广西巴马80岁以上老人食物及营养素摄入特征研究

蔡 达,伍国杰，2,黄国宏,王 芳,李全阳,3,*

(1.广西大学轻工与食品工程学院,广西南宁 530004;2.广西工业技师学院，广西南宁 530031;3.广西食品药品安全评价人才小高地建设载体单位-广西大学食品质量与安全研究中心,广西南宁 530005)

广西巴马80岁以上老人食物及营养素摄入特征研究

蔡 达1,伍国杰1，2,黄国宏1,王 芳1,李全阳1,3,*

(1.广西大学轻工与食品工程学院,广西南宁 530004;2.广西工业技师学院，广西南宁 530031;3.广西食品药品安全评价人才小高地建设载体单位-广西大学食品质量与安全研究中心,广西南宁 530005)

为探究巴马长寿区80岁以上老人各类食物与营养素摄入水平的突出特征,采用称重法并结合膳食史回顾法对广西巴马长寿区和非长寿区进行膳食调查,并利用偏最小二乘法判别分析(PLS-DA)进行模式识别,从各种营养素共同作用的角度整体分析膳食因素对健康长寿的影响。结果表明,长寿区组以谷类、薯类及杂豆食物为主,膳食品种多样化。模式识别结果表明,长寿区组和对照组的营养素摄入水平存在显著差异(p<0.05),PLS-DA模型鉴定出6种与长寿区老人密切相关的特征营养素,其中,脂肪、能量、蛋白质、胆固醇的摄入量在长寿区组显著降低(p<0.05),变化倍数分别为0.43、0.75、0.61、0.26;碳水化合物、维生素A的摄入量在长寿区组显著增加(p<0.05),变化倍数分别为1.18、1.60。这种特定的营养素摄入模式,应该对长寿现象的形成具有积极的影响作用。

长寿,食物种类,营养素,模式识别

健康长寿是人类追求的永恒主题,饮食是影响健康长寿极其重要的因素。2010年《Science》报道,合理的膳食营养能延缓衰老[1],然而营养不良、营养过剩和营养失衡则会明显加快机体衰老的进程并且导致多种老年性疾病的发生,如心脑血管病、肿瘤、糖尿病等[2]。在目前所知的报道中,广西巴马是目前世界五大长寿之乡中唯一长寿老人不断增多的地方,第六次全国人口普查资料[3]显示,2010年巴马县百岁老人的比例达到36.50人/10万人口,远远高于联合国对长寿区的定义标准[4](百岁老人比例7.50人/10万人口)。巴马长寿现象凸显,其食物种类与营养素摄入水平应有令人期待的特征。

目前,关于膳食营养与健康长寿之间关系的研究相对较多。Vasto[5]等人研究表明,地中海饮食模式对西西里岛西卡尼居民的长寿具有积极影响。Willcox[6]等人研究表明,较低的能量摄入水平有利于冲绳老人的健康长寿。姜华[7]分析评价了山东乳山百岁老人的膳食结构与营养素摄入水平。针对巴马长寿区的膳食营养方面的研究报道相对较少,付鹏[8]等人研究发现,长寿区老人的膳食结构具有低能量、低脂肪、低盐、低胆固醇的特点,可以降低高血压、冠心病、糖尿病的发病率。然而,上述这些研究仅仅对食物摄入量或营养素摄入量进行单因素分析,进而探究饮食对健康长寿的影响,尚未考虑各种营养素的共同作用。由于人体的健康长寿并不只是与某一种或某几种营养素有关,而是受到各种营养素的共同影响,并且与整体的膳食营养素摄入水平密切相关,因此,单因素分析结果往往无法准确全面地反映膳食营养素摄入水平与健康长寿的综合关系。

本研究采用多元统计分析手段包括主成分分析(PCA)和偏最小二乘法判别分析(PLS-DA)进行模式识别,从原始数据众多指标的共同作用角度,探究巴马长寿区80岁以上老人食物与营养素摄入水平的突出特征,从整体上探析膳食因素对健康长寿的影响,以期为人类获得健康长寿提供营养学方面的理论指导。

