羅森林，呂占斌，張鐵梅，陳松景，韓龍飛，屈世浩

(1.北京理工大學(xué) 信息與電子學(xué)院，北京 100081；2.衛(wèi)生部北京老年醫(yī)學(xué)研究所，北京 100730)

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一種個(gè)體膳食能量評(píng)估方法

羅森林1，呂占斌1，張鐵梅2，陳松景1，韓龍飛1，屈世浩1

(1.北京理工大學(xué) 信息與電子學(xué)院，北京 100081；2.衛(wèi)生部北京老年醫(yī)學(xué)研究所，北京 100730)

針對(duì)我國(guó)居民膳食存在的能量攝入不平衡和超重肥胖人群比例過(guò)高問(wèn)題，提出一種結(jié)合個(gè)體BMI的膳食能量評(píng)估方法，該方法對(duì)不同體重合理程度的個(gè)體提出相應(yīng)的膳食能量評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，并利用能量的營(yíng)養(yǎng)曲線對(duì)能量攝入的合理性進(jìn)行量化評(píng)估. 實(shí)驗(yàn)表明，這種方法應(yīng)用于人群中的平均誤差率低于1.70%，能夠?yàn)閭€(gè)體膳食能量提供準(zhǔn)確評(píng)估；膳食能量評(píng)分結(jié)果直觀易懂、方便實(shí)用、易于推廣，可為普通人群膳食能量調(diào)節(jié)及營(yíng)養(yǎng)不良、超重和肥胖人群的膳食干預(yù)提供指導(dǎo).

個(gè)體能量評(píng)估；BMI；能量營(yíng)養(yǎng)曲線

隨著生活質(zhì)量的提高，我國(guó)居民的膳食模式也正發(fā)生著重要的轉(zhuǎn)變，與此同時(shí)，與膳食攝入不合理相關(guān)的肥胖癥、慢性病也越來(lái)越普遍. 2002年中國(guó)營(yíng)養(yǎng)與調(diào)查顯示，我國(guó)成人超重率和肥胖率分別已達(dá)22.8%和7.1%，成人營(yíng)養(yǎng)不良率為8.5%[1-2]. 體重超重或肥胖人群可明顯增加心腦血管病等多種疾病的患病率[3-4]，體重過(guò)輕人群易出現(xiàn)骨折等病理表現(xiàn)[5]. 體重過(guò)低和超重均與個(gè)體攝入的能量密切相關(guān)，個(gè)體在保持體重合理的前提下實(shí)現(xiàn)膳食能量的攝入與需要之間的均衡具有重要的意義.

膳食能量評(píng)估一直是營(yíng)養(yǎng)學(xué)最基本而又重要的研究課題，能量的重要性在營(yíng)養(yǎng)學(xué)中永遠(yuǎn)排在第一位[6]. 1966年，美國(guó)制定了各種營(yíng)養(yǎng)素的DRIs[7]；1986年FAO/WHO成立國(guó)際膳食能量顧問(wèn)組，專(zhuān)門(mén)研究不同的膳食能量攝入對(duì)人體健康和社會(huì)福利的影響[8]；2000年Stookey等[9]針對(duì)中國(guó)人群提出UNC-CH DQI膳食質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)指標(biāo).

我國(guó)在2000年提出針對(duì)中國(guó)居民的膳食營(yíng)養(yǎng)素參考攝入量，確定了不同年齡段、性別和勞動(dòng)強(qiáng)度個(gè)體的能量推薦攝入量(RNI)[8]. 2013年馬立芳等[10]采用UNC-CH DQI指數(shù)對(duì)上海黃浦區(qū)居民膳食能量攝入進(jìn)行評(píng)估. 針對(duì)超重和肥胖人群，《中國(guó)居民膳食指南》和《中國(guó)成人超重和肥胖癥預(yù)防控制指南》建議其能量攝入一般每天減少300～500 kJ[5，11].

