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Basal Metabolic Rate Determined by Indirect Calorimetry and Its Correlation to Body Composition of Beijing Adult Residents
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摘要:目的 测定从事轻体力劳动的北京成年居民的基础代谢率(basal metabolic rate, BMR)并分析其与身体成分的相关性。方法 选取从事轻体力劳动的健康北京成年居民, 采用间接测热法测定BMR, 身体成分分析仪测量身体成分, 将BMR实测值与Schofield公式计算值进行比较, 并分析BMR与身体成分的相关性。结果 共纳入健康受试者57名, 其中男30名, 平均年龄(26.87±7.33)岁(19~43岁), 女27名, 平均年龄(25.89±7.38)岁(18~43岁)。男性BMR实测值为(5259.62±715.55)kJ/d, 女性BMR实测值为(4114.55±804.33)kJ/d, 均明显低于Schofield公式计算值[男性(7113.72±539.95) kJ/d, 女性(5428.24±361.46)kJ/d, P均 < 0.0001]。男性和女性BMR与体重、体重指数以及身体成分中脂肪重、肌肉量、去脂重均呈显著正相关(P均 < 0.05), 与体脂百分比无显著相关性。男性身高与BMR显著相关(P=0.012), 而在女性其相关性不显著(P=0.433)。结论 从事轻体力劳动的北京健康成年居民BMR实测值低于现行公式计算值, BMR与个体体重、体重指数、脂肪重、肌肉量、去脂重呈正相关关系。Abstract:Objective To detect the basal metabolic rate (BMR) of Beijing adult residents who participate in light physical activity and to investigate the correlation of BMR with body composition.Methods Healthy adult residents in Beijing who participated in light physical activity were enrolled in this study. The BMR and body composition of the subjects were detected with indirect calorimetry and body composition analyzer, respectively. The difference between the detected BMR and the calculated BMR (based on Schofield equation) was compared. The correlation between BMR and body composition values was tested by the Pearson's method.Results Fifty-seven healthy subjects, including 30 males with a mean age of (26.87±7.33) years (19- 43 years) and 27 females with a mean age of (25.89±7.38) years (18- 43 years) were included in this study. The mean detected BMR value was (5259.62±715.55)kJ/d in males and (4114.55±804.33)kJ/d in females, which were significantly lower than those calculated using Schofield equation, (7113.72±539.95) kJ/d in males and (5428.24±361.46) kJ/d in females (both P < 0.0001). The measured BMR was positively correlated with the body weight, body mass index, fat mass, muscle mass, and fat free mass (all P < 0.05). The correlation of BMR to height was significant in male subjects (P=0.012), but not among the females (P=0.433).Conclusions The BMR of healthy residents in Beijing is lower than the currently recommended value based on the Schofield equation. The BMR is positively correlated with the body weight, body mass index, fat mass, muscle mass, and fat free mass.