1 材料与方法

1.1 研究对象

根据Darviri C等人制定的健康老人的评判标准[9],并结合县医院和区医院对80岁以上老人的常规体检数据,确立健康老人的选择标准如下:(a)所有参与者均知情同意;(b)能够与调查者进行充分地交流;(c)具有一定的活动能力(如一定的行走能力和自理能力);(d)常规体检数据显示未患有急性及慢性疾病;(e)长期居住本地。

筛选长寿区广西巴马八十岁以上健康老人,作为长寿区组。根据国家统计局第六次人口普查数据,选择广西境内百岁老人数量最少、地理位置和气候环境与巴马县相对接近的非长寿区(南宁西乡塘区)的八十岁以上健康老人,作为对照组。由于在作为对照的非长寿区中符合上述选择标准的百岁老人极其罕见,为保证长寿区组与对照组的研究对象年龄匹配,故选取经过常规体检且符合标准的80岁以上健康老人作为研究对象,被认为是最具长寿潜力的人群。根据当地统计局和医院的数据资料,逐一遍访所有符合选择标准的人群,最终得到57例样本,其中,长寿区组32例,对照组25例。

调查两组研究对象的基本状况如年龄、性别等,测量身高、体重、血压,并计算身体质量指数BMI。长寿区组和对照组的年龄分别为88±8和87±5岁,性别比(男/女)分别为15/17和13/12。对两组研究对象的年龄、性别进行平衡检验,两组间年龄、性别无显著性差异(p>0.05),排除了年龄、性别对膳食营养状况的影响。

1.2 膳食调查方法

首先采用膳食史回顾法对研究对象进行膳食调查,利用标准量具及常见食物模型,通过统一培训的调查员与采访老人耐心交谈,全面了解其长期形成的饮食习惯,然后,采用称重法对采访老人6 d(四个工作日和两个休息日)的食物摄入情况进行具体量化分析。称重法膳食调查先后共进行4次,分别在1、4、7、10月进行。调查期间,每天早、中、晚三餐,按照与各家约定的做饭时间,经过统一培训的调查员分别进入各个家庭,准确记录烹调所用的各种食物原料和调味品的种类,并进行一一称量;此外,对各种食物原料烹调后的重量也进行准确称量。就餐时,对采访老人采取分餐制,称量并记录其各种饭菜的实际摄取量。此外,每天所摄入的其他食物如零食、水果等也一一称量并记录。在调查期间,要求采访老人不改变原来的饮食习惯,不刻意变化食谱和摄入量,以获得真实、准确、可靠的数据。调查现场设置专业质控人员负责核查,发现错误、遗漏及时进行核实修正。

1.3 评价指标

1.3.1 食物种类 评价包括谷类、薯类及杂豆、蔬菜类、水果类、畜禽肉类、鱼虾类、蛋类、奶类及奶制品、大豆类及坚果、油脂类共计9类食物的摄入量。

1.3.2 营养素摄入量 评价包括能量、蛋白质、脂肪、碳水化合物、膳食纤维、胆固醇、维生素A、维生素B1、维生素B2、维生素B3、维生素B6、叶酸、维生素C、维生素E、钙、磷、钾、钠、镁、铁、锌、硒、铜、锰共计24种营养素的摄入量。

1.3.3 三大营养素供能比 评价蛋白质、脂肪和碳水化合物三大营养素的供能比例。

1.4 统计分析

采用营养计算器2.5版软件对膳食调查数据进行录入和整理,结合中国食物成分表[10],计算营养素摄入量及三大营养素供能比,并根据中国居民膳食营养素推荐摄入量或适宜摄入量(RNI/AI)[11],对上述指标进行分析评价。

采用SIMCA-P 11.5软件对营养素摄入量数据进行多变量统计分析。对数据进行标准化处理(中心化后统一到单位方差)后,进行主成分分析(PCA),以观察样本间的自然聚类。然后采用适合小样本数据集的偏最小二乘法判别分析(PLS-DA)进行模式识别,建立两组间的区分模型,并鉴别出对组间差异贡献较大的差异营养素,从而确定与长寿区老人密切相关的特征营养素,此外PLS-DA模型经过7轮交互验证(CV)过程防止了模型的过度拟合。

