中國城市漢族青少年體表面積發(fā)育的區(qū)域差異分析

王運武　高國柱

摘 要：以2010年中國30個省市中城市漢族青少年為研究對象。身高、體質量數據來自《2010年中國學生體質與健康調研報告》，以Stevenson和DuBois公式計算男女體表面積值。選擇7～18歲12個年齡段身高、體質量和體表面積3項指標的36個參數，利用方差最大正交旋轉進行因子分析，將各指標參數的均值轉化為因子分。以因子分作樣本間Q聚類分析（Ward法），將男女各30個樣本歸納成若干類別，用Cub模型擬合上述各類體表面積發(fā)育曲線。3項指標（身高、體質量和體表面積）能較好綜合概括不同種族群體生長發(fā)育的差異；男女生均聚合成3類；男女生均可分為發(fā)育較高組和較低組；各類群體間生長發(fā)育存在差異性。結果表明中國城市漢族青少年體表面積既有相似性，又有差異性，總體上呈現出北高南低、東高西低的發(fā)育格局。

關 鍵 詞：人體生理學；體表面積；生長發(fā)育；城市漢族青少年；中國

中圖分類號：G804.2 文獻標志碼：A 文章編號：1006-7116（2015）02-0127-06

身高、體質量及其派生指標作為青少年生長發(fā)育與評價的研究資料較為豐富。體表面積作為另一指標，此方面的研究僅見少數地區(qū)的調查研究[1-4]，尚缺少全國性資料。人體體表面積不僅與人的基礎代謝、肺活量、心輸出量、腎小球過濾率等一些重要生理指標密切相關[5-7]，而且還與能反映人體體質強弱的身體形態(tài)、機能和素質指標呈一定相關性[8-9]，在臨床、體育訓練與教學等方面也具有重要應用價值[10]。自1848年 Bergmann和Rubner首次設想和提出人體體表面積以來，目前已有較多的人體體表面積計算公式，如DuBois公式[11]、Stevenson公式[12-13]、趙松山公式[14-15]和胡詠梅公式[16-17]，但在公式的選擇上尚存在爭議[1，17]。高國柱等[18]利用密切值法優(yōu)選認為青少年體表面積計算公式較為適合的是Stevenson和DuBois公式。本研究在2010年全國學生體質與健康調查資料基礎上對中國30個省市中城市漢族青少年體表面積進行多元分析，分類設計不同區(qū)域樣本的體表面積發(fā)育曲線，為相關地區(qū)制訂營養(yǎng)評價標準提供依據。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

以中國30個省市（西藏、臺灣除外）所在省會城市2010年7～18歲青少年為研究對象，各城市每個年齡段男生樣本137～150人，女生樣本123～150人，共獲得有效樣本107 574人（男生53 830人，女生53 744人）。身高、體質量數據來自《2010年中國學生體質與健康調研報告》[19]。

1.2 研究方法

1）數據處理。

男女體表面積值根據Stevenson公式和DuBois公式計算而得（男：0.006 1×身高+0.012 8×體質量-0.015 29；女：70.49×體質量0.425×身高0.725）。

2）統(tǒng)計學處理。

根據對象的體表面積發(fā)育特點，選擇身高、體質量和體表面積3項指標在7～18歲12個年齡段36個參數參與分析。運用SPSS18.0統(tǒng)計軟件對36個參數利用方差最大正交旋轉進行因子分析，將各指標參數的均值轉化為因子分。以此為據作樣本間Q聚類分析（Ward法），將男女各30個樣本歸納成若干類別，用Cub模型擬合上述各類體表面積發(fā)育曲線。

2 結果及分析

2.1 青少年身高、體質量和體表面積發(fā)育狀況

中國30個城市漢族青少年身高、體質量和體表面積隨年齡的增長而增長（見表1）。在7～18歲的12年中，男生身高由126.90 cm增高到172.17 cm，身高增長1.36倍，共增長了45.27 cm，年平均增高3.77 cm，增長不均勻；體質量由23.69 kg增長到63.08 kg，增長2.66倍，共增長了39.39 kg，年平均增長3.28 kg，增長也不均勻。女生身高由125.51 cm增高到159.91 cm，身高增長1.27倍，共增長了34.40 cm，年平均增高2.87 cm，增長不均勻；體質量由由24.70 kg增長到52.08 kg，增長2.11倍，共增長了27.38 kg，年平均增長2.28 kg，增長也不均勻；男生體表面積值分別由7歲時的0.963 m2，增長到18歲時的1.705 m2，增長了0.742 m2，年均增長0.062 m2。女生體表面積值分別由7歲時的0.874 m2增長到18歲時的1.498 m2，增長了0.624 m2，年均增長0.052 m2。男、女生體表面積值隨年齡變化趨勢一致，男性7～8歲勻速增長，9～14歲快速增長，年均增長0.111 m2，15歲后增長緩慢。女生是7歲前勻速增長，8～13歲快速增長，年均增長0.102 m2，14歲后為增長緩慢。

