軍事訓練對青年男性軍人股骨近端幾何結構的影響

秦茵 高爽 李平 吳基偉 張長龍 胡志宏

1. 南京軍區福州總醫院中醫理療科, 福建 福州 350025 2. 解放軍第三○九醫院，北京 100091

近年來采用雙能X 線骨密度儀(DXA)的骨強度分析(hip structural analysis，HAS) 軟件能獲得除骨密度之外的髖部骨幾何參數。研究證實，髖部骨幾何結構聯合骨密度提高了髖部骨折風險的預測能力[2-6]。現階段對骨密度的研究多集中在快速增長期和衰老下降期，得出的結果也較為一致，即運動有利于骨礦物質的沉淀，增加骨量峰值和延緩骨礦物質的丟失速率[7-9]。但是對于處于20～30歲緩慢增長期和骨量峰值前期的特殊年齡階段的關注程度相對較少，結論也不完全一致[10]。本研究對福州地區某陸軍部隊中20～30歲的青年男性軍人與同齡普通青年男性的腰椎和髖關節骨密度和股骨近端幾何結構進行測量分析，探索軍事訓練對骨量緩慢增長期的青年男性骨密度和股骨近端幾何結構的作用和影響，以期為有效改善骨強度、預防骨質疏松起到積極作用。

1 材料和方法

1.1 研究對象

本研究按照入選標準納入20～30歲的60名青年男性軍人和60名普通男性為研究對象，其中軍人在部隊進行系統、規律的體能訓練(包括長跑、跳躍運動等其他項目)，準確測量并記錄每位受檢者的身高、體重并計算體質量指數(body mass index，BMI)。通過問卷調查按如下標準納入受試對象。入選標準如下： ①無腫瘤、結核、轉移瘤及放化療史等；②無內分泌、與骨代謝相關的病變(如酒精中毒、甲亢、Paget 病、風濕性關節炎、糖尿病、嚴重慢性肺肝腎病等相關疾病)；③無由大腦動脈血管相關疾病引起的嚴重后遺癥；④ 近六個月內未曾服用過影響骨代謝的藥物；⑤ 無明顯創傷性病史；⑥ 無骨密度檢查禁忌癥(如近日未行消化道鋇餐及同位素檢查)。

1.2 研究方法

腰椎和髖關節骨密度測定。測試方法：對每個受檢者進行年齡、身高、體重及運動情況進行調查后，使用美國HOLOGIC Discovery A雙能X線骨密度儀對軍人與普通男性進行腰椎與髖關節骨密度測試，兩組中髖關節骨密度測試統一選定為左側髖關節；并使用雙能X線骨密度儀自帶軟件HSA對股骨近端幾何結構進行分析。掃描條件：電壓140 kV，電流2.5mA，掃描長度16 cm，掃描寬度11 cm，掃描時間約16 s。測試指標包括：骨礦密度(bone mineral density，BMD)、T值，股骨頸(femoral neck, FN)幾何參數。其中股骨頸幾何參數主要有：橫截面積(cross-sectional area, CSA)、橫截面轉動慣量即截面力矩(cross-sectional moment of inertia, CSMI)、截面系數(section modulus, SM)、皮質厚度(cortical thickness, CT)、曲率(buckling ratio, BR)。

1.3 統計學處理

2 結果

2.1 軍人組與非軍人組基線資料

軍人組與非軍人對照組的年齡、體重、身高、BMI的差異均無統計學意義(P>0.05)(見表1)。

表1 軍人組與非軍人組臨床資料比較Table 1 Comparison of the clinical date between military group and non-military group

2.2 軍人組與非軍人組骨密度及股骨頸幾何學參數

2.2.1不同部位BMD：軍人組腰椎(L1-4) 總體、髖部股骨頸BMD 較普通青年對照組分別增加2.97% 和6.45%，但兩組腰椎骨密度差異無統計學意義(P>0.05)，兩組間股骨頸骨密度差異有統計學意義(P<0.05)(見表2)。

