体脂肪率

生物の体脂肪率は、脂肪の総質量を体重で割り、100 を掛けた値です。体脂肪には必須体脂肪と貯蔵脂肪があります。必須体脂肪は、生命と生殖機能を維持するために必要です。女性の必須体脂肪率は、出産やその他のホルモン機能の要求により、男性よりも高くなります。貯蔵脂肪は、脂肪組織に蓄積された脂肪で構成され、その一部は胸部と腹部の内臓を保護します。体脂肪率の測定には、ノギスによる測定や生体電気インピーダンス分析の使用など、さまざまな方法があります。

体脂肪率は、身長や体重に関係なく、人の相対的な体組成を直接計算できる唯一の身体測定法であるため、フィットネスレベルの尺度となります。広く使用されているボディ マス インデックス(BMI) は、身長や体重の異なる個人の肥満度を比較できる尺度を提供します。体組成の違いにより、肥満度が増加すると BMI も大幅に増加しますが、体脂肪の他の指標の方がより正確な結果をもたらします。たとえば、筋肉量が多い人や骨が大きい人は BMI が高くなります。そのため、BMI は、大勢の人々にとって全体的なフィットネスの指標として役立ちますが、個人の健康状態を判断するためのツールとしては不十分です。^{[引用が必要]}

疫学的には、個人の体脂肪率は性別や年齢によって異なります。^[1]体脂肪率、健康、運動能力などの関係については、さまざまな理論的アプローチが存在します。その結果、さまざまな当局が理想的な体脂肪率についてさまざまな推奨事項を開発してきました。

米国の 国民健康栄養調査 ( NHANES ) によるこのグラフは、1999 年から 2004 年までのサンプルから得られたアメリカ人の平均体脂肪率を示しています。

男性の平均体脂肪率は、16～19歳で23%、60～79歳で31%でした。女性の平均体脂肪率は、8～11歳で32%、60～79歳で42%でした。しかし、女性が通常の健康的な生活を送るためには、男性よりも少なくとも9%多くの体脂肪が必要であることを認識することが重要です。^[2]

2003～2006年に実施されたNHANES調査のデータによると、アメリカ人の成人のうち「正常」な体脂肪率（男性は5～20%、女性は8～30%と定義）の人は10%未満でした。^[3]

2017～2018年のNHANES調査の結果によると、米国の20～74歳の非入院成人の約43％が肥満（重度肥満の9％を含む）で、さらに31％が太りすぎであると推定されています。^[4]正常体重または低体重はわずか26％でした。

1983年、アメリカのオリンピック選手の体脂肪率は女性で平均14～22%、男性で平均6～13%でした。^[5]

必須脂肪は、身体的および生理的な健康に悪影響を与えるレベルであり、このレベルを下回ると死が確実です。

運動能力は体脂肪に影響を受ける可能性がある。アリゾナ大学の研究によると、運動能力にとって理想的な体脂肪率は女性で12～18%、男性で6～15%であることが示された。^[6]

ボディビルダーは必須の体脂肪範囲で競技することがある。認定パーソナルトレーナーは競技者に対し、競技中のみその極めて低い体脂肪レベルを維持するよう勧めるだろう。しかし、そのようなレベルが実際に達成されるかどうかは不明である。なぜなら、(a) そのようなレベルを測定する手段は、以下に述べるように、原則に欠け、不正確であり、(b) 4～6% は一般に男性の生理学的最小値と考えられているからである。^[7]

人間の脂肪細胞は、採取された場所に関係なく、ほぼ完全に純粋なトリグリセリドで構成されており、平均密度は1リットルあたり約0.9キログラムです。今日のほとんどの現代の体組成研究所では、「脂肪のない質量」の密度として1リットルあたり1.1キログラムという値を使用しています。^[8]

よく設計された計量システムでは、人を完全に水中に沈め、押しのけられた水の重量から押しのけられた水の体積を計算することで、体密度を非常に正確に測定できます。肺の空気や体内のその他のガスの浮力は補正されます。体密度の測定にまったく誤差がない場合、体脂肪の推定における不確実性は、主に体成分の通常の変動性により、体重の約 ± 3.8% になります。

