生物电阻抗相位角（PhA）与有氧工作能力的独立性关联：基于4,540名20~91岁成人的横断面研究

《The Journal of nutrition, health and aging》：Association of bioimpedance phase angle with aerobic work capacity independent of muscle mass and function in 4,540 adults aged 20 to 91 years

　　

目的：由生物电阻抗分析（BIA）推导的相位角（PhA）与有氧适能相关，但在考虑身体成分与肌肉特征后，其是否与有氧工作能力独立相关尚不明确。研究人员在较宽的成人年龄范围内考察了此关联，并检验其是否因性别或年龄段而异。设计：对参与付费体能评估项目的4,540名20~91岁成人（2,052名男性、2,488名女性）进行的横断面研究。测量：有氧工作能力采用次极量递增负荷自行车功率计测试评估，以年龄预测最大心率75%时的体力工作能力（PWC75%HRmax）表示，并表达为绝对值及按体重标准化值。多变量回归模型纳入PhA、身体成分、肌肉质量、肌肉功能及疾病相关变量；另检验PhA与性别、PhA与年龄段的交互作用。结果：在基于体质指数（BMI）和体脂百分比的模型中，PhA与两项有氧工作能力结局均呈正相关（标准化β=0.046~0.157；均p<0.001），且在调整疾病相关变量及完全设定模型的敏感性分析后关联依然存在。对于绝对有氧工作能力，两种模型设定下均观察到显著的PhA与性别交互作用（交互作用p均<0.001）；PhA在男性中与有氧工作能力正相关，而在女性中无此关联。在预设显著性阈值下，按体重标准化有氧工作能力未观察到显著性别交互作用。两种结局均未发现显著的PhA与年龄段交互作用。结论：在考虑身体成分、肌肉质量、肌肉功能及疾病相关变量后，PhA与有氧工作能力独立相关。与绝对有氧工作能力的关联存在性别差异，而未观察到年龄段对效应的明确修饰作用。

研究背景：有氧能力是健康与体能表现的重要指标，与心血管疾病、癌症及耐力表现相关。最大摄氧量（VO₂max）是评估有氧能力的金标准，但需极量运动和专门设备，在老年人和体力活动较少者中可行性受限。体力工作能力（PWC）测试依据心率对递增负荷的反应提供次极量替代方案，其中年龄预测最大心率75%时的体力工作能力（PWC75%HRmax，简称PWC75%）是简便的次极量有氧工作能力指标。有氧工作能力随年龄、性别及身体成分（体质指数（BMI）、瘦体重、体脂百分比）变化，下肢肌肉特征（力量、功率、神经肌肉功能、收缩与疲劳特性）亦可能影响踏车或功率计运动表现，因此其可能不仅反映心肺功能，也反映外周骨骼肌特征。生物电阻抗分析（BIA）通过电阻（R）与电抗（Xc）评估组织电学特性并推导相位角（PhA），PhA被视为细胞完整性、水合状态与膜功能的指标，并与细胞内水分布、炎症及氧化应激相关；近期研究报告PhA与心肺适能正相关。既往研究在考虑年龄、性别和身体成分后考察了二者关联，但在广泛成人年龄范围内、考虑肌肉质量与肌肉功能后PhA是否仍独立相关尚不清楚。因此本研究主要考察上述独立关联，并检验其是否因性别或年龄段而异。