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Keywords:
- basal metabolic rate /
- body composition
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能量需要量与种族和膳食模式密切相关, 许多国家都为其居民制定了膳食能量推荐量, 并以此为据制定健康管理、食物发展计划, 指导食品加工以及进行食品营养素标识。《中国居民膳食营养素参考摄入量》中的能量标准是中国营养学会于2000年参照1985年联合国粮农组织/世界卫生组织/联合国大学(Food and Agriculture Organization of the United Nations/World Health Organization/United Nations University, FAO/WHO/UNU)能量报告修订提出的[1], 该报告是以Schofield等[2]所计算的基础代谢率(basal metabolic rate, BMR)公式为基础, 其受试者的种族和地域都与中国居民迥异。鉴于能量不足长久以来一直是我国需考虑的重点问题, 所以2000年能量需要量标准遵循宁高勿低的原则。然而中国营养学会2002年组织实施的"全国营养调查"发现, 中国城乡居民平均能量摄入量并未达到2000年标准推荐水平, 即18~44岁从事轻体力劳动的成人的能量需求为10 780 kJ(2576 kcal), 但即便在这样的膳食能量摄入水平下, 中国目前与能量摄入过多相关的疾病, 如超重/肥胖、糖尿病等均呈明显上升趋势, 特别是在大中城市。各国陆续进行的研究均发现依据这一预测公式可能造成对能量需要的高估[3]。为此迫切需要对我国不同条件人群能量需要量加以科学评估。
成年人能量消耗主要用于基础代谢、体力活动及食物特殊热效应三个方面, 对于从事轻体力劳动的成年城市居民, 其BMR约占全天总能量消耗量的60%~70%, 它是估算成人能量消耗量的重要基础。BMR可直接测定或用公式计算, 间接测热法是能量消耗量测定方法之一, 其原理是根据三大产能营养素在产能时所消耗的氧气和产生的二氧化碳间存在的定比关系, 在特定条件下、一定时间内通过测量耗氧量和二氧化碳生成量来计算能量消耗。近年来出现的气体代谢分析仪(又名心肺功能测定仪)方法是国际通用的无创间接测热法, 已被广泛应用于实验和临床研究。
本研究使用气体代谢分析方法, 旨在获得中国北方大城市成年居民的BMR数据, 为研究中国居民膳食能量参考摄入量及营养失衡相关疾病的预防提供依据。
对象和方法
对象
纳入标准:(1)中国汉族人口, 在北京工作居留不少于1年; (2)轻体力劳动者; (3)年龄18~45岁; (4)体型正常, 体重指数(body mass index, BMI)在18.5~23.9 kg/m2之间; (5)体重稳定, 6个月内波动在5%之内; (6)女性月经周期规律(试验期回避月经期); (7)生活作息规律, 饮食习惯正常。
排除标准:(1)女性处于孕期、哺乳期或已绝经; (2)失眠、焦虑或其他精神心理疾患患者; (3)贫血、肝肾功能异常, 血压、血糖、甲状腺激素及促甲状腺激素水平不在正常范围者; (4)急、慢性消化系统疾病患者; (5)有酗酒史者; (6)无法配合完成检测者。
所有入选受试者签署知情同意书后, 进行体格检查以及身体成分和BMR测定。
体格检查
身高和体重:清晨空腹排便后着内衣裤用同一身高尺和体重计测量。身高精确度为0.2 cm, 体重精确度为0.01 kg(HW100KGL, 日本); 计算BMI=体重/身高2(kg/m2)。血压:清晨空腹排便后, 采用校准后的水银血压计测定坐姿下的血压2次, 取均值。血液检测:清晨空腹8 h以上, 取静脉血进行全血细胞分析或肝肾功能、甲状腺功能(T3、T4、促甲状腺激素)、血糖、血脂等检测。
身体成分测定
采用身体成分分析仪(BCA-2A, 清华同方公司, 北京)进行测量, 测量指标包括体脂肪重、肌肉重、去脂重和体脂百分比。
间接测热法测定
采用心肺功能测定仪(Ergo, Cosmed, 意大利)对基础代谢能量消耗进行测定。受试者在试验期内禁烟酒, 不从事重体力劳动和剧烈运动, 处在轻体力活动状态下, 并提前佩戴Ergo面罩练习平稳呼吸。测试前1 d受试者入住单人房间, 室内温度20~25℃, 湿度40%~60%。测试当日清晨受试者从睡眠状态中被唤醒, 处于完全空腹、安静、清醒而舒适的状态下进行测试, 测试过程中不能活动四肢、说话和摇头。进行BMR测定前对Ergo先行校准, 而后测试11 min, 第1分钟的数据作为适应期舍弃。期间重复3次监测受试者体温、心率和呼吸频率; 使用温湿度计(Acclr DWS 508C/D, 北京)记录房间温度和湿度。质控:受试者分2天进行复测, 两次测定误差应不超过5%, 在5%以上者应再次复测, 如误差仍大于5%数据不能纳入统计。
