中国城市汉族青少年体表面积发育的区域差异分析

    王运武　高国柱

    

    

    

    摘 要：以2010年中国30个省市中城市汉族青少年为研究对象。身高、体质量数据来自《2010年中国学生体质与健康调研报告》，以Stevenson和DuBois公式计算男女体表面积值。选择7～18岁12个年龄段身高、体质量和体表面积3项指标的36个参数，利用方差最大正交旋转进行因子分析，将各指标参数的均值转化为因子分。以因子分作样本间Q聚类分析（Ward法），将男女各30个样本归纳成若干类别，用Cub模型拟合上述各类体表面积发育曲线。3项指标（身高、体质量和体表面积）能较好综合概括不同种族群体生长发育的差异；男女生均聚合成3类；男女生均可分为发育较高组和较低组；各类群体间生长发育存在差异性。结果表明中国城市汉族青少年体表面积既有相似性，又有差异性，总体上呈现出北高南低、东高西低的发育格局。

    关 键 词：人体生理学；体表面积；生长发育；城市汉族青少年；中国

    中图分类号：G804.2 文献标志码：A 文章编号：1006-7116（2015）02-0127-06

    身高、体质量及其派生指标作为青少年生长发育与评价的研究资料较为丰富。体表面积作为另一指标，此方面的研究仅见少数地区的调查研究[1-4]，尚缺少全国性资料。人体体表面积不仅与人的基础代谢、肺活量、心输出量、肾小球过滤率等一些重要生理指标密切相关[5-7]，而且还与能反映人体体质强弱的身体形态、机能和素质指标呈一定相关性[8-9]，在临床、体育训练与教学等方面也具有重要应用价值[10]。自1848年 Bergmann和Rubner首次设想和提出人体体表面积以来，目前已有较多的人体体表面积计算公式，如DuBois公式[11]、Stevenson公式[12-13]、赵松山公式[14-15]和胡咏梅公式[16-17]，但在公式的选择上尚存在争议[1，17]。高国柱等[18]利用密切值法优选认为青少年体表面积计算公式较为适合的是Stevenson和DuBois公式。本研究在2010年全国学生体质与健康调查资料基础上对中国30个省市中城市汉族青少年体表面积进行多元分析，分类设计不同区域样本的体表面积发育曲线，为相关地区制订营养评价标准提供依据。

    1 研究对象与方法

    1.1 研究对象

    以中国30个省市（西藏、台湾除外）所在省会城市2010年7～18岁青少年为研究对象，各城市每个年龄段男生样本137～150人，女生样本123～150人，共获得有效样本107 574人（男生53 830人，女生53 744人）。身高、体质量数据来自《2010年中国学生体质与健康调研报告》[19]。

    1.2 研究方法

    1）数据处理。

    男女体表面积值根据Stevenson公式和DuBois公式计算而得（男：0.006 1×身高+0.012 8×体质量-0.015 29；女：70.49×体质量0.425×身高0.725）。

    2）统计学处理。

    根据对象的体表面积发育特点，选择身高、体质量和体表面积3项指标在7～18岁12个年龄段36个参数参与分析。运用SPSS18.0统计软件对36个参数利用方差最大正交旋转进行因子分析，将各指标参数的均值转化为因子分。以此为据作样本间Q聚类分析（Ward法），将男女各30个样本归纳成若干类别，用Cub模型拟合上述各类体表面积发育曲线。

    2 结果及分析

    2.1 青少年身高、体质量和体表面积发育状况

    中国30个城市汉族青少年身高、体质量和体表面积随年龄的增长而增长（见表1）。在7～18岁的12年中，男生身高由126.90 cm增高到172.17 cm，身高增长1.36倍，共增长了45.27 cm，年平均增高3.77 cm，增长不均匀；体质量由23.69 kg增长到63.08 kg，增长2.66倍，共增长了39.39 kg，年平均增长3.28 kg，增长也不均匀。女生身高由125.51 cm增高到159.91 cm，身高增长1.27倍，共增长了34.40 cm，年平均增高2.87 cm，增长不均匀；体质量由由24.70 kg增长到52.08 kg，增长2.11倍，共增长了27.38 kg，年平均增长2.28 kg，增长也不均匀；男生体表面积值分别由7岁时的0.963 m2，增长到18岁时的1.705 m2，增长了0.742 m2，年均增长0.062 m2。女生体表面积值分别由7岁时的0.874 m2增长到18岁时的1.498 m2，增长了0.624 m2，年均增长0.052 m2。男、女生体表面积值随年龄变化趋势一致，男性7～8岁匀速增长，9～14岁快速增长，年均增长0.111 m2，15岁后增长缓慢。女生是7岁前匀速增长，8～13岁快速增长，年均增长0.102 m2，14岁后为增长缓慢。

