不同頻率WBV刺激對體育專業(yè)女大學(xué)生骨礦密度及骨代謝影響的實(shí)驗(yàn)研究①

潘瑋敏 于珊珊 楊建昌

（1.西安體育學(xué)院健康科學(xué)系; 2.西安體育學(xué)院研究生部 陜西西安 710068）

競技運(yùn)動員，尤其是女性，退役后骨質(zhì)疏松的發(fā)病率高于正常人群。究其原因主要在于女性運(yùn)動員青年時期的骨質(zhì)丟失高于同年齡階段的普通青年女性，因而訓(xùn)練階段注重女性運(yùn)動員骨組織保健，抑制骨質(zhì)過早丟失顯得尤為重要。但運(yùn)動員職業(yè)的特殊性使得采用的措施或手段應(yīng)滿足無創(chuàng)、使用簡便、對運(yùn)動訓(xùn)練效果干擾小等訴求。

全身振動訓(xùn)練法（whole body vibration；WBV）作為一種借助振動刺激訓(xùn)練肌肉力量的新興方法，已廣泛應(yīng)用于競技體育、康復(fù)治療等方面[1]。近年來，學(xué)者們發(fā)現(xiàn)WB V訓(xùn)練還具有促進(jìn)成骨的作用，但大多研究僅集中在對骨質(zhì)疏松癥的治療作用[2]，WB V是否可作為青年女性運(yùn)動員防治骨質(zhì)丟失的一種康復(fù)手段還未有探討；作為物理振動刺激，應(yīng)用人群及需求的改變，必然會對其使用的適宜頻率提出新的要求。因此，本文通過對體育教育專業(yè)女大學(xué)生施用不同頻率WB V刺激，觀察其骨量及骨代謝的變化，試圖探索出適宜青年女性運(yùn)動員防治骨質(zhì)丟失的新舉措。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象及分組

選擇陜西省西安體育學(xué)院體育教育專業(yè)女大學(xué)生60名，隨機(jī)分為三組：對照組（C T）、低頻率訓(xùn)練組(L F)和高頻率訓(xùn)練組(HF)，每組20名。各組年齡、體質(zhì)指數(shù)（BMI）均無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，且各組受試對象月經(jīng)均正常。實(shí)驗(yàn)期間均正常參與學(xué)校規(guī)定的文化和專項(xiàng)訓(xùn)練課程，且實(shí)驗(yàn)前均簽署知情協(xié)議書，自愿參與。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 WBV訓(xùn)練安排

采用Power Plate pro5（Best Alliance Trading Co. Ltd）進(jìn)行WBV訓(xùn)練。實(shí)驗(yàn)期間對照組（CT）無附加振動刺激，低頻組（L F）及高頻組（HF）每周進(jìn)行間斷WB V訓(xùn)練。其中L F組施加30 Hz振動刺激，HF組則施加50 Hz振動刺激，每周3次，每次10分鐘，持續(xù)12周。實(shí)驗(yàn)前后分別對三組受試者進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)測試分析。

1.2.2 測試指標(biāo)及方法

（1）骨密度測試。骨密度測定采用雙能X線（DEXA）骨密度儀（Prodigy型，美國GE公司）。測量指標(biāo)包括腰椎2-4（L 2-4）、雙側(cè)股骨頭的骨密度（bone mineral density；BMD）。測試姿勢采用平躺仰臥、股骨內(nèi)旋。

（2）等速肌力測試。腰背肌肉力量采用德國產(chǎn)ISOMED2000等速肌力測試，主要測試腰背肌群等速（90°/s）屈伸的向心收縮肌力，受試者測試時采用坐姿，固定雙膝，雙腳踩在平臺上。主要觀察指標(biāo)：①峰值力矩：是整個關(guān)節(jié)活動中肌肉收縮產(chǎn)生的最大力矩輸出，一般代表肌肉或肌群的最大肌力；②屈/伸肌峰值力矩比：是屈伸肌峰值力矩的比值，是反映軀干平衡狀況的理想指標(biāo)。測試數(shù)值剔除了測試部位自身重量對肌力的影響。