DRIs標(biāo)準(zhǔn)和DQI指數(shù)對(duì)膳食能量評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)均是針對(duì)人群提出的，這些指標(biāo)能夠確定整體人群中能量處于合理或不合理人數(shù)比例，但其在個(gè)體能量合理性評(píng)價(jià)方面用處有限[8-9]，由于不同個(gè)體之間能量消耗與體重狀況的差異性，因此對(duì)個(gè)體膳食能量合理性評(píng)估不僅應(yīng)考慮到個(gè)體能量消耗與攝入的平衡，還應(yīng)考慮到不同個(gè)體之間的差異所造成的能量適宜攝入量的不同.

2013年，羅森林等[12]在對(duì)個(gè)體膳食綜合質(zhì)量評(píng)價(jià)時(shí)，采用營(yíng)養(yǎng)曲線的方法，該方法對(duì)個(gè)體能量評(píng)估時(shí)考慮到攝入量與消耗量的平衡，但沒(méi)有考慮到不同個(gè)體間體重合理性存在的差異，體重偏輕和偏重人群應(yīng)在能量攝入保持基本平衡的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)體重合理化發(fā)展. 在體重合理性衡量方面，體重指數(shù)(BMI)被廣泛應(yīng)用于超重、肥胖及其與慢性疾病的關(guān)系研究中[3，13]. 基于以上所述本文提出一種針對(duì)個(gè)體的膳食能量評(píng)估方法，針對(duì)不同BMI范圍的個(gè)體提出不同的膳食能量評(píng)估標(biāo)準(zhǔn).

1 個(gè)體膳食能量評(píng)估算法

本文針對(duì)個(gè)體膳食能量攝入的合理性提出一種評(píng)估方法，從而解決目前膳食能量評(píng)估不夠個(gè)體化的問(wèn)題，該方法依據(jù)個(gè)體能量消耗量與體重合理程度提出針對(duì)不同體重合理程度人群的能量評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，并將能量評(píng)估結(jié)果以分值表示. 個(gè)體膳食能量評(píng)估方法原理如圖1所示.

1.1 數(shù)據(jù)采集及預(yù)處理

輸入的數(shù)據(jù)包括膳食數(shù)據(jù)和個(gè)體屬性，其中膳食數(shù)據(jù)包括食物種類(lèi)、數(shù)量、重量，個(gè)體屬性包括年齡、性別、身高、體重和職業(yè)，為確保膳食數(shù)據(jù)能夠反映個(gè)體日常的膳食狀況，要求至少采集3 d的膳食數(shù)據(jù). 數(shù)據(jù)預(yù)處理包括數(shù)據(jù)格式化、空缺值彌補(bǔ)、壞值剔除、量綱變換、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等.

1.2 能量攝入量計(jì)算

能量攝入量(TEI)計(jì)算公式為

(1)

式中：ei為能量代表值；nij為食物的數(shù)量；wij為食物的單位重量；d為用餐天數(shù)；N為食物種類(lèi)數(shù)目；Mi為第i種食物的單位數(shù)目.

1.3 能量評(píng)估

能量評(píng)估原理如圖2所示.

對(duì)于個(gè)體能量理論消耗量(total energy expenditure, TEE)的計(jì)算，此處采用Schofield要因加權(quán)法公式[14]，計(jì)算方法為

(2)

式中：RBM為基礎(chǔ)代謝率，由個(gè)體年齡、性別、體重計(jì)算得到；LPA代表體力活動(dòng)水平，與職業(yè)相關(guān).

個(gè)體BMI的計(jì)算公式為

(3)

式中：W代表體重，kg；H代表身高，m. 依據(jù)中國(guó)肥胖問(wèn)題組給出的中國(guó)人群BMI與體重合理性的關(guān)系[4]，按BMI值將人群分為4類(lèi)：18.5～23.9為合理，24.0～27.9為超重，大于27.9為肥胖，小于18.5為偏瘦. 個(gè)體能量評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)集合的計(jì)算方法原理如圖3所示.