采用SPSS 17.0软件对数据进行方差分析,以验证特征营养素的显著性,从而增加统计分析过程中差异营养素显著性判断的可靠性,减少假阳性结果的发生。此外,计算长寿区组与对照组的特征营养素摄入量的比值,即营养素摄入量在两组之间的变化倍数。

表1 80岁以上健康老人平均每日各类食物摄入量(g)

注:同一行数据上标的字母不同时,表示两组之间差异显著(p<0.05)。

2 结果与讨论

2.1 食物种类

长寿区组与对照组的研究对象平均每日各类食物摄入量及方差分析结果如表1所示。长寿区组老人的膳食以谷类、薯类及杂豆食物为主,平均每人每天摄入262.19 g,同时膳食品种做到了多样化,包括大米、玉米、红薯、火麻仁、饭豆等。在动物性食物中,主要以畜禽肉类为主,平均每人每天摄入50.63 g。与中国老年人平衡膳食宝塔中的推荐量相比[12],长寿区组研究对象的各类食物摄入量相对较低。由于80岁以上老人的基础代谢降低,体力活动减少,因而各类食物的摄入量较少,这或许更利于长寿现象的形成。因此认为以谷类、薯类及杂豆食物为主且多样化的膳食结构对巴马长寿区老人的长寿有积极影响。

长寿区组与对照组各类食物摄入量的方差分析结果显示,大豆类及坚果食物摄入量在两组之间无显著差异(p>0.05),而其余8类食物摄入量在两组之间存在显著差异(p<0.05)。结果说明,虽然长寿区组的各类食物摄入水平偏低,但是相对充足的豆类食物摄入量具有较好的补偿作用。有研究表明,豆类食物中的异黄酮是一种有效的抗氧化剂,具有延缓衰老的作用[13]。因此,适量的豆类食物的摄入有利于巴马长寿区老人的健康长寿。

2.2 营养素摄入量

长寿区组与对照组的研究对象各种营养素每日平均摄入量及方差分析结果如表2所示。与中国居民膳食营养素推荐摄入量或适宜摄入量(RNI/AI)相比,长寿区组的维生素A、镁、铁、铜、锰的摄入量达到推荐标准,男性摄入量分别为1236.50 μgRE、348.00、14.31、2.36、3.60 mg,女性摄入量分别为1315.42 μg RE、317.42、14.14、3.17、3.38 mg。其余营养素摄入量较推荐值相对偏低。值得注意的是,维生素A在提高免疫机能、抗氧化等方面具有重要作用,其中,β-胡萝卜素是机体一种有效的捕获活性氧的抗氧化剂,对于防止脂质过氧化,预防心血管疾病、肿瘤,以及延缓衰老均有重要意义[14]。此外,锰是维持人体健康的一种矿质元素,构成线粒体超氧化物歧化酶,具有清除自由基、抗氧化、延缓衰老的作用[15]。因此,一定程度上表明对于一些具有抗氧化、抗衰老作用的维生素和矿质元素,长寿区组研究对象的摄入相对充足,为巴马长寿区老人的健康长寿提供了重要物质保障。

长寿区组与对照组的男性营养素摄入量的方差分析结果显示,长寿区组男性的能量、蛋白质、脂肪、胆固醇、核黄素、烟酸、钙、磷、钾、钠、铁、锌的摄入量显著低于对照组,然而,膳食纤维的摄入量显著高于对照组。长寿区组与对照组的女性营养素摄入量的方差分析结果显示,长寿区组女性的能量、蛋白质、脂肪、胆固醇、硫胺素、核黄素、烟酸、维生素C、维生素E、磷、钾、钠、硒的摄入量显著低于对照组,然而,碳水化合物、膳食纤维、维生素A、镁、铜的摄入量显著高于对照组。其中,长寿区组男性和女性的膳食纤维的摄入量均显著高于对照组,研究表明,膳食纤维具有促进肠道蠕动的作用,可调节血糖,降低血脂和胆固醇,具有预防糖尿病、冠心病、高血压和心脑血管疾病的生理功能[16]。因而认为膳食纤维的摄入对巴马长寿区老人的健康长寿具有积极影响。

