生物电阻抗法测量身体成分的可行性

生物电阻抗法测量身体成分的可行性
李珊; 宋晴阳; 宇克莉; 郑连斌
【期刊名称】《《解剖学杂志》》
【年(卷),期】2019(042)005
【总页数】7页(P480-486)
【关键词】身体成分; 生物电阻抗法; 双能X射线吸收法
【作者】李珊; 宋晴阳; 宇克莉; 郑连斌
【作者单位】天津师范大学生命科学学院天津市动植物抗性重点实验室天津300387
【正文语种】中文
人体成分是研究人体生长发育过程中各种组成成分的结构比例，可以反映人体的健康水平和营养状况。

人体成分在代谢过程中作用不同，所以其含量对生理和体型的影响具有不同的意义，是形态、机能变化的物质基础，身体各组分比例失调是许多疾病发生、发展的根源[1]。

由于种族、生活环境、营养状况、健康状况等不同，
不同的人种的人体成分存在差异。

近年来，关于体成分的研究取得了一些进展，多见于身体成分与各种疾病（如骨质疏松、肥胖以及慢性病等）的关系[2-6]；也有
一些关于不同民族、不同人群身体成分特点的报道[7-8]。

体成分的测定对于临床
诊断、判断疾病的危险，评价治疗方法的有效性和改进临床治疗效果具有重要意义[9]。

对于体成分的测量方法主要有水中密度测定、人的形态测量（皮褶围度等）、
稀释技术、空气置换体积测定法、双能X 射线吸收法（Dual energy X-ray absorption method，DEXA）、生物电阻抗法（Bioelectrical impedance analysis，BIA）、影像方法等。

目前运用BIA与DEXA 分别测量体成分进行比较的研究主要集中在老年人[10] 及儿童[11]。

本研究以DEXA为标准，比较DEXA 与BIA测量人体体成分的相关性和一致性，测量人群集中在青年，旨在研究生物阻抗法的便携式体成分仪的实用性和可靠性，填补了两种方法对比的空白，为生物人类学的野外测量工作及其他大样本量多点研究工作提供参考依据。

1 材料和方法
本研究中，BIA 测试仪器分别选用百利达公司的BC-601人体脂肪测量仪（简称为BC-601）、MC-180 多频身体成分分析仪（简称为MC-180）；LUNAR DEXA 测试仪选用的是美国通用电气公司生产的LUNAR Prodigy 双能X 射线骨密度测试仪。

2017年11月，在知情同意的基础上，选取成人80例（男性31例，25.4岁±8.6岁；女性49例，24.9岁±7.8岁），经询问病史，排除各种重要脏器病史（如心血管疾病、肺炎、肝炎、胃炎和肾炎等）、身体发育缺陷和代谢性疾病等，被测者分别同时采用BC-601、MC-180 及LUNAR DEXA 测试仪进行测量，测量项目包括总体脂率（percent body fat，PBF）、总肌肉量（total body muscle mass，TBMM）、推定骨量（estimated bone mass，EBM）、右上肢脂肪率（percent right upper limb fat，PRULF）、左上肢脂肪率（percent left upper limb fat，PLULF）、右下肢脂肪率（percent right lower limb fat，PRLLF）、左下肢脂肪率（percent left lower limb fat，PLLLF）、躯干脂肪率（percent trunk fat，PTF）、右上肢肌肉量（right upper limb muscle mass，RULMM）、左上肢肌肉量（left upper limb muscle mass，LULMM）、右下肢肌肉量（right lower limb muscle mass，RLLMM）、左下肢肌肉量（left lower limb muscle mass，LLLMM）及躯干肌肉量（trunk muscle mass，
TMM）。

测量时严格按照3种仪器说明书的测量要求进行测量，将测得数据用Excel 2007 及SPSS 19.0软件进行统计及分析。

数据间的比较用配对t检验，相关性分析用Pearson 相关分析；结果间的一致性分析用Bland-Altman 分析法。

2 结果
2.1 3种机器测量指标值及其比较
3种机器指标间测量值见表1，比较结果见表2。

BC-601与MC-180 间相关性结果显示，在男性中，除水分率无相关性外（P＞0.05），其余项间也均呈正相关（P＜0.01）。

其中内脏脂肪等级、总肌肉量及左上肢肌肉量推定骨量相关性最高；在女性中，水分率呈负相关（r=-0.649），其
余项间均呈正相关（P＜0.01）；推定骨量、总肌肉量及右上肢脂肪率、躯干脂肪率及总体脂率的相关性最高。