Schofield公式计算BMR
采用WHO推荐的BMR计算公式——Schofield BMR公式对受试者BMR进行计算。男性:18~30岁BMR(kJ)=63×W+2896, 31~60岁BMR(kJ)=48×W+3653;女性:18~30岁BMR(kJ)=62×W+2036, 31~60岁BMR(kJ)=34×W+3538;其中W为体重(kg)。
统计学处理
采用SAS 9.13统计分析软件(SAS Institute, Inc., Cary, NC. Order No. 195557)进行统计学分析。计量资料描述使用均数±标准差, 计数资料描述使用例数及百分数, 各次测量的计量资料差异采用重复测量设计的配对t检验进行比较, BMR测量均值与其他数据的相关性采用双变量相关性分析(Pearson's correlation)。统计检验采用双侧检验, P值小于或等于0.05认为差异有统计学意义。
结果
受试者一般资料
本研究共纳入健康受试者57名, 其中男30名, 平均年龄(26.87±7.33)岁(19~43岁), 女27名, 平均年龄(25.89±7.38)岁(18~43岁); 受教育程度分为6个等级(文盲、小学、初中、高中、大专、大学及以上), 受试者受教育程度均在中等教育以上, 包括初中9名, 高中9名, 大专23名, 大学及以上16名; 职业包括大学生(n=9)、技术工人(n=14)、公司职员(n=20)和医生(n=14)。
试者BMR实测结果及与公式计算值的比较
男性BMR测定值为(5259.62±715.55)kJ/d, 女性BMR测定值为(4114.55±804.33)kJ/d.均显著低于Schofield公式计算结果(P < 0.0001(表 1)。
表 1 基础代谢率实测结果及公式计算值(kJ/d, $ \overline x \pm s $)
受试者身体成分测量结果及与BMR的相关性
不同性别受试者体格检查和身体成分测量结果见表 2。受试者BMR测定结果与体重、BMI以及身体成分中脂肪重、肌肉量、去脂重等均呈显著正相关(P < 0.05);与体脂百分比无显著性相关。BMR与身高的相关性在男性、女性的结果不同, 男性身高与BMR显著相关(P=0.012), 而在女性其相关性不显著(P=0.433)(表 3)。
表 2 不同性别受试者体格检查和身体成分测量结果($ \overline x \pm s $)
表 3 基础代谢率与身体成分的相关性
讨论
间接测热方法与设备的进步为准确评估人体BMR提供了可行性。国内多家研究单位近年纷纷开展BMR研究, 结果显示我国不同地域人群BMR测定值均低于Schofield公式计算值[4-7]。许佳章等[4]实测中国南部城市深圳市成人BMR为(3.14±0.61)kJ/(kg·h), 而Schofield公式(修正)计算值为(4.03±0.20)kJ/(kg·h), 测量值比计算值低22%左右, 两者间差异有统计学意义(P < 0.001)。孙悦等[5-6]对中国北部河北省青年女性进行的BMR测量结果比计算值低24%左右。本研究选取的受试对象为在中国北京居住、从事轻体力劳动的健康成年人, 男性和女性BMR测定结果均低于Schofield公式计算结果, 与其他研究结论接近。提示在缺乏实测条件时, 以Schofield公式估计轻体力劳动者BMR应乘以折算系数。随着国人体质营养学数据库的建立和完善, 我国将据此对现行能量需要量的国家标准进行修订。
本研究同时分析了BMR与身体成分的相关性, 结果示BMR水平与身体成分中脂肪重、肌肉量、去脂重等均呈显著正相关, 却与体脂百分比无显著相关性。可见在体型正常的成年人, 决定BMR水平的主要为瘦体组织量和体重水平, 后者既受瘦体组织水平影响也受脂肪量的影响; 而体脂比例对BMR的影响不显著。
利用间接测热仪器开展BMR的测量不仅可用于人群营养需要量的研究, 更适用于临床对代谢相关性疾病诊治或各种疾病营养支持中准确评估能量需要, 分析能量来源和营养支持效果, 开展个体化的应用。
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