專利名稱：一種確定個體營養曲線的方法
技術領域：
本發明屬于營養學領域。本發明涉及一種確定個體營養曲線的方法。
背景技術：
人體的營養需求是為了滿足生命過程中一系列復雜的生化反應。人體需要40多種營養素以保持人體處于適宜的健康程度、能量水平、以及最佳的免疫能力。個體究竟需要多少維生素、礦物質才能滿足其日常需要？這是一個很難回答的問題。個體營養素的需要量受很多因素影響，包括年齡、性別、遺傳、其它營養素的攝入、營養素的生化作用以及個體營養素的吸收率等。
中國營養學會根據國際上的發展趨勢，結合我國實際情況，于2000年制定并推出了《中國居民膳食參考攝入量DRIs》。
DRIs包括“平均需要量EAR(estimated average requirement)”、“推薦攝入量RNI(reference nutrient intake)”、“適宜攝入量AI(adequate intake)”、“可耐受最高攝入量UL(tolerable upper intake level)”。
EAR是制定營養素RNI的基礎。若已知EAR的標準方差，通常是在EAR上加2個方差，即RNI＝EAR+2SD(SD標準差)；若標準差未知，則假設為12.5％，參見葛可佑，中國營養科學全書(上冊)，人民衛生出版社，2004。RNI相當于傳統的RDA。
在個體需要量的研究資料不足而不能計算EAR，因而不能得到RNI時，就設定AI來代替RNI。AI是通過觀察或實驗獲得的健康人群某種營養素的攝入量。
UL是平均每日攝入營養素的最高限量。UL并不是一個建議的攝入水平。這個量對一般人群中的幾乎所有個體不致引起不利于健康的作用。當攝入量超過UL而進一步增加時，損害健康的危險性隨之增大。“可耐受”這一劑量指在生物學上大體是可以耐受的，但并不表示可能是有益的，健康個體攝入量超過RNI或AI是沒有明顯益處的。對于許多營養素來說還沒有足夠的資料來制定其UL。未制定UL并不意味著過多攝入沒有潛在的危害。
任何情況下個體的真正需要量和日常攝入量只能是一個近似估算結果，因此對個體膳食適宜性評價不可能精確。膳食評價是營養狀況評價的組成部分，目前的營養定量分析通常是將個體的營養素攝入量與居民膳食營養素DRIs中的RNI或AI進行比較。如達到推薦值RNI，就認為個體的營養需求得到滿足，若沒有達到推薦值就認為個體的營養需求沒有得到滿足。然而個體在營養素的需求量上存在很大差異。推薦值RNI并不能滿足所有人的營養需求，將個體的攝入量與推薦值比較時，對個體來說存在如下兩種情況攝入量達到推薦值時，可能只有98％營養需求得到滿足；攝入量達不到推薦值時，個體營養素的供應質量就不能僅根據推薦值所給出信息予以判定，此時可能滿足也可能不滿足個體實際需求。另外“最適宜”沒有一個通用的含義，一種“最適宜”的膳食不必滿足一個人所有營養素的需求。
因為營養不均衡所造成的后果要在較長一段時間后才能表現出來，對于一般健康人群不容易被察覺。但是對于特殊人群如孕婦、肥胖者、嚴重疾病患者，如果仍舊采用這樣的方式進行營養分析必然會帶來不良影響。
經典數學模型中對于營養素攝入量的解釋很清楚，即營養素攝入推薦值要么滿足，要么不滿足(布爾邏輯)，在滿足與不滿足之問沒有別的層次上的評估。經典數學模型對模糊事物進行了過濾，將中間的過渡事物割斷，劃分成絕對的“是”與“非”，拋棄了事物中間過渡的信息，這就造成了信息損失。
前面也分析了營養定量分析過程中存在多種不確定的因素，這些不確定的因素必然導致采用經典數學營養定量分析的局限性，而模糊數學是一種解決不能精確表示問題的數學方法。
事物的模糊性是指客觀差異的中間過渡性所引起的劃分上的一種不確定性。模糊數學是用精確的數學方法來處理無法用數學描述的模糊事件，為解決由于劃分的不確定性而具有模糊性的事物在各個領域所產生的問題。美國著名控制理論家L.A.Zadeh于1965年提出“模糊集合”(Fuzzy Set)概念。模糊集理論已成為數學的一個分支，它雖然是用來模擬模糊性的，但其理論本身卻是精確的。“隸屬度”是它的根本思想，其基本出發點是用“隸屬函數”概念來描述差異的中間過渡，是用0與1之間的數來反映論域中元素隸屬于模糊集合的程度，是以精確的數學語言對模糊性的一種表述。
