Độ chính xác của công thức tính mỡ cơ thể ở thanh thiếu niên qua tuổi dậy thì

Các ngưỡng chỉ số khối cơ thể (BMI) tiêu chuẩn và những công thức nhân trắc học ước tính tỷ lệ mỡ cung cấp các chỉ số sàng lọc hợp lý ở cấp độ nhóm cho thanh thiếu niên, nhưng độ chính xác khi theo dõi ở từng cá nhân lại biến động đáng kể trong suốt quá trình dậy thì [3, 13, 14]. Những thay đổi nhanh chóng trong thành phần của khối không mỡ (FFM)—do sự thay đổi mức độ hydrat hóa, quá trình khoáng hóa xương và biến động hormone theo giới tính—thường xuyên làm lệch kết quả của các phương trình nếp gấp da và mô hình thành phần cơ thể hai ngăn [14, 17].

Quá trình phát triển và thay đổi thành phần cơ thể ở tuổi dậy thì

Tuổi dậy thì đi kèm với những biến đổi lớn về sinh lý và cấu trúc, gây khó khăn cho việc đánh giá thành phần cơ thể [14]. Trước khi trưởng thành về mặt sinh dục, trẻ em có hàm lượng nước cao hơn và hàm lượng khoáng chất trong xương thấp hơn bên trong khối không mỡ so với người trưởng thành [14]. Khi quá trình dậy thì diễn ra, mật độ và tỷ lệ các thành phần trong khối không mỡ sẽ thay đổi rõ rệt [14].

Thời điểm bắt đầu dậy thì được định nghĩa lâm sàng là khi đạt giai đoạn Tanner 2, đặc trưng bởi sự phát triển mô tuyến vú (thelarche, giai đoạn B2) ở nữ hoặc thể tích tinh hoàn đạt từ 4 mL trở lên ở nam [1]. Ở nữ giới, adrenarche (sự gia tăng hormone androgen tuyến thượng thận DHEA và DHEAS trong quá trình trưởng thành) thường diễn ra trước gonadarche [9]. Trình tự trưởng thành thông thường ở nữ giới tiến triển từ tăng tốc độ phát triển chiều cao đến pubarche (mọc lông mu), thelarche, tốc độ tăng trưởng đạt đỉnh và menarche (kinh nguyệt lần đầu) [9]. Thời gian trung bình từ thelarche (B2) đến khi có kinh nguyệt là 2,34 năm (với độ lệch chuẩn 1,03 năm), mặc dù mối tương quan giữa sự phát triển tuyến vú và thời điểm có kinh nguyệt là thấp (r = 0,17), và tổng thời gian để hoàn thành tất cả các mốc dậy thì dao động từ 1,5 đến hơn 6 năm [9]. Dữ liệu nhân khẩu học tại Hoa Kỳ cho thấy độ tuổi trung vị bắt đầu giai đoạn phát triển ngực B2 là 8,8 tuổi ở người Mỹ gốc Phi, 9,3 tuổi ở người gốc Tây Ban Nha, và 9,7 tuổi ở người da trắng và người gốc Á không thuộc gốc Tây Ban Nha, so với mức ước tính gộp là 10,4 tuổi ở các quốc gia có thu nhập thấp và trung bình [9].

Thời điểm dậy thì gắn liền chặt chẽ với mức năng lượng dự trữ và các tín hiệu nội tiết [1, 8]. Lượng mỡ cơ thể gia tăng có liên quan đến việc dậy thì sớm hơn thông qua các cơ chế trung ương—trong đó nồng độ leptin tăng cao làm tăng tính xung của hormone giải phóng gonadotropin (GnRH) và sự tiết gonadotropin—cũng như các cơ chế ngoại vi, nơi tình trạng kháng insulin và tăng insulin máu kích thích sản xuất hormone sinh dục [8]. Trong nghiên cứu theo dõi dọc ở các bé gái, tỷ lệ mỡ cơ thể đo bằng trở kháng điện sinh học dưới 18% ở thời điểm 6 tháng trước tuổi dậy thì, sau đó tăng 2,85% trong 3 tháng để vượt mức 20% trước giai đoạn Tanner B2, và duy trì ở mức từ 22% trở lên sau khi bắt đầu dậy thì [1]. Tốc độ tăng trưởng đỉnh điểm trong giai đoạn bứt phá chiều cao ở tuổi dậy thì diễn ra trong độ tuổi 11–12 ở bé gái (sau thelarche trong độ tuổi 8–12) và trong độ tuổi 13–14 ở bé trai (sau khi tinh hoàn phát triển đạt thể tích ≥4 mL hoặc chiều dài ≥2,5 cm trong độ tuổi 9,5–14) [8].

Độ tin cậy của các ngưỡng BMI tiêu chuẩn

Do BMI chỉ dựa thuần túy vào tổng trọng lượng cơ thể và chiều cao, chỉ số này không phân biệt được giữa sự gia tăng mô mỡ và sự tích lũy khối lượng nạc trong các giai đoạn tăng trưởng vượt bậc ở tuổi dậy thì [3, 13]. Tuy nhiên, với vai trò là một công cụ sàng lọc tình trạng mỡ thừa, các ngưỡng BMI theo độ tuổi vẫn hoạt động tương đương với các mô hình có tích hợp trực tiếp giai đoạn dậy thì [3].