2.2.2髖部股骨近端幾何結構參數：股骨頸骨幾何力學參數比較結果顯示：軍人組FN-CSA、FN-CT大于普通青年對照組，而FN-BR明顯低于普通青年對照組，差異均有統計學意義(均P<0. 05)，其余兩組相關參數間差異均無統計學意義(表2)。

表2 軍人組與非軍人組腰椎和股骨頸骨密度、股骨頸幾何學參數的比較Table 2 Comparison of BMD of the lumbar spine and the femoral neck and the femoral neck geometric parameters between military group and non-military group

注：BMD：骨礦密度；CSA： 截面面積；CSMI：截面力矩；SM：截面模量；CT：皮質厚度；BR：屈曲應力比；aP<0.05；bP<0.01。

2.2.3兩組骨量分布情況：表3統計發現兩組骨質疏松人數所占的比例相同(均有3例)；軍人組61.67%屬于骨量正常，33.33%屬于骨量減少；非軍人組45%屬于骨量正常，50%屬于骨量減少。軍人組骨量正常者明顯高于普通青年組。

表3 軍人組與非軍人組T值分布Table 3 Distribution of T-score in the military group and non-military group

3 討論

骨密度可直接反映骨量情況及骨骼健康狀況，人類骨量隨年齡增長大體可以分為6個時期[11,12]，20歲以前屬于骨量增長期，兒童及青少年時期獲得盡可能高的骨量儲存，對提高峰值骨量具有重要作用。該階段增加運動量或體力活動是促進骨骼發育、提高峰值骨量的一種有效措施[13-16]。20～30 歲屬于骨量緩慢增長期，骨量仍在緩慢增加, 年增長率為0.5%～1%。到一定年齡時峰值骨量達到最高水平，即峰值骨量。峰值骨量增加3%～5%，骨折危險性可降低20%～30%[10]。男性腰椎、股骨頸及全身骨密度在30歲左右達到最高[17]。Recker等[19]通過跟蹤156名健康女大學生證明脊椎及全身骨量在30 歲時仍可增加，可見，骨量緩慢增長期是可能提高骨量峰值的最后時機。骨密度主要與遺傳、營養狀況、內分泌因素、運動等相關，運動是重要的外部影響因素。承重訓練及肌肉強化鍛煉可改善骨強度、提高身體協調性及平衡能力，被推薦用于預防骨質疏松[18]。Bassey 等[20]發現6個月強沖擊力訓練后, 年輕女性股骨頸的骨密度顯著高于低沖擊力組。Marrissa Martyn-St James[21]在對不同形式的高沖力性訓練進行薈萃分析后發現：高沖力性訓練只對骨盆BMD的提升有很好的效果。一納入43個隨機對照試驗的meta分析表明鍛煉可預防絕經后婦女的骨量流失及骨折，非承重的高沖擊性運動對提高股骨頸BMD是最有效的運動方式，而承重運動與沖擊性運動相結合的混合性運動鍛煉對改善腰椎BMD最為有效[22]。軍人日常訓練規律、承重訓練及沖擊性運動均有涉及，本研究結果顯示軍人腰椎及股骨頸骨密度都較普通青年男性高，但股骨頸骨密度差異具有統計學意義(P<0.05)，可見運動可提高緩慢增長期人群的骨密度，與上述研究結果相似。腰椎骨密度變化比股骨頸骨密度小可能是由于軍人訓練科目中沖擊性運動比負重性運動多所致。沖力性運動時體重對下肢骨縱向機械刺激應力作用較大, 同時骨骼肌在不斷收縮, 肌肉不斷牽拉刺激骨, 其刺激效果增加也很明顯。此外，沖力性運動時下肢骨受到較強的地面反作用力，在垂直面上，骨所承受的載荷與其他運動相比明顯要大，下肢髖關節骨密度變化則明顯于腰椎。骨骼會對機械負荷產生的適應性變化，Frost[23]研究表明隨著壓力增加骨生長也增加，而達到某一峰值后若負荷再增加，則骨生長反而減少。軍人組腰椎及股骨頸骨密度均呈升高趨勢，雖然腰椎骨密度增加無統計學意義，但可推斷軍人組訓練科目的運動量在合理范圍內，沒有因過度訓練出現骨密度下降。

