運動員低骨密度的影響因素及治療的研究進展

鄒榮琪，Michael Fredericson

骨密度(Bone Mineral Density，BMD)是預測骨折的獨立的、關系密切的因素[1]。BMD降低增加了骨折的危險，每下降1個標準差，骨折的風險增加1.5～3.0倍[2]。因此，為了當前和未來運動員的骨健康，探討運動員BMD降低的原因及治療顯得尤為重要。

1 運動影響BMD的機制

適度的運動有益于骨健康，改善運動員的BMD，直接效果是其特定點的機械負荷可明顯增強成骨細胞的刺激影響骨增殖；間接效果是作用于丘腦-垂體-卵巢軸和下丘腦-垂體-性腺軸功能，影響性激素的分泌[3]。雌激素可通過以下途徑起作用[4]：①影響骨代謝的局部調節因子，從而影響骨代謝。②降低骨骼對甲狀旁腺素的敏感性，當雌激素不足時甲狀旁腺素加快骨吸收。③增加降鈣素的合成。④增強腎臟1a羥化酶的作用，提高體內維生素D水平，促進腸鈣吸收，降低腎排鈣量。⑤雌激素直接通過骨細胞上的雌激素受體起作用。

2 影響BMD的其它因素

2.1 能量的可用性 能量可用性直接影響參與新陳代謝的激素，間接地影響雌激素水平和月經功能，從而影響BMD。運動員運動中能量消耗過多，或者熱量攝入不足，或者兩種情況兼而有之，稱為低能量的可用性(Low Energy Availability，LEA)。 LEA有一定閾值，它能改變促黃體生成激素，減少骨沉積標志物，增加骨吸收標志物，結果可能會降低BMD和破壞骨微結構[5]。當運動員可動用能量低于每天30kcal/kg去脂體重時，就會出現上述不良影響[6]。Barrack等[7]研究發現，飲食失調對青少年長跑運動員全身BMD和骨質都會產生負面影響，即使是月經正常的運動員飲食失調也會引起低BMD。

2.2 月經狀態 女性運動員月經狀態與BMD密切相關。月經初潮早的女性BMD顯著高于月經初潮晚的，月經初潮晚，發生低BMD的幾率是正常人的2倍[8]。閉經運動員發生低BMD的幾率是正常運動員的2～3倍，發生應力性骨折是正常女性運動員的2～4倍[9]。Kathryn等[10]采用雙能X線吸收測量法和高分辨率的外周定量計算機斷層掃描技術研究骨結構的變化，發現閉經運動員脛骨總BMD、皮質面積百分比和皮質厚度均明顯降低，骨小梁密度盡管有下降趨勢，但與其它兩組相比無顯著性差異。

2.3 運動類型 運動負荷和運動方式是影響BMD的重要因素[11]。從事高負荷運動人群的BMD高于從事低、中等負荷運動人群，但過度負荷運動也可能會降低BMD[12]。低負荷運動對BMD影響不明顯，為了改善BMD，建議進行中等負荷運動[12]。研究發現高沖擊項目運動員BMD明顯高于低沖擊項目，更高于非沖擊項目[13]。Magkos等[14]研究長距離和短距離的跑步、游泳運動員與對照組的BMD，發現跑步運動員下肢BMD均高于對照組；游泳運動員下肢和全身BMD均明顯低于對照組；同一項目短距離運動員BMD均高于長距離運動員。一些研究還發現負重項目能增加女性運動員的BMD，而非負重項目對女性運動員BMD無影響或有負面影響，但負重項目并不能完全代償雌激素水平降低時對BMD的負面影響[15]。