表2 80岁以上健康老人平均每日各种营养素摄入量

注:同一行数据上标的字母不同时,表示两组之间差异显著(p<0.05)。大写字母表示男性营养素摄入量,小写字母表示女性营养素摄入量。

表3 PLS-DA模型的基本参数

注:R2X(cum)和R2Y(cum)代表所有提取成分能够解释的所有X和Y的累积变异,Q2(cum)代表模型的预测能力。

均衡的膳食营养是保证人体健康长寿的前提,且人体的健康长寿与整体的膳食营养素摄入密切相关,而非某一种或某几种营养素。因此,为了从整体上分析膳食营养素摄入对健康长寿的影响,采用计算机模式识别技术分析多种膳食营养素的共同作用。

利用SIMCA-P软件进行模式识别,对标准化处理后的数据进行主成分分析、偏最小二乘法判别分析。PCA得分如图1所示,长寿区组与对照组显示出清晰的分离趋势。进一步建立了更集中关注于组间差异的PLS-DA模型,PLS-DA得分如图2所示,长寿区组与对照组显示出更为明显的分离。说明尽管存在样本间的个体差异,然而组间差异更为明显。表明长寿区组和对照组的营养素摄入水平存在显著差异,长寿区组研究对象的膳食营养素摄入水平具有其显著的特征。

PLS-DA模型的基本参数如表3所示。R2Y(cum)代表模型解释率,Q2(cum)代表模型的预测准确程度,R2Y(cum)和Q2(cum)都接近于1,说明模型比较理想,有很好的解释率和预测率。由表3可知,该模型的R2Y(cum)值为0.977,Q2(cum)值为0.949,因此认为模型具有较好的解释能力和预测能力,模型的区分程度较好。

图1 长寿区组(红色三角)与对照组(蓝色圆点)营养素摄入量PCA得分图Fig.1 Scores plot of PCA of nutrient intake obtained from the longevous region group(red triangles)and control group(blue dots)

图2 长寿区组(红色三角)与对照组(蓝色圆点)营养素摄入量PLS-DA模型得分图Fig.2 Scores plot of PLS-DA model of nutrient intake obtained from the longevous region group (red triangles)and control group(blue dots)

图3 PLS-DA模型的带有CIJFjk的VIP图Fig.3 VIP plot with CIJFjk of PLS-DA model of nutrient intake

为了提取对这种分离趋势起主要作用的成分即两组之间的差异营养素,利用了PLS-DA模型的带有杰克刀(jack-knifed)置信区间(CIJFjk)的变量权重柱状图(VIP图),如图3所示。VIP值越高,表明该营养素对两组分离的贡献越大,即在两组之间的差异越明显。而CIJFjk可以通过估计某一置信限下的置信区间,显示每个变量的不确定性,置信区间跨度越小,该变量对模型贡献的可信度越高。选择VIP值大于1.000且CIJFjk(α=0.05)不包括0值的营养素作为多变量统计分析得到的差异营养素,为脂肪、能量、蛋白质、胆固醇、碳水化合物、维生素A,其VIP值分别为1.764、1.663、1.625、1.590、1.114、1.007。因此,脂肪、能量、蛋白质、胆固醇、碳水化合物、维生素A为PLS-DA模型所揭示的长寿区组与对照组的差异营养素。

为了验证两组之间的差异营养素,利用了PLS-DA模型载荷图,如图4所示,图中每个点代表一个营养素,若该点偏离原点越远,表明该营养素对两组分离的贡献越大,并结合PLS-DA模型得分图可知,该营养素摄入量在相应的组中越高。上述差异营养素在载荷图中距原点都有较大的距离,进一步说明这些营养素为PLS-DA模型所揭示的长寿区组与对照组的差异营养素。并且由图可知,脂肪、能量、蛋白质、胆固醇的摄入量在长寿区组明显减少,碳水化合物、维生素A的摄入量在长寿区组明显增加。因此,这6种差异营养素可被看作是与长寿区老人密切相关的潜在特征营养素。

