驻高原官兵体形态成分及血清生化指标与体能素质相关性研究

于季红，王山，倪文凤，董博，吴立本，康霞，田芬芬，桑培培，程昱璇，吴珏，石金龙，田亚平，何昆仑，王艳

解放军总医院医学创新研究部，北京 100853 1 临床生物样本中心；2 出生缺陷防控技术研究中心；3 转化医学研究中心；4 医学大数据研究中心，医疗大数据应用技术国家工程研究中心

高原地区，泛指海拔在3 000～ 5 000 m 的地区，平均气压只有海平面的60%～ 80%。空气密度仅为0.72～ 0.85 kg/m3，空气稀薄，严重缺氧，生存困难。特殊的地理环境和恶劣气候，对高原部队的作战能力要求极高。而官兵高强度的体能素质是完成多样化军事任务的重要前提，是部队战斗力的基础。全面提升高原官兵体能素质，在练兵备战中至关重要[1]。人体形态成分是指体内各种成分的含量(如肌肉、骨骼、脂肪、水和矿物质等)，反映人体内部结构比例特征的指标，常用体内各种物质的组成和比例表示，保持一定的人体形态成分比例是衡量身体健康的重要标准之一[2]。体形态成分和血清生化指标在一定程度上反映身体化学组成、生长发育、身体锻炼和运动损伤情况，是体能素质的重要影响因素[3]。本研究通过分析高原官兵体形态成分、血清生化指标与官兵体能素质的相互关系，找到影响官兵体能素质的关键因素，以期为精准化练兵提供借鉴参考。

对象与方法

1 研究对象 选取驻守高原3 000～ 5 000 m 地区超过3 个月的官兵199人，年龄18～ 31岁，平均年龄22岁，均为男性。纳入标准：对研究知情同意，身体、精神和社会等方面均处于良好状态。排除标准：有基础疾病影响人体形态成分分析，服用药物，溶血、乳糜血等样本质量有问题，有伤病无法参加体能测试。

2 体形态成分测定 生物电阻抗法(InbodyH20N，韩国) 测量身高、体质量、体脂率(body fat rate，BFR)、体质量指数(body mass index，BMI)、基础代谢率(basal metabolic rate，BMR)、肌肉量、内脏脂肪(visceral fat，V.F)。应用软皮尺测量头围(head circumference，H.C)、腰围、臀围、臂长(arm length，A.L)、小臂长(upper arm length，U.A.L)、手长(hand length，H.L)、手宽(hand width，H.W)、肩宽、脚长(foot length，F.L)、脚宽(foot width，F.W)。测量方法及单位参照国家国民体质监测中心发布的《第五次国民体质监测公报》[4]。

3 血清生化指标测量 应用迈瑞全自动生化分析仪(BS2000) 进行血清生化指标的测量，包括血糖、总胆红素(total bilirubin，T-Bil-V)、直接胆红素(direct bilirubin，D-Bil-V)、谷丙转氨酶、谷草转氨酶、γ-谷氨酰转移酶、总蛋白、白蛋白、三酰甘油、低密度脂蛋白胆固醇、高密度脂蛋白胆固醇、胆固醇、肌酐、尿酸(uric acid，UA)、尿素、肌酸激酶(creatine kinase，CK)、球蛋白。

4 体能素质评估 体能素质评估包括3 000 米跑(R3000)、握力、连续俯卧撑(4 min)、跪推实心球(4 kg)、垂直纵跳、立定跳远(standing broad jump，SBJ)、30 米冲刺跑(R30)、六边形跳、T 型跑、坐位体前屈(sit-and-reach，SAR)。

5 分组及分析指标 1)入组对象按照民族分组：分为汉族和少数民族，分析比较汉族与少数民族体形态成分、血清生化指标和体能素质；2)入组对象根据体能成绩分组：选择体形态成分及血清生化指标与体能素质相关系数大于0.3(r＞0.3，P＜0.05) 者的体能，根据体能成绩排名将研究对象分为三组，成绩前1/3 为优秀组(exc)，中间1/3 为良好组(good)，最后1/3 为合格组(pass)，成绩相同归为一组。对各组研究对象体形态成分和血清生化指标进行比较分析。