表1 中國城市漢族青少年身高、體質量和體表面積（ ±s）發(fā)育狀況

2.2 青少年身高、體質量和體表面積因子分析

對30個城市漢族青少年身高、體質量和體表面積因子分析結果如表2。表2提示，男生36項指標參數中可抽出2個因子，其累積貢獻率達89.60%，女生36項指標參數中可抽出4個因子，其累積貢獻率達89.23%，說明這些因子較好地集中概括了36項參數上的群體間差異。男女因子分最高的前5位依次是山東、天津、北京、河北和上海；最低分男女生都是貴州，倒數4～5依次都是云南、重慶，青海在男生中排倒數第3位，女生中排倒數第2位。因子分析還表明，男女因子構成略有不同，主要集中在7～12歲的身高和體質量上群體差異較大。

表2 身高、體質量和體表面積（ ±s）發(fā)育狀況

性別 年齡 身高 體質量 體表面積

因子1 因子2 因子1 因子2 因子1 因子2

男 7 0.812 0.776 0.802

8 0.891 0.886 0.900

9 0.854 0.881 0.884

10 0.814 0.816 0.826

11 0.757 0.803 0.805

12 0.665 0.665 0.661

13 0.774 0.739 0.767

14 0.753 0.756 0.774

15 0.800 0.768 0.795

16 0.874 0.834 0.864

17 0.902 0.841 0.882

18 0.809 0.824 0.846

女 7 0.875 0.860 0.875

8 0.858 0.861 0.876

9 0.940 0.899 0.941

10 0.937 0.867 0.908

11 0.886 0.887 0.896

12 0.679 0.646 0.670

13 0.747 0.753 0.768

14 0.833 0.851 0.868

15 0.784 0.805 0.822

16 0.823 0.917 0.925

17 0.859 0.890 0.920

18 0.879 0.915 0.937

特征值：男因子1：16.368，男因子2：15.887；女因子1：16.118，女因子2：16.005

貢獻率/%：男因子1：45.47，男因子2：44.13；女因子1：44.77，女因子2：44.46

累積貢獻率/%：男：因子1+因子2=89.60；女：因子1+因子2=89.23

2.3 青少年身高、體質量和體表面積聚類分析

以身高、體質量和體表面積因子得分對男女各樣本用歐式距離平方法（squared Euclidean distance）計算群體間距離，選用Ward法進行聚類分析（見圖1、圖2）。由圖1、圖2可知，男女生樣本均分為3類。男生第Ⅰ類包括內蒙古、福建、黑龍江、浙江、寧夏、新疆、山西、江蘇、河南、天津、遼寧、上海、河北、北京和山東；第Ⅱ類包括廣東、廣西、四川、安徽、陜西、湖北、湖南、江西、甘肅、海南、重慶和貴州；第Ⅲ類包括云南、青海、和吉林。女性第Ⅰ類包括河北、上海、遼寧、黑龍江、北京、天津、甘肅、新疆、浙江、江蘇、河南和福建；第Ⅱ類包括廣東、廣西、海南、安徽、江西、陜西、湖北、湖南、四川、重慶、貴州、云南和青海；第Ⅲ類包括山西、寧夏、內蒙古、吉林和山東。

圖1 男生組聚類分析樹狀圖

圖2 女生組聚類分析樹狀圖

分別對男、女各聚類組間體表面積的均值進行比較分析結果見表1、表3、表4。男生組：第Ⅰ類明顯高于第Ⅱ、第Ⅲ類，第Ⅱ類>第Ⅲ類，配對t檢驗，第Ⅰ類與第Ⅱ類、第Ⅰ類與第Ⅲ類之間均有顯著性差異（P<0.05），而第Ⅱ、第Ⅲ類之間無顯著性差異（t=0.403，P>0.05）；女生組：第Ⅰ類明顯高于第Ⅱ、Ⅲ類，配對t檢驗，第Ⅰ類與第Ⅲ類無顯著性差異（t=1.676，P>0.05），其它類之間有顯著性差異（P<0.05）。

