12周社區運動干預對絕經后骨質疏松癥女性骨密度的影響研究

聶明劍 張智海 馮強 王梅*

1. 國家體育總局體育科學研究所群眾體育研究中心，北京 100061 2. 中國醫科大學航空總醫院脊柱外科，北京 100025 3. 西安體育學院，陜西 西安 710068

絕經后骨質疏松癥(postmenopausal osteoporosis，PMOP)是一種發生于女性自然絕經后5～10年，因卵巢功能衰退、雌激素缺乏而引起骨脆性和骨折風險增加的一種骨骼系統疾病[1-3]。全球罹患骨質疏松癥的人群中80%為絕經后女性[4]，而50歲以上的女性一生中任何部位發生骨折的風險接近40%[5-6]。隨著人類期望壽命的增加，以及全球人口老齡化進程加速，在未來幾十年，PMOP的發病率勢必將不斷升高，PMOP及其伴隨的骨折已成為威脅老年女性健康的嚴重公共衛生問題。大量的研究[7]已經發現運動在防治PMOP方面的益處，但運動防治PMOP的最佳方式、頻率、強度和持續時間等尚未完全闡明。本研究以社區骨質疏松癥女性為研究對象，探討四種常見的運動方式即自重肌肉耐力訓練、啞鈴負重最大力量訓練、跳躍訓練和健步走對骨密度的影響效果。

1 材料和方法

1.1 研究對象的篩選

本研究自2016年8月至2017年8月，在北京市朝陽區和西城區的13個社區或街道招募受試者，共計559人參與了使用便攜式足跟超聲骨密度儀進行的初步篩選，符合納入標準并同意參加干預鍛煉的有70人，最終完成干預并且數據有效的有51人，研究對象基本情況如表1所示。采用中國老年學學會骨質疏松委員會(OCCGS)建議的-2.0 SD(T<-2.0)作為骨質疏松癥的診斷標準[8]，將四種干預方式隨機分至不同社區，受試者根據所在社區被分配進行不同的干預訓練。排除標準為：①性腺、甲狀腺功能紊亂和糖尿病、多發性骨髓瘤及纖維性骨炎引起的繼發性骨質疏松癥；②影響鈣和維生素D吸收與調節的消化道和腎臟疾病；③類風濕性關節炎等免疫性疾病；④長期服用糖皮質激素或其他骨代謝藥物；⑤各種先天和獲得性骨代謝異常疾病；⑥近1年內有中高等強度規律運動健身習慣(每周3次及以上，持續30 min以上的運動)的受試者；⑦不具備正常日常行為能力、存在運動障礙或風險、骨折風險極高的受試者[9-10]；⑧停經時間不足2年者。

表1 研究對象基本情況Table 1 The basic characteristics of the research subjects

注：BTG，自重肌肉耐力訓練組；DTG，啞鈴負重最大力量訓練組；JTG，跳躍訓練組；WTG，健步走訓練組；CG，對照組。

1.2 運動干預方案與安全防范

自重肌肉耐力訓練組(body-weight muscle endurance training group，BTG)采用對抗自身體重的肌肉耐力訓練方案，使用弓步下蹲、馬步下蹲、站立位提踵及其衍生的下蹲動作進行肌肉耐力訓練，每組20～25次，進行5組，組間充分休息。第1～4周為適應性練習，每組12～15次，進行5組；第5～8周為提升練習，每組15～20次，進行5組；9～12周時每組20～25次，進行5組。

啞鈴負重最大力量訓練組(dumbbell-weight maximum strength training group，DTG)采取手持啞鈴的最大力量訓練方案，使用弓步下蹲、馬步下蹲、站立位提踵及其衍生的下蹲動作進行最大力量訓練，選取8～10強度·重量(repetition maximum, RM)，每次8～10個，進行5組，組間充分休息。使用主觀體力感覺等級表監控運動強度，強度控制在RPE13～15分。第1～2周為適應性練習，不進行負重，每組15～20次，進行5組；第3～4周提升練習，不進行負重，每組20～25個，進行5組；第5～6周，啞鈴負重，選取8～10 RM，每次8～10個，進行3組；第7周開始至12周結束，啞鈴負重，選取8～10 RM，每次8～10個，進行5組。

跳躍訓練組(jump training group，JTG)采用雙腿跳、跨步跳等跳躍的方式進行訓練。每種跳躍形式連續重復8～15次，組間充分休息，進行5組。第1～2周為適應性練習，每組8～10次，進行3組；第3～4周提升練習，每組10～12個，進行5組；第5周始，每組12～15次，進行5組。

健步走訓練組(fast walking training group，FTG)采用健步走的形式進行訓練，使用polar心率表控制心率在60%～80% HRmax(最大心率)。第1～4周心率控制在60%～70% HRmax，第5～8周心率控制在70%～80% HRmax，第9周以后心率控制在80% HRmax左右。