图4 PLS-DA模型的载荷图Fig.4 Loadings plot of PLS-DA model

为了从单维统计分析角度,验证上述的潜在特征营养素在长寿区组和对照组之间的统计差异,进行方差分析,并计算这些营养素摄入量在两组之间的变化倍数(长寿区组/对照组)。结果表明,脂肪、能量、蛋白质、胆固醇、碳水化合物、维生素A在两组之间具有显著差异(p<0.05),其摄入量在两组之间的变化倍数分别为0.43、0.75、0.61、0.26、1.18、1.60。因此,最终确定脂肪、能量、蛋白质、胆固醇、碳水化合物、维生素A是与长寿区老人密切相关的特征营养素。

长寿区组的脂肪摄入量显著降低(p<0.05),与对照组相比,变化倍数为0.43。老年人群膳食脂肪摄入量与BMI、空腹血糖、总胆固醇等慢性病指标呈显著正相关,脂肪摄入过多,会导致肥胖、心血管疾病、高血压和某些癌症发病率升高[17]。可见较低的脂肪摄入量对巴马长寿区老人的健康长寿具有至关重要的积极影响。

长寿区组的能量摄入量显著降低(p<0.05),与对照组相比,变化倍数为0.75。较低的能量摄入水平具有预防肥胖、糖尿病、高血压和心血管疾病的作用[18-19]。此外,Willcox[14]等人研究表明,较低的能量摄入水平是传统冲绳饮食的重要特点之一,对冲绳老人的健康长寿具有积极影响。说明较低的能量摄入水平有利于巴马长寿区老人的健康长寿。

长寿区组的胆固醇摄入量显著降低(p<0.05),与对照组相比,变化倍数为0.26。高胆固醇饮食会引起血脂水平成倍上升,并导致高血脂、高血压、冠心病和心血管疾病的发生[20]。因而认为较低的胆固醇摄入量也有利于巴马长寿区老人的健康长寿。

长寿区组的蛋白质摄入量显著降低(p<0.05),碳水化合物摄入量显著增加(p<0.05),与对照组相比,变化倍数分别为0.61、1.18。研究表明,减少蛋白质的摄入量并增加碳水化合物的摄入量,会有利于长寿[21]。可见相对较低的蛋白质摄入量与相对较高的碳水化合物摄入量对巴马长寿区老人的健康长寿具有积极影响。

长寿区组的维生素A摄入量显著增加(p<0.05),与对照组相比,变化倍数为1.60。作为一种理想的抗氧化剂,维生素A在预防老年性疾病、延缓衰老方面具有重要作用。Willcox[14]等人研究表明,较高的抗氧化剂摄入水平有利于冲绳老人的健康长寿。因而认为,较高的维生素A摄入量为巴马长寿区老人的健康长寿提供了重要的物质保障。

表4 80岁以上健康老人三大营养素供能比(%)

注:同一行数据上标的字母不同时,表示两组之间差异显著(p<0.05)。

综上所述,利用PCA和PLS-DA进行模式识别,能够从各种营养素共同作用角度,展现长寿区老人营养素摄入水平的突出特征。PLS-DA模型首次鉴定出6种与长寿区老人密切相关的特征营养素,其中,脂肪、能量、蛋白质、胆固醇的摄入量在长寿区组显著降低(p<0.05),变化倍数分别为0.43、0.75、0.61、0.26;碳水化合物、维生素A的摄入量在长寿区组显著增加(p<0.05),变化倍数分别为1.18、1.60。这种特定的营养素摄入模式,应该对长寿现象的形成具有积极的影响作用。