設(shè)個(gè)體的能量攝入量ITE與能量消耗量eTE的比值用r表示，r=ITE/eTE，個(gè)體能量合理性評(píng)估結(jié)果與r的變化關(guān)系如圖4所示，當(dāng)r從0增大至無(wú)窮時(shí)，個(gè)體能量合理性評(píng)估結(jié)果從嚴(yán)重不足變化至嚴(yán)重過(guò)量.

1.3.1 實(shí)際人群各能量合理程度人數(shù)比例的計(jì)算

本研究中采用UNC-CH DQI指標(biāo)來(lái)對(duì)群體膳食能量合理性進(jìn)行評(píng)估，該方法由美國(guó)北卡羅來(lái)納大學(xué)和中國(guó)疾病預(yù)防控制中心合作于2000年提出的針對(duì)中國(guó)人群的膳食合理性評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)從膳食食物種類(lèi)、水果蔬菜、蛋白質(zhì)、鈣、飽和脂肪、鈉、酒精、能量、總碳水化合物、總脂肪10個(gè)指標(biāo)的攝入量來(lái)對(duì)中國(guó)人群綜合膳食合理程度進(jìn)行評(píng)價(jià)，該評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)適用于對(duì)人群整體膳食合理程度分布比例進(jìn)行統(tǒng)計(jì). 其中對(duì)于膳食能量的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)為：當(dāng)能量攝入量占推薦每日攝入量RDA的比例為80%～119%時(shí)為合理，70%～79%時(shí)為不足，120%～129%時(shí)為過(guò)量，小于70%時(shí)為嚴(yán)重不足，大于130%時(shí)為嚴(yán)重過(guò)量[9]. 實(shí)驗(yàn)所用訓(xùn)練集為6 412名個(gè)體的個(gè)體屬性數(shù)據(jù)和膳食數(shù)據(jù). 該訓(xùn)練集人群的能量攝入的合理性分布結(jié)果如表1所示.

表1 訓(xùn)練集人群中實(shí)際各能量攝入合理程度分布情況

Tab.1 Actual distribution of energy intake reasonable degree among the training set

能量合理程度人群比例/%嚴(yán)重不足830不足1392合理4836過(guò)量1821嚴(yán)重過(guò)量1112

1.3.2 能量合理性評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算

依據(jù)中國(guó)居民膳食指南、平衡膳食寶塔和中國(guó)成人超重和肥胖癥預(yù)防控制指南等文獻(xiàn)對(duì)不同體重合理程度人群的膳食能量攝入建議[5-6，11，15]，對(duì)不同BMI人群能量合理性判定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)整，最終設(shè)定不同BMI范圍人群的r1～r4取值如表2所示.

表2 不同BMI個(gè)體r1～r4取值

能量的營(yíng)養(yǎng)曲線用U(r)表示，依據(jù)其他營(yíng)養(yǎng)素營(yíng)養(yǎng)曲線的構(gòu)造方法，U(r)的計(jì)算公式為

(4)

式中r表示個(gè)體能量攝入量與能量消耗量的比值. 按照營(yíng)養(yǎng)曲線的定義，當(dāng)營(yíng)養(yǎng)素?cái)z入不足時(shí)，U(r)取值0.8對(duì)應(yīng)于營(yíng)養(yǎng)素的最低安全攝入限，當(dāng)營(yíng)養(yǎng)素?cái)z入過(guò)量時(shí)，U(r)取值0.9對(duì)應(yīng)于營(yíng)養(yǎng)素的最高安全攝入限[16]；因此取r2值對(duì)應(yīng)的U(r)為0.8，r4值對(duì)應(yīng)的U(r)為0.9. 針對(duì)不同的BMI情況計(jì)算得到的系數(shù)c1和c2取值如表3所示.

表3 不同BMI個(gè)體能量營(yíng)養(yǎng)曲線中系數(shù)的取值

Tab.3 Coefficients of the energy nutrition curve for individuals with different BMI

BMIc1c2185～2390638406003<185059160600324～2790669712864>2790652912397

依據(jù)個(gè)體能量攝入的健康程度U(r)確定個(gè)體能量得分Se計(jì)算公式為

(5)

能量分值與能量合理程度的關(guān)系如表4所示.