對照組(control group，CG)為納入干預名單但未參加干預訓練，或參加干預訓練次數不足20%的女性。

所有干預組每次訓練至少持續1 h，共持續12周。訓練前的熱身與訓練后的放松均至少持續10 min。所有干預組采用每周監督訓練2次，自主鍛煉1次的方式進行。

為確保受試者在鍛煉過程中的安全，所有受試者訓練前均采用美國運動醫學會(American College of Medicine - ACSM)《運動測試與處方指南》中的運動前風險篩查問卷PAR-Q+(Physical Activity Readiness Questionnaire)進行運動風險評估[11]；訓練人員均為經過培訓的北京體育大學運動人體科學或運動康復專業學生，每次訓練至少配備2名工作人員，1名擔任訓練動作展示與引導，1名負責動作糾正及安全監督，同時還有若干社區志愿者在旁輔助組織；采用循序漸進原則對受試者進行訓練，逐漸提高訓練強度；使用主觀體力感覺等級表監控運動強度，強度控制在RPE13～15分(即感覺強度在稍費力到費力之間)，詳情見表2；為防跌倒，自重與負重組受試者在進行所有下蹲類動作時均在身后放置一把椅子，跳躍組訓練時受試者一律靠墻站立進行。

本研究已獲得國家體育總局體育科學研究所倫理委員會批準(2016-04)，并在中國臨床試驗注冊中心注冊(ChiCTR-IOR-16009133)，所有受試者均已簽署知情同意書。

表2 各組干預訓練方案詳情Table 2 Details of each group's intervention training program

1.3 指標與設備

干預訓練前后，均采用美國通用公司生產的GE LUANR雙能X線骨密度測試儀(全身)(DXA)，仰臥位掃描受試者髖部及腰椎骨密度(bone mineral density, BMD)，提取股骨頸和腰椎L2～4BMD作為核心指標來評價干預效果。

1.4 統計學處理

K-S檢驗數據是否符合正態分布；組內比較用配對樣本t檢驗(正態分布)和非參數獨立樣本Mann-Whitney檢驗(非正態分布)；組間比較采用干預前后BMD差值的單因素ANOVA檢驗或秩和檢驗，以P<0.05為差異具有統計學意義。

2 結果

訓練12周后，與干預前相比，自重組股骨頸BMD增加，腰椎L2～4BMD減少；負重組、跳躍組和健步組的股骨頸與腰椎L2～4BMD均有增加，但沒有統計學意義；對照組股骨頸和腰椎L2～4BMD均有減少，但僅股骨頸的變化具有統計學意義(P<0.05)。

自重組、負重組、跳躍組和健步組股骨頸BMD相比對照組均明顯增加(P<0.01)；跳躍組和健步組腰椎L2～4BMD相比對照組也明顯增加(P<0.05)，而自重組和負重組相比對照組則無統計學意義，見表3。

與干預前相比，整體上運動組股骨頸和腰椎L2～4BMD在干預后的變化均表現出增長趨勢，而對照組的BMD則呈減少趨勢；運動組股骨頸BMD相對基線的增長率表現為負重組>健步組>自重組>跳躍組(1.91%>1.34%>0.72%>0.24%)，腰椎L2～4BMD增長率則表現為健步組>跳躍組>負重組>自重組(29.07%>11.17%>4.22%>0.01%)，見表4。

組別干預前后股骨頸腰椎L2～4干預前0.7059±0.05410.9089±0.1155STG干預后0.7066±0.04740.9028±0.1089△0.0044±0.0207##-0.0006±0.0290干預前0.7961±0.09161.0205±0.1720DTG干預后0.8085±.07831.0561±0.1388△0.0124±0.0418##0.0356±0.0766干預前0.7536±0.05150.9256±0.1744JTG干預后0.7556±0.06040.9992±0.0976△0.0021±0.0202##0.0736±0.1368#干預前0.7494±0.09880.8734±0.2034WTG干預后0.7593±0.10400.9940±0.1535△0.0099±0.0331##0.1451±0.3042#干預前0.7453±0.09920.9041±0.0812CG干預后0.7129±0.0789*0.7902±0.2463△-0.0324±0.0325-0.1139±0.2773

注：與干預前比，*P<0.05；與對照組比較，#P<0.05，##P<0.01；△：BMD變化率。

表4 各組干預前后各部位BMD變化率(△/干預前%)

Table 4 BMD change rate of each group before and after intervention(△/ Baseline%)

組別股骨頸腰椎L2～4STG0.72±2.85**0.01±3.40DTG1.91±6.36**4.22±8.39JTG0.24±2.54**11.17±21.27WTG1.34±4.14**29.07±65.70#CG-4.10±3.50-11.44±27.83