全身空気置換容積脈波記録法（ADP）は、人体脂肪率を測定するための認知され、科学的に検証された密度測定法です。^[9] ADPは、水中体重測定のゴールドスタンダード法と同じ原理を使用していますが、水没ではなく空気置換に基づいた密度測定法です。空気置換容積脈波記録法は、迅速、快適、自動化、非侵襲性、安全な測定プロセス、さまざまな被験者タイプ（子供、肥満者、高齢者、障害者など）への対応など、確立された参照方法に比べていくつかの利点があります。^[10]しかし、体脂肪率が極端に高い場合、その精度は低下し、太りすぎや肥満の人の体脂肪率はわずかに低く見積もられる傾向があり（計算方法に応じて1.68～2.94%）、非常に痩せた人の体脂肪率は大幅に高く見積もられる傾向にあります（平均6.8%、ある個人の報告された体脂肪率の最大13%の過大評価、つまりDXAでは体脂肪率2%だがADPでは15%）。^[11]

赤外線光線を上腕二頭筋に照射すると、その光は筋肉で反射され、脂肪に吸収されます。この方法は安全で、非侵襲性があり、迅速かつ簡単に使用できます。^[12]

二重エネルギーX線吸収測定法（DXA、旧称DEXA）は、体脂肪率を推定し、体組成と骨密度を測定する新しい方法です。

2 種類の異なるエネルギーの X 線を使用して身体をスキャンします。そのうちの 1 つは、もう 1 つよりも脂肪に強く吸収されます。コンピューターで 1 つの画像からもう 1 つの画像を減算すると、その差が各ポイントにおける他の組織に対する脂肪の量を示します。画像全体の合計から、全体的な身体組成を計算できます。

体脂肪率をより正確に測定する、より複雑な手順がいくつかあります。マルチコンパートメント モデルと呼ばれるものには、骨の DXA 測定に加えて、体水分(同位体標識水による希釈原理を使用) と体容積 (水置換法または空気容積脈波法) の独立した測定が含まれます。総体カリウムなど、その他のさまざまな成分を個別に測定することもできます。

生体内中性子放射化法では、体内のすべての元素を定量化し、体のさまざまな成分（脂肪、水、タンパク質など）の測定元素間の数学的関係を使用して同時方程式を作成し、体脂肪を含む全身の組成を推定することができます。^[13]

DXA が導入される前は、体脂肪率を推定する最も正確な方法は、その人の平均密度 (総質量を総体積で割った値) を測定し、それを体脂肪率に変換する式を適用することでした。

脂肪組織の密度は筋肉や骨よりも低いため、脂肪含有量を推定することは可能です。筋肉と骨の密度が異なるため、この推定値は歪んでしまいます。骨量が平均以上の人の場合、推定値は低すぎます。ただし、この方法は、以下で説明する方法とは異なり、個人に対して非常に再現性の高い結果 (± 1%) を提供します。これらの方法は、10% 以上の不確実性が生じる可能性があります。体脂肪率は、通常、次の 2 つの式のいずれかで計算されます (ρ は密度 (g/cm ³ ) を表します)。

• Brozek の公式: BF=(4.57/ρ − 4.142) × 100 ^[14]
• Siri の計算式は次のとおりです: BF=(4.95/ρ − 4.50) × 100 ^[15]

生体電気インピーダンス分析（BIA）法は、体脂肪率を推定する低コスト（2006 年には 1 ドル未満から数百ドルまで^[16]）ですが、精度は劣ります。BIA の一般的な原理は、2 本以上の導体を人の体に取り付け、小さな電流を体に流すことです。電気に対する抵抗は脂肪組織、筋肉組織、骨格組織によって異なるため、導体間の抵抗によって 1 対の電極間の体脂肪の測定値が得られます。脂肪を含まない質量（筋肉）は、多量の水（約 73%）と電解質を含んでいるため、良好な導体ですが、脂肪は無水物であるため、電流の伝導性は劣ります。この方法の正確さと精度に影響する要因には、機器、被験者要因、技術者のスキル、および脂肪を含まない質量を推定するために策定された予測方程式があります。

それぞれの（裸の）足を電極の上に置き、電流を片方の脚に送り、腹部を横切ってもう一方の脚に流します。（便宜上、踏む必要がある機器は体重も測定します。）あるいは、電極を両手に持つこともできます。脂肪率の計算には体重が使用されるため、体重は体重計で測定し、ユーザーが入力する必要があります。2 つの方法では、体の異なる部分の脂肪を測定するため、異なるパーセンテージが得られる場合がありますが、矛盾はありません。家庭用のより高度な機器には、足と手の両方に電極が付いたものがあります。

技術者のミスの余地はほとんどありませんが、食事、飲酒、運動などの要因は制御する必要があります^[16]。なぜなら、水分補給レベルは、体脂肪を推定するための電流の流れを決定する上で重要な誤差の原因となるためです。機器の使用説明書では、通常、飲んだり、食べたり、運動したりした直後、または脱水状態のときは測定を行わないように推奨されています。機器には性別や年齢などの詳細を入力する必要があり、これらを考慮した計算式を使用します。たとえば、男性と女性は腹部と太ももの周りに脂肪が蓄積する場所が異なります。