研究人员开展的研究与结论：研究人员利用横滨运动医学中心运动项目服务（SPS）研究2013年1月至2019年3月的数据，初筛5,490名成人，排除未能完成PWC75%测试者（n=331）及医疗数据缺失者（n=619）后，4,540名（男2,052、女2,488）纳入最终分析；所有参与者均为社区居住、可独立出行且日常生活活动无困难的成人。结果显示，男性绝对及按体重标准化的有氧工作能力均高于女性（114.35 vs. 67.61 W；1.77 vs. 1.34 W/kg，均p<0.001）；男性BMI较高而女性体脂百分比较高。在基于BMI及体脂百分比的模型中，PhA与两种有氧工作能力结局均呈正相关（标准化β=0.046~0.157，均p<0.001），调整疾病相关变量后仍存在（标准化β=0.049~0.159），完全设定模型的敏感性分析亦一致。附加PhA使调整R²由0.6672升至0.6683（绝对值）及由0.5427升至0.5450（按体重标准化），AIC分别下降14.3与22.4，误差指标变化很小。交互分析显示，绝对有氧工作能力的PhA与性别交互作用在两种模型中均显著（交互作用p均<0.001），PhA在男性中正相关而女性中无关联；按体重标准化结局的性别交互未达预设阈值（BMI模型交互作用p=0.006；体脂模型交互作用p=0.131）。两种结局均未见显著PhA与年龄段交互作用。其重要意义在于提示PhA可能反映常规肌肉数量或功能指标未能完全涵盖的、与有氧工作能力相关的生理特征，为在广泛成人年龄范围内识别有氧能力相关生理标志提供依据。

主要关键技术与方法：采用横断面设计，数据来源于SPS研究（日本横滨运动医学中心，2013—2019年，社区成人队列）；以8点触觉电极多频体成分仪（MC-190，TANITA）行BIA，于50 kHz由R与Xc计算PhA=arctan(Xc/R)×(180/π)，并以验证方程估算四肢瘦体重（ALM）与骨骼肌指数（SMI）；采用电子制动自行车功率计的次极量递增负荷试验评估PWC75%，由心率-负荷关系推算，并以Silva与Araújo（2015）性别特异方程估算VO₂max；以等速测力计测定膝伸肌力量（KES），以恒速腿伸展测力装置测定腿伸展功率（LEP）并计算肌力特异强度与功率-力量比；采用Pearson相关、偏相关、基于赤池信息准则（AIC）逐步选择的多重线性回归、交互作用分析及敏感性分析，显著性阈值设为p<0.001。

研究结果：（1）参与者特征：男性绝对及按体重标准化有氧工作能力高于女性，男性BMI较高、女性体脂百分比较高；疾病相关变量中血脂异常占38.3%、气流阻塞占7.3%、糖尿病占6.0%、高血压占0.9%。（2）有氧工作能力与年龄的关系：绝对及按体重标准化有氧工作能力与年龄均呈曲线关联，男女两性均在较高年龄呈现较低值。（3）相关分析：未调整时PhA与绝对有氧工作能力在男性（r=0.48）和女性（r=0.33）中正相关，与按体重标准化值在男性（r=0.41）和女性（r=0.29）中正相关（均p<0.001）；调整年龄、性别和BMI后，PhA与两种结局仍呈弱正相关（偏r=0.17和0.20，均p<0.001）；三种肌肉质量指标高度互相关（偏r=0.820~0.963），故选取ALM作为代表性肌肉质量变量。（4）多变量回归：在AIC模型中，PhA与两种结局在BMI及体脂模型中均正相关（均p<0.001），BMI模型标准化β分别为0.056与0.157，体脂模型为0.046与0.065；ALM、肌力特异强度及功率-力量比在四个模型中均被保留且与两种结局显著相关（均p<0.001）；调整R²分别为0.664与0.520（BMI模型）及0.666与0.540（体脂模型）。（5）纳入疾病变量后：PhA仍与两种结局正相关（均p<0.001），BMI模型标准化β为0.056与0.159，体脂模型为0.049与0.070；调整R²为0.667与0.527（BMI模型）及0.668与0.545（体脂模型）。（6）敏感性与交互分析：完全设定模型未行AIC选择时PhA关联依然存在；绝对有氧工作能力存在显著PhA与性别交互作用（交互作用p均<0.001），按体重标准化结局未达阈值；两种结局均无显著PhA与年龄段交互作用。

