老年與青年人體組織層厚度的差異分析

王麗娟,李文暉,任瀟慶,許 燚

(西安工程大學 城市規劃與市政工程學院,陜西 西安 710048)

0 引 言

隨著人們生活水平的提高和醫療技術的發展,越來越多的人關注健康問題。其中,皮膚、脂肪和肌肉是人體健康的重要指標。皮膚是人體的最大器官,起到保護身體內部器官的作用。脂肪是人體能量的存儲器,同時也具有維持體溫的作用。肌肉是人體能量的主要消耗者也是重要的產熱器官,同時還具有支撐、維持身體姿勢和增加身體穩定性的作用。這三者的厚度隨著年齡的增長而變化并與人體的健康狀態密切相關,因此探究年齡對人體組織厚度的影響非常必要。

老年人和青年人的熱偏好差異可能與人體成分有關,研究表明老年人和青年人在熱偏好上沒有顯著差異[1]。然而文獻[2-3]指出老年人喜歡的舒適溫度比青年人高,老年人更喜歡偏暖環境,但他們的溫度辨別能力和行為熱調節能力不如青年人[4],不同年齡的熱偏好是不一樣的,老年人和青年人熱偏好的具體差異研究較少。隨著對熱偏好機理的深入研究,有研究表明脂肪對人類在寒冷環境下的反應具有主要影響[5]。身體成分和身體素質可以解釋老年人與青年人之間在耐寒性方面存在差異的原因[6]。HOOF等指出身體成分變化(肌肉百分比減少和脂肪百分比增加)是造成老年人和青年人熱舒適差異的原因[4],但并未指出具體部位的肌肉和脂肪。POEHLMAN等認為老年人的核心溫度低,是因為肌肉質量減少,降低了基礎和靜息代謝率[7]。WANG等測量了人體成分、心肺功能等57個參數,并進行主成分分析,發現影響熱偏好差異的關鍵參數是脂肪和肌肉[8]。

WAGNER等研究表明,在冷環境中,老年人的脂肪不能有效維持體溫,盡管老年人比青年人脂肪含量更高,體表面積和質量之比更小[9]。此外,體脂數量和百分比隨著年齡的增長而增加[10-11]。確切地說,腹部深層脂肪隨著年齡的增長而增加[12],而在正常體質量人群中,皮下脂肪組織每年減少2.30 cm2[13]。根據皮下脂肪和內臟脂肪對保溫和心血管疾病的貢獻不同,老年人的內臟脂肪含量較高,但皮下脂肪含量低于青年人,因此他們喜歡溫暖的環境。在年齡增長過程中,肌肉組織含量伴隨著脂肪量的持續性增加而逐漸減少,從而導致身體成分發生變化[14]。

ALEXANDER等提出一種用于測定人體皮膚厚度的高頻、高分辨率超聲回波技術,證明了此項技術可同樣應用于皮下脂肪和肌肉厚度的測定[15]。MIZUKOSHI等使用探頭頻率為8～15 MHz的超聲波測量系統測試真皮厚度和皮下脂肪層厚度之和作為皮膚厚度[16]。金鎏使用蒙特卡洛仿真建立不同的組織模型,優化了皮下脂肪和內臟脂肪的測試方法[17]。超聲診斷儀利用超聲波在組織中傳播和反射的特性測試不同組織厚度。通過測量聲波的行程時間和信號的強度變化,推斷組織的厚度。

以上研究表明肌肉和脂肪可能是造成熱偏好在年齡上存在差異的原因,但是并未闡述肌肉和脂肪在年齡上的差異有多大以及哪些部位的肌肉和脂肪差異最大。同時,衡量肌肉和脂肪并未使用同一標準,肌肉使用肌肉質量,脂肪則使用的是體脂數量和面積。因此,本文使用超聲探測儀測量人體15個部位的組織厚度,探討年齡對人體皮膚厚度、脂肪厚度、肌肉厚度以及內臟脂肪厚度的影響并確定不同年齡間組織層厚度差異及差異最大的部位。