隸屬度函數定義在某一變量的測度域內，其值表示該變量的一個特定值與這個特征的概念相一致的程度。即元素x對集合A的隸屬程度不再局限取0和1，而是可以取從0到1的任何一個數值，這一數值反映了元素x隸屬于集合A的程度。下面給出表征隸屬度的隸屬函數的定義。
定義所謂論域U上的一個模糊子集(簡稱模糊集)A是指對于任意x∈U，都指定了一個數μA(x)∈
與之對應，叫做x對A的隸屬度。映射μA:U→
x→μA(x)]]>叫做A的隸屬函數。
上述定義表明模糊集A是由隸屬函數給定的，μA(x)的值越接近于1，表明x隸屬于A的程度越高；μA(x)的值越接近于0則表明x隸屬于A的程度越低。從隸屬度的觀點出發，不再是絕對的“屬于”或者“不屬于”，比較適宜對近似性的描述。

發明內容
本發明的目的是解決現有技術中，用數值作為標準進行營養分析難以準確客觀反映個體的營養狀況的問題，將模糊數學引入到膳食營養定量分析中，提供了一種確定個體營養曲線的方法。
為達到上述目的，本發明采用如下技術方案確定個體營養曲線的方法包括下列步驟(1)確定營養曲線的如下函數點營養素攝入的最低安全值，營養素的最佳攝入區間，營養素的最高安全值；(2)根據上述函數點，以營養素攝入量x’為橫坐標，以健康程度為縱坐標繪制適合個體的營養曲線，它是攝入量相對于健康程度的隸屬曲線x′∈R，Φ∈Φ(x′)=FL(x′)0<x′<RNI1RNI≤x′<1.05~1.2×RNIFR(x′).1.05~1.2RNI≤x′<UL]]>且Φ(x′)是一個正規的凸函數，FL(x′)和FR(x′)不對稱。
由于采用了上述技術方案，本發明具有如下有益效果按照本發明提供的確定個體營養曲線的方法確定的營養曲線，以營養曲線圖的方式直觀顯示每種營養成分的“危險”、“安全”和“最佳攝入”范圍，使營養定量分析直觀化、系統化。所述營養曲線廣泛應用于個體營養定量分析方面，特別用于孕婦膳食營養定量分析方面。


圖1某種營養素的營養曲線，圖2孕婦維生素B2的營養曲線，圖3孕婦維生素B12的營養曲線；圖4蛋白質的營養曲線及實際攝入量；圖5碘的營養曲線及實際攝入量；圖6葉酸的營養曲線及實際攝入量；圖7硒的營養曲線；圖8膽固醇營養曲線。
具體實施例方式參照圖1，其中1.實線H表示實際攝入量，2.c、d之間的區域為最佳攝入量區域。(判別準則營養曲線值等于1)，3.b、c之間與d、e之間的區域為安全的攝入量區域；b、c之間為左安全區域；d、e之間的區域為右安全區域，4.a、b之間的區域為攝入量不足的區域，(判別準則營養曲線值小于0.8)5.e右邊的區域為攝入量過多的區域；(判別準則營養曲線值小于0.9)；確定個體營養曲線的方法包括下列步驟(1)確定營養曲線的如下函數點營養素攝入的最低安全值，如圖1中b點，營養素的最佳攝入區間，該區間確定了兩個值，如圖1中c、d點，營養素的最高安全值，如圖1中的e點；(2)根據上述函數點，以營養素攝入量x′為橫坐標，以健康程度為縱坐標繪制適合個體的營養曲線，它是攝入量相對于健康程度的隸屬曲線x′∈R，Φ∈Φ(x′)=FL(x′)0<x′<RNI1RNI≤x′<1.05~1.2×RNIFR(x′).1.05~1.2RNI≤x′<UL]]>且Φ(x′)是一個正規的凸函數，FL(x′)和FR(x′)不對稱。
步驟(1)中最低安全值指維持健康狀況良好的膳食營養素的最低安全攝入限，與之相應健康程度為0.8，除下列營養素外，其它營養素的最低安全值均為EAR能量80％×RNI，蛋白質RNI/1.2，脂肪15％×總能量需求，碳水化合物50％×總能量需求，鈣540mg，磷、鉀、鈉、鎂、鐵、銅、錳AI/1.2；RNI相當于傳統的RDA。RNI是中國營養學會于2000年制定的《中國居民膳食參考攝入量DRIs》中的推薦攝入量RNI，在不能得到RNI的情況下，設定AI來代替RNI。EAR是中國營養學會于2000年制定的《中國居民膳食參考攝入量DRIs》中的平均需要量。