配对t检验结果显示，在男性中，推定骨量、水分率、内脏脂肪等级、右上肢脂肪率、右上肢肌肉量及躯干肌肉量的测量结果间差异无统计学意义（P＞0.05）；在女性中，总体脂率、内脏脂肪等级、左上肢脂肪率、右下肢脂肪率及左下肢脂肪率的测量结果间差异无统计学意义（P＞0.05），说明2
种机器在上述测量项目中无差异。

BC-601与LUNAR DEXA 测试仪间相关性结果显示，各指标间均呈现正相关关系（P ≤0.01），在男性中，躯干脂肪率、总体脂率及总肌肉量相关性最好；在女性中，总体脂率、躯干脂肪率及推定骨量的相关性最好。

配对t检验结果显示，在成年男女的右上肢肌肉量及在女性的推定骨量，男性的左肢脂肪率及右下肢脂肪率中，差异无统计学意义（P＞0.05），说明2种机器在这上述项目检测中无差异。

表1 3种机器测量指标值（±s）Tab1 Measurement indicators from three kinds of machine（±s）Index Male Female BC-601 MC-180 LUNAR DEXA BC-601 MC-180 LUNAR DEXA PBF 19.34±6.64 20.89±7.67 21.77±9.52
29.57±6.09 29.97±6.24 32.42±6.41 TBMM 54.62±8.92 52.98±7.76
52.12±7.14 37.15±3.28 36.65±3.36 35.10±3.40 EBM 3.01±0.46 2.88±0.41 2.77±0.41 2.29±0.31 2.26±0.32 2.25±0.33 PBW 53.26±4.99 37.07±5.79 - 48.47±3.68 27.13±3.00 -VFL 7.23±5.06 7.29±5.14 - 3.71±2.10 3.40±2.72 -PRULF 15.32±4.96 15.18±5.76 18.28±10.35 26.62±6.63 25.73±6.90
31.77±7.49 PLULF 16.32±4.66 16.27±6.06 17.15±9.56 27.85±6.50
27.30±6.89 31.78±7.48 PRLLF 20.31±5.75 19.84±6.58 20.42±7.58
32.62±4.51 32.19±4.28 35.23±5.17 PLLLF 20.35±5.22 19.94±6.41
20.40±7.58 32.57±4.33 32.15±4.2335.23±5.18 PTF 19.64±8.31 22.63±9.12 24.94±11.59 28.02±7.27 28.77±7.83 33.03±7.86 RULMM 2.79±0.51
2.82±0.43 2.93±0.56 1.67±0.21 1.70±0.24 1.63±0.28 LULMM 2.60±0.52
2.68±0.45 2.83±0.54 1.56±0.22 1.66±0.23 1.66±0.28 RLLMM 9.62±2.45 10.41±1.77 8.86±1.25 6.15±0.52 7.04±0.57 5.93±0.67 LLLMM 9.59±2.51 10.34±1.77 8.77±1.44 6.08±0.54 6.97±0.56 5.93±0.70 TMM 29.34±4.52 26.84±
3.87 2
4.65±4.11 21.71±2.04 19.38±2.11 16.75±1.62
表2 3种机器测量指标间比较Tab2 The comparisons among the three machine indicatorsa：BC-601 vs LUNAR DEXA；b：BC-601 vs MC-180；c：MC-180 vs LUNAR DEXA.Paired t-test：△ P＜0.05，△△ P＜0.01；Pearson correlation analysis：* P＜0.05，** P＜0.01Index Male Female a b c a b c PBF 0.919**△△ 0.927**△△ 0.948** 0.873**△△ 0.949** 0.931**△△ TBMM
0.928**△△ 0.971**△△ 0.949** 0.813**△△ 0.957**△△ 0.925**△△ EBM 0.797**△△ 0.953** 0.821**△ 0.833** 0.961**△△ 0.821** PBW - -0.309 - - -0.649**△△ -VFL - 0.986** - - 0.908** -PRULF 0.647**△ 0.863** 0.761**△ 0.829**△△
0.950**△△ 0.886**△△ PLULF 0.863** 0.875**△△ 0.964** 0.792**△△ 0.911**
0.874**△△ PRLLF 0.842** 0.872**△△ 0.907** 0.749**△△ 0.887** 0.870**△△ PLLLF 0.821** 0.845**△△ 0.907** 0.742**△△ 0.873** 0.872**△△ PTF
0.932**△△ 0.911**△△ 0.904**△ 0.866**△△ 0.950**△ 0.922**△△ RULMM
0.516** 0.917** 0.636** 0.786** 0.914**△ 0.854**△△ LULMM 0.712**△△
0.956**△△ 0.760**△ 0.773**△△ 0.872**△△ 0.860** RLLMM 0.781**△
0.873**△△ 0.860**△△ 0.743**△ 0.849**△△ 0.823**△△ LLLMM 0.796**△△
0.873**△△ 0.888**△△ 0.754**△△ 0.814**△△ 0.830**△△ TMM 0.814**△△
0.767** 0.819**△△ 0.764**△△ 0.921**△△ 0.784**△△
MC-180与LUNAR DEXA 测试仪间相关性结果也呈正相关关系，在男性中表现
最好的是总体脂率、左上肢脂肪率及总肌肉量；女性中总体脂率、躯干脂肪率及总肌肉量间相关性最好。