BIA分析装置によって結果は異なります。一部の機器では人口固有の方程式が利用可能ですが、これは特定の民族グループ、人口、および条件に対してのみ信頼できます。人口固有の方程式は、特定のグループ以外の個人には適さない可能性があります。^[17]

体脂肪を推定するための人体測定法は様々あります。人体測定法とは、人体のさまざまな部分の周囲長や皮下脂肪の厚さなど、人体のさまざまなパラメータを測定することを意味します。これらの方法のほとんどは、統計モデルに基づいています。いくつかの測定値が選択され、母集団サンプルに適用されます。サンプル内の各個人について、この方法の測定値が記録され、その個人の体密度も記録されます。この体密度は、たとえば水中体重測定とマルチコンパートメント体密度モデルの組み合わせによって決定されます。このデータから、体測定値と密度を関連付ける式が作成されます。

ダーニン・ウォマーズリー皮下脂肪法^[18] 、ジャクソン・ポロック皮下脂肪法、米国海軍の周囲長法などのほとんどの人体測定法は、実際には体密度を推定するものであって、体脂肪率を推定するものではないため、体脂肪率は、密度に関する上記のセクションで説明したシリ法やブロゼック法などの2番目の式を適用して求めます。その結果、皮下脂肪法やその他の人体測定法から計算された体脂肪率は、2つの異なる統計モデルを適用したことによる累積誤差を伴います。

したがって、これらの方法は、体密度を直接測定し、体脂肪率を推定するために 1 つの式だけを適用する方法よりも劣っています。これらの方法を評価する 1 つの方法は、正確さを犠牲にして利便性を優先しているということです。なぜなら、個人を水に沈めるよりも、数回の身体測定を行う方がはるかに便利だからです。

統計的に導き出されたすべての公式の主な問題は、広く適用できるようにするには、幅広い個人のサンプルに基づかなければならないことです。しかし、その広さは、本質的に不正確です。個人に対する理想的な統計的推定方法は、類似した個人のサンプルに基づいています。たとえば、大学の男子ボート選手のサンプルから開発された皮下脂肪に基づく体密度の公式は、年齢、性別、体力レベル、スポーツの種類、ライフスタイル要因によってサンプルが絞り込まれるため、一般人口のサンプルを使用して開発された方法よりも、大学の男子ボート選手の体密度を推定するのにはるかに正確である可能性があります。一方、このような公式は一般的な使用には適していません。

皮下脂肪の推定方法は、皮下脂肪テスト（ピンチテストとも呼ばれる）に基づいています。このテストでは、ノギス（プライコメーターとも呼ばれる^）を使用して、体のいくつかの標準化されたポイントで皮膚をつまんで正確に測定し、皮下脂肪層の厚さを決定します。^{[20] [21]}これらの測定値は、方程式によって推定体脂肪率に変換されます。いくつかの式では3回の測定が必要ですが、他の式では7回も測定する必要があります。これらの推定値の精度は、測定部位の数よりも、個人の体脂肪分布に依存します。また、正確な場所で一定の圧力でテストすることが最も重要です。実際の体脂肪率を正確に読み取ることはできないかもしれませんが、同じ人が同じ方法でテストを実行する限り、一定期間にわたる体組成の変化を測定する信頼性の高い方法となります。

皮下脂肪に基づく体脂肪の推定は、使用するキャリパーの種類と技術に左右されます。また、この方法では、皮下脂肪組織（皮膚の下の脂肪）という 1 種類の脂肪しか測定されません。2 人の個人がすべての皮下脂肪部位でほぼ同じ測定値を示しても、内臓脂肪組織（腹腔内の脂肪）など、他の体脂肪沈着物の違いにより、体脂肪レベルが大きく異なる場合があります。一部のモデルでは、統計値と結果として得られる式に年齢を変数として含めることで、この問題に部分的に対処しています。高齢の個人は、同じ皮下脂肪測定値に対して体密度が低いことがわかっており、これは体脂肪率が高いことを意味すると考えられます。ただし、高齢で運動能力の高い個人はこの仮定に当てはまらない可能性があり、式では体密度が過小評価される可能性があります。

超音波は組織構造の測定に広く使用されており、皮下脂肪の厚さを測定するための正確な技術であることが証明されています。^[22]現在使用されているAモードおよびBモードの超音波システムは、どちらも組織音速の表の値と自動信号分析を使用して脂肪の厚さを決定します。体の複数の場所で厚さを測定することで、推定体脂肪率を計算できます。^{[23] [24]}超音波技術は、筋肉の厚さを直接測定し、筋肉内脂肪を定量化するためにも使用できます。超音波機器は高価であり、体脂肪測定のみでは費用対効果が高くありませんが、病院のように機器が利用できる場合は、体脂肪を測定する機能にかかる追加コストは最小限です。^[16]