表4 能量合理程度判定規(guī)則

2 實(shí)驗(yàn)及分析

2.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

為驗(yàn)證本文所提的個(gè)體膳食能量評(píng)估方法的有效性，將個(gè)體膳食能量評(píng)估方法應(yīng)用于實(shí)際人群數(shù)據(jù)構(gòu)成的測(cè)試集進(jìn)行開(kāi)集測(cè)試，得到人群能量合理性分布的結(jié)果，將得到的結(jié)果與實(shí)際人群能量合理性的分布情況進(jìn)行對(duì)比，得到該方法存在的誤差. 對(duì)比實(shí)驗(yàn)為羅森林等[12]在2013年設(shè)計(jì)的個(gè)體膳食綜合質(zhì)量評(píng)價(jià)中能量評(píng)估方法，將兩種方法應(yīng)用與同一測(cè)試集，將得到的誤差進(jìn)行對(duì)比，來(lái)說(shuō)明本文所提的方法與對(duì)比方法的優(yōu)劣性.

2.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)資源

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)源為2006年中國(guó)健康與營(yíng)養(yǎng)調(diào)查數(shù)據(jù)，共8 889人的個(gè)體屬性數(shù)據(jù)與3 d 24 h膳食數(shù)據(jù). 其中個(gè)體屬性包括年齡、性別、身高、體重、職業(yè). 對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，刪除能量攝入異常個(gè)體(平均每天的能量攝入低于2.9×106J或高于2.1×107J)，選擇年齡18～70歲個(gè)體共8 014人，從中隨機(jī)選擇6 412名個(gè)體的數(shù)據(jù)作為實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練集，剩余的1 602名個(gè)體的數(shù)據(jù)作為測(cè)試集.

2.3 評(píng)價(jià)方法說(shuō)明

實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)指標(biāo)為誤差率p. 個(gè)體能量評(píng)估方法誤差率p計(jì)算公式為

(6)

式中：n的取值為1～5，分別代表能量評(píng)估結(jié)果為嚴(yán)重不足、不足、合理、過(guò)量、嚴(yán)重過(guò)量5種情況；Rn代表采用個(gè)體能量評(píng)估方法得到的各能量合理程度人數(shù)占總?cè)藬?shù)的比例；R0n為實(shí)際條件下各能量合理程度人數(shù)占總?cè)藬?shù)的比例.

(7)

2.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析2.4.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

針對(duì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試集1 602名實(shí)驗(yàn)對(duì)象采用UNC-CH DQI指標(biāo)對(duì)膳食能量合理性進(jìn)行評(píng)估，得到該部分人群實(shí)際膳食能量合理程度分布情況如表5所示.

表5 測(cè)試集人群實(shí)際各能量攝入合理程度分布情況

Tab.5 Actual distribution of energy intake reasonable degree among the test set

能量合理程度人群比例/%嚴(yán)重不足690不足1463合理4919過(guò)量1878嚴(yán)重過(guò)量1052

將個(gè)體膳食能量評(píng)估方法應(yīng)用于測(cè)試集，得到能量攝入合理性評(píng)估結(jié)果統(tǒng)計(jì)如表6所示.

表6 個(gè)體膳食能量評(píng)估結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

Tab.6 Statistics of the individual dietary energy assessment results

能量評(píng)估結(jié)果人數(shù)(所占比例)/%嚴(yán)重不足70(437)不足248(1548)合理816(5094)過(guò)量331(2066)嚴(yán)重過(guò)量137(855)

將個(gè)體膳食能量評(píng)估方法應(yīng)用于測(cè)試集得到的結(jié)果與表5測(cè)試集人群實(shí)際各能量攝入合理程度分布情況進(jìn)行比較，得到各能量合理性評(píng)估結(jié)果的誤差率統(tǒng)計(jì)如表7所示.