最佳攝入區間，維持健康狀況良好的膳食營養素的適宜攝入區域，與之相應的健康程度為1，如圖1中c、d之間的區域；營養素的最高安全值，也即營養素安全攝入量的上限，營養素攝入量的中毒危險區域的下限營養素的最高安全值為各種營養素的UL值，UL是平均每日攝入營養素的最高限量，為中國營養學會于2000年制定的《中國居民膳食參考攝入量DRIs》中的可耐受最高攝入量，UL對應的健康程度為0.9，如圖1中的e點；個別營養素還沒有給出UL值(如維生素B2)，這種情況下暫時不給出營養素安全攝入區域的上限，僅通過營養素攝入的最低安全值，營養素的最佳攝入區間來確定營養曲線。
營養曲線中“安全”和“適宜”等名詞的含義營養曲線中的“安全”攝入量，“安全”指某種營養素膳食攝入量大于最低要求，可避免營養不良；小于最大允許量，避免過量或中毒；相關營養成分之間的比值合適，避免阻斷吸收；維持適宜的細胞活動環境，避免細胞功能改變；維持能量基本平衡；避免缺余；維持細胞的正常代謝狀態。
營養曲線中的“適宜”攝入量指某種營養素攝入量能維持細胞正常活動需要量；包括因某種原因(例吸煙、飲酒)攝入有害物質，對有害物質進行解毒；因攝入某些藥物(例抗生素、激素)，機體增加對某種營養物質的消耗從而導致對該營養物質的需求增加；由于環境污染，人體對某些營養物質需求增加；由于疾病導致營養物質需求增加；為提高抵抗力而需要增加營養物質需求。
中毒危險區域，營養素攝入量高于最高安全值，當膳食營養素的攝入量落在該范圍時，會發生中毒現象甚至危及生命，與之相應的健康程度為0-0.9。如圖1中e點右邊的區域。
步驟(2)中函數的定義x’代表營養素的攝入量，Φ表示健康程度，論域R的一個模糊子集(簡稱模糊集)是指對于任意x’∈R都指定了一個數Φ(x’)∈
與之對應，叫做x對該模糊集的隸屬度。映射Φ→
x’→Φ(x’)x’叫做模糊集的隸屬函數。
上述定義表明模糊集是由隸屬函數給定的，Φ(x’)的值越接近于1，健康程度越高，表明x’隸屬于模糊集的程度越高，營養素攝入量越接近最佳攝入量；Φ(x’)的值越接近于0，健康程度越低，則表明x隸屬于模糊集的程度越低。
當0＜x’＜RNI時，Φ(x’)＝FL(x’)，最低安全值在該區域內；當RNI≤x’＜1.05-1.2RNI時，Φ(x’)＝1最佳攝入區間與該區域一致，或大于該區域；當1.05-1.2RNI≤x’＜UL時，Φ(x’)＝FR(x’)UL值為該區域的上限。
營養素的營養曲線，用模糊集合表示，把Φ(x’)看作模糊集合中攝入量x’關于健康程度的隸屬度，在0～1之間變化。表3對營養曲線的隸屬度作了說明。
表3營養曲線縱坐標的語義

按照上述方法，可繪制出個體關于各種營養素的營養曲線。
為了精確的確定營養曲線，上述技術方案步驟(1)需進一步確定下述函數營養素零攝入時所對應的健康程度的隸屬度值。
零攝入量指營養素攝入量為0，必需營養素零攝入時所對應健康程度的隸屬度值為0，如圖1中a點；半必需營養素零攝入時所對應健康程度的隸屬度值介于0-1.0之間；有害健康的物質(如煙、酒、膽固醇)零攝入時對應健康程度的隸屬度值為1。
為使得個體營養定量分析的實際需求量、實際攝入量以及營養素缺余狀況統一起來，能夠針對特定個體，迅速判斷某種營養素的缺余狀況，實現個體營養定量分析的直觀化、系統化，以合理調節膳食進行干預。上述確定營養曲線的方法優選包括下述步驟確定個體膳食營養素實際攝入量H，在上述營養曲線圖上繪制X＝H，見圖1。
通過膳食調查獲得營養素的實際攝入量H，可采用7天記賬法或連續3天的24h回顧法，本發明采用的膳食調查方法是7天記賬法。7天記賬法是通過記錄7天的膳食實際攝入量來獲得營養素的實際攝入量。