Trong một nghiên cứu cắt ngang trên 368 thanh thiếu niên da trắng khỏe mạnh (8,5–15,5 tuổi), các ngưỡng BMI chỉ tính theo tuổi đã xác định lượng mỡ cao đo bằng phương pháp hấp thụ tia X năng lượng kép (DXA) (được định nghĩa là ≥25% mỡ cơ thể ở nam và ≥35% ở nữ) với độ nhạy 86% ở cả hai giới, cùng độ đặc hiệu 89% ở nam và 97% ở nữ [3]. Việc điều chỉnh các ngưỡng BMI này để kết hợp cả độ tuổi và giai đoạn dậy thì mang lại độ nhạy 90% ở nam và 88% ở nữ (với độ đặc hiệu 92% ở cả hai giới), một mức điều chỉnh không vượt trội đáng kể so với tiêu chí chỉ dựa vào độ tuổi [3]. Hơn nữa, khi đánh giá 6.725 thanh thiếu niên từ 5–17 tuổi từ Nghiên cứu Tim mạch Bogalusa, chỉ số BMI được điều chỉnh theo tuổi và giới tính cho thấy mối liên hệ chặt chẽ hơn một chút với các dấu ấn nguy cơ chuyển hóa tim mạch (bao gồm lipid, lipoprotein, insulin và huyết áp) so với tỷ lệ mỡ cơ thể ước tính bằng các công thức nếp gấp da tiêu chuẩn [13].

Công thức nếp gấp da qua các giai đoạn trưởng thành

Các phương trình nhân trắc học sử dụng thước kẹp để đo độ dày mô mỡ dưới da tại các vị trí giải phẫu cụ thể, rồi chuyển đổi các giá trị này thành mật độ cơ thể ước tính hoặc tỷ lệ phần trăm mỡ cơ thể (%BF) [11, 14, 15]. Các mô hình nhi khoa được áp dụng phổ biến nhất, do Slaughter và các đồng nghiệp phát triển (1988), được xây dựng trên mẫu gồm 242 thanh thiếu niên khỏe mạnh từ 8–18 tuổi và được đối chiếu với phương pháp cân thủy tĩnh hoặc phương pháp pha loãng đồng vị bền [14, 15]. Các phương trình này sử dụng nếp gấp da cơ tam đầu (TR) và nếp gấp da dưới xương bả vai (SE):

• Bé gái (mọi lứa tuổi): %BF = 1,33(TR + SE) - 0,013(TR + SE)^2 - 2,5 [11]
• Bé trai (mọi lứa tuổi): %BF = 1,21(TR + SE) - 0,008(TR + SE)^2 + I (trong đó I là hệ số điều chỉnh dựa trên giai đoạn trưởng thành và chủng tộc) [11]

Các phương trình Slaughter được thiết kế đặc biệt nhằm tính đến sự thay đổi mật độ của FFM qua các giai đoạn trưởng thành (từ trước dậy thì đến sau dậy thì) [14]. Trong nghiên cứu kiểm định chéo của Janz và cộng sự trên 122 thanh thiếu niên từ 8–17 tuổi được đánh giá dựa trên tiêu chuẩn mật độ cơ thể đã điều chỉnh theo độ tuổi, các phương trình nếp gấp da Slaughter cho thấy hệ số tương quan nội lớp cao (ICC = 0,98–0,99) và tương quan giá trị hiệu lực cao (r = 0,79–0,99), với sai số chuẩn ước tính (SEE) và tổng sai số dao động từ 3,5% đến 4,6% đối với tỷ lệ phần trăm mỡ cơ thể [14]. Tuy nhiên, đánh giá này cũng phát hiện sự tương tác đáng kể giữa phương trình nếp gấp da và mức độ trưởng thành sinh dục ở nam giới, đồng thời phương trình thay thế đo nếp gấp cơ tam đầu cộng với bắp chân ở nữ giới có sự khác biệt đáng kể so với phương pháp đối chứng [14].

Khi được đánh giá dựa trên các mô hình bốn ngăn hoặc DXA trên các quần thể trẻ em rộng hơn, các phương trình nếp gấp da truyền thống bộc lộ những hạn chế rõ rệt [10, 11, 13, 15]:

• Thiên vị phụ thuộc vào lượng mỡ: Trong Dự án Thành phần Cơ thể Rosetta Nhi khoa (1.169 thanh thiếu niên), các phương trình Slaughter có mối tương quan cao với tỷ lệ mỡ cơ thể theo DXA (r = 0,90), nhưng ước tính thừa mỡ cơ thể tới 12 điểm phần trăm ở bé trai và 6 điểm phần trăm ở bé gái khi tổng nếp gấp da dưới xương bả vai và cơ tam đầu đạt hoặc vượt quá 50 mm [13].
• Các công thức 4 nếp gấp da cũ: Các phương trình cũ dựa trên bốn nếp gấp da (cơ nhị đầu, cơ tam đầu, dưới xương bả vai, trên mào chậu; chẳng hạn như Brook 1971 hoặc Durnin và Womersley 1974) cho thấy mối tương quan cao (r = 0,71 đến 0,98) với DXA nhưng độ tương đồng kém, dẫn đến chênh lệch trung bình 2,4 kg đối với khối lượng mỡ, -1,9 kg đối với khối không mỡ và 6,3% đối với tỷ lệ phần trăm mỡ cơ thể [15]. Các phương trình nhi khoa mới cập nhật được đánh giá trên 835 trẻ khỏe mạnh và 254 thanh thiếu niên có bệnh lý đã cải thiện mức độ đồng thuận này, với chênh lệch trung bình giảm xuống còn 0,2 kg đối với khối lượng mỡ, 0,4 kg đối với khối không mỡ và 0,0% đối với tỷ lệ phần trăm mỡ cơ thể [15].
• Biến thiên theo bệnh lý và quần thể: Ở 59 nữ thanh thiếu niên mắc chứng phenylketonuria (PKU), các phương trình Slaughter cho thấy độ chính xác kém nhất khi so với phương pháp thể tích ký thay thế không khí (BOD POD), với mức chênh lệch trung bình là -7,7 ± 7,4%, tỷ lệ sai số trung bình là 19% và hệ số tương quan phù hợp (CCC) là 0,3 [10]. Ngược lại, phương trình của Peterson không cho thấy sự khác biệt đáng kể so với BOD POD (P = 0,23, chênh lệch trung bình 0,76 ± 4,8%, CCC = 0,8), trong khi phương trình TAAG của Loftin có tỷ lệ sai số trung bình thấp nhất (2,2%, CCC = 0,8) [10]. Các công thức truyền thống từ Slaughter và Lohman cũng hoạt động kém khi được kiểm tra đối chiếu với DXA ở trẻ em và thanh thiếu niên nhiễm HIV [11].

Trở kháng điện sinh học và mô hình đa ngăn

Phân tích trở kháng điện sinh học (BIA) là một phương pháp thực địa phổ biến khác để đánh giá thành phần cơ thể ở tuổi thanh thiếu niên [4, 17]. BIA đơn tần số đo điện trở thuần (R), phản ánh sự phân bố nước nội bào và ngoại bào, cùng điện kháng (Xc), phản ánh điện dung màng tế bào [23]. Góc pha (PhA) được tính toán theo phương pháp hình học từ biến đổi góc của tỷ số giữa điện kháng và điện trở thuần [23]. BIA cục bộ tại cơ (ML-BIA) đánh giá các nhóm cơ cụ thể: sự suy giảm điện trở cục bộ phản ánh sự tích tụ chất lỏng, trong khi sự suy giảm điện kháng và góc pha phản ánh tính toàn vẹn của màng tế bào bị suy giảm [23]. Các phép đo góc pha cục bộ ở vùng đùi trước đã cho thấy mối liên hệ với chất lượng cơ qua siêu âm ở nam thanh niên và công suất cơ ở nữ thanh niên [23].

Mặc dù có tính ứng dụng thực tế cao, BIA toàn thân tiêu chuẩn vẫn có những hạn chế nhất định đã được ghi nhận khi áp dụng cho các nhóm đối tượng nhi khoa [4, 17]:

• Đánh giá thấp có hệ thống: Một tổng quan hệ thống gồm 28 nghiên cứu (trong độ tuổi 2–17) cho thấy BIA luôn đánh giá thấp khối lượng mỡ và tỷ lệ phần trăm mỡ cơ thể ở trẻ thừa cân và béo phì khi so sánh với DXA [4].
• Cấu trúc thiết bị: Các máy phân tích đa tần số theo từng phân đoạn (như InBody 720) cho thấy mức độ tương đồng vượt trội với DXA nhờ phân biệt được các bể nước nội bào và ngoại bào, trong khi các mẫu đơn tần số dễ bị ảnh hưởng bởi biến động hydrat hóa và lượng thức ăn nạp vào tức thời [4].
• Giả định của mô hình ở vận động viên: Ở các vận động viên vị thành niên (<18 tuổi), mô hình hai ngăn và ba ngăn giảm độ chính xác do các giả định cố định về mật độ mô, thể tích phổi và trạng thái hydrat hóa, khiến mô hình bốn ngăn trở thành lựa chọn ưu tiên hơn [17]. Mặc dù DXA thường được coi là tiêu chuẩn tham chiếu để kiểm định các công cụ thực địa, việc ứng dụng DXA định kỳ hàng tháng bị hạn chế do phơi nhiễm bức xạ, chi phí cao và thiếu tính linh động so với các phương pháp thực địa [4, 17]. Do đó, các kỹ thuật thực địa như đo nếp gấp da và BIA đòi hỏi phải liên tục được kiểm định trên từng nhóm đối tượng cụ thể để giảm thiểu sai số do người đo và do quá trình trưởng thành sinh học gây ra [17].