Đo mỡ bằng thước dây so với xét nghiệm chuyên sâu: Độ chính xác ra sao?

Cấu trúc tiêu chuẩn nhiều ngăn

Việc định lượng thành phần cơ thể người trong môi trường phòng thí nghiệm phụ thuộc vào các mô hình tham chiếu phân chia cơ thể thành các phân đoạn hóa học hoặc giải phẫu riêng biệt [16]. Mặc dù các mô hình hai ngăn (2C) chỉ đơn giản chia khối lượng thành khối lượng mỡ (FM) và khối lượng không mỡ (FFM), chúng lại dựa vào các giả định cố định về mật độ và mức độ hydrat hóa của FFM, điều thường gây ra sai số đo lường trên các quần thể vận động viên và lâm sàng đa dạng [7, 16].

Mô hình bốn ngăn (4C) đại diện cho tiêu chuẩn vàng để phân tích thành phần cơ thể in vivo bằng cách đo độc lập tổng khối lượng cơ thể, thể tích cơ thể (BV), tổng lượng nước cơ thể (TBW) và hàm lượng khoáng chất trong xương (BMC hoặc tro xương) [5, 7, 16]. Một cấu hình toán học kinh điển của mô hình 4C được biểu diễn như sau:

$$\text{Fat (kg)}=2.747\text{BV}-0.710\text{TBW}+1.460\text{A}-2.050\text{Weight}$$

trong đó BV thu được từ phương pháp đo thể tích thế chỗ không khí (ADP) hoặc đo tỷ trọng thủy tĩnh, TBW thông qua phương pháp pha loãng deuterium oxide (${\text{D}}_2\text{O}$) hoặc ${}^{18}\text{O}$, tro khoáng xương ($A$) từ BMC của phương pháp hấp thụ tia X năng lượng kép (DXA) nhân với 1,0436, và Weight là tổng khối lượng cơ thể [7, 16]. Phân tích lan truyền sai số chỉ ra rằng một mô hình 4C được thực hiện đúng cách đạt được độ chính xác phép đo cho khối lượng mỡ vào khoảng 0,25 kg, đồng thời thiết lập hệ số hydrat hóa FFM sinh học trung bình là $0.74\pm 0.02$ [7].

Phương pháp đo thể tích thế chỗ không khí (như hệ thống BOD POD) áp dụng Định luật Poisson trên các khoang dao động kép để xác định thể tích cơ thể, đòi hỏi hiệu chuẩn thể tích hai điểm (khoang rỗng và một xi lanh 50 L), trang phục bó sát để tránh hiện tượng nhiễu diện tích bề mặt đẳng nhiệt, và các hiệu chỉnh thể tích khí lồng ngực (TGV) [9]. Thiết bị BOD POD mang lại hệ số biến thiên nội bộ là 2,3% và phạm vi sai số thể tích chung từ $\pm 1.0\%$ đến $2.7\%$ [7, 9]. Khi các kỹ thuật hiện trường hoặc hình ảnh thay thế được đánh giá, các mô hình tiêu chuẩn 4C (hoặc khung DXA 3C) đóng vai trò là chuẩn mực để định lượng sai số dự đoán [1, 5, 10, 18].

Cơ chế của các công thức nhân trắc học tiêu chuẩn

Các đánh giá thành phần cơ thể tại hiện trường thường triển khai các số đo chu vi bằng thước dây do chi phí thấp và khả năng tiếp cận cao. Giao thức nổi bật nhất là phương pháp chu vi của Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ (DoD), ban đầu được James Hodgdon xây dựng tại Trung tâm Nghiên cứu Sức khỏe Hải quân bằng cách sử dụng dữ liệu tiêu chuẩn cân dưới nước và sau đó được xác thực chéo trên các quân nhân từ Nghiên cứu Thành phần Cơ thể Lục quân năm 1984 [10, 14]. Các công thức toán học (sử dụng đơn vị đo bằng inch) được cấu trúc như sau [12]:

• Nam giới: $$\%\text{BF}=86.010\times {log}_{10}(\text{abdomen}-\text{neck})-70.041\times {log}_{10}(\text{height})+36.76$$
• Nữ giới: $$\%\text{BF}=163.205\times {log}_{10}(\text{waist}+\text{hip}-\text{neck})-97.684\times {log}_{10}(\text{height})-78.387$$

Các chỉ số nhân trắc học khác cố gắng loại bỏ việc đo chu vi nhiều vị trí bằng cách cô lập các tỷ lệ giải phẫu cụ thể. Chỉ số mỡ cơ thể (BAI), được giới thiệu bởi Bergman và cộng sự, ước tính lượng mỡ từ chu vi hông và chiều cao: $\text{BAI}=[\text{hip circumference (cm)}/(\text{height (m)}{)}^{1.5}]-18$ [21]. Tương tự, chỉ số khối lượng mỡ tương đối (RFM) và tỷ lệ vòng eo trên chiều cao (WHtR) tận dụng hình học vòng eo so với tầm vóc để ước tính lượng mỡ trung tâm và các ngưỡng mô mỡ nội tạng (VAT) trên các nhóm nhân khẩu học [3, 23].