為了更加精確的繪制個體的營養曲線，下面列出部分營養素的最佳攝入區間碳水化合物總能量需要量×(55％-65％)/4；脂肪總能量需要量×(20％-25％)/4；蛋白質RNI-1.5×RNI，個體體重(Kg)×1.16-1.5×個體體重(Kg)×1.16；鉀、維生素B1、維生素B2總能量需求×RNI/2000-(1.5-3)×總能量需求×RNI/2000；鈣、磷、鈉、鎂RNI-1.5×RNI；鐵、鋅、碘、硒、銅、錳RNI-2×RNI；脂溶性維生素RNI-1.5×RNI水溶性維生素求RNI-(2-3)×RNI膳食纖維總能量需求×12.5/1000-總能量需求×1.5×12.5/1000(克)。
實施例1孕婦的維生素B2的營養曲線圖參照圖2，維生素B2又稱核黃素。我國男性健康成年人EAR須為1.2mg/d，女性EAR為1.0mg/d。相應的RNI分別為1.4mg/d，與1.2mg/d。孕婦每日維生素B2的需要量為1.45mg，孕婦的RNI為1.7mg/d。該孕婦的維生素B2的最低安全值為EAR＝1.2mg，維生素B2為水溶性維生素，所以它的最佳攝入區間是RNI-1.5RNI，即1.7-2.75mg，且維生素B2沒有UL值，在測量范圍內FR(x’)＝1。測量范圍指通常可測量到的營養素的攝入量范圍。
實施例2孕婦的維生素B12的營養曲線圖參照圖3，維生素B12又稱鈷胺素。成年人不分男女EAR均為2ug/d，RNI＝2.4ug/d。孕婦維生素B12的EAR由于胎兒需要每日需增加0.2ug，即2.2ug/d，RNI＝2.6ug/d。維生素B12是水溶性維生素，沒有UL值。該孕婦的維生素B12的最低安全值是EAR＝2ug，最佳攝入區間的下限是RNI＝2.6ug，且在測量范圍內FR(x’)＝1。
實施例3測量、分析人體的代謝率是營養個體化定量分析的基礎。代謝率可以通過兩種方式獲得，一種是通過組織測量，另一種則是通過代謝測量。本發明利用代謝分析儀(間接式測熱系統)通過代謝測量確定個體的代謝率(營養需要量)利用代謝分析儀測定個體一定時間內的耗氧量和CO2產量，并利用尿氮測定儀測定尿氮排出量。根據這些數據和表1糖、蛋白質、脂肪氧化時的熱價、氧熱價及呼吸商和表2非蛋白呼吸商和氧熱價所提供的常數，計算個體的總能量需求。
表1糖、蛋白質、脂肪氧化時的熱價、氧熱價及呼吸商

表2非蛋白呼吸商和氧熱價


首先測定受試者一定時間內的耗氧量和CO2產量，該受試者24小時的耗氧量為400L，CO2產量為340L(已換算成標準狀態的氣體容積)。另經測定尿氮(尿氮測定儀)排出量為12g。查表1可知蛋白質的生物熱價是18，耗氧量常數是0.95L/g，CO2產量常數是0.76L/g，計算24小時產熱量(代謝率)，其步驟如下(1)蛋白質氧化量＝12×6.25＝75g產熱量＝18×75＝1350kJ耗氧量＝0.95×75＝71.25LCO2產量＝0.76×75＝57L(2)非蛋白呼吸商非蛋白代謝耗氧量＝400-71.25＝328.75L非蛋白代謝CO2產量＝340-57＝283L非蛋白呼吸商＝283/328.75＝0.86(3)根據非蛋白呼吸商的氧熱價計算非蛋白代謝的熱量查表2，非蛋白呼吸商為0.86時，氧熱價為20.41。所以，非蛋白代謝產熱量＝328.75×20.41＝6709.8kj。
(4)計算24小時產熱量24小時產熱量＝1350+6709.8＝8059.8kJ＝1928kcal計算的最后數值1928kcal就是該受試者24小時內的能量代謝率(5)確定三大能量物質的需求量被測試人的總能量需求為1928kcal，則其三大能量物質理想需求量如下碳水化合物按生熱比55-65％求出其理想需求1928×(55％-65％)/4＝265-313克。脂肪按生熱比20-25％求出其理想需求1928×(20％-25％)/4＝96.4-120.5克蛋白質的理想需求與體重有關中國成年人蛋白質的RNI＝1.16g/(Kg.d)，該人的體重為45kg，則其蛋白質理想需求為45×1.16-45×1.16×1.5＝52-78克。
實施例4某成年非孕女性，年齡34，體重45kg，職業為教師。
