一、人体组成学的早期研究

（一)尸体研究

（二)活体测定方法

（三)体内外因素对人体组成的影响

二、人体组成学研究的现况

（一)对人体组成规律的探索

（二)对影响人体组成的体内外因素的探讨

（三)人体组成的活体测定方法

三、人体组成学研究的未来发展

人体组成学(human body composition studies)是人体生物学的分支之一，它主要研究人体内诸多组成成分之间的数量规律，体内外各种因素对组分间数量关系的影响，以及活体测定人体组分的方法^［1］。

人体生物学包含了许多分支，如生物化学、细胞学、组织学、生理学等等。每个分支都从一个特定的角度(如化学过程、细胞结构、机能调控)来研究人体。然而所有上述分支都不探讨，或很少探讨人体内众多组分之间的数量关系。人体组成学恰恰填补了人体生物学中这个重要的空白。需要指出的是，Human Body Composition Studies 这个英语学科名称，迄今还没有正式的中文译名。笔者暂译为人体组成学或人体组成研究，以就教于国内同道。

在北美、欧洲和澳洲的一些国家，人体组成学研究已有长足的进展。而在中国大陆和台湾，这方面的研究虽已起步，但还只有零星的未成系统的报道。本文的目的是简要而全面地介绍人体组成学这门学科，藉此与国内同道交流，以期促进国内的相关研究。本文首先简略地回顾人体组成研究的历史，然后着重介绍当代人体组成学研究的三个领域，最后简要讨论人体组成学的未来发展。

一、人体组成学的早期研究

人类很早就开始探索自己身体组成的奥秘。公元前440年，被后人称为医学之父的古希腊学者Hippocrates就认为，人体由四种要素即血液、粘液质、黄胆质和黑胆汁所组成。古代中国学者则认为人体包含了金、木、水、火、土五种组分，并认为这五种组分的平衡维系着人体的健康，平衡破坏则会导致疾病。尽管古代学者的假说包含了朴素的辩证法，但是这些假说并没有建立在实验的基础上，因而还不能认为是现代意义上的人体组成学研究。

人体组成学作为现代科学的一个分支，一般认为始于德国化学家Justus von Liebig (1803～1873) 的工作。1850年，Liebig 以化学分析为手段，发现人体中许多成分在食物中也同样存在。他还发现人体组织含有高浓度的钾和低浓度的钠。反之，体液则含有低浓度的钾和高浓度的钠。从Liebig的工作开始，人体组成学研究在过去的一个半世纪中取得了重大进展。这段历史可以大致分为两个时期，即早期研究(1850～1950)和当代研究(1960年至今)。

早期的人体组成学研究主要在三个方面展开，即尸体研究，建立活体测定人体组分的方法，以及探讨体内外因素对人体组成的影响。

(一)尸体研究由于无法在活体上测定人体组分，早期的研究者们不得不主要依靠尸体研究，来探讨体内组分之间的数量关系。1843年，Schwann测定了尸体的器官重量。Bischoff (1863) 和 Fehling(1877)分别测定了成年人、胎儿和新生儿尸体的水含量。1900年，Camerer 和 Soldner进一步测定了胎儿尸体的多种化学成分，包括水、脂肪、氮和主要矿物质的含量。1938年，Lob 和 Swanson测定了胎儿和新生儿尸体的微量矿物质。通过尸体研究，积累了大量人体组成的基本数据，这对探索组分之间的数量关系和规律起了重大的作用。直到现在，尸体研究在人体组成学中仍是不可缺少的。例如，一个新的方法对活体动物的测定值是否准确，有赖于把该动物处死后进行化学分析来检验。迄今为止，最大规模的尸体研究是在1984年完成的，在组织和器官水平上定量研究了25具成年人尸体(12男13女)^［2］。

（二)活体测定方法由于尸体研究难以普遍进行，更由于在尸体上发现的组分间数量规律不一定适用于活体，早期的研究者们开始探索人体组分的活体测定方法。早在1909年，Shaffer 和 Colemen 就提出了由尿肌酐日排出量来估测全身骨骼肌重量。1915年，Keith等依据稀释原理，以活性红(Vital Red)和刚果红(Congo Red)为标记物，测定了全身血容量。1934年，von Hevesy和Hofer以重水(²H₂O)为标记物，测定了全身的水含量。1942年，Behnke等将物理学中著名的阿基米德原理应用于人体组成学，测定了人体中脂肪和去脂体重(fat-free body mass)之间的比例。这个方法由Keys和Brozek(1953)进一步发展，至今仍广泛地应用于测定全身的脂肪含量。另一方面，Sievert(1951)发现，人体内含有钾的放射性同位素(⁴⁰K)，可以用放射学技术进行活体测定。据此，Forbes等(1961)发展出测定全身钾含量的方法。