+-----------------------------------------------------------------------------+
|                   HỆ THỐNG PHÂN CẤP MÔ HÌNH THÀNH PHẦN CƠ THỂ               |
|                                                                             |
|  [Tiêu chuẩn 4 ngăn]                                                        |
|   ├── Tổng khối lượng cơ thể (Cân đã hiệu chuẩn)                            |
|   ├── Thể tích cơ thể (ADP / BOD POD qua Định luật Poisson) [9]             |
|   ├── Tổng lượng nước cơ thể (Pha loãng đồng vị D2O / 18O) [7]              |
|   └── Khối lượng khoáng xương / Tro (DXA BMC x 1.0436) [7]                  |
|        │                                                                    |
|        ▼ Độ chính xác: ±0.25 kg FM [7]                                      |
|                                                                             |
|  [Mô hình phòng thí nghiệm thay thế]                                        |
|   ├── Hấp thụ tia X năng lượng kép (DXA 3C) [5, 10]                         |
|   └── Các biến thể 4C thể tích từ DXA (4C-DXA1 / 4C-DXA2) [1, 3]            |
|                                                                             |
|  [Mô hình nhân trắc học hiện trường]                                        |
|   ├── Phương trình chu vi DoD (Bụng, Cổ, Eo, Hông) [4, 10, 12]              |
|   ├── Chỉ số mỡ cơ thể (BAI: Hông & Chiều cao) [21]                         |
|   └── Các tỷ lệ tương đối (WHtR, RFM, BMI) [3, 15, 23]                      |
+-----------------------------------------------------------------------------+

Độ chính xác cắt ngang và các sai lệch hệ thống

Các thử nghiệm xác thực so sánh trực tiếp các phương trình chu vi với hình ảnh phòng thí nghiệm và tiêu chuẩn nhiều ngăn cho thấy các sai lệch hệ thống rõ rệt liên quan đến độ gầy, giới tính và sự phân bố mỡ của người tham gia [10].

Trong một nghiên cứu trên 609 lính Thủy quân Lục chiến Hoa Kỳ tại ngũ (430 nam, 179 nữ; độ tuổi 18–57) được đánh giá so với DXA ba ngăn, các phương trình chu vi bụng của DoD đã cho thấy sai lệch có hướng đáng chú ý [10]:

• Ở nam giới, phương trình chu vi đã đánh giá thấp tỷ lệ phần trăm mỡ cơ thể một cách có hệ thống với sai lệch trung bình là $-2.6\pm 3.7\%$ (tuổi $\le 30$) và $-2.5\pm 3.7\%$ (tuổi $>30$) [10].
• Ở nữ giới, phương trình đã đánh giá quá mức tỷ lệ phần trăm mỡ cơ thể một cách có hệ thống là $+2.3\pm 4.3\%$ (tuổi $\le 30$) và $+1.3\pm 4.8\%$ (tuổi $>30$) [10].
• Các phân tích hồi quy riêng lẻ cho thấy sai lệch tỷ lệ: phương pháp chu vi ước tính quá mức lượng mỡ cơ thể một cách có hệ thống ở những quân nhân gầy trong khi lại đánh giá thấp lượng mỡ cơ thể ở những cá nhân có độ béo cao hơn [10].

Để so sánh, phân tích trở kháng điện sinh học (BIA qua RJL Systems Quantum IV) trong cùng một thuần tập đã cho thấy sai lệch trung bình thấp hơn so với DXA (nam giới $\le 30$: $0.4\pm 3.2\%$, $>30$: $-0.5\pm 3.5\%$; nữ giới $\le 30$: $1.4\pm 3.1\%$, $>30$: $0.0\pm 3.3\%$) [10].