2.3 三大营养素供能比

长寿区组与对照组的研究对象三大营养素供能比如表4所示。结果表明长寿区组的三大营养素供能比均在推荐范围之内,三大营养素摄入比例合适,蛋白质、脂肪、碳水化合物的供能比分别为12.03%、26.97%、59.91%。然而对照组的脂肪供能比偏高,碳水化合物供能比偏低,能量构成比例不合理,对健康长寿产生负面影响。因此,三大营养素合适的供能比例对巴马长寿区老人的健康长寿也具有重要意义。

3 结论

探究了巴马长寿区80岁以上老人食物与营养素摄入水平的特征。结果表明,长寿区组以谷类、薯类及杂豆食物为主,膳食品种多样化。与中国居民膳食营养素推荐摄入量或适宜摄入量(RNI/AI)相比,长寿区组的维生素A、镁、铁、铜、锰的摄入量达到推荐标准,说明一些具有抗氧化、抗衰老作用的维生素和矿质元素如维生素A、铁、锰的充足摄入,为巴马长寿区老人的健康长寿提供了重要物质保障。

首次从各种营养素共同作用的角度,展现了巴马长寿区80岁以上老人的营养素摄入水平的突出特点。采用PLS-DA进行模式识别,结果表明,长寿区组和对照组的营养素摄入水平存在显著差异,首次鉴定出6种与长寿区老人密切相关的特征营养素,包括脂肪、能量、蛋白质、胆固醇、碳水化合物、维生素A。其中,脂肪、能量、蛋白质、胆固醇的摄入量在长寿区组显著降低(p<0.05),变化倍数分别为0.43、0.75、0.61、0.26;碳水化合物、维生素A的摄入量在长寿区组显著增加(p<0.05),变化倍数分别为1.18、1.60。这种特定的营养素摄入模式,应该对长寿现象的形成具有积极的影响作用。

研究还发现,长寿区组的三大营养素供能比均在推荐范围之内,蛋白质、脂肪、碳水化合物的摄入比例合适,对长寿区老人的健康长寿也应该具有重要意义。

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Characterization of food and nutrient intake of healthy people over 80 years from Bama county of Guangxi province

CAI Da1,WU Guo-jie1,2,HUANG Guo-hong1,WANG Fang1,LI Quan-yang1,3,*

(1.College of Light Industry and Food Engineering,Nanning 530004,China;2.Guangxi Industry Technician Academy,Nanning 530031,China; 3.Carrier of Guangxi Food and Drug Safety Evaluation Elite Group-Food Quality and Safety Research Center of Guangxi University,Nanning 530005,China)

In order to investigate the prominent feature of food and nutrient intake of healthy people over 80 years from the Bama longevous region,dietary survey of healthy people over 80 years from the longevous region and a non-longevous region in Guangxi province was conducted by means of weighing record method coupled with dietary recall method. Partial least squares-discriminant analysis(PLS-DA)was used to perform pattern recognition so as to analyze the influence of diet on health and longevity from point of view of the coaction of all kinds of nutrients. The results showed that grain,tubers and miscellaneous bean were main food in the longevous region group and food varieties were diversified. The results of pattern recognition showed that there were significant differences in nutrient intake between the longevous region group and control group(p<0.05). Six characteristic nutrients closely related to the elderly people from longevous region were identified by means of PLS-DA model. Among the six characteristic nutrients,the intake of fat,energy,protein and cholesterol were significantly decreased in the longevous region group(p<0.05),and the fold change values were 0.43,0.75,0.61 and 0.26,respectively. Another two characteristic nutrients were carbohydrate and vitamin A,whose intake were significantly increased in the longevous region group(p<0.05),and the fold change values were 1.18 and 1.60,respectively. The specific pattern of nutrient intake was supposed to have a positive influence on the formation of longevity phenomenon.

longevity;food variety;nutrient;pattern recognition

2014-11-28

蔡达(1989-)，女，硕士研究生，研究方向：食品营养学，E-mail:caida96@163.com。

*通讯作者:李全阳(1964-)，男，博士，教授，研究方向：食品营养学，E-mail:liquanyang@163.com。

国家自然科学基金面上项目(31371762)。

TS201.4

A

1002-0306(2015)21-0358-07

10.13386/j.issn1002-0306.2015.21.066