1 研究過程及方法

1.1 受試者

受試者共有30名年齡在19～83歲之間的中國成年男性(10名老年人和20名青年人)。受試者的身高和體質量均在相應年齡組的正常范圍內。人體測量變量有身高、體質量以及15個部位的皮膚厚度,皮下脂肪厚度和肌肉厚度、5個部位的內臟脂肪厚度。體表面積 (body surface area, BSA)、比表面積(specific surface area, SSA)、體密度(body density, BD)、脂肪含量(body fat, BF)、骨骼肌質量(skeletal muscle, SM)由計算得出。要求所有受試者在測量前禁食2 h,測試前24 h內不要飲酒和劇烈運動。兩年齡組人體測量變量見表1。

表 1 老年人和青年人身體成分參數

注：NS表示無顯著性差異。

BSA(公式記為ABS)計算公式[18]為

ABS=0.202m0.425h0.725

(1)

式中：m為質量(kg);h為身高(m)。

SSA(公式記為ASS)計算公式[19]為

ASS=(0.202m0.425h0.725)/m

(2)

BD(公式記為ρBD)計算方法[20]為

ρBD=1.089-0.000 94d1-0.000 37d2

(3)

式中：d1為腹部皮下脂肪厚度(mm);d2為小腿前側皮下脂肪厚度(mm)。

BF(公式記為FB)計算方法[21]為

FB=(4.57/ρBD-4.142)×100%

(4)

SM(公式記為mSM)計算方法[22]為

mSM=0.641d9h-12.087

(5)

式中：d9為9個部位肌肉(前臂、前上臂、后上臂、腹部、肩胛部、大腿前、大腿后、小腿前、小腿后)厚度之和(cm)。

采用荷蘭PHILIPS超聲診斷儀,探頭頻率L12-3MHz,測量皮膚厚度、皮下脂肪厚度和肌肉厚度;探頭頻率s4-2MHz,測量右室前壁心外膜脂肪組織和心尖心外膜脂肪組織;探頭頻率c6-2MHz,測量不同部位內臟脂肪組織厚度,包括腹腔內臟脂肪、肝周內臟脂肪組織(肝周VAT)和腎周內臟脂肪組織(腎周VAT)。局部組織厚度測點描述見表2,內臟脂肪測試部位描述見表3。表2～3中,所有測量部位均由同一人操作,每個測點需要進行3次測量,然后取平均值或者其中2次相同的值作為最終結果。測量誤差不得超過5%。最終結果以mm為單位,并記錄到小數點后一位。

表 2 局部組織厚度測點描述

表 3 內臟脂肪測試部位

1.2 數據統計分析方法

使用SPSS 26.0對數據進行統計處理,數據以每組的平均值和標準差表示,使用柱狀圖和獨立樣本t檢驗分析年齡對皮膚厚度、皮下脂肪厚度、肌肉厚度和內臟脂肪組織厚度的影響。p<0.05被認為具有統計學意義。

2 結果與分析

2.1 基本參數差異

老年人的身高和體質量明顯低于青年人,而BMI卻高于青年人。老年人和青年人的BSA、SSA不存在顯著差異(p>0.05),但BD存在極顯著差異(p<0.001)。青年人的BF低于老年組,而SM遠高于老年人,且存在極顯著差異(p<0.001)。

2.2 皮膚厚度差異

老年人和青年人的皮膚厚度差異如圖1所示。

圖 1 老年人和青年人的皮膚厚度Fig.1 Skin thickness in the elderly and the young

可以看出,老年人的皮膚厚度比青年人高,老年人的前額、髂嵴部、大腿前、肩胛部、大腿后和腳心的平均值明顯偏高。老年人與青年人的皮膚厚度雖然存在差異,但無顯著性(p>0.05)。

2.3 皮下脂肪厚度差異

老年人和青年人的皮下脂肪厚度差異如圖2所示。

圖 2 老年人和青年人的皮下脂肪厚度Fig.2 Subcutaneous fat thickness in the elderly and the young

可以看出：老年人的皮下脂肪厚度除了臀部外高于青年人。在胸部、髂嵴部和肩胛部,老年人和青年人之間顯示出顯著差異(p<0.05),其皮下脂肪厚度分別為10.51 mm和6.41 mm、7.38 mm和4.38 mm、5.26 mm和3.81 mm。這些部位的差異分別為63%、68%、38%。相反,其他部位如前額、肩部、外上臂、內上臂、前臂、腹部、大腿前、大腿后、小腿后和腳心的皮下脂肪厚度差異均不超過20%。