(三)体内外因素对人体组成的影响在影响人体组成的诸多体内外因素中，年龄是最先被研究的一个。早在1857年，Albert von Bezold就发现，在动物生长过程中，体内的矿物质比例增加，而水的比例却减少。1914年，Benjamin又发现，新生儿的生长伴随着氮的积累。在此基础上，Moulton于1923年提出了“化学成熟(chemical maturity)”的概念。所谓化学成熟，即年幼动物身体的化学组成达到成年水平。Moulton发现，哺乳动物大约在其生命期的4%时达到化学成熟。另一个很早就被研究的因素是营养。1907年，Cathcart发现在禁食过程中身体内的氮含量减少。Benedict等(1919)进一步指出，即使中等程度的饥饿也会引起氮含量的减少。此后，人们研究了越来越多的因素如运动、种族、性别以及各种疾病对人体组成的影响。

人体组成学的早期研究延续了大约一百年。1963年，第一次人体组成学研讨会在纽约召开， J. Brozek总结了过去一百年间的研究成果。这次会议标志着人体组成学早期研究告一段落，也标志着更加快速发展的当代研究的开始。

二、人体组成学研究的现况

从20世纪60年代开始，人体组成学研究进入了一个新阶段。参与人体组成学研究的学者越来越多，发表的学术论文的数量呈指数曲线快速增长^［3］。60年代初，平均每年仅有25篇人体组成学论文发表，到70年代增长到77篇，到80年代进一步增长到110篇。进入20世纪90年代，平均每年发表的人体组成学论文增加到289篇(其中1997年为484篇)。自1985年以来，出版的人体组成学专著已达20部之多，最有代表性的是以下两部专著：

Forbes GB. Human Body Composition: Growth, Aging, Nutrition and Activity. New York: Springer-Verlag, 1987. 350 pages.

Roche AF, Heymsfield SB, Lohman TG (eds.). Human Body Composition: Methods and Findings. Champaign, IL，USA: Human Kinetics, 1996. 366 pages.

人体组成学研究快速发展的另一个重要标志是1985年召开的国际人体组成学研讨会(The International Symposia on In Vivo Body Composition Studies)，为全世界的该领域学者们提供了交流的论坛。这个系列研讨会迄今已召开五次，分别在美国纽约(1986)，加拿大多伦多(1989)，美国休士敦(1992)，瑞典Malmo(1996)，和美国纽约(1999)举行，每次研讨会均有一百多位各国学者参加。

近40年来，人体组成学研究主要围绕着三个方面进行，即探索人体组成规律，探讨各种体内外因素对人体组成的影响，以及发展人体组成活体测定方法。这三方面的研究互相联系，互相促进，现分述于下。（一)对人体组成规律的探索这方面的研究是基于一个认识，即人体决不是由各种成分杂乱无章地堆砌而成的。诸多组成成分之间必然存在着数量规律，以维持人体的正常组成和功能。1992年，Wang等提出了人体组成的五层次模型(The Five-Level Model of Human Body Composition)^［1］。这个模型把已知的大约四十种人体组分归纳到五个渐趋复杂的层次中，即原子层次，分子层次，细胞层次，组织器官层次，和整体层次(附图)。

附图人体组成的五层次模型

中：ECG-细胞外液体(extracellular fluid)，ECS-细胞外固体(extracellular solids)

在原子层次上，人体由五十多种元素所组成。含量最丰富的元素是氧，约占体重的60%。而含量最丰富的六种元素(氧、碳、氢、氮、钙、磷)共占了体重的约98%。身体的质量(BM)等于所有元素质量的总和。

BM = O + C + H + N + Ca + P + S + K + Na + Cl + Mg + others

在分子层次上，人体由超过100 000种化合物所组成。这些化合物的复杂性与分子量有着极大的差异，最简单者如水，最复杂者如核糖核酸。人体组成学将这些化合物分类为若干组分，主要有水、蛋白质、脂、矿物质，以及糖类。身体的质量等于所有这些组分的总和。

BM = 水 + 蛋白质 + 脂 + 矿物质 + 糖类 + 其他

在细胞层次上，人体大约含有10¹⁸个细胞，依照大小、形状、组成、代谢、分布和功能的不同，可以分为若干类别。身体的质量等于细胞、细胞外液体和细胞外固体的总和。

BM = 细胞 + 细胞外液体 + 细胞外固体