表3 三類男生體表面積各指標（ ±s）的比較 m2

年齡 第Ⅰ類 第Ⅱ類 第Ⅲ類

7 0.987±0.017 0.945±0.020 0.913±0.037

8 1.059±0.022 1.015±0.021 0.971±0.017

9 1.142±0.023 1.096±0.025 1.046±0.024

10 1.227±0.035 1.164±0.033 1.124±0.019

11 1.326±0.045 1.249±0.030 1.216±0.035

12 1.440±0.051 1.324±0.030 1.302±0.065

13 1.548±0.043 1.440±0.032 1.462±0.050

14 1.643±0.035 1.529±0.040 1.542±0.068

15 1.692±0.043 1.592±0.039 1.610±0.030

16 1.717±0.036 1.623±0.038 1.664±0.048

17 1.739±0.032 1.653±0.042 1.696±0.060

18 1.744±0.038 1.658±0.043 1.692±0.060

表4 三類女生體表面積各指標（ ±s）的比較 m2

年齡 第Ⅰ類 第Ⅱ類 第Ⅲ類

7 0.943±0.013 0.887±0.025 0.920±0.020

8 1.018±0.017 0.955±0.024 0.983±0.022

9 1.103±0.019 1.044±0.034 1.059±0.017

10 1.206±0.022 1.132±0.033 1.162±0.025

11 1.318±0.028 1.227±0.045 1.279±0.032

12 1.382±0.040 1.305±0.032 1.378±0.051

13 1.459±0.025 1.379±0.026 1.448±0.036

14 1.489±0.021 1.422±0.019 1.509±0.037

15 1.508±0.022 1.445±0.029 1.510±0.037

16 1.519±0.024 1.459±0.025 1.531±0.026

17 1.521±0.017 1.468±0.026 1.534±0.023

18 1.522±0.025 1.462±0.026 1.534±0.024

2.4 體表面積發(fā)育曲線的擬合

為進一步研究30個省市城市漢族青少年體表面積發(fā)育的差異，采用Cub模型對男、女各聚類組進行多項式擬合（見表5，表5中X代表青少年的年齡），男女各類擬合回歸系數均在0.98以上，效果比較理想。對男女各類回歸擬合方程計算得出各類群體表面積達到最大的年齡男生Ⅰ—Ⅲ類為19.4、21.3、22.6歲，女生Ⅰ—Ⅲ類為16.5、17.0、16.9歲。提示全國城市青少年體表面積發(fā)育的區(qū)域差異還體現在發(fā)育的早晚上，男青少年第Ⅰ類發(fā)育較早，第Ⅱ類次之，第Ⅲ類最晚，最早與最晚相差有3年多時間；女青少年3類差異不大，最早與最晚只有0.5年時間。

表5 男女各類體表面積多項式擬合曲線的組成

性別 類型 擬合方程 擬合回

歸系數

男 Ⅰ 0.135 4X-0.000 120X3+0.034 8 0.989

Ⅱ 0.111 2X-0.000 082X3+0.163 2 0.990

Ⅲ 0.118 0X-0.000 077X3+0.062 2 0.984

女 Ⅰ 0.138 6X-0.000 170X3+0.005 8 0.994

Ⅱ 0.129 8X-0.000 150X3+0.003 4 0.996

Ⅲ 0.143 3X-0.000 167X3-0.068 5 0.989

根據男女各類體表面積擬合多項式建立體表面積發(fā)育曲線圖（見圖3、圖4）。據圖3、圖4，結合聚類結果，可以將男女生體表面積發(fā)育均可分為較高組和較低組，較高組為男生中第Ⅰ，女生中第Ⅰ、Ⅲ類，較低組是男生第Ⅱ、Ⅲ類和女生第Ⅱ類。

圖3 三類男生的體表面積發(fā)育曲線圖

圖4 三類女生的體表面積發(fā)育曲線圖

2.5 體表面積與體質指數的相關性

全國30個城市青少年體表面積與體質指數進行Pearson相關分析，結果表明男女生青少年體表面積與體質指數呈顯著性正相關（男相關系數r=0.947，P<0.01；女相關系數r=0.973，P<0.01），提示體表面積與體質指數一樣也可作為人體體質監(jiān)測的一個重要指標。

3 討論

人體體表面積的測量與研究，已引起工程學、醫(yī)藥衛(wèi)生學的廣泛興趣，近年來更受到環(huán)境科學的青睞[20]。因人體形態(tài)的不規(guī)則性，體表面積直接測量費力、費時，學術界普遍采用以身高、體質量為自變量的回歸公式來計算，但因公式建立時所選擇的樣本量及測量上的誤差尚存在諸多爭議[1，17]。相關研究表明，對于僅用身高、體質量派生出的指標來評價青少年的生長發(fā)育狀況會給敏感地區(qū)青少年營養(yǎng)疾病的篩查帶來困難，需要加入同年齡的身高、體質量兩項參數以避免出現錯誤結論[21]。