配对t检验结果显示，男性中有6 项指标间的测量结果间
差异无统计学意义（P＞0.05），女性中仅推定骨量及左上肢肌肉量的测量结果无统计学意义，这表明这2种机器在以上项目间的检测无差异。

2.2 BC-601与MC-180的一致性比较
Bland-Altman 图形分析法是计算2种测量结果的一致性界限，在二维直角坐标中，用横轴x 表示2种方法测量每个对象的平均值，纵轴y 表示2种方法测量每个对
象的差值，就可以得到Bland-Altman 图，最后结合实际得出2种测量方法是否
具有一致性的结论[12]。

如果差值服从正态分布，那么95%的差值应该位于：差
值均值-1.96 差值标准差和差值均值+1.96 差值标准差之间，称为95%的一致性
界限。

如果2种测量结果的差异绝大多数位于一致性界限内，则这2种方法具有
较好的一致性。

Bland-Altman 分析图中，上下两条水平实线代表95%一致性界
限的上下限，中间实线代表差值的均数，虚线代表差值均数为0。

如果2种测量方法的一致程度越高，则代表差值均数的实线越接近代表差值均数为0的虚线。

体脂率是指体内脂肪在体质中的比例，反映了人体内脂肪的含量，它是人体中最重
要的能量储备物质，其含量及分布与生长、发育、衰老有密切的关系，而且还是肥胖症的标志[13]，并与糖尿病、脂肪肝及心血管疾病有关。

肌肉量约占人体的45%，在人体维持平衡、执行运动中起着重要的作用，另外也是人体能量的消耗器官，如在老年人中经常发生的肌少症[14]，因此对于体脂率及肌肉量的研究就显得尤为重要，本研究选取不同机器所测得的体脂率及总肌肉量的一致性检验。

结果显示（图1、2），在男性31个点中，总体脂率及总肌肉量中均有2个点位于一致性界限范围之外，比列为6.45%，大于5%。

在女性49个点中，总体脂率及总肌肉量中有2个点位于一致性界限范围之外，比列为4.08%，小于5%。

可以认为这2种仪器在测量女性的总体脂率及总肌肉量时，有更好的一致性。

图1 BC-601与MC-180 测量总体脂率一致性的Bland-Altman 分析Fig1 Bland-Altman analysis of consistency between BC-601 and MC-180 in measuring percent body fatA：Males； B：Females
2.3 BC-601与LUNAR DEXA 测试仪的一致性比较
结果显示（图3、4），男性31个点中，在总体脂率中有1个点位于一致性界限范围之外，比例为3.23%，小于5%，在总肌肉量中，所有点均在一致性界限范围之内；女性49个点中，在总体脂率中，有1个点处于界限范围之外，比例为2.04%，小于5%，而在总肌肉量中，有3个点位于一致性界限范围之外，比例为6.12%，大于5%。