注：與對照組比較，*P<0.05，**P<0.01；與自重組比較，#P<0.05。

3 討論

3.1 運動12周可減緩絕經后骨質疏松癥女性的骨量丟失

40歲以后，不論性別或種族，骨量每年約減少0.5%[12]。絕經后，雌激素的缺乏不僅會導致骨合成與骨吸收的失衡，同時也限制了骨細胞對機械負荷的合成代謝響應，并造成廢用性骨組織的損失[13]，如果不采取相應措施，骨量丟失速度便會加快。骨的大量丟失，將導致骨小梁無法維持正常狀態，變細、彎曲、錯位或斷裂，甚至最終全部被吸收，皮質骨孔隙度增加[4]，最終引發PMOP。因此，減少骨量丟失是絕經后女性防治骨質疏松的首要目標。盡管藥物療法治療骨質疏松的效果較為顯著，但長期服用會誘發諸多不良反應，同時帶來巨大的經濟負擔。因而，可持續、低成本的運動療法受到越來越多學者的關注，WHO也曾明確提出預防骨質疏松癥的三大原則: 運動療法、補鈣和飲食。

骨骼是具有功能適應性的組織結構，能夠適應不斷變化的負荷要求，這一特性是通過運動能夠使得骨量增長的主要原因。機體在運動過程中地面的反作用力、不同肌肉、肌腱間相互牽拉產生的拉力、切力以及擠壓力均能對骨骼產生一定的刺激[14]，這些機械應力刺激可引起多種骨細胞如成骨細胞、骨髓干細胞等的應答從而產生各種生物學效應[15]，進而提高了骨的強度及生物力學特性。相反，如果缺乏機械應力刺激，機體骨量則會逐漸流失。表明機械負荷對于骨骼完整性至關重要，也許最有說服力的證據是來自臥床休養、太空飛行和脊髓損傷等方面的研究，這些研究[16]表明，當作用在骨骼上的機械力明顯減弱時，骨量流失是迅速和深入的。另一項研究[17]表明，缺乏機械負荷產生的制動狀態，其1周減少的骨量相當于正常情況下1年減少的骨量。除此之外，運動也被發現在調節體內激素和細胞因子等方面起到了有益的作用，運動可以通過直接調節性激素的水平作用于骨，也可以通過對細胞因子的作用而間接地影響到骨代謝[18]。有研究[19]發現，運動3個月后，骨質疏松大鼠血清中的雌二醇和降鈣素顯著增高，而骨鈣素則明顯降低。另外一些研究[20]也證實了運動所產生的力學刺激能使骨髓間充質干細胞 (mesenchymal stem cells, MSC) 向成骨細胞 (osteoblasts, OB) 分化和OB信號通路產生適應性變化。因此，對于絕經后女性，只有維持一定的活動水平，才能抑制骨量的持續丟失，預防并治療絕經后骨質疏松癥。

Farazmand 等[21]對有5年瑜伽或步行運動經歷的絕經后女性的研究發現，與那些不進行體育鍛煉的女性相比，運動組的腰椎BMD要明顯高于非運動組，并且步行組的腰椎BMD最高。Hamaguchi 等[22]對患有肌少癥的絕經后日本女性進行為期6周的低重復、輕負荷的力量訓練，結果這些人的骨盆BMD也改善了1.6%。Watson等[23]的研究也證實每周2次，每次30 min，持續8個月高強度抗阻和沖擊性訓練(high-intensity resistance and impact training，HiRIT)對絕經后低骨量女性腰椎和股骨頸BMD的顯著改善作用。

盡管12周的干預時間相對大多數同類研究而言較短，但筆者的研究也并不是孤立的，Seidelin等[24]對18名絕經后女性進行了每周2次、持續12周的間歇性訓練后發現，下肢總體BMD增加了1.8%。Mosti等[25]的研究發現為期12周的下蹲最大力量練習顯著改善了絕經后低骨量或骨質疏松癥女性的骨礦物質含量，并且BMD也增加了2.4%。

在本研究中筆者也觀察到四個運動組相比干預前，其股骨頸和腰椎L2～4BMD分別提高了0.24%～1.91%和0.01%～29.07%，基本表現出回升趨勢，雖然這種變化與干預前相比并沒有統計學意義，但與對照組比較的結果表明，12周的運動訓練在一定程度上維持了絕經后骨質疏松女性的骨量。這與國內外大多數的研究結論一致[26]，認為運動，即便12周的鍛煉，也是改善絕經后女性，尤其是絕經后骨質疏松女性骨骼健康的不可或缺的途徑。