表1 腰椎（L 2-4）骨密度測量結(jié)果

表2 雙側(cè)股骨頭骨密度測量結(jié)果

（3）血清骨源性堿性磷酸酶（A L P）和抗酒石酸酸性磷酸酶（T R A C P-5 b）活性的測定。取空腹靜脈血5 ml，分離血清標(biāo)本后置于-80℃冰箱保存，應(yīng)用相應(yīng)酶聯(lián)免疫吸附(E L I S A)試劑盒（S i g ma公司）進(jìn)行檢測。

1.3 數(shù)據(jù)處理

實(shí)驗(yàn)結(jié)果均采用S P S S 13.0軟件處理，實(shí)驗(yàn)結(jié)果均表示為平均數(shù)士標(biāo)準(zhǔn)差，P<0.05為顯著性差異標(biāo)準(zhǔn)，P<0.01為非常顯著性差異標(biāo)準(zhǔn)。

2 結(jié)果

2.1 骨密度測試結(jié)果

如表1、2所示，腰椎及左右兩側(cè)股骨頭B MD值L F及H F組均有升高，其中H F組雙側(cè)股骨頭B MD值相較C T組明顯提高（P<0.05）。同時發(fā)現(xiàn)左側(cè)股骨頭B MD值的增長幅度均大于右側(cè)，分析由于受試對象均為右側(cè)優(yōu)勢者，因而可能與非優(yōu)勢腿B MD值起點(diǎn)低或是肌肉力量較弱，可塑性強(qiáng)有關(guān)。

2.2 肌肉力量測試結(jié)果

通過3個月的WB V訓(xùn)練，L F、H F組屈肌及伸肌的最大肌力均高于訓(xùn)練前，其中HF組屈肌及伸肌最大峰值力矩值明顯高于訓(xùn)練前（P<0.01），尤其伸肌的最大肌力明顯高于訓(xùn)練后的其他兩組。盡管CT組最大肌力因參加日常專項(xiàng)訓(xùn)練的緣故也有所增加，但增幅僅為3.08%。而屈/伸肌群峰力矩比值訓(xùn)練后H F組較其他兩組更接近于1，提示H F組屈伸肌力之間的平衡較其他兩組發(fā)展更好。

2.3 血清骨源性堿性磷酸酶（ALP）和抗酒石酸酸性磷酸酶（TRCAP-5b）活性測試結(jié)果

訓(xùn)練后，C T、L F及H F三組A L P酶活性分別為8.94±1.83；8.97±1.78；9.08±2.27，與訓(xùn)練前的8.94±2.22；8.92±2.22以及8.93±2.59相比較無顯著性差異。而T R C A P-5 b酶活性C T、L F及H F三組訓(xùn)練后分別為3.34±0.82；3.26±1.08；3.00±1.11，與訓(xùn)練前的3.34±0.78；3.36±0.97以及3.35±0.81相比較無顯著差異。但H F組WB V訓(xùn)練后T R C A P-5 b酶活性降低的幅度高于L F組，提示骨吸收傾向較L F組明顯被抑制。

3 討論

女性骨質(zhì)的積累一般發(fā)生于兒童期早期和青春期晚期，但研究表明，年輕女性運(yùn)動員因高強(qiáng)度運(yùn)動可引發(fā)骨質(zhì)的過度丟失而降低骨密度。有學(xué)者研究了200名年輕女運(yùn)動員，發(fā)現(xiàn)與年齡相當(dāng)?shù)膶φ战M相比，受試者的B MD平均下降15%，36%的受試者至少發(fā)生過一次應(yīng)力骨折[3]。因此有必要探索一種不干擾正常訓(xùn)練，且能夠降低女性運(yùn)動員青年時期骨質(zhì)丟失的方式、手段，以防止此群體骨質(zhì)疏松癥的發(fā)生。本實(shí)驗(yàn)采用不同頻率WB V刺激對體育院校從事正常運(yùn)動專項(xiàng)訓(xùn)練的青年在校女大學(xué)生進(jìn)行了前期探索性實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)WB V刺激相對于未施與WB V的對照組，有提高青年女性B MD的趨勢。