可以认为这2种仪器对于总体脂率的测量具有较好的一致性，对于总肌肉量的测量结果，在男性中的一致性优于女性。

图2 BC-601与MC-180 测量总肌肉量一致性的Bland-Altman 分析Fig2 Bland-Altman analysis of consistency between BC-601 and MC-180 in measuring total muscle massA：Males； B：Females
图3 BC-601与LUNAR DEXA 测试仪测量总体脂率一致性的Bland-Altman 分析Fig3 Bland-Altman analysis of consistency between BC-601 and LUNAR
DEXA tester tester in measuring percent of body fatA：Males；B：Females 图4 BC-601与LUNAR DEXA 测试仪测量总肌肉量一致性的Bland-Altman 分析Fig4 Bland-Altman analysis of consistency between BC-601 and LUNAR DEXA tester measurements of total muscle massA：Males；B：Females 2.4 DEXA与MC-180的一致性比较
结果显示（图5、6），男性31个点中，在总体脂率及总肌肉量中均有1个点位于一致性界限范围之外，比例为3.23%，小于5%，女性47个点中，在总体脂率级总肌肉量中，均有4个点处于界限范围之外，比例为8.51%，小于5%，可以认为这2种仪器对总体脂率及总肌肉量的测量在男性中具有较好的一致性。

图5 MC-180与LUNAR DEXA 测试仪测量总体脂率一致性的Bland-Altman 分析Fig5 Bland-Altman analysis of consistency between MC-180 and LUNAR DEXA tester in measuring percent body fatA：Males； B：Females
图6 MC-180与LUNAR DEXA 测试仪测量总肌肉量一致性的Bland-Altman 分析Fig6 Bland-Altman analysis of consistency between MC-180 and LUNAR DEXA tester measurements of total muscle massA：Males；B：Females
3 讨论
水下称重法是测量身体成分的最经典方法，LUNAR DEXA 测试仪是以 DEXA为原理，它是采用X 线作为放射源，探测全身或某个部位骨和软组织含量，测量结果精确度、准确度高，测量范围广、容量大、指标多、速度快，有研究表明，DEXA 测量身体不同部位脂肪含量与水下称重法估计结果差异无统计学意义，且测量时无需水下憋气，操作简便准确，在临床和相关研究中，被看作是目前评价身体成分的“标准”测验，被称为“黄金”标准[15-16]，但DEXA 测试设备的要求较高，DEXA 体积大，不便携带，只适于在医院及固定的实验室和测量场所使用[17]。

选择携带方便，适宜野外工作的身体成分测量仪具有重要意义。

BC-601是应用BIA测量身体各个部位的阻抗来评估人体成分。

MC-180是利用测量方法DEXA，以东方人为对象测出体脂肪率、脂肪量、肌肉量及骨量等值，在此基础上，采用BIA测量包括全身、右腿、左腿等的阻抗值来使被测者清晰了解身
体状况。

2种机器均用到欧姆龙生物电阻抗法，这种方法是1985年由Lukaski等[18] 提出的，是一种通过电学方法测定人体水分的技术。

它以统计学为工具，通
过研究人体相应部位的不同频率的阻抗值与一些人体成分参数的相关性，结合人体体质量、年龄、性别等基本参数，建立相应阻抗和相应人体成分的经验公式，并通过已知人体成分推算未知人体成分[19]。

2种机器都可以用来测量局部或全身的脂肪及肌肉，目前运用MC-180 较多[20-22]，可为控制体质量瘦身、肌肉训练、营养平衡和诊断疾病等提供科学依据，还可以通过测定细胞外液量和细胞内液量，可用于控制身体水分平衡，多种测试项目，清楚地了解身体各项指数情况，特别是通过测量，对肌肉综合评价与部位别体脂肪分析的清晰反映，更一目了然地掌握身体健康状况，同时可以有效地进行饮食与运动计划，确保良好的身体健康与身材曲线。

