基于嶺回歸分析游離脂肪酸與地理關(guān)系

王 晶 ,葛 淼,張 雷,楊文婕,何進(jìn)偉

(1.陜西師范大學(xué)地理科學(xué)與旅游學(xué)院健康地理研究所,陜西 西安 710119;2.延安大學(xué)醫(yī)學(xué)院,陜西 延安 716000)

游離脂肪酸(FFA,free fatty acid)是經(jīng)過血脂代謝后形成的一類脂肪酸,同甘油三脂、高低密度脂蛋白相比,由于其活躍度高且靈敏,被廣泛應(yīng)用于血脂代謝檢測[1-2]。有研究表明,游離脂肪酸可以影響心機(jī)細(xì)胞的供能,引發(fā)冠心病,同時還參與高血壓、糖尿病等基礎(chǔ)疾病的發(fā)生發(fā)展[3]。正常人體血液中的游離脂肪酸含量極低,當(dāng)人體血漿中游離脂肪酸含量升高,身體會隨之表現(xiàn)出病理變化,因此通過檢測其含量可以初步判定人體血脂代謝是否紊亂[4]。

目前大多數(shù)研究基于醫(yī)學(xué)角度探討游離脂肪酸含量變化及影響因素[5-15],也有研究發(fā)現(xiàn)隨著地理位置不同,評估得出的脂代謝會有所不同[16]。我國幅員遼闊,地貌多樣,對人體健康有著潛移默化的影響[17],從地理視角探討全國健康人群游離脂肪酸的影響因素和空間分布尚無人涉及。通過研究地理環(huán)境對游離脂肪酸的相關(guān)性及游離脂肪酸空間分布特征,并建立相應(yīng)的預(yù)測模型,分析了地理因子對FFA參考值的影響,并預(yù)測全國FFA參考值范圍,以期為此類疾病的預(yù)防提供一定科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

(1) 游離脂肪酸參考值 利用萬方、臨床醫(yī)學(xué)資源(Cliniweb)、中國知網(wǎng)(CNKI)、中國生物醫(yī)學(xué)文獻(xiàn)等數(shù)據(jù)庫,收集了從2011—2021年中國79個城市30 324例正常成年人的游離脂肪酸參考值,其中男女比例為1.7∶1.3,年齡35～65歲,該樣本數(shù)據(jù)點分布范圍為西北資料少、東南地區(qū)資料多。正常成年人沒有涉及到以下疾病:心肌功能減弱,心力不足,心肌血管硬化以及其他心血管疾病;血壓值長期高于正常值;內(nèi)分泌失調(diào),葡萄糖代謝升高;肝臟疾病、腎功能不全。所有正常人清晨空腹抽血通過酶聯(lián)免疫吸附法檢測游離脂肪酸,單位mmol/L。

(2) 地理因素 基于《中國市縣大辭典》選取城市的經(jīng)度、緯度、海拔地勢指標(biāo);基于中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)(http://data.cma.cn)選取城市的年降水量、年日照時數(shù)、年平均風(fēng)速3項氣象指標(biāo);基于世界土壤數(shù)據(jù)庫(HWSD)選取表土pH值、表土基本飽和度、T-CaCO3、表土總可交換量、表土粉粒百分率、表土砂礫百分率6項土壤指標(biāo)?？傆?2項地理因素指標(biāo)。

1.2 相關(guān)分析

相關(guān)分析是一種常被用來分析兩個變量間線性方向和強(qiáng)度的統(tǒng)計分析方法。相關(guān)分析包含兩類:Pearson相關(guān)和Spearman相關(guān),前者適用于數(shù)據(jù)呈現(xiàn)正態(tài)分布,后者適用Spearman相關(guān)進(jìn)行分析[18]。通過SPSS軟件,分析入選的12項地理因素指標(biāo)與游離脂肪酸的關(guān)系,以P<0.05為顯著性檢驗標(biāo)準(zhǔn)[19]。