Các sai số có hướng tương tự cũng xuất hiện với các chỉ số đơn chu vi. Trong một nhóm gồm 95 phụ nữ được đánh giá qua DXA, BAI kém hiệu quả hơn so với BMI tiêu chuẩn trong việc dự đoán tỷ lệ phần trăm mỡ cơ thể (BMI: $r=0.823$, $r^2=0.678$, $\text{SEE}=3.89\%$; BAI: $r=0.702$, $\text{SEE}=4.88\%$) và đánh giá thấp lượng mỡ cơ thể trung bình $8.7\%$ ở các phạm vi độ béo cao hơn [21]. Tuy nhiên, trong một nghiên cứu mô hình 4C riêng biệt trên 188 người trưởng thành trẻ tuổi, BAI ($r=0.668$) và chu vi vòng eo ($r=0.194$) có tương quan chặt chẽ hơn với tỷ lệ mỡ bắt nguồn từ 4C so với BMI ($r=0.192$) [21]. Ở cấp độ dịch tễ học, một đánh giá có hệ thống từ 32 nghiên cứu độ chính xác chẩn đoán đã chứng minh rằng chu vi vòng eo có độ nhạy gộp là $62.4\%$ ở nam giới và $57.0\%$ ở nữ giới để xác định béo phì so với các tiêu chuẩn hình ảnh, với độ đặc hiệu lần lượt đạt $88.1\%$ và $94.8\%$ [15].

Theo dõi dọc và độ nhạy đối với những thay đổi thành phần cơ thể

Mặc dù các tương quan cắt ngang giữa nhân trắc học và các tiêu chuẩn nhiều ngăn có thể có vẻ tương đối cao, các phương trình chu vi lại bộc lộ những hạn chế rõ rệt khi theo dõi các thay đổi theo chiều dọc của thành phần cơ thể [4, 14].

Trong một đánh giá theo chiều dọc kéo dài 9 tháng trên 21 học viên sĩ quan ROTC Lục quân trải qua mức tăng khối lượng cơ thể trung bình $+1.8\text{ kg}$, các phân tích Bland-Altman và hồi quy đã chứng minh rằng phương trình chu vi DoD không thể theo dõi được các dịch chuyển thành phần [4, 14]. Các tính toán chu vi đã đánh giá thấp đáng kể những thay đổi về tỷ lệ phần trăm mỡ cơ thể và khối lượng mỡ khi so sánh với các phép đo tiêu chuẩn đo thể tích thế chỗ không khí [4, 14]. Bởi vì sự phì đại cơ bắp làm thay đổi kích thước cổ và bụng một cách không phi tuyến tính so với sự tích tụ mỡ, các phương trình dựa trên chu vi hiểu sai các dịch chuyển hình thái mô trong các điều kiện tập luyện [4, 10].

Những hạn chế trong việc theo dõi cũng tồn tại trên các phương pháp phòng thí nghiệm thay thế. Trong một thử nghiệm liên quan đến 27 vận động viên judo nam ưu tú được theo dõi so với mô hình tiêu chuẩn 4C (ADP, DXA BMC và pha loãng ${\text{D}}_2\text{O}$), giới hạn thỏa thuận $95\%$ riêng lẻ của DXA dao động từ $-3.7\%$ đến $+5.3\%$ đối với khối lượng mỡ tương đối và $-2.6\text{ kg}$ đến $+3.7\text{ kg}$ đối với khối lượng mỡ tuyệt đối [5]. Điều quan trọng là DXA chỉ giải thích được $29\%$ phương sai trong sự thay đổi khối lượng mỡ tương đối ($\mathrm{\Delta }\%\text{FM}$), $36\%$ sự thay đổi khối lượng mỡ tuyệt đối ($\mathrm{\Delta }\text{FM}$), và $38\%$ sự thay đổi khối lượng không mỡ ($\mathrm{\Delta }\text{FFM}$) được quan sát qua mô hình 4C [5].

ĐỘ NHẠY THEO CHIỀU DỌC: TIÊU CHUẨN (Mô hình 4C) so với THAY THẾ

Phương sai được giải thích trong các thay đổi dọc (VĐV ưu tú, DXA so với Tiêu chuẩn 4C [5]):
Thay đổi Khối lượng mỡ tương đối (%FM): [████████░░░░░░░░░░░░] 29%
Thay đổi Khối lượng mỡ tuyệt đối (FM):   [██████████░░░░░░░░░░] 36%
Thay đổi Khối lượng không mỡ (FFM):      [███████████░░░░░░░░░] 38%

Phương trình chu vi so với ADP tiêu chuẩn (Học viên ROTC trong 9 tháng [4, 14]):
- Đánh giá thấp Δ%BF sau khi tăng +1.8 kg khối lượng
- Không thể theo dõi các dịch chuyển cá nhân trong phân bố khối lượng mỡ so với khối lượng nạc

Tính hợp lệ của các mô hình nhiều ngăn lai và thay thế

Để thu hẹp khoảng cách giữa các phương pháp hiện trường và quy trình kiểm tra 4C phức tạp, các nhà nghiên cứu đã khảo sát các phương trình lai thay thế các ước tính thể tích cơ thể bắt nguồn từ DXA vào các khung toán học 4C [1, 3].

