跑臺運動訓練和停訓對去卵巢大鼠腰椎骨密度和骨髓脂肪細胞數(shù)目的影響

魏翔 卜淑敏 汪建紅

1 首都體育學院（北京100191） 2 新疆師范大學生命科學學院

骨質疏松是女性絕經(jīng)后面臨的嚴重健康問題。臨床實踐證明，絕經(jīng)后骨質疏松是可以預防的，而且預防比治療更重要［1］，因此，研究增加骨量或減少骨量丟失的預防措施具有重要意義。運動對骨骼有積極效應，由運動產(chǎn)生的力學負荷能增加骨量和骨強度，尤其在兒童和青少年時期，運動能極其有效地增加骨量［2］。如果運動對年輕時骨量和骨強度的效應能被終身保存下來，兒童和青少年時期進行運動將是一種預防由絕經(jīng)引起的婦女骨量下降的有效方法［3］。 Umemura 等報道［4］，跳躍運動對去卵巢大鼠骨骼的改善效應在停訓后仍被保持，而跑臺運動對去卵巢大鼠骨骼的改善效應在停訓后能否被保持？目前未知。鑒于此，本實驗觀察了中等強度跑臺運動訓練和停訓對去卵巢大鼠腰椎骨密度、骨組織形態(tài)學結構和骨髓脂肪細胞數(shù)目的影響，為采用運動療法防治絕經(jīng)后骨質疏松提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實驗動物

健康3月齡雌性SD大鼠60只，體重（235±8）g，購自北京維通利華實驗動物有限公司，在北京大學醫(yī)學部實驗動物中心飼養(yǎng) ［合格證號：SCKK （京）2006-0008］。

1.2 手術和分組

大鼠適應飼養(yǎng)1周后，按體重分層后隨機分為假手術組（20只）和手術組（40只）。假手術組和手術組均禁食12 h后，腹腔注射10%水合氯醛（3 ml/kg）麻醉，手術組從背部切除雙側卵巢，假手術組不切除卵巢，而將卵巢旁與卵巢等大的脂肪組織切除。手術后恢復1周，將手術組大鼠按體重分層后隨機分為去卵巢靜止組（20只）和去卵巢運動組（20只）。實驗過程中，有7只大鼠因手術感染而于實驗的不同時間先后死亡，最后納入各組的實驗動物分別為假手術組19只、去卵巢靜止組16只、去卵巢運動組18只。

1.3 運動訓練方案和運動后分組

手術后第2周，去卵巢運動組大鼠開始在小動物跑臺上適應訓練1周，跑速從第1天的15 min逐漸增加到第4天的45 min。正式運動訓練期為14周，每周4次，每次45 min，跑臺坡度為5°，跑速為18 m/min。14周后，分別將三組大鼠按體重分層后隨機分為兩個亞組，分組情況和各組大鼠數(shù)目如下：假手術16周組 （Sham-16，9只）和假手術-32周組（Sham-32，10 只）、去卵巢 16 周組（OVX-16，8 只）和去卵巢32周組 （OVX-32，8只）、去卵巢運動組（EX，9 只）和停訓組（DEX，9 只）。

1.4 骨密度檢測

Sham-16、OVX-16和EX三組大鼠在末次訓練結束36-48小時內，Sham-32、OVX-32和DEX三組大鼠在停訓16周時，用10%水合氯醛（3 ml/kg）麻醉后，將其俯臥在DPX-Q型雙能X線吸收測量平臺下進行掃描，通過計算機中小動物軟件系統(tǒng)檢測活體腰椎骨密度（BMD）。

1.5 取材

檢測完BMD，腹主動脈取血處死大鼠，迅速游離子宮并稱重以確定手術的成功。根據(jù)解剖位置截取腰椎，仔細分離第2～5腰椎（L2-5）并剝離干凈，將L2置于4%的多聚甲醛溶液中固定。