個人の体重と胴回りの測定値から体脂肪率を推定する公式も存在します。たとえば、米国海軍の胴回り法では、腹部またはウエストとヒップの測定値を首の測定値と身長と比較し、他のサイトでは、BMI からの変換によって体脂肪率を推定すると主張しています。米国海軍では、この方法は「ロープとチョーク」として知られています。ただし、「ロープとチョーク」法は不正確で簡単に偽造できると広く受け入れられているため、その有効性に関する情報は限られています。^{[引用が必要]}

米陸軍と米海兵隊も身長と胴囲法を採用している。^[25]男性の場合、へそのすぐ上の首とウエストを測る。女性の場合、ヒップ、ウエスト、首の周囲を測る。これらの測定値は、個人の身長を追加パラメータとして、公開されている表で調べられる。この方法が採用されているのは、軍隊全体で体脂肪検査を実施するための安価で便利な方法だからである。

周囲長を使用する方法は、他の方法に比べて評判が悪いため、国防総省以外ではほとんど受け入れられていません。この方法の精度は、異なる体組成を持つ人々を比較するときに問題となり、首の大きい人は、首の小さい人よりも体脂肪率の計算値が人為的に低くなってしまいます。

体脂肪は、体重（キログラム）を身長（メートル）の2乗で割った体格指数（BMI）から推定できます。体重がポンド、身長がインチで測定されている場合は、その結果に703を掛けることでBMIに変換できます。 ^[26]体脂肪とBMIを関連付ける提案された式は多数あります。これらの式は査読付き学術誌に掲載された研究者の研究に基づいていますが、体脂肪との相関関係は推定値に過ぎず、BMIから体脂肪を正確に推測することはできません。

体脂肪は、デューレンバーグと同僚らが導出した式によって、BMI から推定できる。計算を行う際、密度測定法で測定した体脂肪率 (BF%) と BMI の関係は、年齢と性別を考慮する必要がある。予測式の内部および外部クロス検証では、すべての年齢の男性と女性の体脂肪の有効な推定値が得られることがわかった。ただし、肥満の被験者では、予測式は BF% をわずかに過大評価した。予測誤差は、皮下脂肪厚測定や生体電気インピーダンスなど、BF% を推定する他の方法で得られる予測誤差と同程度である。小児の式は異なり、15 歳以下の小児では身長に応じて BMI が増加するため、小児の BMI と BF% の関係は成人のそれとは異なることがわかった。^[27]

${\displaystyle {\text{Child body fat percentage}}=(1.51\times {\text{BMI}})-(0.70\times {\text{age}})-(3.6\times {\text{sex}})+1.4}$

${\displaystyle {\text{Adult body fat percentage}}=(1.20\times {\text{BMI}})+(0.23\times {\text{age}})-(10.8\times {\text{sex}})-5.4}$

性別は、女性の場合は 0、男性の場合は 1 です。

しかし、前述の内部および外部のクロス検証とは対照的に、これらの式は少なくとも成人には明らかに使用できないことが判明しており、ここでは説明のみを目的として提示されています。

それでも、成人向けに設計された次の式は、少なくとも成人にとってははるかに正確であることが証明されました。^[28]

${\displaystyle {\text{(Adult) body fat percentage}}=(1.39\times {\text{BMI}})+(0.16\times {\text{age}})-(10.34\times {\text{gender}})-9}$

ここでも、性別は女性の場合は 0、男性の場合は 1 となり、男性の体脂肪率が低いことを考慮に入れています。

他の指標が使用される場合もあります。体脂肪指数は開発者らによれば体脂肪率を直接推定できると言われていますが、統計的研究ではそうではないことが判明しました。^[29]

• 脂肪組織
• アンドレアス・ミュンツァー
• 体の丸み指数
• 体内水分
• 肥満の分類
• 「体脂肪率ゼロ」の女性、リジー・ベラスケス
• 相対脂肪量（RFM）

• Gallagher D、Heymsfield SB、Heo M、Jebb SA、Murgatroyd PR、Sakamoto Y (2000 年 9 月)。「健康的な体脂肪率の範囲: 体格指数に基づくガイドライン策定のアプローチ」。米国 臨床栄養学ジャーナル。72 (3): 694–701。doi : 10.1093/ ajcn /72.3.694。PMID 10966886。