1.3 模型建立與優(yōu)選

(1) 主成分分析 主成分分析是用一組新的不相關(guān)指標(biāo)來代替原來多個相關(guān)的指標(biāo),達(dá)到簡化分析過程并綜合原來大部分信息的方法[20]。進(jìn)行主成分分析前要對數(shù)據(jù)進(jìn)行適用性檢驗,一般概率P<0.05表明數(shù)據(jù)適用于主成分分析[21]。主成分分析步驟如下:通過SPSS軟件將與游離脂肪酸存在相關(guān)性的地理因子導(dǎo)入,得到從低到高的特征值,以及每個主成分對應(yīng)的貢獻(xiàn)率。依特征值大于1,或K個主成分累計貢獻(xiàn)率大于70%以上,作為選取主成分個數(shù)的依據(jù),并將新的主成分代替原變量進(jìn)行多重線性回歸,獲得應(yīng)變量和標(biāo)準(zhǔn)變量之間的回歸模型,然后用原始變量代換標(biāo)準(zhǔn)變量,最終得到因變量和自變量的回歸模型[22]。

(2) 嶺回歸分析 嶺回歸是一種有效解決多重共線性,提高解釋變量效率,增強(qiáng)模型預(yù)測能力的多元線性回歸方式[23]。嶺回歸估計參數(shù)為縱坐標(biāo)軸,嶺估計K值為橫坐標(biāo)軸,繪制解釋地理因子關(guān)于嶺參數(shù)的嶺跡圖,選取各條曲線趨于穩(wěn)定的K值,得到相應(yīng)的回歸方程[24]。運(yùn)用SAS軟件,將游離脂肪酸的參考值作為預(yù)測值、相關(guān)的8項地理環(huán)境指標(biāo)為解釋變量,進(jìn)行預(yù)測值的嶺回歸分析,并得到預(yù)測值與解釋變量之間的方程。

(3) 模型優(yōu)選 采用均方誤差值(MSE)小的模型。誤差越小,即預(yù)測值與實測值越接近,表示模型越佳,應(yīng)選為最優(yōu)模型。均方誤差值計算公式為

1.4 空間分布圖繪制

為了更直觀描述中國健康成年人游離脂肪酸在空間上的分布,通過ArcGIS軟件繪制分布圖。以全國2 317個城市為基礎(chǔ),以與游離脂肪酸相關(guān)的地理指標(biāo)為自變量,通過主成分模型計算得出2 317個城市的游離脂肪酸預(yù)測值,用克里金插值方法進(jìn)行繪圖?？死锝鸩逯凳且环N線性最優(yōu)化、無偏估計插值方法,通過具有區(qū)域變化的原數(shù)據(jù),以及結(jié)構(gòu)性的變異函數(shù)對未知采樣區(qū)預(yù)測插值[26]。常見有普通克里格插值、析取克里格插值等。普通克里格需要插值數(shù)據(jù)增長趨勢平緩,但已知數(shù)據(jù)不聚集會造成較大的誤差;析取克里金插值適用于呈現(xiàn)正態(tài)分布的數(shù)據(jù),可以估計待測點的函數(shù)值[27]。

2 結(jié)果

2.1 FFA 參考值與地理因素指標(biāo)的相關(guān)分析

對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)分布檢驗,結(jié)果顯示P值為0.009,小于檢驗值0.05,表明數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布,因此在SPSS中采用Pearson相關(guān)分析。具體相關(guān)判別標(biāo)準(zhǔn)以游離脂肪酸參考值和選取的地理指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)(r)和顯著性概率(P)來判定,其中α=0.05為顯著性檢驗標(biāo)準(zhǔn)(見表1)。結(jié)果顯示游離脂肪酸與研究地理指標(biāo)中的8項地理有相關(guān)性。健康中年人FFA與經(jīng)度(X1)、年平均風(fēng)速(X5)、表土粉粒百分率(X11)、表土pH值(X7)、表土總可交換量(X10)、T-CaCO3(X9)呈正相關(guān)分布,其中與游離脂肪酸特別相關(guān)的地理指標(biāo)有X5、X10;FFA與海拔(X3)、表土砂礫百分率(X12)呈現(xiàn)負(fù)相關(guān),其中與游離脂肪酸特別負(fù)相關(guān)的地理指標(biāo)為X3,表明海拔越高,游離脂肪酸參考值越小。