骨強度取決于骨量與骨質量，骨質量則包括骨結構、骨材料性能等。雙能X線骨密度檢測的同時可利用髖關節生物力學分析系統(HSA)進一步評估髖關節骨幾何力學特征。研究認為骨密度結合髖關節幾何力學參數可提高預測髖部骨折風險的能力[24]。股骨頸幾何結構主要有以下五個參數，①橫截面積(cross-sectional area,cCSA)：表征抵抗軸向壓縮的指標(單位為cm2)；②橫截面轉動慣量即截面力矩(cross-sectional moment of inertia, CSMI)：表征骨剛度的幾何學指數(單位為(cm2)2)；③截面系數(section modulus, SM)：是力學上衡量管狀物的抵抗彎曲載荷的指標(單位為cm3)；④皮質厚度(cortical thickness, CT)(單位為cm)：反映骨皮質厚薄；⑤曲率(bending ratio, BR)：力學上衡量管狀物皺折強度，是骨骼幾何結構的不穩定性的體現。CSA是反映骨骼抵抗軸向壓縮的指標，CSA值越大則骨骼機械強度越高。與普通青年相比，運動訓練在提高股骨頸骨密度的同時，CSA增大，說明運動增強了股骨頸抵抗軸向壓縮的能力，股骨強度增高。CSMI反映骨骼的彎曲強度，CSMI值越大則骨骼抗彎曲強度越大。SM和BR是力學上衡量管狀物的抗彎曲和皺折強度的指標。SM 值越大，強度越高，而BR越大，則穩定性越低，在外力作用下越易折斷。即CSA(橫截面積)、CSMI(橫截面轉動慣量)、SM(截面系數)、CT(皮質厚度)越大，BR(曲率)越小，骨質量越高。骨骼對應力的適應過程，不僅能提高骨密度，還能改善骨骼幾何結構進而提高骨強度[25]。Gnudi等[26]研究發現髖部骨折患者髖部幾何力學參數CSA、CSMI、SM、ACT 降低而BR增高; Lacroix等[27]發現BR是獨立預測髖部骨折的風險因子，BR可作為骨密度和臨床風險因素之外的另一預測髖部骨折風險的指標。但本研究中兩組間CSMI、SM值無明顯差異，但軍人組CSA、CT與普通青年組相比得以提高，BR亦顯著低于普通青年組，即軍人組股骨頸骨皮質增厚的同時伴隨著軸向抗壓及抗彎曲能力的增強。可見，運動使軍人組骨幾何結構部分參數得以改善。軍人與普通青年男性骨密度差異有統計學意義的原因主要在于軍人通常進行較系統且適量的軍事訓練，增加了骨量儲備。因此，堅持適當的運動鍛煉能使全身骨骼肌收縮，增強肌肉對骨骼的壓力、擠壓力，提高機體骨密度及骨幾何結構等指標。在骨量緩慢增長期加強運動鍛煉可進一步加強骨量儲備，提高骨骼健康狀況。疲勞型應力性骨折患者骨密度顯著降低[29]，對部隊官兵進行骨密度檢測及骨幾何結構分析也是對其骨量健康狀況的測評，可為軍事訓練項目及運動負荷的選擇、訓練計劃的安排等提供科學指導。尤其是對訓練負荷較大的入伍新兵，監測其骨密度及骨結構變化，調整訓練強度、訓練時間，科學避免和預防應力性骨折的發生。