本研究表明，全國30個城市漢族青少年體表面積隨著年齡的增長而增長，青少年身高、體質量隨年齡的增長而增加，則他們體表面積也隨之增加，這與兒童少年多數形態(tài)、生理指標的年齡變化趨勢一致[22]。男、女生青少年體表面積在發(fā)育過程中不均衡，由勻速增長期、快速增長期、緩慢增長期3個階段組成，體現了青少年生長發(fā)育的一般規(guī)律。男女青少年進入青春突增期的時間不同，體表面積快速增長期存在男女之別，男性落后于女性約1年，這與女性身高、體質量等指標比男性優(yōu)先進入第2突增期有關[23]。

因子分析表明，30個城市漢族青少年男女因子構成略有不同，差異主要集中在7～12歲的身高和體質量上群體差異較大，這可能與各區(qū)域青少年生活環(huán)境、經濟狀況、營養(yǎng)等因素有關。男女因子分最高的前5位依次是山東、天津、北京、河北和上海，最低分男女生都是貴州，與唐錫麟的“環(huán)渤海地區(qū)青年平均身高最高”的結論基本符合，與“云南群體平均身高最低”略有不同[24]，這可能是本研究不僅考察了身高單一指標，還將體質量和體表面積2項指標同時納入研究有關，其次也有可能是本研究所選的樣本為青少年，與唐錫麟研究所選的樣本結構有所不同。因子分析還表明，男女各36項指標各累計貢獻率為89.60%和89.23%，顯示出這些參數能較好體現不同區(qū)域群體體表面積在發(fā)育水平、成熟早晚和體型特點上的差異，概括程度較高。

聚類分析結果顯示男女生群體均分為3類，男生群體第Ⅰ類明顯高于第Ⅱ、Ⅲ類，女生第Ⅰ類明顯高于第Ⅱ、Ⅲ類，揭示出30個城市漢族青少年男女各類群間存在著差異性，可能與各類群所處的地理位置、生活環(huán)境、經濟狀況以及個體的遺傳、營養(yǎng)等因素有關。

生長曲線的分析和擬合是研究青少年生長發(fā)育規(guī)律的主要方法之一，它是通過某一生長發(fā)育指標隨時間增長而變化時建立的一種模型，能反映青少年生長發(fā)育的發(fā)展趨勢。本研究以Cub模型進行青少年體表面積發(fā)育曲線擬合，擬合回歸系數達0.98以上，說明模型擬合效果較好，可以對30個城市漢族青少年體表面積發(fā)育狀況作出判斷。

聚類分析和擬合多項式曲線圖表明，男女生群體均分為3類，男生大小依次為Ⅰ>Ⅱ>Ⅲ，女生大小依次為Ⅰ>Ⅲ>Ⅱ，表明30個城市漢族男女青少年體表面積發(fā)育均存在差異，這種差異還體現在不同群體青少年體表面積發(fā)育的早晚上，男青少年第Ⅰ類發(fā)育較早，第Ⅱ類次之，第Ⅲ類最晚，最早與最晚相差有3年多時間；女青少年3類差異不大，最早與最晚只有半年時間，提示發(fā)育較晚的群體可能在7歲之前的發(fā)育水平相當低[25]。

將男女生分為較高和較低兩組，男生中較高組主要是內蒙古、福建、黑龍江、浙江、寧夏、新疆、山西、江蘇、河南、天津、遼寧、上海、河北、北京和山東共15個省市，較低組主要是廣東、廣西、四川、安徽、陜西、湖北、湖南、江西、甘肅、海南、重慶、貴州、云南、青海、和吉林共15個省市。女生中較高組是河北、上海、遼寧、黑龍江、北京、天津、甘肅、新疆、浙江、江蘇、河南、福建、山西、寧夏、內蒙古、吉林和山東共17個省市，較低組是廣東、廣西、海南、安徽、江西、陜西、湖北、湖南、四川、重慶、貴州、云南和青海共13個省市?？梢钥闯觯信w表面積發(fā)育均以華北平原和中東部地區(qū)為高區(qū)主體，而南方及西北地區(qū)相對較低。揭示30個省市城市漢族男女青少年體表面積發(fā)育既有相似性又有差異性，總體上呈現出北高南低、東高西低，以華北平原和中東部沿海地區(qū)為體表面積高區(qū)主體的發(fā)育格局，這與我國青少年人群身高“北高南矮”相呼應[24]。但同時可以看出，女生第Ⅱ類在14歲后有超越第Ⅰ類各?。▍^(qū)）的趨勢，這可能與遺傳、環(huán)境等多種復雜因素有關，但具體原因有待于進一步研究。

本研究還表明青少年體表面積與體質指數呈顯著性正相關（男相關系數r=0.947，P<0.01；女相關系數r=0.973，P<0.01），說明體表面積與體質指數一樣也可作為人體體質監(jiān)測的一個重要指標，這將有助于探討我國各區(qū)域青少年在生長發(fā)育特征方面彼此間的相互關系，分析他們的共性，為青少年生長發(fā)育狀況的評價及健康干預提供參考。

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