不同強度有氧加力量混合運動對大鼠骨密度的影響

藍永生　侯廣慶　張鏡宇　蔣艷杰　張殿禹　汪　波

(長春師范大學體育學院，吉林　長春　1130032)

1華中科技大學同濟醫學院附屬同濟醫院骨科

骨密度是臨床診斷骨質疏松和反映骨骼健康狀況的重要指標，體育運動是提高骨密度的有效方法〔1～3〕，臨床上常被用作預防和治療骨質疏松的替代療法〔4〕。在我國被廣泛推廣的運動方式主要包括力量訓練、有氧運動和有氧加力量混合運動。力量訓練能夠促進骨骼重建，顯著提高骨密度〔5〕。有氧運動能抑制破骨細胞活性〔6〕，減緩骨礦物質流失。本研究探討不同強度的有氧加力量混合運動對大鼠骨密度的影響。

1　材料與方法

1.1實驗動物與分組18月齡雄性Wistar大鼠32只，飼養于長春師范大學實驗中心，自由采食、進水。動物被隨機分成4組各8只。其中3組將以負重爬坡跑方式模擬有氧加力量混合運動。根據負重重量將3組分為小強度運動組(SL組)，體重(237±12.25)g；中強度運動組(ML組)，體重為(238±12.46)g；高強度運動組(HL組)，體重(237±12.38)g；余1組為對照組，體重(235±9.29)g。各組間體重差異無統計學意義(P>0.05)。

1.2運動器械與方案動物在實驗室適應性飼養1 w。期間SL組，ML組和HL組進行5 d適應性訓練，第1～4天訓練方案為坡度為0°，速度為15 m/min的跑臺運動，時間由20 min逐漸過渡到30 min。正式訓練方案參考訓練方法〔7〕：SL組進行有氧運動加無負重跑臺運動，ML組進行有氧運動加5%體重跑臺運動，HL組進行有氧運動+10%體重跑臺運動。負重方式以大鼠要背負施加重物方式實現，負重重量根據體重每周調整1次。跑臺坡度為5°，跑速為15 m/min，運動時間為30 min。第一天正式訓練后即刻眼內眥取血，乳酸儀測血乳酸。運動后即刻大鼠血乳酸含量：對照組為(1.1±0.1)mmol/L，SL組為(3.0±0.2)mmol/L，ML組為(3.4±0.2)mmol/L，HL組為(3.7±0.2)mmol/L。血乳酸濃度均<4.0 mmol/L，說明機體代謝類型以有氧氧化為主〔8〕，滿足實驗要求。此方案持續8 w，每周運動5 d(周一至周五)。對照組正常飼養，無需運動。

1.3骨密度測量用10%水合氯醛，每100 g大鼠體重腹腔注射0.003 ml麻醉動物后，用美國產Norland XR-800骨密度儀測量全身骨密度。

1.4實時聚合酶鏈反應(Real-Time PCR)檢測取左腿股骨在預冷研缽中加入液氮研磨。用Trizol試劑盒提取總RNA，Nanodrop 2000測OD260 nm/280 nm，計算mRNA濃度和純度。應用PrimeScript?反轉錄試劑盒和SYBR? Premix EX TaqTMⅡ試劑盒進行RNA反轉錄及擴增，以甘油醛-3-磷酸脫氫酶(GAPDH)為內參，檢測Wnt家族分泌蛋白(Wnt)3a，β-連環蛋白(β-catenin)，Runt相關轉錄因子(Runx)2和堿性磷酸酶(ALP)的mRNA水平。PCR反應體系為Wnt3a上游：5′-TATGTCAGCTGCCAGGAGTG-3′、下游：5′- GACCCTTCCGAGTAGGAACC-3′。β-catenin上游：5′-GCCAG-TGGATTCCGTACTGT-3′、下游：5′-GAGCTTGCTTTCCTGATTGC-3′。GAPDH上游：5′-TGCTGAGT-ATGTCGTGGAG-3′、下游：5′-GTCTTCTGAGTGGCAGTGAT-3′。Runx2上游：5′-AAGTGCGGTGCAAACTTTCT-3′、下游：5′-ACGCCATAGTCCCTCCTTTT-3′。ALP上游：5′-GACCTTGAAAAATGCCCTGA-3′、下游：5′-CTTGGAG-AGAGCCACAAAGG-3′。95℃預變性30 s；95℃ 5 s，退火60℃ 30 s，共40個循環。

1.5統計學處理采用SPSS15.0軟件進行方差分析。

2　結　果

2.18 w后各組全身骨密度變化8 w后骨密度儀掃描結果顯示ML組〔(0.19±0.02)g/cm2〕和HL組骨密度〔(0.20±0.02)g/cm2〕較對照組〔(0.17±0.01)g/cm2〕有顯著提高(P=0.032,P=0.07)，但SL組骨密度〔(0.18±0.01)g/cm2〕沒有變化。

