《Nutrients》：Assessment of the Predictive Potential of Pediatric Relative Fat Mass Compared to Alternative Measures of Obesity for Cardiorespiratory Fitness in Children: Longitudinal Associations During Two-Year Follow-Up
Maria Zadarko-Domaradzka,
Marek Sobolewski and
Emilian Zadarko
1. 引言
儿童不健康的饮食习惯与低水平的身体活动（PA）相结合，会增加肥胖、糖尿病、心血管疾病等风险。数据显示，在欧洲地区7-9岁的儿童中，有四分之一的儿童存在超重（包括肥胖），男孩的发生率略高于女孩。在波兰，随着年龄增长，7-9岁儿童的超重比例在上升，而参与身体活动的比例却在下降。导致儿童肥胖的重要因素包括蔬菜水果摄入不足、高热量零食摄入过多、餐次不足、不吃早餐、饮用含糖饮料、边看电视边吃饭以及久坐的生活方式。值得注意的是，一些研究结果显示，体脂含量较高的儿童并不比更瘦的同龄人从食物和饮料中摄入更多能量，但他们的活动量更少。日益被强调的是，超重和肥胖主要反映了健康的社会和商业决定因素。过多的脂肪组织积累会引起一系列代谢紊乱，并可能导致多种疾病的发生。
儿童期肥胖会增加成年后心血管疾病危险因素、发病率和死亡率的发生。在7-10岁的儿童中，超重与体质不佳相结合会增加心血管代谢风险因素的发生率，如高密度脂蛋白胆固醇和甘油三酯水平的变化。研究表明，在学龄前儿童、学龄儿童和青少年中，过量的体脂肪与心肺适能（CRF）呈负相关。CRF的重要性在研究文献中被广泛描述，并被视为评估青年健康状况的基本指标，被称为“临床生命体征”。定期测量CRF作为健康标志并常规开具身体活动处方，可能是一项支持公共健康的审慎策略。然而，CRF在医疗保健环境中并未被常规测量。体脂肪和CRF都是影响儿童期心血管健康的关键因素。良好的CRF水平可以降低超重儿童心血管代谢紊乱的发生率。青少年和儿童群体的CRF水平不仅是当前健康状况的指标，还有助于预测未来的疾病。
目前大多数针对健康的肥胖评估都基于体质量指数（BMI）。BMI作为体脂肪测量指标的准确性存在争议。在流行病学研究中，它最常被用作体脂肪的替代指标，但在个体层面上提供的健康信息不足。因此，需要比单独使用BMI更好的方法来定义肥胖。BMI本身作为诊断标准是不充分的，体脂肪的分布对健康有显著影响。相对脂肪质量（RFM）可能是BMI的一个替代指标。
RFM是一种相对较新开发的算法，基于身高和腰围的测量，被建议作为估计体脂肪的新方法。研究者针对特定年龄组开发了几种线性方程，即：成年人和15-19岁青少年，以及8-14岁的儿科人群，将后者的算法定义为儿科相对脂肪质量指数（RFMp）。研究表明，在不同种族背景的人群中，通过双能X线吸收测定法（DXA）测量的脂肪质量百分比与通过RFM和RFMp估计的脂肪质量百分比之间存在良好的相关性。这些发现在墨西哥成年人群的外部验证中得到证实，显示RFM与DXA的相关性比与空气置换体积描记法或生物电阻抗分析法的相关性更强。在巴西儿童和青少年中的研究结果也证实，针对儿科男女群体开发的RFMp方程，在生物成熟的不同阶段，与DXA相比，都能准确预测体脂百分比。