讨论部分总结：本研究主要发现为，在20~91岁大样本成人中，即便考虑身体成分、肌肉质量、肌肉功能及疾病相关变量，PhA仍与有氧工作能力独立相关；绝对有氧工作能力的关联存在性别差异，而按体重标准化结局无显著性别交互，两种结局均无年龄段效应修饰；此外若干肌肉相关特征仍独立相关。既往PhA与心肺适能或体能表现的关联可能部分反映身体成分、肌肉质量或肌肉功能的差异，本研究中PhA在调整这些因素后仍独立相关，且跨BMI与体脂模型及完全设定敏感性分析保持一致，提示PhA可能反映常规肌肉数量或功能指标未完全涵盖的生理特征。性别交互分析显示男性中PhA与绝对有氧工作能力正相关而女性中无明确关联，按体重标准化结局虽两性均有正向估计但未达阈值，提示关联的性别模式可能随有氧工作能力的表达方式而异，其生理基础尚不清楚，需进一步研究。年龄平方项被保留于多变量模型，与年龄的曲线关联一致；但PWC75%基于220减年龄计算的目标心率推导，年龄在数学上被纳入目标心率，故其年龄相关模式不应仅解释为生理性衰老，年龄项主要用于调整。BMI与体脂分别入模时变量选择存在差异，性别未保留于体脂模型，可能部分反映体脂百分比的显著性别差异，不应解读为不存在性别差异。PhA为非侵入性电学参数，基于其与细胞内外水分布及细胞膜电容特性的关联，被视为反映细胞完整性与功能状态，这些特性可能与肌肉收缩和氧利用过程有关；肌细胞膜系统及Ca²⁺调节受损与线粒体功能障碍及氧化途径ATP生成减少相关，虽PhA不直接测量这些过程，此类生理关系可能部分解释其与有氧工作能力的关联。该解释亦与既往将PhA与代谢活跃组织联系的研究一致：Yamada等报告去脂体重（FFM）中体细胞质量（BCM）比例较低与有氧能力较低相关；Custódio Martins等证明PhA与BCM强相关，提示PhA可能反映肌肉质量之外的代谢特征。PhA与肌力特异强度正相关，方向与Tomeleri等在老年女性中的报告一致，但二者代表肌肉质量的不同方面，其独立关联可能提示捕获部分不同的肌肉特征。尽管PhA在多模型设定中保持独立相关，其对模型整体性能的增量贡献较小，提示其提供互补的统计学信息但幅度有限；本横断面分析未评估分类准确性、临床意义阈值、前瞻性结局或干预决策。有氧工作能力与全因死亡率及心血管疾病风险相关，老年人较低有氧工作能力亦可能与体能受损和肌少症相关，凸显识别独立相关生理特征的重要性；对本研究可得疾病变量的调整未实质性改变关联，支持其稳健性，但不等于独立于更广泛健康状况。研究优势为在20~91岁广泛年龄范围内于同一分析框架下同时评估PhA、肌力特异强度及功率-力量比等多种肌肉相关特征与有氧工作能力的关系。局限性包括：横断面设计无法推断因果；VO₂max为估算而非直接测量，PWC75%基于年龄预测最大心率推导，估计VO₂max应视为补充信息，PWC75%的年龄关联应谨慎解读；参与者自愿参加付费体能评估项目，因PWC75%测试不完整或医疗数据缺失被排除者年龄较大且多项肌肉相关指标较低，不能排除选择偏倚；缺乏习惯性体力活动、吸烟状况、用药与治疗状态、饮食习惯或营养状况、社会经济及心理因素的完整信息，存在残余混杂可能；疾病变量基于测量标准定义，可能未完全反映临床诊断或医学控制状态；BIA部分测量前程序条件未完全标准化，可能增加PhA测量的变异性。

研究结论翻译：在本研究中，考虑身体成分、肌肉质量、肌肉功能及疾病相关变量后，PhA与有氧工作能力独立相关。与绝对有氧工作能力的关联存在性别差异，而未观察到年龄段对效应的明确修饰作用。尚需进一步纵向研究以阐明这些发现的临床与实践意义。