蛋白質參照圖4，蛋白質零攝入時健康程度的模糊值為0，蛋白質的RNI＝45×1.16＝52.2g，RNI/1.2＝43.5g，1.5×RNI＝78.3g，營養素攝入的最低安全值RNI/1.2＝43.5g；營養素的最佳攝入區間52-78g；美國科學院建議人們每日攝入的蛋白質以不超過推薦供應量的2倍為宜，通過膳食調查蛋白質實際攝入量為84g。根據上述資料繪制該個體的蛋白質曲線圖。由圖4可知蛋白質攝入落在右安全區域。可適當降低蛋白質的攝入量。
碘碘(成人)EAR＝120ug/d，RNI＝150ug/d，UL＝1000ug/d；參照圖5，營養素攝入的最低安全值EAR；營養素的最佳攝入區間150-300ug；營養素的最高安全值UL＝1000ug/d；通過膳食調查實際攝入量為137ug。根據上述資料作圖5，由圖5可知膳食碘攝入落在左安全攝入區域。可適當提高碘的攝入量。
葉酸成年女性EAR＝320ug/d，RNI＝400ug/d，UL＝1000ug/d；參照圖6，營養素攝入的最低安全值EAR＝320ug/d；營養素的最佳攝入區間RNI-2RNI，400-800ug/d；營養素的最高安全值UL＝1000ug/d；通過膳食調查實際攝入量為230ug。根據上述資料作圖6，由圖6可知膳食葉酸攝入落在缺乏攝入區內。應提高葉酸的攝入量。
實施例5硒參照圖7，成年人硒的EAR＝41ug/d，RNI＝50ug/d，UL＝400ug/d。其最低安全值為EAR＝41ug/d，最佳攝入區間為RNI-2RNI，50-100ug/d，最高安全值為UL＝400ug/d。根據上述資料繪制硒的營養曲線圖，見圖7。
實施例6膽固醇
參照圖8。膳食膽固醇的攝入量與血脂呈正相關性，因此也增大了動脈粥樣硬化和冠心病的危險性。中國膳食膽固醇推薦值為不超過300mg/d。膽固醇為對人體有害物質，零攝入時，對應的健康程度為零，最高安全值為300。按照上述資料繪制膽固醇的營養曲線，見圖8。
權利要求
1.一種確定個體營養曲線的方法，其特征在于包括下述步驟(1)確定營養曲線的如下函數點營養素攝入的最低安全值，營養素的最佳攝入區間，營養素的最高安全值；(2)根據上述函數點，按照下述函數關系，以攝入量為橫坐標，以健康程度為縱坐標繪制適合個體的營養曲線x′∈R，Φ∈Φ(x′)=FL(x′)0<x′<RNI1RNI≤x′<1.05~1.2×RNIFR(x′).1.05~1.2RNI≤x′<UL]]>所述Φ(x′)是一個正規的凸函數，FL(x′)和FR(x′)不對稱。
2.根據權利要求1所述的確定個體營養曲線的方法，其特征在于步驟(1)確定下述函數營養素零攝入時所對應的健康程度的隸屬度值。
3.根據權利要求1或2所述的確定個體營養曲線的方法，其特征在于確定個體膳食營養素實際攝入量H，在所述營養曲線圖上繪制X＝H。
4.根據權利要求1或2所述的確定個體營養曲線的方法，其特征在于步驟(1)所述最佳攝入區間為碳水化合物總能量需要量×(55％-65％)/4；脂肪總能量需要量×(20％-25％)/4；蛋白質RNI-1.5×RNI，個體體重(Kg)×1.16-1.5×個體體重(Kg)×1.16；鉀、維生素B1、維生素B2總能量需求×RNI/2000-(1.5-3)×總能量需求×RNI/2000；鈣、磷、鈉、鎂RNI-1.5×RNI；鐵、鋅、碘、硒、銅、錳RNI-2×RNI；脂溶性維生素RNI-1.5×RNI水溶性維生素求RNI-(2-3)×RNI膳食纖維總能量需求×12.5/1000—總能量需求×1.5×12.5/1000(克)。
全文摘要
本發明涉及一種確定個體營養曲線的方法。本發明的目的是解決現有技術難以準確反映個體的營養需求的問題，提供一種確定個體營養曲線的方法。本發明將模糊數學應用于營養個體化定量分析中，以營養素攝入量為橫坐標，以健康程度為縱坐標，繪出攝入量對于健康程度的隸屬曲線(見上式)，且Φ(x′)是一個正規的凸函數，F
文檔編號G06F19/00GK1811746SQ200510002608
公開日2006年8月2日 申請日期2005年1月24日 優先權日2005年1月24日
發明者王萍 申請人:王萍