在墨西哥一所公立学校531名儿童的前瞻性研究中，发现BIA与RFM之间的相关性最高。作者建议，在没有BIA的情况下，可以使用RFM/pRFM来更好地近似估计脂肪质量百分比。根据Cho等人的研究，RFM反映了腹部肥胖，可用于涉及青少年的纵向/干预性研究，从而无需进行昂贵的影像学检查。RFM可以作为普通人群中肥胖和心血管风险的简单直观标志物。对荷兰普通人群的RFM与全因死亡率之间关系的分析表明，较高的RFM值与死亡风险增加显著相关。对其他人群的进一步分析证实了这种相关性，表明在估计糖尿病和心血管疾病相关的死亡风险等方面，RFM优于传统的肥胖指标。
尽管RFM在各种情境下被分析，但关于RFM与成人和儿科人群心肺适能水平之间关联的研究很少。文献回顾表明，迄今为止，尚未有研究在纵向研究中分析RFMp作为学龄儿童心肺适能预测因子的潜力。我们之前的横断面研究分析显示，在学龄儿童中，与BMI、腰臀比、腰高比、三角体重指数和腰围-BMI比率等其他肥胖人体测量指标相比，RFMp方程是最强的心肺适能预测因子，与通过BIA方法获得的体脂百分比相当。
本研究旨在与替代指标相比较，考察RFMp在预测学龄儿童两年后心肺适能方面的预后价值。
2. 材料与方法
2.1. 研究对象
研究在波兰东南部进行。分析涵盖了一项纵向研究的结果，研究对象是参加必修体育课的学龄儿童。样本选择是有目的的，研究是在与热舒夫大学体育学院签署合作协议的一所学校进行的。研究在2017-2019年间进行，并获得了大学生物伦理委员会的批准。在测试前，获得了学校当局、父母或法定监护人以及儿童的书面同意。
在一年间隔内进行了三轮测量，时间总是在同几个月。每次均进行人体测量，并基于20米往返跑测试评估心肺适能。心肺适能的主要指标是完成的20米往返跑圈数。
纳入分析的具体结果标准是儿童的日历年龄（第一次研究时年龄为9-13岁，因为RFMp算法专用于8-14岁儿童和青少年）以及连续研究年份中参加所有三次测量。分析的数据涉及同一组儿童。数据不完整构成排除标准。总共有107名儿童符合纳入标准。
2.2. 研究程序
研究程序、人体测量技术和CRF测量方法已在其他地方详细描述。简而言之，测量由同一组经过培训的工作人员在连续三年中按照标准化方案进行。
身高使用移动式测高仪测量，体重和体脂百分比通过生物电阻抗分析法使用身体成分分析仪测定。腰围和臀围使用人体测量卷尺测量，精度为0.1厘米。
心肺适能基于20米往返跑进行评估。测试参与者需完成一段20米距离的往返跑，跑步速度由音频信号调节，信号频率逐渐增加。起始速度为8.5公里/小时，每阶段增加0.5公里/小时。测试结果以完全完成的20米圈数计。
BMI用于评估所研究儿童的营养状况。BMI z分数根据世界卫生组织的标准计算和分类。
2.3. 统计分析
首次检查时的年龄、人体测量数据和体脂百分比基线数据使用均值和标准差呈现，并使用曼-惠特尼检验评估男孩和女孩之间差异的显著性。两年后测量的圈数以相同方式呈现。使用威尔科克森检验评估两年期间BMI分类变化的显著性。
为了确定描述两年后CRF测试结果的指标，应用了线性回归分析。模型分别针对男孩和女孩构建。因变量是两年随访后完成的圈数，自变量是年龄，以及首次研究中每个单独的人体测量指标和体脂百分比。
根据人体测量获得的数据，使用以下公式计算与肥胖评估相关的指数：
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RFMp = 74 ? (22 × (身高/腰围)) + (5 × 性别)，其中男孩性别为0，女孩为1。
- •
BMI = 体重 / 身高2
