青春期前期女子藝術(shù)體操運(yùn)動員骨骼生長及代謝研究

張國清

骨骼的生長、代謝與激素調(diào)控、營養(yǎng)因素、運(yùn)動因素、免疫功能以及遺傳等因素相關(guān)，運(yùn)動因素是其中一個重要因素［19］。運(yùn)動不僅有利于促進(jìn)骨礦物量和骨密度的增加，同時，還有利于改善骨骼的力學(xué)性能，降低骨骼疏松癥的發(fā) 生概 率 和 程 度［18，12－14］。 因 此，運(yùn) 動 療 法 已 成 為 防 治 骨 骼疏松癥最基本、最有效的方法之一［12］。青春期前期是骨骼代謝旺盛的一個時期，其涉及骨礦物質(zhì)吸收以及骨的形成，在該時期同時加強(qiáng)持續(xù)性的運(yùn)動將更有利于骨骼的生長與代謝。藝術(shù)體操作為一種非極性運(yùn)動，有利于避免極性運(yùn)動所帶來的骨骼應(yīng)力性損傷，同時，可加速青春前期的骨骼代謝。Bass等［6］研究表明，青春前期有藝術(shù)體操訓(xùn)練經(jīng)歷的運(yùn)動員在1年內(nèi)其骨骼密度與對照組相比顯著提高30%～80%，在退役后，其骨密度仍有明顯加強(qiáng)。該研究表明，青春期前期不僅是一個有利于骨骼密度增加的最佳時期，而且這種有利作用可持續(xù)到成年以后。女性最快速的骨量獲得發(fā)生在青春早期至青春中期，其中，12～14歲是青春期女性BMD的快速增長期，青春晚期開始減速，此 后 便 無 統(tǒng) 計 學(xué) 意 義［5，10］。

本研究通過已處在青春期前期的女子藝術(shù)體操運(yùn)動員為研究對象，通過雙能X射線骨密度儀測定研究對象整體及局部骨密度，并結(jié)合測得的骨膜直徑對股骨頸幾何構(gòu)造進(jìn)行測算。同時，檢測與骨骼吸收以及形成相關(guān)的生化指標(biāo)。通過青春期前期的女子藝術(shù)體操運(yùn)動員與普通對照者的結(jié)果對比來揭示這一特殊時期藝術(shù)體操訓(xùn)練在提高骨骼代謝、改善骨骼力學(xué)性能方面的優(yōu)勢，為指導(dǎo)青春期前期女性進(jìn)行科學(xué)的藝術(shù)體操運(yùn)動提供理論依據(jù)。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

選取12名湖南省體操學(xué)校參加競技二級訓(xùn)練的女子藝術(shù)體操運(yùn)動員，受試對象年齡為8～10歲，訓(xùn)練時間均為1年，同時隨機(jī)選取12名同年齡段不參加藝術(shù)體操訓(xùn)練的小學(xué)女生作為對照（表1）。所有研究對象均身體健康，無月經(jīng)初潮，無代謝性疾病，無肝腎病史，無畸形及骨折史。

表1 本研究對象基本情況一覽表Table 1 Basic Information of Subjects

1.2 研究方法

1.2.1 骨密度測量

以美國GE公司生產(chǎn)的lunar prodigy型雙能X線（dual energy x－ray absorptiometry，DXA）骨密度掃描儀對藝術(shù)體操運(yùn)動員及對照小學(xué)生進(jìn)行全身以及局部骨密度測定。測試部位包括全身、上肢、下肢、頭部、股骨頸、腰椎、Ward三角、大轉(zhuǎn)子、股骨近端骨、腰椎（L1－L4）。

1.2.2 股骨頸幾何構(gòu)造檢測

在以DXA測定股骨頸骨密度的同時，結(jié)合股骨強(qiáng)度分析軟件（hip structural analysis，HAS）能夠自動測量股骨頸截面 面 積 （cross－sectional area，CSA）、皮 質(zhì) 厚 度 （cortical thickness，CT）、皮 質(zhì) 骨 內(nèi) 層 直 徑 （Endocortical diameter，ED）、剖面系數(shù)（section modulus，Z）以及抗曲化率（buckling ratio，BR）。