表7 個(gè)體膳食能量評(píng)估誤差率統(tǒng)計(jì)表

Tab.7 Statistics of the individual dietary energy assessment error rates

能量評(píng)估結(jié)果誤差率/%嚴(yán)重不足253不足085合理175過(guò)量188嚴(yán)重過(guò)量197平均誤差率169

2.4.2 對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果

此處將對(duì)比實(shí)驗(yàn)采用的方法稱(chēng)為L(zhǎng)-2013方法，使用該方法對(duì)測(cè)試集人群能量攝入合理性評(píng)估結(jié)果統(tǒng)計(jì)如表8所示.

本文所提的個(gè)體膳食能量評(píng)估方法與L-2013方法對(duì)人群膳食能量合理性評(píng)估得到的結(jié)果分布直方圖如圖5所示，其中縱坐標(biāo)代表各能量合理性評(píng)估結(jié)果的人數(shù)所占總?cè)巳旱谋壤? 從圖5中可看出與L-2013方法相比，本文所提方法對(duì)人群膳食能量攝入評(píng)估結(jié)果為嚴(yán)重不足、不足、過(guò)量的人數(shù)有所減少，評(píng)估結(jié)果為合理、嚴(yán)重過(guò)量的人數(shù)有所增加，與實(shí)際情況人群膳食能量合理性分布相比，本文方法更接近于實(shí)際，總?cè)巳褐心芰繑z入合理的人數(shù)占總數(shù)比例超過(guò)50%，能量攝入嚴(yán)重過(guò)量的人數(shù)比例增加有利于給超重和肥胖人群更多的警示作用，從而達(dá)到控制這部分人群比例增高的目的.

表8 L-2013方法得到的膳食能量評(píng)估結(jié)果

Tab.8 The dietary energy assessment results using L-2013 method

能量評(píng)估結(jié)果人數(shù)(所占比例)/%嚴(yán)重不足174(1086)不足421(2628)合理566(3533)過(guò)量354(2210)嚴(yán)重過(guò)量87(543)

對(duì)本文所提的個(gè)體膳食能量評(píng)估方法與L-2013方法得到的各能量合理性評(píng)估結(jié)果分別與測(cè)試集人群實(shí)際各能量合理程度分布情況進(jìn)行對(duì)比，得到兩者的誤差率統(tǒng)計(jì)如表9所示.

表9 本文方法與L-2013方法誤差率對(duì)比

Tab.9 Error rates of the proposed method and the L-2013 method

能量評(píng)估結(jié)果誤差率/%本文方法L?2013方法嚴(yán)重不足256396不足1271165合理1671386過(guò)量170332嚴(yán)重過(guò)量208509平均誤差率169940

2.4.3 分析與討論

通過(guò)對(duì)比本文所提個(gè)體膳食能量評(píng)估方法與對(duì)照方法能量評(píng)估結(jié)果的誤差率可以看出，本文所提的能量評(píng)估方法得到的結(jié)果誤差率均比對(duì)照方法要低，針對(duì)不同能量合理性人群，本文所提方法得到的結(jié)果誤差率與對(duì)照方法相比降低1.40%～12.19%，平均誤差率降低7.71%. 這說(shuō)明本文所提的個(gè)體膳食能量評(píng)估方法在個(gè)體能量合理性評(píng)估方面具有更高的準(zhǔn)確性.

對(duì)總體8 014名研究對(duì)象分別采用本文所提方法和L-2013方法對(duì)膳食能量進(jìn)行評(píng)估，對(duì)評(píng)估結(jié)果統(tǒng)計(jì)后發(fā)現(xiàn)，本文所提方法得到的結(jié)果與L-2013方法的結(jié)果相比共有3 504人的評(píng)估結(jié)果不同，占總?cè)藬?shù)比例為43.7%，說(shuō)明利用本文所提方法進(jìn)行個(gè)體膳食能量評(píng)估比L-2013方法的準(zhǔn)確性得到較大幅度的提升，本文所提方法在實(shí)現(xiàn)膳食能量評(píng)估的個(gè)體化方面效果顯著.