3.2 不同運動方式對不同部位骨骼產生的作用效果不同

盡管運動所產生的機械應力刺激可以抑制骨量丟失，但研究表明骨骼對運動的反應高度依賴于機械負荷的性質。運動所產生的負荷刺激也并不是均勻分布于全身骨骼的不同部位，而是重點刺激主要的載荷部位，因而不同的運動產生的負荷性質不同[27]，同時骨骼的不同部位對運動的反應也不一致[26]。在本研究中，通過比較干預前后BMD的增長率，筆者也觀察到四種運動方式對不同部位的骨骼所作用的效果并不一樣，即對股骨頸BMD的改善效果表現為負重>健步>自重>跳躍，而對腰椎L2～4BMD的改善效果表現為健步>跳躍>負重>自重。

戴阿惠等[28]的研究證實，骨量的升高與運動負荷強度的增加呈正相關，且此效應呈部位特異性；并且骨量增加的部位是特異性運動肌肉的附著處，而其他部位的骨密度未見改變。Beck等[29]也認為，涉及沖擊力的身體活動對骨代謝和減少骨折風險的降低效果要好于無沖擊的單純性抗阻訓練。這與本研究中具有沖擊性的健步走和跳躍訓練對腰椎L2～4BMD的改善效果要好于非沖擊性的負重和自重訓練的發現一致。

來自橫斷面的研究[30]一致表明，從事高負重或不尋常沖擊負重的運動員，如體操、排球、籃球、芭蕾舞、足球、舉重、網球/壁球和花樣滑冰等，與非運動員或不負重或低沖擊性的運動員相比，骨骼載荷部位骨量更高，這與本研究中負重訓練的干預效果均好于自重訓練的結果也保持了一致。此外，筆者觀察到負重訓練對于股骨頸BMD的改善最為有效，這也與蘇格蘭格拉斯哥老年人循證護理中心2011年的Cochrane評價調查的結果[31]較為一致，他們回顧了43項隨機對照試驗并得出結論：股骨頸BMD最有效的運動干預方式是進行下肢漸進抗阻練習。在負重組與自重組中，均采用了相似的力量鍛煉方法，即下肢力量訓練。但是負重組在腰椎BMD的提升中比較明顯，而自重組股骨頸BMD出現了比較大的改變。由此可以進行推論，兩種不同的力量鍛煉方式對與骨骼肌肉系統的負荷存在一定的區別。即當力量承受的外部負荷較小時，腰椎承受的應力不明顯，而更多的以髖部為主要載荷部位，其產生的機械負荷并不是主要作用于腰椎，因而低于腰椎的負荷閾值，刺激不足以使腰椎骨組織產生足夠的應答，從而未能有效改善腰椎部分BMD的丟失。而負重組由于增加了外部負荷(主要是通過手持啞鈴等方式增加外部負荷)，對于腰椎BMD的改善效果尤為明顯，這很可能與手持啞鈴增加了軀干對抗外部負荷的難度，從而給腰椎部分增加了更多的挑戰，進而有助于提高腰椎BMD。

此外，本研究中一個比較特別的發現，是健步走的沖擊性弱于跳躍訓練，但整體干預效果卻好于跳躍訓練，這與Beck等[29]的觀點相悖。另外一項持續2年的臨床干預實驗也顯示，在補充鈣和維生素D的背景下，高沖擊性運動對股骨頸的作用要高于快步走[32]。對此，筆者推論，一方面可能是相對其他跳躍訓練，快走的難度較低，執行率更高，并且快走組的鍛煉頻率要高于另外兩組，除每周兩次監督訓練之外，受試者普遍報告在掌握訓練要求與脈搏自測心率法后，每天都有按照監督練習的強度自行鍛煉；另一方面，也有可能是本研究中跳躍訓練對受試者的刺激不足。在實踐中筆者發現，跳躍組受試者明顯存在依從性問題，在我國老年人的傳統觀念中，跳躍鍛煉往往被認為是不安全的鍛煉方式。在鍛煉過程中，筆者發現跳躍練習除了數量較好控制以外，對于跳躍的高度這個比較重要的強度指標難以標準化與量化。因此，這可能是跳躍組在改善骨密度水平中效果不佳的重要因素。因此，盡管負荷動作標準的跳躍動作可以有效改善骨質水平，但由于社會學因素、心理因素所造成的依從性問題也應被充分考慮，缺乏實踐性的鍛煉方法很難面對人群進行大范圍推廣，這也是今后的學者需要注意的問題。

4 結論

12周的運動干預可以有效緩解絕經后骨質疏松癥女性的骨量丟失，不同方式的運動對不同部位骨骼的作用效果也不一樣，負重訓練對股骨頸BMD的改善效果最好，而健步走則對腰椎BMD的作用效果最優。具有沖擊性的健步走和跳躍訓練對腰椎BMD的改善要好于非沖擊性的負重和自重訓練，負重訓練對股骨頸和腰椎BMD作用均要好于自重訓練。