2.4 肌肉厚度差異

老年人和青年人的肌肉厚度差異如圖3所示?？梢钥闯觯豪夏耆撕颓嗄耆嗽?5個部位的肌肉厚度均有統計學意義(p<0.05)。青年人在肱四頭肌、肱骨前肌、臀大肌、股二頭肌和腓腸肌的平均值明顯偏高。這些肌肉主要存在于下肢,說明下肢肌肉是老年人和青年人肌肉厚度存在差異的主要部位。在老年人和青年人之間,腹直肌、闊筋膜張肌和脛骨前肌呈現顯著差異(p<0.01),而肱三頭肌、臀大肌、股二頭肌和腓腸肌則表現出極顯著差異(p<0.001)。老年人和青年人的肌肉厚度存在顯著性差異,與他們喜歡的環境溫度可能有關。喜歡暖環境的老年人一般運動量少,這可能會導致肌肉萎縮和肌肉質量下降,從而導致肌肉厚度降低。青年人通常喜歡在較冷的環境中運動,有助于刺激肌肉的生長和維持,從而增加肌肉厚度。

圖 3 老年人和青年人的肌肉厚度Fig.3 Muscle thickness in the elderly and the young

2.5 內臟脂肪厚度差異

老年人和青年人5個內臟脂肪厚度差異如圖4所示。

圖 4 老年人和青年人的內臟脂肪厚度Fig.4 Visceral fat thickness in the elderly and the young

可以看出：老年人和青年人之間肝周內臟脂肪厚度、右腎周內臟脂肪厚度、心尖心外膜脂肪、腹腔內臟脂肪和右室前壁心外膜脂肪存在顯著差異(p<0.05)。老年人和青年人內臟脂肪差異最大的部位是腹腔內臟脂肪。由于老年人身體代謝率降低、運動量減少、食欲不振等因素導致能量過剩,而能量超過身體消耗的部分會轉化為脂肪并沉積在內臟器官周圍,導致內臟脂肪堆積。

在不同年齡之間,肌肉的差異最大,也最顯著。青年人不同部位的肌肉厚度均大于老年人。文獻[23-24]發現骨骼肌收縮期間的能量需求瞬間增加,高達ATP消耗的100倍。因此,為了滿足ATP的高需求,骨骼肌和心肌依靠氧化磷酸化來產生能量。事實上,這些組織含有較多的線粒體。而線粒體是細胞中生產ATP的主要場所[25],也是發生氧化磷酸化的場所。同時,線粒體產熱對于維持體溫、調節新陳代謝速度至關重要[26]。所以肌肉厚度大的群體自身會產生更多的能量維持體溫和基礎代謝,而肌肉厚度小的群體則產生的熱量相對較少。因此肌肉含量減少可能是導致老年人更喜歡暖環境的原因。因此在以后建立人體數學模型時應該考慮到老年人與青年人組織厚度的差異,針對不同年齡段建立不同的模型。

3 結 論

1) 老年人的皮膚厚度均大于青年人,差異最大的部位是前額,但是均無顯著差異(p>0.05)。

2) 老年人的皮下脂肪厚度比青年人高,臀部除外。差異最顯著的部位是胸部(p<0.01)、髂嵴部(p<0.01)和肩胛部(p<0.05),差值分別為4.09、3.00、1.45 mm。

3) 老年人的內臟脂肪厚度均大于青年人,差異最大的部位是腹腔內臟脂肪,且均存在顯著差異(p<0.05)。

4) 老年人肌肉厚度均小于青年人。差值最大的部位是股二頭肌,差值為16.9 mm。與皮膚、脂肪相比,肌肉厚度的年齡差異最大,有顯著性差異的部位最多且顯著性水平最高。