1.6 HE染色與測試

將多聚甲醛固定好的L2組織塊，用質量分數(shù)為10%的乙二胺四乙酸（EDTA）于4℃條件下脫鈣，每3天更換一次脫鈣液。用針刺法檢驗是否完全脫鈣：如果組織很容易被刺透，且未感到阻力，說明基本上脫鈣完全。脫鈣后，常規(guī)石蠟包埋；每組隨機取3只大鼠的L2進行連續(xù)切片（5 μm），切片經(jīng)常規(guī)HE染色后，在光學顯微鏡（Olympus BX51）下觀察拍片。每只大鼠隨機取L2染色照片3張，每張片子隨機選取3個高倍鏡（400倍）視野，統(tǒng)計視野內脂肪空泡數(shù)目。

1.7 統(tǒng)計學分析

各組數(shù)據(jù)均以均數(shù)±標準差表示，數(shù)據(jù)比較采用單因素方差分析。統(tǒng)計學分析用SPSS13.0軟件處理。

2 結果

2.1 大鼠腰椎BMD

圖1顯示，運動訓練結束時，OVX-16組腰椎BMD顯著低于Sham-16組，EX組腰椎BMD顯著高于OVX-16組。停訓結束時，OVX-32組腰椎BMD顯著低于Sham-32組，而DEX組與OVX-32組比較無顯著性差異。此外，DEX組腰椎BMD顯著低于EX組。

圖1 各組大鼠腰椎BMD的比較

2.2 大鼠腰椎組織形態(tài)學和骨髓脂肪細胞數(shù)目

骨組織形態(tài)學觀察結果（圖2A）顯示，Sham-16組和Sham-32組L2骨小梁排列致密整齊，間距小，厚度較均勻，骨髓腔內組織致密；OVX-16組和OVX-32組大鼠L2骨小梁排列稀疏，骨髓腔內組織稀疏，被大量脂肪細胞填充，脂肪細胞數(shù)目分別顯著多于 Sham-16和 Sham-32組 （圖2B）；EX 組 L2骨小梁數(shù)量多于OVX-16組，骨髓腔內脂肪細胞數(shù)目顯著少于OVX-16組（圖2B）。DEX組L2骨小梁數(shù)量雖多于OVX-32組，但骨髓腔內脂肪細胞數(shù)目與OVX-32組比較無顯著性差異 （圖2B）。此外，DEX組L2骨小梁數(shù)量雖與EX組比較無顯著性差異，但骨髓腔內脂肪細胞數(shù)目顯著增加（圖2B）。

圖2 各組大鼠L2組織形態(tài)學（A，HE圖片，×100）和骨髓脂肪細胞數(shù)目（B）比較

3 討論

絕經(jīng)后女性由于卵巢功能衰竭易發(fā)生肥胖和骨質疏松等疾病，引發(fā)肥胖的脂肪細胞和骨質疏松的成骨細胞來源于共同的祖細胞，即骨髓基質細胞［5］。臨床研究表明，絕經(jīng)后骨質疏松與骨髓脂肪發(fā)生增加有關［6，7］。 Rodríguez 等報道［8］，健康絕經(jīng)后婦女骨髓基質細胞的成骨能力低于健康未絕經(jīng)婦女，而能刺激骨髓基質細胞向脂肪細胞分化的基因的表達卻增加。本研究中，與Sham-16組比較，OVX-16組大鼠腰椎骨小梁間隙增大、脂肪細胞顯著增加。此結果與我們前期［9］和 Somjen 等的報道［10］相似。再次證實，去卵巢大鼠骨量減少是與骨髓脂肪細胞數(shù)目增多伴行的。此外，本研究還發(fā)現(xiàn)，OVX-32組大鼠腰椎脂肪細胞數(shù)目與OVX-16組大鼠無顯著差異，提示，去卵巢導致的大鼠腰椎脂肪細胞數(shù)目增加發(fā)生在去卵巢后的3個月內，而在去卵巢后的3～8個月則變化不大。