1.2.3 骨代謝相關(guān)生化指標(biāo)的檢測

抽血前一天避免吃油膩、高蛋白食物，并禁止飲酒。清晨空腹?fàn)顟B(tài)下靜脈采血10mL，3 000轉(zhuǎn)／min離心5 min，分離血清，然后將血清分裝EP管密封，于－80℃低溫冰箱儲存待用。骨代謝標(biāo)志物堿性磷酸酶和骨保護(hù)素測試采用美國Thermo公司S200型酶標(biāo)儀，通過酶聯(lián)免疫分析（ELISA）的方法進(jìn)行測定。血清骨鈣素 Metra Osteocalcin和骨交聯(lián)采用電化學(xué)發(fā)光免疫法進(jìn)行檢測。所采用4種試劑盒均為美國Quidel公司生產(chǎn)的metra系列骨代謝檢測試劑盒。

1.3 數(shù)理統(tǒng)計

數(shù)據(jù)輸入SPSS 16.0統(tǒng)計軟件，采用單因素方差分析（One way ANOVA）統(tǒng)計方法分析數(shù)據(jù)，所有數(shù)據(jù)以平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（SD）表示，P＜0.05表示有顯著性差異，P＜0.01表示有非常顯著性差異。

2 結(jié)果

2.1 骨密度檢測結(jié)果

表2顯示：藝術(shù)體操運(yùn)動員與對照小學(xué)生相比，無論是全身、上肢、下肢還是活動較多的關(guān)節(jié)部位，骨密度都有明顯的增加（P＜0.05），而與運(yùn)動關(guān)聯(lián)程度不大的頭部骨密度相差并不明顯（P＝0.941）。其中，全身骨骼密度增加9.7%，上、下肢分別增加13.1%和10.5%，活動較多的主要關(guān)節(jié)部位骨密度增加更為明顯，如股骨頸增加14.1%，股骨近端骨密度增加14.6%，其他關(guān)節(jié)部位的骨密度增加值也都在10%以上。

2.2 股骨頸幾何構(gòu)造參數(shù)檢測結(jié)果

利用HAS軟件在DXA掃描股骨頸圖像上進(jìn)行分析得到股骨頸幾何構(gòu)造力學(xué)參數(shù)（表3）。與對照小學(xué)生相比，藝術(shù)體操運(yùn)動員的截面面積（P＜0.05）、皮質(zhì)骨厚度（P＜0.05）、剖面系數(shù)（P＜0.01）都有顯著增加，而抗曲化率存在一定程度上的下降（P＜0.05）。

2.3 骨代謝生化標(biāo)志物檢測結(jié)果

本文分別對骨形成的標(biāo)記物堿性磷酸酶和血清骨鈣素、以及骨吸收標(biāo)記物骨交聯(lián)（又稱I型膠原C端肽）進(jìn)行測定，結(jié)果見表4。藝術(shù)體操運(yùn)動員的堿性磷酸酶濃度與對照組相比有顯著上升（P＜0.05），增加幅度高達(dá)32.7%，血清骨鈣素與骨交聯(lián)與對照組相比也有約20%的增加量。

表2 本研究對象各部位骨密度檢測結(jié)果一覽表Table 2 Areal Bone Mineral Density at Various Bone Sites of Subjects

表3 本研究對象股骨頸幾何構(gòu)造部分參數(shù)檢測結(jié)果一覽表Table 3 Bone Geometry Parameters of Femoral Neck of Subjects

表4 本研究對象骨代謝生化標(biāo)志物檢測結(jié)果一覽表Table 4 Biochemical Markers of Bone Metabolism of Subjects

3 討論

3.1 藝術(shù)體操對骨密度（BMD）的影響

骨密度是目前最常用的評價骨骼強(qiáng)度以及抗骨折能力的指標(biāo)，目前，主要是以雙能X射線骨密度測量儀進(jìn)行測量分析。研究發(fā)現(xiàn)，適度的持續(xù)運(yùn)動對骨骼密度的提高作用顯著，但長期大強(qiáng)度的運(yùn)動會造成骨密度的降低［2］。藝術(shù)體操是一種中強(qiáng)度的有氧運(yùn)動，以腰為主軸和樞紐，同時，側(cè)重膝關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)等連接性關(guān)節(jié)部位的運(yùn)動，能較好地牽拉關(guān)節(jié)韌帶和肌肉。通過對堅持1年訓(xùn)練的處于青春期前期的藝術(shù)體操女運(yùn)動員的骨密度測量發(fā)現(xiàn)，其全身以及上、下肢骨密度均有顯著提高，活動較多的關(guān)節(jié)部位增加更為明顯。頭部在藝術(shù)體操中并無太多關(guān)聯(lián)性的動作，因此，在本研究中，其骨密度與對照組相比無顯著差異。結(jié)合藝術(shù)體操的特點和測試結(jié)果，不難判斷，藝術(shù)體操在運(yùn)動過程中，通過肌肉牽拉產(chǎn)生的拉伸力、擠壓力和剪切應(yīng)力作用于骨組織，刺激了機(jī)體的成骨效應(yīng)，使成骨作用占據(jù)優(yōu)勢地位，進(jìn)而體現(xiàn)出促進(jìn)骨密度顯著增加的影響。