2.4 激素水平 ①胰島素樣生長因子-1(Insulin Like Growth Factor-1，IGF-1)對BMD的影響。Gruodyte等[16]運用雙能X線吸收測量法測量全身、股骨頸和腰椎BMD，靜脈血標本測定IGF-1、胰島素樣生長因子結合蛋白-3(Insulin Like Growth Factor Binding Protein-3，IGFBP-3)和雌激素，研究青春期女子藝術體操運動員BMD與激素的關系，發現股骨頸和腰椎BMD與IGF-1、IGF-1/IGFBP-3摩爾比及雌激素顯著相關。Khosla等[17]進一步研究發現IGF-1水平與骨小梁厚度呈正相關，與骨小梁數量呈負相關。Snow等[18]研究13名女子跑步運動員、10名女子體操運動員和10名非運動員腰椎和髖關節的BMD與 IGF-1、IGFBP-3之間的關系發現，體操運動員腰椎和髖關節的BMD、血清中IGF-1、IGF-1/IGFBP-3在3組中最高，其次是跑步組，且2組之間有顯著性差異。此外，Grinspoon等[19]發現患有神經性厭食癥的90%以上女性BMD下降，其顯著特點是體內IGF-1濃度偏低。通過上述研究可得出IGF-1在調節骨代謝和改善BMD中扮演重要角色。②瘦素(Leptin，LP)：瘦素近年發現，人體骨組織成骨細胞上存在LP受體，是LP作用的靶器官，與BMD密切相關。但LP對骨代謝的作用復雜，迄今尚未達成共識。Thomas[20]研究認為LP作用于局部的骨細胞有促進骨形成、間接抑制骨吸收的作用。而Ducy[21]則認為LP通過中樞神經系統抑制骨形成。綜上所述，LP對骨代謝的機制：一方面LP直接作用于骨髓基質細胞，刺激其向成骨細胞分化和骨基質的礦化；另一方面，LP通過中樞神經和(或)交感神經系統抑制骨形成，從而影響BMD。一些研究發現LP與BMD正相關并降低了骨吸收，另一些研究則發現LP與BMD和骨質形成負相關，或與BMD和骨質丟失無關[22]。總之，LP對骨的整體影響還有待進一步研究。③性激素：低睪酮(Testosterone，T)可增加骨質疏松和骨折的風險。游離睪酮(Free Testosterone，FT)與女性BMD成正相關[23]。且游離睪酮對不同部位骨骼的BMD的影響不同，對椎體的影響大于髖關節，當男性體內E2濃度降低到14 ng/l時，BMD顯著降低[24]。睪酮一方面可通過刺激成骨細胞增殖和發育來提高BMD；另一方面還可在 5α還原酶作用下代謝為雙氫睪酮，進而代謝為雌二醇(Estradiol，E2)，或在芳香化酶作用下直接轉變為雌激素，并與其受體結合間接發揮作用。運動員過度訓練會抑制下丘腦-垂體-性腺軸功能，影響睪酮分泌；激素缺乏打破了破骨細胞的骨吸收和成骨細胞的骨形成之間的平衡，加速了骨量丟失和增加了骨折的風險。Corina等[25]研究女性體內E2、雌激素與BMD之間的關系發現，當E2濃度小于35μg/ml時，BMD開始降低。但總睪酮對BMD的影響一直存在爭議。

3 低BMD治療

3.1 調節能量 許多研究表明增加熱量攝入可改善人體BMD。Dennis等[26]研究熱量攝入與BMD之間的關系，發現長期西餐進食比長期熱量限制攝入人群腰椎和髖關節的BMD均明顯提高。運動員獲得能量正平衡可通過三種途徑：增加食物熱量攝入、減少訓練量或兩者兼而有之。運動員恢復月經正常狀態需要的能源供應量至少每天30kcal/kg去脂體重。研究發現當熱量攝入小于每天30kcal/kg去脂體重時，大多數婦女促黃體激素分泌被打亂，影響月經狀態。值得注意的是因每個人能量平衡具有個體差異，這個值可能并不適用于所有的女性；此外，通過調節能量恢復月經狀態而改善BMD，這種變化不是立即的，也不能完全消除閉經對骨健康的負面影響[27]。