雖然補充外源性雌激素可有效緩解和改善女性因絕經(jīng)引起的骨質疏松癥，但研究顯示，長期使用雌激素使絕經(jīng)后婦女患子宮內膜癌的危險增加6～12倍［1］。 相比之下，運動療法方便、廉價、副作用少，備受親睞。國內外關于絕經(jīng)后預防骨質疏松的研究表明，運動療法是預防絕經(jīng)后骨質疏松最有效、最基本的方法［11］。本實驗中，去卵巢大鼠進行為期14周的跑臺運動訓練后，腰椎骨密度和骨小梁數(shù)目顯著高于去卵巢靜止組，而骨髓脂肪細胞數(shù)目明顯減少。這與我們前期的實驗結果相同［9］，表明一定強度跑臺運動能減緩去卵巢大鼠松質骨骨量的丟失，改善去卵巢大鼠腰椎組織形態(tài)學結構，抑制去卵巢大鼠腰椎骨髓脂肪細胞的產(chǎn)生。

Umemura等報道［4］，為期 8周的跳躍運動對去卵巢大鼠骨組織的改善效應在停訓24周后仍被保持。而Iwamoto等報道［12］，為期1年的快走和體操訓練雖顯著增加患骨質疏松癥的絕經(jīng)后婦女腰椎的骨密度，但增加效應在停訓1年后消失。本研究中，為期14周的跑臺訓練對去卵巢大鼠骨組織的改善效應和對骨髓脂肪細胞數(shù)目增加的抑制效應在停訓16周后消失。以上研究結果提示，跳躍運動對絕經(jīng)后骨質疏松的預防效應在停跳后還能保持［4］，而跑臺運動、快走和體操訓練對絕經(jīng)后骨質疏松的預防效應在停止運動后不能保持。由此，提倡女性在青少年時期，要多進行一些諸如跳躍運動的抗阻力運動，這將有助于預防絕經(jīng)后骨質疏松的發(fā)生。至于為什么跳躍運動對去卵巢大鼠骨組織的改善效應在停訓后能保持，而跑臺運動卻不能，其機制還有待進一步揭示。

4 小結

本實驗證明中等強度跑臺運動對去卵巢大鼠腰椎骨密度和骨組織形態(tài)學的改善效應在停訓16周后未能保持。

［1］Schmitt NM，Schmitt J，D..ren M.The role of physical activity in the prevention of osteoporosis in postmenopausal women-An update.Maturitas，2009，63（1）：34-38.

［2］Iwamoto J，Sato Y，Takeda T，et al.Role of sport and exercise in the maintenance of female bone health.J Bone Miner Metab，2009，27（5）：530-537.

［3］Modelsk.Does exercise during growth has a long-term effect on bone health?Exerc Sports Sci Rev，2002，30：171-176.

［4］Umemura Y，Nagasawa S，Sogo N，et al.Effects of jump training on bone are preserved after detraining，regardless ofestrogen secretion state in rats.JApplPhysiol，2008，104（4）：1116-1120.

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［6］Duque G，Li W，Adams M，et al.Effects of risedronate on bone marrow adipocytes in postmenopausal women.Osteoporos Int，2011，22（5）：1547-1553.

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［8］Rodríguez JP，Garat S，Gajardo H，et al.Abnormal osteogenesis in osteoporotic patients is reflected by altered mesenchymal stem cells dynamics.J Cell Biochem，1999，75（3）：414-423.

［9］王穎捷，卜淑敏，季剛.中等強度跑臺運動對去卵巢大鼠腰椎骨量、骨髓脂肪細胞數(shù)量和血脂水平的影響.中國運動醫(yī)學雜志，2011，30（1）：48-52.

［10］Somjen D，Katzburg S，Kohen F，et al.The effects of native and synthetic estrogenic compounds as well as vitamin D less-calcemic analogs on adipocytes content in rat bone marrow.J Endocrinol Invest，2011，34（2）：106-110.

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［12］Iwamoto J，Takeda T，Ichimura S.Effect of exercise training and detraining on bone mineral density in postmenopausal women with osteoporos.J Orthop Sci，2001，6（2）：128-132.