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WHR = 腰围 / 臀围
- •
WHtR = 腰围 / 身高
- •
TMI = 体重 / 身高3
- •
腰围-BMI比率 = 腰围 / BMI
还尝试寻找一个包含多个指标同时出现的预测模型。为此，使用了逐步回归程序来识别最能解释因变量且仅包含具有统计学意义的自变量的模型。基于决定系数评估特定指标的预测价值。所有分析均使用Statistica 13.3软件进行。统计学显著性阈值设定为α = 0.05。
3. 结果
3.1. 研究人群的一般身体特征
根据研究初期人体测量数据，计算了与肥胖评估相关的指数。男孩和女孩在一些身体指标以及体脂含量上存在统计学显著差异，这证实了需要按性别分别建模预测CRF测试结果的必要性。
根据BMI分类，在研究组中，无论是男孩还是女孩，体重正常的儿童占比最大。然而，超重或肥胖儿童的比例也很高，其中男孩的肥胖发生率相对较高。在整个组中没有记录到低于正常值的情况。在两年观察期间，女孩的BMI类别分布发生了显著变化，正常BMI女孩的比例增加，而超重和肥胖女孩的比例下降。在男孩中，肥胖个体的比例保持不变。
CRF测试的结果是完全完成的20米圈数。两年随访后，女孩和男孩在每个年龄组中完成的圈数的平均值、标准差和数量。完成的圈数随儿童年龄变化很大。随着年龄增长，男孩的优势也逐渐显现。
3.2. 预测模型
首先，针对每个分析的人体测量指标，分别构建了八个预测两年后CRF的模型。模型分别针对男孩和女孩构建，并引入了儿童年龄作为协变量。
所有考虑人体测量指标的预测模型均具有统计学显著性。然而，对于女孩和男孩而言，RFMp似乎是两年期间最佳的心肺适能预测因子。预测未来圈数数值的准确性在男孩中要高得多，决定系数分别为男孩R2= 71%，女孩R2= 30.7%。
为了更精确地识别最能预测两年后CRF测试结果的因素，应用了多元回归分析。模型分别针对女孩和男孩构建。因变量是人体测量指标测量两年后的圈数，自变量是研究开始时的年龄以及所有身体和体型指标的值。采用逐步回归程序来确定最能解释因变量的模型，同时纳入具有统计学意义的自变量。然而，没有找到比先前模型更复杂的模型。因此，下面展示了基于年龄和RFMp的决定系数最高的模型的详细结果。
获得的男孩模型能够很好地描述两年期间的CRF，决定系数达到R2= 71.5%，这是一个非常强的结果。该模型也包含了年龄和RFMp。RFMp每增加1分，会导致完成的圈数减少2.9圈。基于?系数的值，可以得出结论，在男孩组中，初始RFMp值对两年后CRF结果的影响显著大于年龄。
为女孩获得的模型的预测价值要低得多，决定系数为R2= 30.7%。该模型包含了年龄和RFMp。RFMp每增加1分，会导致完成的圈数减少0.8圈。在女孩组中，RFMp对两年后CRF的影响略大于年龄，尽管这种差异不像男孩中那样明显。
4. 讨论
在本研究中，我们试图评估RFMp在预测学龄儿童两年后心肺适能方面的价值，并与替代指标进行比较，同时确定研究组内是否存在性别差异。本研究的一个重要优势是，首次展示了RFMp与以完全完成的20米往返跑圈数表示的儿童两年后心肺适能之间的关系。
在本研究中，所有包含在评估心肺适能背景下所检查的人体测量指标的预测模型均具有统计学显著性。值得注意的是，在所有模型中，对未来圈数值预测的准确性，男孩都远高于女孩。我们已经证明，在所有考虑的肥胖指标中，RFMp方程和WHtR对两年后CRF的预测价值最高。