但因其体积较大，多见于室内实验研究，另外，该机器有一定的放射性且造价较高，对于大群体的野外试验具有一定的局限性。

BC-160是平时生活中较常见的测量人体身体成分的仪器，优点在于测定快速、安全、无损伤，价廉而且便于携带，因而适用于临床测定与田野研究。

然而，用BIA 测定时容易受多种因素的影响。

在本研究中，在机器BC-601与MC-180 比较中，女性测量的总体脂率、左上肢
脂肪率、右下肢脂肪率、左下肢脂肪率及总肌肉量时，2种机器测量的结果相差不大，可以替换，另外，在测量推定骨量、水分率、内脏脂肪时，BC-601 会出现高估结果的现象；然而在测量躯干脂肪率、四肢肌肉量及躯干肌肉量时，出现低估现象。

男性在测量推定骨量、水分率、内脏脂肪、右上肢肌肉量及右上肢脂肪率时，2种机器一致性较好，可以代换。

测量总肌肉量、左肢脂肪率、右下肢脂肪率及躯干肌肉量时，结果会高估；在测量总体脂率、躯干脂肪、左肢肌肉量及右下肢肌肉
量时，结果低估。

在机器BC-601与LUNAR DEXA 测试仪的比较中，男女在测量右上肌肉量及女性的推定骨量及男性的四肢体脂率时，2种机器无明显差异，可以替换。

但是除左上肢肌肉量出现低估现象及推定骨量男性出现高估现象外，在成年男女中，均表现出低估脂肪率的测量及高估肌肉量测量的现象。

就肌肉量而言，男性的高估情况要高于女性。

对于脂肪率的测定情况与肌肉量的测量情况相反，女性的低估量要高于男性，男性仅在右上肢脂肪率、躯干脂肪率及总体脂率上表现出低估现象，而女性在四肢、躯干及总体脂率方面均出现此类现象。

在机器MC-180与LUNAR DEXA 测试仪的比较中，除男性中推定骨量（低估）、成年男女中左上肌肌肉量（高估）外，均出现低估肌肉量，高估脂肪率的现象。

对于身体成分测量方法的比较，主要集中于BIA与DEXA的比较[23]，本研究的
讨论分别以另外2种机器为参考标准，检验小机器在日常生活中的可行性与适用性，另外，在本研究中不仅有测量方法BIA与DEXA的比较，也添加了1种方法
下2种大小机器间的比较，运用了不同的比较方法，相关性检验是比较测量仪器
测试数据间的相关性程度的大小，配对样本t检验是比较两测量仪器测试均数的差别，对系统误差敏感，但不能兼顾随机误差，而Bland-Altman 一致性图谱分析
法既考虑随机误差又考虑系统误差对一致性的影响，并可结合专业意义进行判断，具有独特的优势。

本研究结果表明，BIA与DEXA 相比会低估脂肪率、高估肌肉量，这与黄锟等[24]在儿童青少年体成分不同测量方法比较中对于2种技术分析比较的结果一致。

大小仪器结果显示，BC-601与MC-180 相比会低估躯干脂肪率，高估四肢脂肪率，低估四肢肌肉量，高估躯干肌肉量。

综上，在成年男女的总体脂率及总肌肉量中，均有数据均落在95%的一致性范围
之内，一致性较好；因而小机器BC-601 可以替代其余2种机器，这与马军等[25] 的结果一致。

小机器BC-601在测量成年人的总体脂率[26] 及总肌肉量时较为准
确，这可以帮助人们在今后的日常生活中监测肥胖情况，并有助于人群对肥胖和肥胖相关疾病的预防与保健，也可观察肌肉含量变化，早期筛查出肌少症患者，并及时干预。