3.2 補充激素 口服避孕藥(Oral Contraceptive,OCP)含有雌激素和孕激素，副作用小，已被廣泛用于青少年閉經和低BMD[28]。但也有研究發現對BMD并無顯著作用[29]。此外，OCP對閉經的三聯征運動員也可能有掩蔽效應。在能量可用性沒有出現任何變動情況下，OCP會給女性運動員一種虛假的安全感，這可能有助于運動員有時間來改變她們的訓練和飲食習慣，確保月經周期恢復和BMD的改善[28]。由于OCP的不確定性，近來發現使用雌激素替代治療能更有效地改善BMD[30]。口服雌激素可抑制骨重要的營養素IGF-1的分泌，而經皮吸收能維持或增加IGF-1的濃度。絕經期婦女經皮吸收的雌激素替代治療改善了BMD并降低了骨折的危險[31]。此研究目前主要集中在絕經后婦女，而不是閉經的女運動員，因此，雌激素替代治療閉經的三聯征運動員的效果還有待進一步研究。有人還利用注射LP治療11名功能性下丘腦閉經的患者，經36周治療后多數患者月經恢復正常，BMD明顯增加[32]。但該研究樣本量小，治療持續時間短，因此對BMD的長期影響尚不能定論。

3.3 補充維生素D 人們普遍認為優化維生素D和Ca的攝入量有助于骨健康。許多研究發現維生素D受體基因多態性與青少年女性BMD之間的關系密切，低維生素D狀態可引起BMD降低[33]。Kendrin等[34]發現對參加大于1h/d的高沖擊性項目運動員補充維生素D預防應力性骨折效果顯著。通常建議青少年每天攝入1300mg鈣(Ca)和600國際單位維生素D。女軍人和女運動員每天攝入1500毫克Ca和600 國際單位維生素D[35]。但有些專家認為使用800～1000 國際單位維生素D更有利于降低應力性骨折的風險[36]。根據血清25-羥維生素D水平補充維生素D的若干建議已被提出，普通人群血清25-羥維生素D通常維持在75nmol/L，最佳值在90～100 nmol/L之間，但對運動員的最佳參考值范圍尚存在爭議。

3.4 振動練習 動態負荷對成骨細胞、骨細胞及破骨細胞的骨重塑、活性及分化起著十分重要的作用 。全身振動練習(Whole Body Vibration Training，WBVT)可增強肌肉力量、增加骨量、優化峰值骨和提高BMD，其效果受WBVT的最大峰值加速度、頻率、持續時間和時間間隔等影響[37]。此外，WBVT因年齡和身體狀態差異也會產生不同效果[38]。但雌激素缺乏的絕經后婦女WBVT結合抗阻力練習，發現除了力量增加之外，BMD并沒明顯改善[39]。盡管多數研究已表明WBVT能提高BMD、促進骨健康，但其最佳振幅、頻率和持續時間等仍未明確，尚需要進一步探討。

4 小結

能量的可用性、月經狀態、運動類型和激素水平是影響運動員BMD變化的重要因素。因此，治療運動員低BMD措施是：日常密切關注運動員能量的可用性、月經周期變化和激素水平；并根據具體情況通過調節能量、補充激素、補充維生素D和振動練習來改善BMD，但補充激素和振動練習對運動員BMD的影響還需進一步的研究。

[1] Johnell O, Kanis JA, Oden A, et al. Predictive value of BMD for hip and other fractures[J]. J Bone Miner Res, 2005, 20(7):1185-1194.

[2] Melton LJ, Thamer M, Ray NF, et al. Fracture attributable toosteoporosis: Report from the National Osteoporosis Foundation[J]. J Bone Miner Res, 1997, 12(1):16-23.

[3] Theodoropoulou A, Markou KB, Vagenakis GA, et al. Delayed but normally progressed puberty is more pronounced in artistic compared with rhythmic elite gymnasts due to the intensity of training[J]. J Clin Endocrinol Metab, 2005, 90(11):6022-6027.

[4] Khosla S. Estrogen and bone：insights from estrogen-resistant, aromatase-deficient, and normal men[J]. Bone, 2008, 43(3):414-417.