    表1 中国城市汉族青少年身高、体质量和体表面积（ ±s）发育状况

    2.2 青少年身高、体质量和体表面积因子分析

    对30个城市汉族青少年身高、体质量和体表面积因子分析结果如表2。表2提示，男生36项指标参数中可抽出2个因子，其累积贡献率达89.60%，女生36项指标参数中可抽出4个因子，其累积贡献率达89.23%，说明这些因子较好地集中概括了36项参数上的群体间差异。男女因子分最高的前5位依次是山东、天津、北京、河北和上海；最低分男女生都是贵州，倒数4～5依次都是云南、重庆，青海在男生中排倒数第3位，女生中排倒数第2位。因子分析还表明，男女因子构成略有不同，主要集中在7～12岁的身高和体质量上群体差异较大。

    表2 身高、体质量和体表面积（ ±s）发育状况

    性别 年龄 身高 体质量 体表面积

    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

    贡献率/%：男因子1：45.47，男因子2：44.13；女因子1：44.77，女因子2：44.46

    累积贡献率/%：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、体质量和体表面积聚类分析

    以身高、体质量和体表面积因子得分对男女各样本用欧式距离平方法（squared Euclidean distance）计算群体间距离，选用Ward法进行聚类分析（见图1、图2）。由图1、图2可知，男女生样本均分为3类。男生第Ⅰ类包括内蒙古、福建、黑龙江、浙江、宁夏、新疆、山西、江苏、河南、天津、辽宁、上海、河北、北京和山东；第Ⅱ类包括广东、广西、四川、安徽、陕西、湖北、湖南、江西、甘肃、海南、重庆和贵州；第Ⅲ类包括云南、青海、和吉林。女性第Ⅰ类包括河北、上海、辽宁、黑龙江、北京、天津、甘肃、新疆、浙江、江苏、河南和福建；第Ⅱ类包括广东、广西、海南、安徽、江西、陕西、湖北、湖南、四川、重庆、贵州、云南和青海；第Ⅲ类包括山西、宁夏、内蒙古、吉林和山东。

    图1 男生组聚类分析树状图

    图2 女生组聚类分析树状图

    分别对男、女各聚类组间体表面积的均值进行比较分析结果见表1、表3、表4。男生组：第Ⅰ类明显高于第Ⅱ、第Ⅲ类，第Ⅱ类>第Ⅲ类，配对t检验，第Ⅰ类与第Ⅱ类、第Ⅰ类与第Ⅲ类之间均有显著性差异（P<0.05），而第Ⅱ、第Ⅲ类之间无显著性差异（t=0.403，P>0.05）；女生组：第Ⅰ类明显高于第Ⅱ、Ⅲ类，配对t检验，第Ⅰ类与第Ⅲ类无显著性差异（t=1.676，P>0.05），其它类之间有显著性差异（P<0.05）。

    表3 三类男生体表面积各指标（ ±s）的比较 m2

    年龄 第Ⅰ类 第Ⅱ类 第Ⅲ类

    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 三类女生体表面积各指标（ ±s）的比较 m2

    年龄 第Ⅰ类 第Ⅱ类 第Ⅲ类

    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 体表面积发育曲线的拟合

    为进一步研究30个省市城市汉族青少年体表面积发育的差异，采用Cub模型对男、女各聚类组进行多项式拟合（见表5，表5中X代表青少年的年龄），男女各类拟合回归系数均在0.98以上，效果比较理想。对男女各类回归拟合方程计算得出各类群体表面积达到最大的年龄男生Ⅰ—Ⅲ类为19.4、21.3、22.6岁，女生Ⅰ—Ⅲ类为16.5、17.0、16.9岁。提示全国城市青少年体表面积发育的区域差异还体现在发育的早晚上，男青少年第Ⅰ类发育较早，第Ⅱ类次之，第Ⅲ类最晚，最早与最晚相差有3年多时间；女青少年3类差异不大，最早与最晚只有0.5年时间。

    表5 男女各类体表面积多项式拟合曲线的组成

    性别 类型 拟合方程 拟合回

    归系数

    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

    根据男女各类体表面积拟合多项式建立体表面积发育曲线图（见图3、图4）。据图3、图4，结合聚类结果，可以将男女生体表面积发育均可分为较高组和较低组，较高组为男生中第Ⅰ，女生中第Ⅰ、Ⅲ类，较低组是男生第Ⅱ、Ⅲ类和女生第Ⅱ类。

    图3 三类男生的体表面积发育曲线图

    图4 三类女生的体表面积发育曲线图

    2.5 体表面积与体质指数的相关性

    全国30个城市青少年体表面积与体质指数进行Pearson相关分析，结果表明男女生青少年体表面积与体质指数呈显著性正相关（男相关系数r=0.947，P<0.01；女相关系数r=0.973，P<0.01），提示体表面积与体质指数一样也可作为人体体质监测的一个重要指标。