McLester và cộng sự đã đánh giá hai phương trình thể tích cơ thể bắt nguồn từ DXA (4C-DXA1 và 4C-DXA2) so với mô hình 4C-ADP tiêu chuẩn trên các phân loại chỉ số khối cơ thể và chu vi vòng eo khác nhau [1]:

• Người trưởng thành có cân nặng bình thường (BMI $<25.0{\text{ kg/m}}^2$, $n=40$): 4C-DXA1 đã dự đoán thấp đáng kể tỷ lệ phần trăm mỡ cơ thể với sai số không đổi (CE) là $-3.0\%$ ($p<0.001$, $\text{SEE}=2.59\%$, $95\%\text{ LOA}=\pm 5.0\%$), trong khi 4C-DXA2 đã dự đoán quá mức đáng kể tỷ lệ mỡ ($\text{CE}=+4.8\%$, $p<0.001$, $\text{SEE}=1.24\%$) [1].
• Người trưởng thành thừa cân không có chu vi vòng eo nguy cơ (BMI $\ge 25.0{\text{ kg/m}}^2$, $n=40$): Tỷ lệ mỡ 4C-DXA1 không khác biệt về sai số không đổi trung bình ($\text{CE}=-0.5\%$, $p=0.112$, $\text{SEE}=1.92\%$), nhưng cho thấy sai lệch tỷ lệ đáng kể ($p=0.007$) [1].
• Người trưởng thành thừa cân có chu vi vòng eo nguy cơ (BMI $\ge 25.0{\text{ kg/m}}^2$, $\text{WC}\ge 88\text{ cm}$ đối với nữ, $\ge 102\text{ cm}$ đối với nam, $n=35$): Cả hai phương trình đều cho thấy mức đánh giá quá cao trung bình nhỏ ($\text{CE}=+2.2\%$ và $+2.3\%$, $p<0.001$), nhưng 4C-DXA1 không có sai lệch tỷ lệ ($p=0.183$, $\text{SEE}=1.84\%$, $95\%\text{ LOA}=\pm 3.8\%$), khiến nó trở thành mô hình thay thế duy nhất được coi là hợp lệ cho thuần tập cụ thể đó [1].

Các điều chỉnh nhân khẩu học sau đó, chẳng hạn như phương trình 4C-DXANickerson, đã xác nhận rằng các chuyển đổi thể tích DXA chuyên biệt có thể cung cấp các ước tính thể tích cơ thể 4C hợp lệ ở các nhóm cụ thể, bao gồm cả người trưởng thành gốc Tây Ban Nha [3]. Tương tự, các phương trình dự đoán trở kháng điện sinh học đa tần số đã hiệu chuẩn (mBCA) dành cho thanh thiếu niên (10–17 tuổi) được phát triển dựa trên các tiêu chuẩn 4C (kết hợp ADP, ${\text{D}}_2\text{O}$ và DXA BMC) mang lại sự đồng thuận mạnh mẽ đối với FFM ($R^2=0.96$, $\text{SRMSE}=2.18\text{ kg}$) mà không có sai lệch trung bình đáng kể ($38.4\pm 11.4\text{ kg}$ so với $38.9\pm 12.0\text{ kg}$) [6].

Tóm tắt thực tiễn

Các phương trình chu vi nhân trắc học tiêu chuẩn cung cấp các ước tính dễ tiếp cận, ít tốn kém về tỷ lệ phần trăm mỡ cơ thể trên các quần thể lớn, nhưng sự phụ thuộc của chúng vào các giả định hình học cứng nhắc sẽ tạo ra sai số mang tính hệ thống [10, 14]. Khi được đối chuẩn với các mô hình tiêu chuẩn 4 ngăn và quét DXA 3 ngăn, các phương trình chu vi ước tính quá mức tỷ lệ mỡ một cách có hệ thống ở những người gầy, đánh giá thấp tỷ lệ mỡ ở những người có độ béo cao hơn, và không theo dõi được các thay đổi mô theo chiều dọc trong các giai đoạn tập luyện hoặc thay đổi cân nặng [4, 10, 14]. Đối với việc theo dõi vận động viên nghiêm túc, nơi việc phân biệt giữa phì đại cơ xương, sự thay đổi cân bằng nước và thay đổi mô mỡ là thiết yếu, các phương trình chu vi tại hiện trường không thể thay thế các mô hình phòng thí nghiệm nhiều ngăn [4, 5, 7].