2.2 模型建立與優(yōu)選

(1) 主成分分析 經(jīng)巴特利特球形度檢驗顯著性值為0,小于0.05,表明數(shù)據(jù)適用于主成分分析。通過SPSS軟件將游離脂肪酸和相關(guān)分析篩選得到的經(jīng)度(X1)、年平均風(fēng)速(X5)、表土粉粒百分率(X11)、表土pH值(X7)、表土總可交換量(X10)、T-CaCO3(X9)、海拔(X3) 、表土砂礫百分率(X12)8項地理因子進(jìn)行主成分分析,得到彼此獨立且可以用這8項地理因子線性組合的新變量,即主成分。從主成分統(tǒng)計信息表(見表2)得知回歸分析后主成分的個數(shù)有8個,第一成分表示8項相關(guān)地理因子線性組合的新變量,僅能反映45.469%的相關(guān)地理信息;第二成分表示8項相關(guān)地理因子線性組合的新變量,僅能反映25.444%的相關(guān)地理信息;第三成分表示8項相關(guān)地理因子線性組合的新變量,僅能反映12.333%的相關(guān)地理信息;其他成分依可以反映地理信息的特征值方差百分比類推。第一成分和第二成分特征值均大于1,且第一成分特征值方差百分比加上第二成分的特征值方差百分比的累計值達(dá)到70.91%,大于70%。上述均表明選取第一成分和第二成分可以代表相關(guān)分析篩選得到8個相關(guān)地理變量的信息,同時實現(xiàn)減少變量個數(shù),即自變量由8個相關(guān)變量簡化為2個新變量(主成分),有利于更快捷進(jìn)行回歸分析。

表3 成分得分系數(shù)矩陣與描述統(tǒng)計量

Z1=0.075stdX1-0.06stdX3+0.112stdX5-

0.196stdX12+0.232stdX11+0.225stdX7+

0.241stdX10+0.228stdX9,

Z2=0.423stdX1-0.390stdX3+0.346stdX5+

0.130stdX12-0.079stdX11-0.039stdX7-

0.095stdX10-0.081stdX9,

0.006 805X7+0.000 815 0X10+0.001 192X9。

主成分回歸方程F=9.922,P=0<0.05,表明因變量受各個解釋變量影響顯著,方程有意義。

(2) 嶺回歸分析 經(jīng)SAS軟件,分析解釋變量的8項地理因子與健康成年人游離脂肪酸的關(guān)系,繪制相應(yīng)的嶺跡圖(見圖1)。K=0.3時各項地理因子回歸線趨于穩(wěn)定,此時

圖1 相關(guān)地理指標(biāo)嶺跡

0.001 08X10+0.002 97X9±0.113。

F=3.70,P=0.000 6<0.05,表明方程有意義,嶺回歸方程中這8個相關(guān)的地理因子可以解釋游離脂肪酸的變化。

(3) 最優(yōu)模型選取 計算主成分模型和嶺回歸模型的MSE,分別為0.013 35和0.011 9。嶺回歸的均方誤差比主成分小,表明嶺回歸模型預(yù)測數(shù)據(jù)較準(zhǔn)確,因此選取MSE小的嶺回歸模型作為預(yù)測最佳模型,并進(jìn)行后續(xù)的空間分布插值出圖。

2.3 空間分析

由2 317個城市的健康成年人游離脂肪酸得到游離脂肪酸的空間分布圖(見圖2)。圖2中色塊一致表明該區(qū)域人體的游離脂肪酸含量相近;紅色表示游離脂肪酸高值區(qū),藍(lán)色為低值區(qū)。由圖2可見,我國正常人的游離脂肪酸低值主要集中在青藏地區(qū),其他地區(qū)為高值區(qū)。我國成年人游離脂肪酸值在0.19～0.47mmol/L,整體趨勢為由西向東逐漸遞增,增長趨勢明顯,南北方向游離脂肪酸參考值沒有較大的差異,趨勢平滑。

圖2 FFA參考值空間分布

3 討論

馬克思曾說人類擁有兩個身體,一個是自身的有機(jī)體,另一個是自然界的無機(jī)身體,其中有機(jī)身體以自然界為基礎(chǔ),并受到自然界的潛移影響[28]。世界衛(wèi)生組織(WHO)曾指出全球每年因環(huán)境引發(fā)的生病率、死亡率達(dá)到21%[29]。