6 统计学处理 应用SPSS26.0 进行统计学分析。计量资料符合正态分布以表示，采用t检验比较组间差异；非正态分布数据以[Md(IQR)]表示，采用Mann-WhitneyU检验比较组间差异；正态分布多组间比较采用方差分析，多组间两两比较采用LSD 或Tamhane’s T2；非正态分布多组间比较采用非参数检验(Kruskal-Wallis 秩和检验)，多组间两两比较采用Dunn 检验；率的比较应用χ2检验；符合正态分布用Pearson 相关性分析，不符合正态分布用Spearman 相关性分析。本文所有检验均为双侧，P＜0.05 为差异有统计学意义。

结果

1 体形态成分、血清生化指标和体能素质不同民族比较 本研究资料中，汉族官兵154人，少数民族官兵45 人(包括藏族23 人；回族、土家族、彝族、壮族各3 人；苗族、维吾尔族、白族各2 人；水族、布依族、黎族、侗族各1 人)。体形态成分和血清生化指标存在差异，汉族BMI 低于少数民族[Md(IQR)][21(19.60，22.60) kg/m2vs22.10(20.45，23.25) kg/m2，P＜0.01，表1]；汉族三酰甘油异常率低于少数民族(0.65%vs6.67%，P=0.037，表2)；汉族UA 值高于少数民族[Md(IQR)][450.80(389.30，510.80) µmol/Lvs408.30(362.10，458.70) µmol/L，P＜0.01]；汉族UA 异常率高于少数民族(66.67%vs48.89%，P=0.030)；汉族T-Bil-V、D-Bil-V、UA、CK 异常率＞35% 者分别占51.01%、39.33%、66.67%、42.11%，其中T-Bil-V、UA 异常率超过50% 者分别占51.01%、66.67%；少数民族T-Bil-V、D-Bil-V、UA、CK异常率＞35% 者分别占50%、37.78%、48.89%、39.53%。见表2。

表2 驻高原官兵不同民族血清生化指标比较和异常发生率分析

2 体形态成分、血清生化指标与体能素质相关性热图分析可见肌酸激酶与3 000 米跑(r=-0.17，P＜0.05)、T 型跑(r=-0.29，P＜0.001)时间呈负相关；尿素与坐位体前屈呈负相关(r=-0.14，P＜0.05)；体脂率、内脏脂肪与3 000 米跑(r=0.19；r=0.2，P＜0.01)和30 米冲刺跑(r=0.27；r=0.24，P＜0.001)呈正相关，与连续俯卧撑(r=-0.17；r=-0.17，P＜0.05)、垂直纵跳(r=-0.29；r=-0.3，P＜0.001)和立定跳远(r=-0.23；r=-0.17，P＜0.001；P＜0.05)呈负相关；肩宽及肌肉量与握力(r=0.32；r=0.61，P＜0.001)、跪推实心球(r=0.3；r=0.53，P＜0.001)和立定跳远(r=0.22；r=0.25，P＜0.01；P＜0.001)分别呈正相关，与T 型跑时间(r=-0.19；r=-0.19，P＜0.01) 分别呈负相关；体形态成分(除外体脂率)与握力呈显著正相关(r＞0.2，P＜0.01)；体形态成分(除外头围、手宽、体脂率)与跪推实心球呈显著正相关(r＞0.2，P＜0.01)。见图1。