WB V訓(xùn)練主要借助振動儀器將振動刺激通過下肢或軀干作用于全身，引發(fā)對不同器官的效應(yīng)。初始其作為一種新興的肌肉力量訓(xùn)練方法，但近年來，WB V抗骨質(zhì)疏松方面的潛在優(yōu)勢引發(fā)了眾多學(xué)者的關(guān)注。骨骼是一種力學(xué)刺激感應(yīng)性強(qiáng)的器官，可根據(jù)所受力學(xué)載荷的不同而改變其骨量、結(jié)構(gòu)及力學(xué)特征，WB V機(jī)械振動作為力學(xué)刺激形式之一，必然誘發(fā)骨骼對其產(chǎn)生的應(yīng)力刺激做出相應(yīng)回應(yīng)。現(xiàn)有研究中發(fā)現(xiàn)頻率低于100 H z的振動都可促進(jìn)成骨，但目前國內(nèi)外對此范圍階段振動頻率的研究因?qū)嶒?yàn)方法及實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ筒煌贸龅慕Y(jié)論有很大區(qū)別。O x l u n d等分別采用1.7 H z(0.5 g)、30 H z(1.5 g)、45 H z(3.0 g)三種頻率，對去卵巢1年后的大鼠進(jìn)行振動訓(xùn)練，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，三種頻率的刺激都能促進(jìn)骨形成，但45 H z頻率促進(jìn)骨形成、抑制骨吸收以及保持骨的生物力學(xué)性能的作用最顯著[4]。而人體研究表示，30 Hz頻率的振動能有效的減輕骨丟失，尤其是體重輕的婦女，有效的預(yù)防了絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松。因此，其成骨效應(yīng)的最佳頻率還有待進(jìn)一步確定，尤其針對青年女性運(yùn)動員預(yù)防骨質(zhì)疏松，減少骨量丟失的最佳頻率還需深入研究。

我們的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，選取了以往實(shí)驗(yàn)中較常采用的30 Hz作為低頻訓(xùn)練，高頻訓(xùn)練則選取了50 Hz。因?yàn)?0 Hz以上的振動，大部分振動能量以波的形式通過組織傳播，而60 H z以上的振動，會引起眼球共振，人體會出現(xiàn)神經(jīng)失調(diào)，內(nèi)分泌紊亂等癥狀。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)高頻訓(xùn)練組的受試對象B MD升高幅度高于對照組和低頻組，這一點(diǎn)不同于以往文獻(xiàn)中所提及的，低頻率WB V訓(xùn)練可有效提高絕經(jīng)期婦女B MD的結(jié)論。我們分析主要是由于受試對象的不同。體育院校女大學(xué)生自身B MD都處于較好的狀態(tài)。根據(jù)F r o s t提出的理論，力學(xué)載荷作用于骨組織，骨內(nèi)感應(yīng)系統(tǒng)把接受到的力學(xué)刺激轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)信號，由生物力學(xué)反饋系統(tǒng)作用于骨組織，通過骨構(gòu)建和骨重建來調(diào)節(jié)骨量，使骨量的分布更有效地承受外力作用。因此推測只有較高的振動頻率刺激才可使本實(shí)驗(yàn)受試對象的骨組織做出回應(yīng)，發(fā)生相應(yīng)的調(diào)節(jié)反應(yīng)，從而引發(fā)骨量的再分配。這一點(diǎn)還可以從雙側(cè)股骨頭的B MD增幅得到輔證，非優(yōu)勢肢體左側(cè)股骨頭B MD的增幅均高于右側(cè)。

本實(shí)驗(yàn)中低頻及高頻訓(xùn)練組通過3個月的WB V訓(xùn)練后，腰背部肌群屈伸肌最大力量皆有提高，尤其是伸肌肌群最大肌力明顯增高。而有研究表明，腰椎和股骨的B MD與最大肌力有關(guān)，且肌肉的收縮力在骨上產(chǎn)生局部應(yīng)力，可導(dǎo)致骨的生成增加。因而推測高頻組腰背部屈伸肌群最大肌力的顯著增高，可能與高頻組腰椎及雙側(cè)股骨頭B MD值高于其他兩組有關(guān)。

