。

表1 水分测试受试者基线资料

1.2、实验过程

1.2.1、同位素稀释法

同位素标记水供货方选择江苏华益埃索托普中国公司，其中H218O的原子百分超为10．02%。使用MA240D万分之一电子天平（上海双圈）对受试者按照60mg/kg体重的标准分配双标水，并给予每名受试者100ml饮用水清洗杯子。留取冻存受试者的基线尿液样本和5小时平衡后尿液样本。由中国科学院地质与地球物理研究所稳定同位素地球化学实验室对受试者尿液进行分析。水分计算公式：

其中W为用于稀释的纯净水量（g），A为溶液中标记水的量（g），A为受试者喝进的的标记水量，δdose为受试者喝的溶液18O丰度，δtap为用于稀释O的自来水中18O丰度，δpost为后测样本18O丰度，δpre为基线样本18O丰度。

测试流程：

实验前3天，禁烟酒及剧烈体力活动，避免劳累。

测试日前一天下午入住宾馆，室温调节至25℃。

19：00统一进食少油腻晚餐，22：00禁止摄入食物和水分。

测试日当天6：00起床，对基线尿液留取后密封于离心管中。

取完基线尿液样本后，口服按各自体重分配的双标水，同时精确称取并记录受试者饮入的双标水剂量，并用100ml稀释水涮洗。

继续休息，避免过于兴奋或劳累。

12：00再次留取平衡后尿液样本，将两次样本冻存。

1.2.2、生物电阻抗法

采用同方健康科技（北京）有限公司生产、清华大学自主研发的多频分段生物电阻抗分析仪（型号：BCA-2A），对受试者全身各环段阻抗值测量。

表2 男性受试者同位素稀释法测量人体总水分结果

1.3、数据处理

利用Excel和SPSS20．0对数据进行统计分析，分析的方法包括多元回归法、Pearson相关性分析、配对T检验和布兰德—奥特曼差异图分析等。所有数据结果均为“平均值±标准差”模式。其中Pearson相关性分析分析各指标间相关程度，多元回归法建立生物电阻抗测量人体总水分模型及透析中人体水分正常量模型，配对T检验分析模型预测值及金标准实测值间差异程度，布兰德—奥特曼差异图分析模型与金标准实测值间一致性。

2、结果与分析

2.1、人体总水分的测量结果

使用同位素稀释法测得男性受试者人体总水分含量。结果显示，男性体内总水分均值为37．73±2．85kg，女性体内总水分均值为27．45±2．33kg。男性体内总水分含量占体重的比例均值为57%，大于女性体内总水含量占体重的51%，此结论与国际辐射防护委员会提出的基准男性和基准女性中水分占体重的比例是接近的（60%，50%）。

表3 女性受试者同位素稀释法测量人体总水分结果

2.2、生物电阻抗的测量结果

通过生物电阻抗法测得的男性和女性受试者在50kHz和250kHz下全身电阻抗值结果如下。其中1为右手左脚的电阻值(Ω)，2为左手右脚的电阻值(Ω) ，3为左手右手的电阻值(Ω) ，4为左脚右脚的电阻值(Ω) ，5为左手左脚的电阻值(Ω) ，6为右手右脚的电阻值(Ω)。

2.3、相关性分析

将同位素稀释法测得的水分含量与年龄、体重、身高、BMI及生物电阻抗值结果做Pearson 相关性分析结果如下。其中1为右手左脚的电阻值(Ω)，2为左手右脚的电阻值(Ω) ，3为左手右手的电阻值(Ω) ，4为左脚右脚的电阻值(Ω) ，5为左手左脚的电阻值(Ω) ，6为右手右脚的电阻值(Ω)。

表4 同位素稀释法测得水分与50kHz下生物电阻抗值的相关性分析

表5 同位素稀释法测得水分与250kHz下生物电阻抗值的相关性分析

2.4、建立回归模型

为得到人体总水分模型，将通过同位素稀释法测得的人体体内水分含量作为因变量，以年龄、体重、身高、BMI、人体在50kHz条件下测得的全身电阻抗值及250kHz条件下测得的全身电阻抗值为自变量，对30名受试者的水分含量结果进行回归分析。利用SPSS20．0中逐步回归的方法筛选自变量，建立基于同位素稀释法测得的人体体内总水分生物电阻抗测量模型。最终只有体重、身高和250kHz条件下测得的全身电阻抗值纳入回归方程中，其它指标被剔除。针对受试者的数据，我们回归出了两种模型，其中第二个模型的调整判别系数最高为最优模型。

表6 基于同位素稀释法总水分生物电阻抗测量预测模型

Y：人体水分含量（kg）；H：身高(cm)；Z2502：人体在250kHz条件下测得的左手到右脚的电阻抗值(Ω)； R2：可决系数；SEE：估计的标准误差。

2.3、回归模型回代检验

将模型二回代到用来建立模型的原始数据中，在男性受试者中，模型二回代结果和同位素稀释法的Pearson相关系数为0．791；在女性受试者中，模型二回代结果和同位素稀释法的Pearson相关系数为0．794；在不将性别作为考虑变量时，模型二回代结果和同位素稀释法的Pearson相关系数为0．934，说明模型二回代结果和同位素稀释法在测定人体总水含量方面显著性相关性。分析总体相关系数大于男性和女性相关系数的原因，可能与受试者数量有关。随着受试者数目的增多，生物电阻抗法和同位素稀释法间相关性也逐渐增大。

表7 模型二回代结果与同位素稀释法测量总水相关系数

对模型二回代结果与同位素稀释法测得的总水含量间绝对误差和相对误差进行分析。其中在男性受试者中模型而回代结果与同位素稀释法测得的总水分绝对误差为0．91±1．77kg，相对误差为0．02±0．04%；女性受试者绝对误差为-0．44±2．17kg，相对误差为-0．01±0．08%；不考虑性别时，绝对误差为0．23±2．06kg，相对误差为0．00±0．07%。三部分结果中最大相对误差为2%，因此基于同位素稀释法测得的总水分建立的生物电阻抗测量模型二是可行的。

表8 模型二回代结果与同位素稀释法总水分误差比较

模型二回代结果和同位素稀释法测定人体总水含量结果直线图如下，Y=0．994X+0．592（R2=0．876），其中X代表模型二测得的总体水分结果，Y代表同位素稀释法测得的总体水分结果，系统误差为0．592，实验误差为0．994。

图1 模型二测得水分和同位素稀释法测得总水结果

图2 生物电阻抗模型和同位素稀释法测定水分的一致性检验

使用布兰德—奥特曼差异图（Bland-Altman difference plot）分析生物电阻抗模型测得水分与同位素稀释法测得水分间是否具有一致性。从图2中可见，生物电阻抗模型测得水分和同位素稀释法测得水分之差的均值为-0．4kg，95%的可信区间范围为-4．4kg到3．6kg。生物电阻抗模型测得水分与同位素稀释法测得水分一致性良好，两种方法的测量结果均值接近Y=0直线。

3、讨论

本研究通过采用同位素稀释法中重氧水法作为金标准，准确测量中国学生水分含量，并用生物电阻抗的方法建立水分测量回归模型，为生物电阻抗法测量中国人体水分准确性提供验证研究。初步建立以中国学生为样本的体成分测量数学模型，简化了总水的评价方法。

本研究尚存不足之处在于缺乏足够样本量。若今后有更多科研资金能够扩大样本，可以回带验证中国学生水分测量标准模型，为校正方程并将结果应用到实际生活中带来重要意义。

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