3 握力和跪推实心球成绩分组比较 握力与体形态成分(除外头围、体脂率、内脏脂肪、臂长) 相关性系数大于0.3(r＞0.3，P＜0.01，图1)。跪推实心球与体形态成分(除外头围、体脂率、内脏脂肪、体质量指数、肩宽、手长和脚宽)相关性系数大于0.3(r＞0.3，P＜0.01，图1)。汉族与少数民族握力成绩比较差异无统计学意义[Md(IQR)][49.20(45.68，53.60) kgvs49(45.50，54.50) kg，P=0.939，表1]，汉族与少数民族跪推实心球成绩差异统计学意义[Md(IQR)][4.58(4.10，4.90)vs4.80(4.50，5.20)，P=0.003，表1]。握力和跪推实心球分别按成绩分3组，握力成绩优秀组66 人(52.3～79.2 kg)，良好组67 人(46.4～ 51.7 kg)，合格组66 人(33.4～ 46.3 kg)；汉族跪推实心球优秀组42 人(4.88～ 6.8 kg)，良好组58 人(4.35～ 4.8 kg)，合格组54 人(3.5～ 4.3 kg)；少数民族跪推实心球优秀组15 人(5.1～ 6.7 kg)，良好组14 人(4.8～5.05 kg)，合格组16 人(3.8～ 4.7 kg)。握力优秀官兵身高、腰围、臀围、小臂长、手长、手宽、肩宽、脚长、脚宽、体质量、体质量指数、基础代谢率和肌肉量增加(P＜0.05，表3)。跪推实心球优秀汉族官兵身高、腰围、臀围、小臂长、臂长、脚长、体质量、基础代谢率和肌肉量增加(P＜0.05)，跪推实心球优秀少数民族官兵身高、臀围、小臂长、臂长、脚长、基础代谢率和肌肉量增加(P＜0.05)，见表4。

表3 不同握力水平官兵体形态成分指标比较

表4 不同跪推实心球水平官兵体形态成分指标比较[ 或Md(IQR)]

表4 不同跪推实心球水平官兵体形态成分指标比较[ 或Md(IQR)]

aP＜0.05，vs 合格；bP＜0.05，vs 良好。

图1 驻高原官兵体形态成分和血清生化指标与体能的热图分析(仅标注P＜0.05的r 值)

表1 驻高原官兵不同民族体形态成分和体能素质指标比较

讨论

军队人员是一类特殊的群体，因为作战能力的需要，其身体形态成分在军人健康评估中尤其重要。有研究显示人体形态成分组成受性别、年龄、激素、膳食、遗传、环境等多种因素影响[5-6]。进入高原环境或低压低氧环境后，人体形态成分的某些指标发生变化，如脂肪、蛋白质、瘦体质量等会出现下降，这种效应在不同人群之间存在一定差异，随着暴露时间延长，高原低氧环境对人体形态成分的影响持续存在。前期通过对进入高原前低海拔地区官兵(287 例汉族，15 例少数民族) 的研究显示汉族与少数民族的BMI 差异无统计学意义(P=0.965)，与文献报道一致[7-9]。本研究中驻守高原超过3 个月的汉族官兵BMI 明显低于少数民族官兵，原因是不同种族的人对高原引起的代谢改变、体形态成分变化具有不同的易感性。汉族人对高原低氧环境易感，进入高原后体形态成分呈现一定程度下降趋势[10]。

血清生化指标可以反映机体的健康状况，生化指标异常率比较发现，汉族的尿酸值和尿酸异常率高于少数民族，三酰甘油异常率低于少数民族，汉族官兵总胆红素、尿酸异常率超过50%，原因可能是高原缺氧寒冷环境的影响。缺氧导致心率加快，基础代谢增加，肾素-血管紧张素系统被激活，血脂分解增强，另一方面缺氧导致的红细胞过早衰老、死亡，产生大量尿酸，而少数民族世代居住在高海拔地区，对缺氧具有耐受性。随着海拔高度升高和缺氧程度增加，汉族官兵血脂降低，胆红素、尿酸有明显升高，与赵祝和张建祥[11]、刘伟丽等[12]研究一致。近年来，由于训练强度增加、兵源素质变化等多种原因，我军训练损伤发生率可高达60.70%，其中3 000 米跑是最容易导致训练损伤的科目，在训练伤构成比中占一半以上[13-15]。血清生化指标可有效评价运动的功能状况，能够较为准确地反映运动后的恢复情况，适用于监测和预警运动损伤。其中，血尿素的变化既可反映机体对运动负荷的适应能力，也可反映运动员运动后身体的恢复状况。运动开始阶段，运动者血尿素值升高，随着运动的继续，运动者逐渐适应了大运动量的训练，功能状态有所好转，血尿素含量随之下降[16]。本研究中坐位体前屈与尿素呈负相关，成绩越好，尿素氮水平越低，说明高原官兵对柔韧性体能具有一定的负荷适应性。肌酸激酶主要存在于各种肌肉细胞中，是一个与细胞内能量运转、肌肉收缩、ATP 再生有直接关系的重要激酶。肌酸激酶作为评定运动强度的重要指标，更多地用于评定肌肉承受刺激和骨骼肌微损伤的程度，缺氧和运动刺激后会使血清肌酸激酶活性增加，待机体对缺氧和运动强度适应后，能够降低运动引起的肌酸激酶活性升高，防止肌肉组织的损伤和增加细胞膜稳定性[17-18]。本研究中3 000 米跑、T 型跑时间与肌酸激酶呈负相关，用时越短成绩越好、肌酸激酶水平越高。说明高原官兵对有氧耐力及敏捷协调能力的体能强度适应性还有待于进一步提高，应予以关注，以防运动损伤的发生。