骨源性堿性磷酸酶（A L P）由成熟成骨細(xì)胞分泌到細(xì)胞外后與骨基質(zhì)結(jié)合，是反映骨形成的特異敏感指標(biāo)。經(jīng)過12周WB V刺激后，盡管低、高頻WB V刺激可使A L P酶活性升高，但施加前后差異并不顯著。查丁勝等應(yīng)用不同頻率振動觀察成骨細(xì)胞增殖及分化，發(fā)現(xiàn)15～30 H z、25～45 H z頻段的振動應(yīng)變可促進(jìn)成骨細(xì)胞增殖能力；15～30 H z、25～45 H z頻段的振動應(yīng)變可提高成骨細(xì)胞A L P活性，且其升高的程度與力學(xué)刺激加載時間成正比[5]。本實(shí)驗(yàn)中由于實(shí)驗(yàn)兩組接受的是間斷WB V刺激，且每次持續(xù)時間僅10分鐘，可能對于骨源性A L P酶活性影響不明顯。另一方面分析可能是由于實(shí)驗(yàn)對象均為青年，自身成骨細(xì)胞功能已處在較好水平，因而可能對于力學(xué)刺激的影響反應(yīng)不敏感所致。

大強(qiáng)度機(jī)械力刺激可以導(dǎo)致組織或細(xì)胞內(nèi)骨保護(hù)素OP G mR N A 表達(dá)下降，而核因子-κB受體活化因子配體R A N K L mR N A表達(dá)升高，相應(yīng)蛋白合成增加。而動物研究也發(fā)現(xiàn)過度運(yùn)動可致循環(huán)血中OP G含量下降，s R A N K L的水平升高。由此引發(fā)的O P G/s R A N K L比例下降則會導(dǎo)致破骨細(xì)胞數(shù)量增加、活性增強(qiáng)，從而出現(xiàn)骨量丟失現(xiàn)象。抗酒石酸酸性磷酸酶（T R C A P-5 b）是骨分解代謝過程中由破骨細(xì)胞釋放的一種同工酶。血漿中的T R C A P-5 b水平可反映破骨細(xì)胞活性和骨吸收的狀態(tài)。骨吸收增加，抗酒石酸酸性磷酸酶明顯增高。本實(shí)驗(yàn)中高頻WB V刺激實(shí)驗(yàn)組血清T R C A P-5 b活性實(shí)驗(yàn)前后下降幅度在三組中是最大的，結(jié)合骨源性A L P酶活性的結(jié)果，說明高頻WB V刺激主要通過抑制破骨細(xì)胞的活性，即抑制骨吸收的方式來間接促進(jìn)B MD的增高，這一點(diǎn)為高頻WB V刺激可作為預(yù)防青年女性運(yùn)動員骨丟失的手段提供了良好的佐證。

經(jīng)過12周的WB V刺激，高頻組青年女大學(xué)生的B MD及血清酶學(xué)各項(xiàng)檢測指標(biāo)均有明顯改善，但未見統(tǒng)計(jì)學(xué)的顯著性，分析可能與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中WB V刺激安排的次數(shù)及整體刺激持續(xù)時間較短有關(guān)。因此，在今后的實(shí)驗(yàn)中將通過延長整體振動刺激時間進(jìn)一步研究；另一方面將通過增加血液學(xué)其他相關(guān)骨形成及骨吸收的生化指標(biāo)進(jìn)一步深入探討其作用機(jī)制。

4 結(jié)語

經(jīng)過12周低、高頻率WBV刺激，體育教育專業(yè)女大學(xué)生腰椎及雙側(cè)股骨頭BMD均有提高，其中高頻WBV刺激對于受試對象BMD的改善更為明顯，尤其對于雙側(cè)股骨頭BMD的提高，同時高頻訓(xùn)練對于腰背部肌肉力量增長具有更好的促進(jìn)，間接為BMD的增加提供幫助，說明高頻WBV刺激對于從事運(yùn)動訓(xùn)練青年女性的骨密度的影響更為積極，有待在今后的實(shí)踐中驗(yàn)證推廣。

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