我國國土遼闊,不同的地理位置、氣候類型、土壤條件等養(yǎng)育著地域人群。青藏地區(qū)海拔均值不低于4 000m,氣壓值低于正常值,空氣稀薄,溫度較低,對人體健康有著不同程度的影響。此次研究中發(fā)現(xiàn)青藏地區(qū)的健康人的游離脂肪酸低于我國其他地區(qū)的居民，且隨著海拔的升高人體內(nèi)的游離脂肪酸含量有下降的趨勢，可能與人體能量代謝有關(guān)，游離脂肪酸通過脂肪的分解，成為機(jī)體能量代謝的一種方式，日常生活中人體依靠糖類化合物、脂肪、蛋白質(zhì)來功能，其中糖類化合物可以分解為葡糖，迅速給機(jī)體功能，蛋白質(zhì)用來維持更新機(jī)體建設(shè)，脂肪是良好的儲能物質(zhì)，彼此相互協(xié)作同時又互相牽制，但因機(jī)體可以迅速利用糖類化合物，且糖類代謝產(chǎn)物為CO2和水，使機(jī)體代謝負(fù)擔(dān)減輕，糖類化合物成為優(yōu)先供能物質(zhì)，可能使脂肪分解緩慢，從而游離脂肪酸含量降低[30-31]。游離脂肪酸也為心肌供能，此過程需要消耗更多的氧氣，在相同氧含量下，葡萄糖產(chǎn)生的能量高于游離脂肪酸，且有研究表明只有肌細(xì)胞用完肝醣時，才會借助脂肪的分解，得到游離脂肪酸，為肌細(xì)胞供能[32-34]。除此之外，高原低壓、冰山積雪造就了獨特的高寒環(huán)境，會減慢血流速度，為保持與人體感溫度適應(yīng)，使人體熱量動態(tài)平衡，人體供能減少，脂肪內(nèi)的甘油三酯降解為游離脂肪酸的速度變緩[35-37]。另外長期食用高脂肪、高蛋白物，會使機(jī)體代謝受到影響，有研究表明飼喂大鼠高蛋白食物，大鼠出現(xiàn)體重減少的趨勢，內(nèi)部脂肪組織的質(zhì)量下降，游離脂肪酸的生成速度減緩[38]。

4 結(jié)論

運(yùn)用相關(guān)分析方法研究發(fā)現(xiàn)中年人游離脂肪酸參考值與地理環(huán)境存在依存的關(guān)系,游離脂肪酸參考值與海拔、表土砂礫百分率呈負(fù)相關(guān);與經(jīng)度、年均風(fēng)速、表土粉粒百分率、表土pH值、表土總可交換量、T-CaCO3呈正相關(guān)。嶺回歸分析進(jìn)一步確定了游離脂肪酸參考值與相關(guān)的地理指標(biāo)函數(shù)關(guān)系為

0.000 41X12+0.000 3X11-0.006 2X7+

0.001 08X10+0.002 97X9±0.113。

通過FFA嶺回歸方程預(yù)測全國2 317個城市健康中年人的游離脂肪酸值,發(fā)現(xiàn)中年人游離脂肪酸參考值全國分布趨勢是西低東高,南北方向無明顯變化。

此外,本次研究的健康中年人游離脂肪酸醫(yī)學(xué)參考值的樣本容量較少,數(shù)據(jù)大部分來源于醫(yī)學(xué)文獻(xiàn),文獻(xiàn)摘取數(shù)據(jù)表現(xiàn)是東部數(shù)據(jù)量高于西部,一方面是因為黑河騰沖線將我國人口劃分為東西兩部分,西部人口比東部稀疏;另一方面是受經(jīng)濟(jì)文化等因素影響,西部地區(qū)較東部地區(qū)醫(yī)療條件稍微落后,體檢研究資料未能及時更新。今后需要進(jìn)一步擴(kuò)大樣本容量和外環(huán)境因子(如空氣質(zhì)量、水文條件等),驗證研究游離脂肪酸與地理環(huán)境的關(guān)系。