可延缓肌肉衰减速度。

推迟因肌肉质量及功能下降导致的一系列并发症，进而对改善其生活质量具有重要意义。

参考文献
【相关文献】
[1]闫丹，阮祥燕.人体成分测定方法的临床应用与进展[J].中国组织工程研究与临床康复，2011，15（24）：4499-4502.
[2]陈小香，谭新，邓伟民.老年男性骨密度与身体成分相关性的研究[J].中国骨质疏松杂志，2017，23（10）：1296-1299.
[3]徐磊，李春艳，毛彩凤，等.运动结合饮食干预对肥胖青少年血清脂肪酸组分和身体成分的影响及其相关性研究[J].武汉体育学院学报，2018，52（9）：86-92.
[4]郑文霞，王晓成，房娜.人体成分与高脂血症关系的研究[J].中国药物与临床，2018，18（4）：611-613.
[5]李春瑶，李硕，冯怀志，等.高血压患者体成分分析与危险因素的相关性研究[J].西南国防医药，2015，25（1）：58-60.
[6]刘陪沛，杨雪，彭楠，等.老年人患慢性病的数量与脂肪、肌肉等体成分的相关性研究[J].中华老年多器官疾病杂志，2017，16（12）：910-914.
[7]王芳媛，张一英，张社平，等.临夏州回族成人体成分分析[J].解剖学杂志，2018，41（5）：581-586.
[8]宇克莉，杜慧敏，贾亚兰，等.布朗族的体质特征[J].解剖学杂志，2017，40（5）：574-579，602.
[9]席焕久，李文慧，温有锋，等.人体成分研究概览[J].人类学学报，2018，37（2）：243-252.
[10]罗琳.生物电阻抗法与双能x 线吸收法的比较研究—以测量老年人的体脂率为例[J].当代体育科技，2013，3（13）：32，43.
[11]杜文娅.6～9岁骨龄男童体脂率测量方法的比较及公式推算[J].解剖学杂志，2016（4）：494-497.
[12]李荣娟，苏武锦.Bland-Altman 分析法在临床检验方法比较的实例应用和绘图介绍[J].国际检验医学杂志，2013，34（20）：2727-2729.
[13]阮哲.肥胖与体脂率的关联性研究[J].体育时空，2018，（3）：119.
[14]张敬宜，陈婉秋.老年人肌少症的研究进展[J].医药前沿，2018，8（27）：10-11.
[15]孙蕴，张琦，马兆坤，等.女中学生全身骨密度与肌肉、脂肪的相关性分析[J].中国妇幼保健，2017，32（15）：3446-3448
[16]马军，冯宁，张世伟，等.7～15岁体重正常儿童身体成分变化分析[J].中国学校卫生，2006，27（9）：741-743.
[17]陈昭.生物人类学和人体组成学的渊源关系[J].人类学学报，2013，32（3）：264-273.
[18]武宝爱，王人卫，毕玉萍.欧姆龙生物电阻抗法与双能X 线吸收法测量成年人体脂率的比较[J].
上海体育学院学报，2012，36（1）：59-63.
[19]Kyle U G，Bosaeus I，De Lorenzo A D，et al.Bioelectrical impedance analysis-part I：review of principles and methods[J].Clin Nutrit，2004，23（5）：1226-1243.
[20]黄利华.饮食、运动及其他生活习惯对大学生身体成分的影响[J].广州城市职业学院学报，2014，8（4）：60-66.
[21]时昌松，安平，郭海英.20-69周岁年龄人群体脂分布情况的研究[J].浙江体育科学，2010，32（2）：109-111，116.
[22]丁增辉，陈炜，占礼葵，等.基于定量超声的青年男性骨质评价及其影响因素分析[J].北京生物
医学工程，2017，36（3）：279-283.
[23]贺媛，唐文斌，李兴博.生物电阻抗分析法和双能X 射线吸收法测量老年人体脂肪率的对比研
究[J].中国食物与营养，2016，22（4）：86-89.
[24]黄锟，陶芳标，任安，等.儿童青少年体成分不同测量方法比较[J].中国公共卫生，2007，23（11）：1303-1305.
[25]马军，冯宁，阿布都艾尼· 吾布力，等.双能X 线吸收法与生物电阻抗法测量儿童身体成分结果比较[J].中国学校卫生，2007，28（1）：3-6.
[26]张美娟.生物电阻抗法评价成年人全身体脂率效度[J].中国老年学杂志，2015，35（1）：192-194.。