体能素质指身体在活动过程中的基本运动能力，通常包括力量、耐力、速度、灵活性和协调性等。3 000 米跑反映有氧耐力；30 米冲刺跑反映速度和爆发力；T 型跑、六边形跳反映敏捷、协调能力；立定跳远和垂直纵跳反映上下肢伸展能力；握力、跪推实心球反映上肢肌肉力量；连续俯卧撑(4 min)反映上肢抗阻力量和伸展能力；坐位体前屈反映机体柔韧性[19-20]。本研究中体脂率、内脏脂肪与表现有氧耐力的3 000 米跑、速度爆发力的30 米冲刺跑时间呈正相关，即体脂率越高，用时越长，成绩越差。体脂率、内脏脂肪与表现上肢力量的俯卧撑和上下肢伸展能力的垂直纵跳及立定跳远呈负相关，即体脂率越高，跳跃距离越短，成绩越差。吴菲和魏亚茹[21]研究发现，身体体质量过大，特别是脂肪含量过高对机体有氧耐力、爆发力和上下肢伸展性会产生负面影响，过多的脂肪组织聚集在内脏周围、骨骼肌表面和内部，在肌肉收缩时妨碍了机体伸展和运动能力的发展。肩宽、肌肉量与表现上肢力量的握力、跪推实心球和表现上下肢伸展能力的立定跳远呈正相关，与表现敏捷、协调能力的T 型跑时间呈负相关，说明肩宽和肌肉量高，能有效保持力量、伸展能力和敏捷协调能力。因此，低体脂含量有利于对有氧耐力、爆发力量、上肢力量和上下肢伸展能力有要求的兵种。肩宽和高肌肉量有利于对上肢力量、上下肢伸展能力和敏捷协调能力有要求的兵种。

足够的上肢力量对于身体各种功能执行、日常生活品质、人体关节保护很有必要性[22]。本研究中握力、跪推实心球与体形态成分均呈显著正相关，而俯卧撑与体形态成分均呈显著负相关。俯卧撑普遍应用于运动以及军事训练中，但不同个体对俯卧撑动作的理解和接受程度不同，动作的规范与标准衡量也主要依赖于主观评价[23-26]。本研究中根据体形态成分的不同水平可以有效评估握力和跪推实心球成绩的优良，握力、跪推实心球操作更具有客观性，易于考核和评价，适用于高原不断变化的作战环境。可以作为高原体能训练和考核中评价上肢力量的重要指标。但本研究仍存在不足之处：缺乏长时间、分阶段的系统评估体系，接下来应增加体能素质评估周期，更深层次地评估不同阶段体形态成分、血清生化指标与体能素质的相互关系。

综上，体形态成分和血清生化指标可作为体能适应性的预警因素。通过对体形态成分的健康管理和血清生化指标的定期监测，评估高原官兵的体能素质水平，可更好地进行科学练兵备战。