[5] Ihle R, Loucks AB. Dose-response relationships between energy availability and bone turnover in young exercising women[J]. J Bone Miner Res 2004, 19(8):1231-1240.

[6] Kopp-woodroffe SA, Manore MM, Dueck CA, et al. Energy and nutrient status of amenorrheic athletes participating in a diet and exercise training intervention program[J]. Int J Sport Nutr, 1999, 9(1):70-88.

[7] Barrack MT, Rauh MJ, Barkai HS, et al. Dietary restraint and low bone mass in female adolescent endurance runners[J]. Am J Clin Nutr, 2008, 87(1):36-43.

[8] 趙琳，廖文君，安麗花，等. 青春期女性骨密度與月經狀況的關系[J]. 中國骨質疏松雜志，2008, 14(3):164-165.

[9] Gibbs JC, Nattiv A, Barrack MT, et al. Low Bone Density Risk Is Higher in Exercising Women with Multiple Triad Risk Factors[J]. Med Sci Sports Exerc, 2014, 46(1):167-176.

[10] Kathryn E. Ackerman, Taraneh Nazem, et al. Bone microarchitecture is impaired in adolescent amenorrheic athletes compared with eumenorrheic athletes and nonathletic controls[J]. J Clin Endocrinol Metab, 2011, 96(10):3123-3133.

[11] Mudd LM, Fornetti W, Pivarnik JM.Bone mineral density in collegiate female athletes:comparisons among sports[J]. J Athl Train, 2007, 42(3):403-408.

[12] Wee J, Sng BY, Shen L, et al. The relationship between body mass index and physical activity levels in relation to bone mineral density in premenopausal and postmenopausal women[J]. Arch Osteoporos, 2013, 8(1-2):162-162.

[13] Leigey D, Irrgang J, Francis K, et al. Participation in High-Impact Sports Predicts Bone Mineral Density in Senior Olympic Athletes[J]. Sports Health, 2009, 1(6):508-513.

[14] Magkos F, Yannakoulia M, Kavouras SA, et al. The type and intensity of exercise have independent and additive effects on bone mineral density[J] . Int J Sports Med, 2007, 28(9):773-779.

[15] Creighton DL, Morgan AL, Boardley D, et al. Weight-bearing exercise and markers of bone turnover in female athletes[J]. J Appl Physiol(1985), 2001, 90(2):565-570.

[16] Gruodyte R, Jürime J, Saar M, et al. The relationships among bone health, insulin-like growth factor-1 and sex hormones in adolescent female athletes[J]. J Bone Miner Metab, 2010,28(3):306-313.

[17] Khosla S, Melton LJ 3rd, Achenbach SJ, et al. Hormonal and Biochemical Determinants of Trabecular Microstructure at the Ultradistal Radius in Women and Men[J]. J Clin Endocrinol Metab, 2006, 91(3):885-891.

[18] Snow CM, Rosen CJ, Robinson TL. Serum IGF-I is higher in gymnasts than runners and predicts bone and lean mass[J]. Med Sci Sports Exerc, 2000, 32(11):1902-1907.

[19] Grinspoon S, Thomas L, Miller K, et al. Effects of recombinant human IGF-I and oral contraceptive administration on bone density in anorexia nervosa[J]. J Clin Endocrinol Metab. 2002,87(6):2883-2891.

[20] Thomas T, Gori F, Khosla S, et al. Leptin acts on human marrow stromal cells to enhance differentiation to osteoblasts and to inhibit differentiation to adipocytes[J]. Endocrinology, 1999,140(4):1630-1638.

[21] Ducy P, Amling M, Takeda S, et al. Leptin inhibits bone formation through a hyperthalamic relay: a central control of bone mass[J]. Cell, 2000, 100(2):197-207.

[22] Farokhlagha A, Sina S, Sima M, et al. Relationship between serum leptin levels and bone mineral density and bone metabolic markers in patients on hemodialysis[J]. Saudi J Kidney Dis Transpl, 2013, 24(1):41-47.