类似的研究，但针对10-11岁威尔士儿童的横断面研究，仅考虑了BMI、腰围、WHtR和体脂百分比等指标，结果显示，CRF水平的最强预测因子依次是BMI、体脂百分比、WHtR和腰围，并强调它们都具有统计学显著性。
儿童的低水平体能与心血管代谢风险因素的发展有关，并且这种风险可以通过改善心肺适能来改变。有观察发现，在欧洲青少年中，心肺适能在肥胖与心血管代谢风险之间的关联中起着显著的部分中介作用。在三年的观察中注意到，心肺适能调节了8-17岁儿童和青少年的体脂百分比与收缩压和舒张压之间的关联。心肺适能的变化减弱了基线体脂百分比与观察期间血压之间的关联。一项对中国8-10岁儿童的研究表明，心肺适能部分削弱了肥胖指数与心血管代谢风险标记物的个体和群体结果之间的关联，其中腰高比的介导作用最显著。
鉴于直接测量脂肪组织和心肺适能需要专业设备和时间，人们正在寻找基于简单人体测量的新型肥胖测量方法，并采用预测模型，以便能够基于简单的人体测量来估计心肺适能。
在儿童和青少年的研究中，20米往返跑最常用于评估心肺适能。迄今为止获得的结果支持将这项测试作为儿童和青少年的整体健康指标。然而，要进行这项测试，需要20米的开阔空间，这在临床条件下构成了一定的限制。这就是为什么需要寻找新的心肺适能估计方法，基于在基层医疗就诊时易于收集的信息，而不是基于体能测试，以便在临床和环境实践中利用这一重要的生物标志物。
从方法论的角度来看，RFMp是一个有前景的人体测量代理变量，可用于纵向、干预和流行病学研究，特别是在直接测量心肺适能困难、昂贵或对参与者负担重的情况下。其测量的通用性使得RFMp易于整合到各种研究方案和数据集中。
本研究中展示的纵向工作的结果证实了我们之前横断面研究的发现。先前构建的模型，其中圈数是因变量，性别和年龄是自变量，结果显示RFMp对CRF的预测价值最高。与这项纵向研究类似，在另一项研究中，为男孩获得的模型的预后价值远高于女孩。心脏病的流行病学显示，男性患病更频繁。因此，能够提前两年预测哪些男孩可能在CRF测试中表现较差，这一点显得尤为有价值。在波兰7-9岁儿童中进行的一项全国性研究结果表明，在所有年龄组中，超重和收缩压升高在男孩中比女孩更常见。男孩的平均腰围和臀围值在所有年龄组也显著高于女孩。此外，男孩食用水果和蔬菜的可能性显著更低。
在我们模型中具有最高预测价值的两个指标，即RFMp和WHtR，都基于两个简单的人体测量：身高和腰围。Wollcott和Bergman在其研究中指出，RFMp和WHtR在预测女孩和男孩的全身脂肪百分比方面表现出相似的能力。在8-14岁的儿童和青少年中，与BMI相比，RFMp对两性超重或肥胖的诊断准确性更高。
此外，针对成年人的研究表明，与BMI相比，RFM是使用各种身体成分分析方法确定的更好的体脂百分比预测因子。已经注意到，在与肥胖相关的众多人体测量指标中，RFM显示出与荷兰人群心力衰竭发生风险最强的相关性。RFM是比BMI更强的心血管代谢多发病风险指标和预测因子。进一步的研究结果表明，RFM在两性的血脂异常和代谢综合征方面具有很高的预测准确性。它与2型糖尿病患者的血脂异常和血糖也密切相关。RFM与心力衰竭的发生风险密切相关。一项横断面研究表明，RFM与中风存在显著正相关，因此，考虑RFM水平可能有助于预防中风的发生和复发。
基于我们自己的研究和其他研究者的发现，Woolcott和Bergman开发的RFMp算法似乎是一种应该被推广并常规用于临床和学校实践的工具，用于估计儿童群体的脂肪组织并预测其CRF，以便尽早识别需要干预的个体/环境。RFMp算法测量的简便性使其可用于涉及大型、多样化和跨国人群的研究，并能够在进行适当外部验证的前提下，比较不同人群中脂肪分布背景下的CRF预测。外部验证对于确定该算法是否在不同的身体和流行病学条件下保持其预测价值至关重要。此外，将RFMp应用于其他项目可能会导致在人群研究中对肥胖的替代指标进行更一致和更具可比性的评估。