2.28 w后各組Wnt3a、β-catenin、Runx2、ALP mRNA水平變化3個運動組Wnt3a和β-catenin mRNA水平較對照組均有顯著升高(P<0.001)，ML組和HL組Runx2、ALP mRNA水平較對照組有顯著提升(P<0.001)。見表1。

表1　8 w后各組Wnt3a、β-catenin、Runx2、ALP mRNA水平變化

與對照組比較：1)P=0.000

3　討　論

有氧加力量混合運動有兩種形式：①兩者分別練習。此種形式需分別控制有氧運動和力量訓練的強度和持續時間等因素，對運動過程監控要求嚴格，更適合有運動經驗的人進行。②兩者同時練習。此種運動形式是在有氧運動同時加入力量訓練元素，只需將運動時血乳酸濃度控制在4.0 mmol/L以內即可，運動執行簡單，適合在大眾人群中普及。本研究說明有氧+力量混合運動可能是通過刺激成骨細胞分化提高骨密度。Wnt/β-catenin信號通路是促進骨髓基質干細胞向成骨細胞方向分化的關鍵機制。Wnt/β-catenin信號通路是促進骨髓基質干細胞向成骨細胞方向分化的關鍵機制。Wnt/β-catenin信號通路的主要由Wnt家族分泌蛋白(Wnts)，低密度脂蛋白受體相關蛋白(LRP)5/6，β-catenin，核內轉錄因子T細胞因子(TCF)/淋巴樣增強因子(LEF)等組成。當Wnts蛋白出現時，可與細胞膜表面的LRP5/6結合，抑制β-catenin蛋白磷酸化，使β-catenin蛋白在細胞內堆積，當β-catenin蛋白達到一定含量后，便進入細胞核內，與TCF/LEF結合，啟動下游靶基因的表達。Runx2是Wnt/β-catenin信號通路刺激表達的轉錄因子之一，可調控成骨細胞分化〔9〕。本研究認為有氧+力量混合運動可能通過激活Wnt/β-catenin信號通路，刺激Runx2表達，促進成骨細胞分化，從而提高骨密度。

本研究說明血乳酸濃度≥3.4 mmol/L的有氧+力量混合運動對骨密度有顯著促進作用。但需強調的是運動強度不是影響骨密度的唯一因素，還需考慮運動方式和鍛煉人群。研究發現在純有氧運動方式下，即使血乳酸濃度接近乳酸閾水平(4.0 mmol/L)依然不能提高絕經后女性骨密度〔10〕。這主要是因為鍛煉人群與運動方式不匹配造成的。絕經后女性雌激素水平急劇下降，骨礦物含量加速流失，骨密度總體呈降低趨勢。但有氧運動只能使骨量減少的趨勢得到緩解，而無法逆轉。因此不同人群應首先根據自身生理特點選擇恰當的運動方式，然后根據健身目的選擇合適的運動強度，才會達到理想效果。

1Otis CL,Drinkwater B,Johnson M,etal.American College of Sports Medicine position stand.The Female Athlete Triad〔J〕.Med Sci Sports Exerc,1997;29(5):i-ix.

2Pitukcheewanont P,Punyasavatsut N,Feuille M.Physical activity and bone health in children and adolescents〔J〕.Pediatric Endocrinol Rev,2009;7(3):275-82.

3Kemmler W,Bebenek M,von Stengel S,etal.Peak-bone-mass development in young adults: effects of study program related levels of occupational and leisure time physical activity and exercise.A prospective 5-year study〔J〕.Osteop Int,2015;26(2):653-62.

4Giangregorio L,Papaioannou A,Macintyre N,etal.Too fit to fracture: exercise recommendations for individuals with osteoporosis or osteoporotic vertebral fracture〔J〕.Osteop Int,2014;25(3):821-35.

5Menkes A,Mazel S,Redmond R,etal.Strength training increases regional bone mineral density and bone remodeling in middle-aged and older men〔J〕.J App Physiol,1993;74(5):2478-84.

6Silverman NE,Nicklas BJ,Ryan AS.Addition of aerobic exercise to a weight loss program increases BMD,with an associated reduction in inflammation in overweight postmenopausal women〔J〕.Calcified Tiss Int,2009;84(4):257-65.

7于淼,藍永生.有氧+力量混合運動預防骨質疏松的作用研究〔J〕.科技資訊,2017;15(1):196.

8Heck H,Mader A,Hess G,etal.Justification of the 4-mmol/L lactate threshold〔J〕.Int J Sports Med,1985;6(3):117-30.

9Hamidouche Z,Hay EP,Vaudin P,etal.FHL2 mediates dexamethasone-induced mesenchymal cell differentiation into osteoblasts by activating Wnt/β-catenin signaling-dependent Runx2 expression〔J〕.FASEB J,2008;22(11):3813-22.

10Hatori M,Hasegawa A,Adachi H,etal.The effects of walking at the anaerobic threshold level on vertebral bone loss in postmenopausal women〔J〕.Calcified Tiss Int,1993;52(6):411-4.