[23] Chevon M. Rariy, Sarah J. Ratcliffe, Rachel Weinstein,et al. Higher Serum Free Testosterone Concentration in Older Women Is Associated with Greater Bone Mineral Density, Lean Body Mass, and Total Fat Mass: The Cardiovascular Health Study[J]. J Clin Endocrinol Metab, 2011, 96(4):989-996.

[24] Snyder PJ, Peachey H, Hannoush P, et al. Effect of testosterone treatment on bone mineral density in men over 65 years of age[J]. J Clin Endocrinol Metab, 1999, 84(6):1966-1972.

[25] Corina M, Vulpoi C, Brǎnisteanu D. Relationship between bone mineral density, weight, and estrogen levels in pre and postmenopausal women[J]. Rev Med Chir Soc Med Nat Iasi, 2012,116(4):946-950.

[26] Dennis T V, John J K, Reina C A, et al. Reduced bone mineral density is not associated with significantly reduced bone quality in men and women practicing long-term calorie restriction with adequate nutrition[J]. Aging Cell, 2011, 10(1): 96-102.

[27] Karen Hind. Recovery of Bone Mineral Density and Fertility in a Former Amenorrheic Athlete[J]. J Sports Sci Med, 2008, 7(3): 415-418.

[28] Rickenlund A, Carlstrm K, Ekblom B, et al. Effects of oral contraceptives on body composition and physical performance in female athletes[J]. J Clin Endocrinol Metab, 2004, 89(9):4364-4370.

[29] Lattakova M, Borovsky M, Payer J, et al. Oral contraception usage in relation to bone mineral density and bone turnover in adolescent girls[J]. Eur J Contracept Reprod Health Care, 2009, 14(3):207-214.

[30] Maurizio R, Stefano L, Ignazio S, et al. Profile of bazedoxifene/conjugated estrogens for the treatment of estrogen deficiency symptoms and osteoporosis in women at risk of fracture[J]. Drug Des Devel Ther, 2013, 7: 601-610.

[31] Ettinger B, Ensrud K, Wallace R, et al. Effects of ultralow-dose transdermal estradiol on bone mineral density: a randomized clinical trial[J]. Obstet Gynecol, 2004, 104(3):443-451.

[32] Chou S, Chamberland J, Liu X, et al. Leptin is an effective treatment for hypothalamic amenorrhea[J]. Proc Natl Acad Sci USA, 2011, 108(16):6585-6590.

[33] Cashman KD, Hill TR, Cotter AA, et al. Low vitamin D status adversely affects bone health parameters in adolescents[J]. Am J Clin Nutr, 2008, 87(4):1039-1044.

[34] Kendrin R, Catherine M, Mininder S, et al. Vitamin D, Calcium, and Dairy Intakes and Stress Fractures Among Female Adolescents[J]. Arch Pediatr Adolesc Med, 2012, 166(7):595-600.

[35] Tenforde A, Sayres L, Sainani K, et al. Review Evaluating the relationship of calcium and vitamin D in the prevention of stress fracture injuries in the young athlete: a review of the literature[J]. PMR, 2010, 2(10):945-949.

[36] Holick MF, Chen TC.Vitamin D deficiency: a worldwide problem with health consequences[J]. Am J Clin Nutr, 2008, 87(4):1080S-1086S.

[37] Maximilien V, Sandra JS. Therapeutic impact of low amplitude high frequency whole body vibrations on the osteogenesis imperfecta mouse bone[J]. Bone, 2013, 53(2):507-514.

[38] Gilsanz V, Wren TA, Sanchez M, et al. Low-level, high-frequency mechanical signals enhance musculoskeletal development of young women with low BMD[J]. J Bone Miner Res, 2006, 21(9):1464-1474.

[39] Bemben DA, Palmer IJ, Bemben MG. Effects of combined whole-body vibration and resistance training on muscular strength and bone metabolism in postmenopausal women[J]. Bone, 2010, 47(3):650-656.