與UNC-CH DQI標(biāo)準(zhǔn)中能量評(píng)估方法相比，UNC-CH DQI標(biāo)準(zhǔn)適合用于群體膳食能量合理性評(píng)估，本文所提的方法適合于個(gè)體膳食能量評(píng)估，在個(gè)體膳食能量評(píng)估中考慮到個(gè)體差異導(dǎo)致的不同個(gè)體能量需要量的不同，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)個(gè)體膳食能量合理性更加準(zhǔn)確的評(píng)估.

3 結(jié) 論

本文提出的個(gè)體膳食能量評(píng)估方法應(yīng)用于個(gè)體膳食能量評(píng)估方面具有更加準(zhǔn)確、個(gè)體化的評(píng)估效果. 該方法在評(píng)估個(gè)體膳食能量合理性方面不僅考慮到個(gè)體能量消耗量與攝入量的平衡，還考慮到不同個(gè)體BMI的差異導(dǎo)致的能量適宜攝入量的不同，從而該方法能夠?qū)崿F(xiàn)以膳食能量評(píng)估結(jié)果來(lái)指導(dǎo)個(gè)體體重朝更加健康的方向發(fā)展的目標(biāo). 將該方法應(yīng)用于實(shí)際人群的膳食能量評(píng)估中得到的結(jié)果與人群實(shí)際能量合理性分布結(jié)果基本一致，與對(duì)照方法得到的評(píng)估方法相比，效果有明顯提升.

個(gè)體膳食總體的合理性是建立在能量的基礎(chǔ)上，個(gè)體能量攝入的合理評(píng)估對(duì)個(gè)體膳食的準(zhǔn)確指導(dǎo)具有重要意義. 本文提出的個(gè)體膳食能量評(píng)估方法能夠有效地對(duì)個(gè)體膳食能量進(jìn)行評(píng)估，進(jìn)而對(duì)個(gè)體膳食能量的攝入也能起到重要的指導(dǎo)作用. 該方法的提出是針對(duì)于中國(guó)普通成年人，對(duì)于18歲以下的兒童及嬰幼兒、孕婦、影響膳食的特殊疾病患者、老年人則不適用，下一步可以考慮將個(gè)體膳食能量評(píng)估方法的應(yīng)用范圍擴(kuò)大至該部分人群，同時(shí)，如何運(yùn)用該膳食能量評(píng)估方法為個(gè)體提供準(zhǔn)確可行的膳食指導(dǎo)方案也需進(jìn)一步研究.

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(責(zé)任編輯：劉芳)

An Individual Dietary Energy Assessment Method

LUO Sen-lin1，Lü Zhan-bin1，ZHANG Tie-mei2，CHEN Song-jing1，HAN Long-fei1，QU Shi-hao1

(1.School of Information and Electronics，Beijing Institute of Technology，Beijing 100081，China;2.Beijing Institute of Geriatrics，Ministry of Health，Beijing 100730，China)

To solve the problem of the dietary energy intake imbalance and the excessive proportion of the overweight and fat people among Chinese, an individual dietary energy assessment method combining the BMI was proposed. Different dietary energy assessment criteria were proposed corresponding with different reasonable degree of weight, and the energy nutrition curve was used for quantitative assessment of the individual dietary energy intake. Experiments show that the average error rate using the method for individual dietary energy assessment is less than 1.70%. This method could accurately assess individual dietary energy intake conditions. The dietary energy scoring result is intuitive, convenient and practical and it is easy to understand. So the method is easy to popularize in the crowd. This method can be used for the general population to adjust their dietary energy intake and then provide dietary intervention guidance for malnourished, overweight and fat people.

individual energy assessment; BMI; energy nutrition curve

2014-02-24

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(60671008)；國(guó)家“八六三”計(jì)劃項(xiàng)目(2006AA02Z429)

羅森林(1968—)，男，博士，教授，E-mail:luosenlin126@126.com.

呂占斌(1989—)，男，碩士，E-mail:lvzhb111@163.com.

TP 391

A

1001-0645(2016)07-0706-06

10.15918/j.tbit1001-0645.2016.07.009