    3 讨论

    人体体表面积的测量与研究，已引起工程学、医药卫生学的广泛兴趣，近年来更受到环境科学的青睐[20]。因人体形态的不规则性，体表面积直接测量费力、费时，学术界普遍采用以身高、体质量为自变量的回归公式来计算，但因公式建立时所选择的样本量及测量上的误差尚存在诸多争议[1，17]。相关研究表明，对于仅用身高、体质量派生出的指标来评价青少年的生长发育状况会给敏感地区青少年营养疾病的筛查带来困难，需要加入同年龄的身高、体质量两项参数以避免出现错误结论[21]。

    本研究表明，全国30个城市汉族青少年体表面积随着年龄的增长而增长，青少年身高、体质量随年龄的增长而增加，则他们体表面积也随之增加，这与儿童少年多数形态、生理指标的年龄变化趋势一致[22]。男、女生青少年体表面积在发育过程中不均衡，由匀速增长期、快速增长期、缓慢增长期3个阶段组成，体现了青少年生长发育的一般规律。男女青少年进入青春突增期的时间不同，体表面积快速增长期存在男女之别，男性落后于女性约1年，这与女性身高、体质量等指标比男性优先进入第2突增期有关[23]。

    因子分析表明，30个城市汉族青少年男女因子构成略有不同，差异主要集中在7～12岁的身高和体质量上群体差异较大，这可能与各区域青少年生活环境、经济状况、营养等因素有关。男女因子分最高的前5位依次是山东、天津、北京、河北和上海，最低分男女生都是贵州，与唐锡麟的“环渤海地区青年平均身高最高”的结论基本符合，与“云南群体平均身高最低”略有不同[24]，这可能是本研究不仅考察了身高单一指标，还将体质量和体表面积2项指标同时纳入研究有关，其次也有可能是本研究所选的样本为青少年，与唐锡麟研究所选的样本结构有所不同。因子分析还表明，男女各36项指标各累计贡献率为89.60%和89.23%，显示出这些参数能较好体现不同区域群体体表面积在发育水平、成熟早晚和体型特点上的差异，概括程度较高。

    聚类分析结果显示男女生群体均分为3类，男生群体第Ⅰ类明显高于第Ⅱ、Ⅲ类，女生第Ⅰ类明显高于第Ⅱ、Ⅲ类，揭示出30个城市汉族青少年男女各类群间存在着差异性，可能与各类群所处的地理位置、生活环境、经济状况以及个体的遗传、营养等因素有关。

    生长曲线的分析和拟合是研究青少年生长发育规律的主要方法之一，它是通过某一生长发育指标随时间增长而变化时建立的一种模型，能反映青少年生长发育的发展趋势。本研究以Cub模型进行青少年体表面积发育曲线拟合，拟合回归系数达0.98以上，说明模型拟合效果较好，可以对30个城市汉族青少年体表面积发育状况作出判断。

    聚类分析和拟合多项式曲线图表明，男女生群体均分为3类，男生大小依次为Ⅰ>Ⅱ>Ⅲ，女生大小依次为Ⅰ>Ⅲ>Ⅱ，表明30个城市汉族男女青少年体表面积发育均存在差异，这种差异还体现在不同群体青少年体表面积发育的早晚上，男青少年第Ⅰ类发育较早，第Ⅱ类次之，第Ⅲ类最晚，最早与最晚相差有3年多时间；女青少年3类差异不大，最早与最晚只有半年时间，提示发育较晚的群体可能在7岁之前的发育水平相当低[25]。

    将男女生分为较高和较低两组，男生中较高组主要是内蒙古、福建、黑龙江、浙江、宁夏、新疆、山西、江苏、河南、天津、辽宁、上海、河北、北京和山东共15个省市，较低组主要是广东、广西、四川、安徽、陕西、湖北、湖南、江西、甘肃、海南、重庆、贵州、云南、青海、和吉林共15个省市。女生中较高组是河北、上海、辽宁、黑龙江、北京、天津、甘肃、新疆、浙江、江苏、河南、福建、山西、宁夏、内蒙古、吉林和山东共17个省市，较低组是广东、广西、海南、安徽、江西、陕西、湖北、湖南、四川、重庆、贵州、云南和青海共13个省市。可以看出，男女生体表面积发育均以华北平原和中东部地区为高区主体，而南方及西北地区相对较低。揭示30个省市城市汉族男女青少年体表面积发育既有相似性又有差异性，总体上呈现出北高南低、东高西低，以华北平原和中东部沿海地区为体表面积高区主体的发育格局，这与我国青少年人群身高“北高南矮”相呼应[24]。但同时可以看出，女生第Ⅱ类在14岁后有超越第Ⅰ类各省（区）的趋势，这可能与遗传、环境等多种复杂因素有关，但具体原因有待于进一步研究。

    本研究还表明青少年体表面积与体质指数呈显著性正相关（男相关系数r=0.947，P<0.01；女相关系数r=0.973，P<0.01），说明体表面积与体质指数一样也可作为人体体质监测的一个重要指标，这将有助于探讨我国各区域青少年在生长发育特征方面彼此间的相互关系，分析他们的共性，为青少年生长发育状况的评价及健康干预提供参考。

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