我们的研究将讨论从描述性层面（超重和肥胖的流行率）转移到预测性层面（指标预测未来心肺适能的能力），这可能对前瞻性研究的设计和早期风险识别策略很重要。
在儿科人群中早期识别低心肺适能和过量脂肪组织，并实施干预措施，会增加未来预防健康问题的机会。因此，体重控制和健康促进应尽早开始，因为过多的体脂肪与CRF呈负相关。
学校是同时进行关于健康饮食习惯、体重控制和心肺适能干预的最佳场所，以发展与健康相关的体能。传播营养和健康生活方式的知识，并激励波兰儿童改变他们的态度和饮食习惯，是旨在预防超重和肥胖的国家健康计划下的任务之一。我们的研究结果表明，这个问题非常现实，因为在所分析的群体中，超过40%的女孩和男孩的BMI高于正常值。尽管BMI是一个常用的指标，但它在评估体脂肪及其分布方面存在局限性，而这对健康有重大影响。这迫切需要引入其他筛查指标。基于BMI的肥胖分类忽视了那些由于脂肪量增加而导致心血管代谢风险增加的儿童和青少年。我们的研究结果表明，例如RFM算法可能是估计CRF的BMI替代指标。RFMp可以促进早期识别那些存在低CRF风险，进而增加心血管代谢紊乱风险的儿童。在临床环境中，它可以支持关于将儿童转诊进行进一步诊断或采取旨在改善身体健康干预措施的决定。
研究的优势和局限
据我们所知，我们的研究首次展示了新开发的RFMp算法是否可以预测儿童两年后的CRF，并将其预测能力与用于评估肥胖的其他替代人体测量指标进行了比较。提供回归模型系数使得在实践中用它来估计CRF成为可能。仅基于两项人体测量的易计算性，使RFMp成为一种潜在有用的筛查工具，以支持早期识别存在低CRF和代谢并发症风险的儿童。在调查肥胖与体能结果之间关系的纵向和干预性研究中，RFMp可以作为实用的人体测量代理变量。
尽管结果令人鼓舞，但该研究有几个显著的限制，可能影响对研究结果的解释和普遍性。
样本量小且种族单一限制了结果的外部效度。缺乏种族多样性在基于腰围的指标背景下尤为重要，因为脂肪分布和身体比例在人群之间存在差异。这可能导致RFMp在具有不同人体测量特征的群体中的预测价值被高估或低估。相对较小的样本量也可能增加了回归模型过拟合的风险。因此，算法的预测准确性可能被高估了。
缺乏关于身体活动水平和生物成熟阶段的数据是一个潜在的混杂误差来源，因为这两个因素都是CRF的强决定因素。将它们排除在预测模型之外，可能导致高估了RFMp与CRF之间的关系。
两年的观察期虽然宝贵，但可能不足以完全捕捉快速生长期CRF和脂肪质量变化的动态。更长时间的观察将更适合评估RFMp的预测稳定性。
为了证实所获得的结果，并明确评估RFMp算法的可扩展性，有必要在更大、更多样化的人群中进行研究，并使用更精确的CRF评估方法。未来的研究应评估RFM算法基于最大摄氧量直接测量值预测CRF的能力。
5. 结论
所有在评估CRF背景下包含所检查人体测量指标的预测模型均具有统计学显著性。对于学龄女孩和男孩，RFMp在两年期间被证明是最佳的心肺适能预测因子。它在预测能力上表现出优于BMI、体脂百分比、腰围、腰高比、腰臀比、三角体重指数和腰围-BMI比率的优势，这表明其在普通儿科人群和临床实践中预测CRF方面具有潜在的应用价值。然而，这需要在涉及更大规模和更多样化人群的其他研究中得到证实。