3.2 藝術(shù)體操對骨幾何構(gòu)造的影響

在利用BMD衡量骨骼強(qiáng)度以及抗骨折能力的基礎(chǔ)上，結(jié)合骨骼的幾何結(jié)構(gòu)特征（如大小、形狀以及三維結(jié)構(gòu)）進(jìn)行綜合分析已成為臨床和基礎(chǔ)研究中更為科學(xué)、準(zhǔn)確的研究方法。研究中，一般以股骨頸這個易于骨折部位作為研究的重點，股骨頸的幾何學(xué)參數(shù)主要包括股骨頸截面面積、皮質(zhì)厚度、皮質(zhì)骨內(nèi)層直徑、剖面系數(shù)以及抗曲化率等。皮質(zhì)厚度越大，表明骨骼強(qiáng)度越大，數(shù)值低于正常范圍情況下存在易骨折的風(fēng)險［17］；截面面積表示的是礦化骨組織的面積，它的數(shù)值越大，表明骨骼的機(jī)械強(qiáng)度越大；剖面系數(shù)是力學(xué)上衡量管狀物的抗彎曲的指標(biāo)，剖面系數(shù)值越大，強(qiáng)度越高；抗曲化率表示的是力學(xué)上衡量管狀物皺折強(qiáng)度，是骨骼幾何結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定性的體現(xiàn)，也就是說，它的值越大，表明骨骼的機(jī)械強(qiáng)度與穩(wěn)定性就越低，骨骼在外力作用下就越易折斷［7］。在預(yù)測骨折方面，剖面系數(shù)和抗曲化率有獨立于骨密度的作用，甚至等同于骨密度的預(yù)測效果［8］。骨骼幾何參數(shù)的測定一般都是選擇特定的區(qū)域部位，該部位一般為運(yùn)動的關(guān)鍵性關(guān)聯(lián)部位，如股骨頸這個易于骨折的部位。本實驗通過對股骨頸的骨幾何構(gòu)造參數(shù)進(jìn)行測定，結(jié)果顯示，與骨骼強(qiáng)度正相關(guān)的皮質(zhì)厚度和截面面積都有顯著增加，特別是股骨頸截面面積增加尤為顯著，與對照組相比增加25%，說明藝術(shù)體操運(yùn)動有利于促進(jìn)骨骼礦化形成。

骨幾何構(gòu)造參數(shù)的得來主要是基于對HAS軟件的應(yīng)用。HSA是一種基于DXA技術(shù)發(fā)展起來的骨幾何參數(shù)分析軟件，它的原理主要是基于經(jīng)驗公式和長期測試積累的數(shù)據(jù)庫作為分析的依據(jù)。但在實際應(yīng)用中，其經(jīng)驗公式中的經(jīng)驗系數(shù)以及數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)主要是以歐美成年人為主［7，8，20］，因此，對于我國青春期前期的女運(yùn)動員的數(shù)據(jù)分析還存在一定缺陷，有待該軟件的進(jìn)一步完善。目前，已有相關(guān)研究對HAS在特定人群以及特定年齡階段進(jìn)行應(yīng)用分析［11，4］，也希望我國盡早開展相關(guān)研究，從而建立中國自己的種群和年齡分析數(shù)據(jù)庫。

3.3 藝術(shù)體操對骨代謝生化標(biāo)志物的影響

骨組織在青春期特別是青春期前期屬于新陳代謝特別活躍的組織，這種代謝主要體現(xiàn)在全身不同組織和器官，特別是與關(guān)節(jié)相連部位，時刻進(jìn)行骨的吸收和形成，在這一過程中，所產(chǎn)生的一些代謝物被稱為骨代謝生化標(biāo)志物，主要存在于血液、尿液、汗液以及唾液中?；诎踩浴㈧`敏度、準(zhǔn)確性以及便捷性等多方面的考慮，目前，在檢測過程中主要以血液檢測和尿液檢測作為常規(guī)分析體內(nèi)骨吸收和形成狀況的方法。骨代謝的生化標(biāo)志物中，骨礦物質(zhì)的吸收指標(biāo)主要包括I型膠原C端肽（CTX）、促甲狀旁腺激素（PTH）、尿吡啶啉（PYD）、脫氧吡啶啉（DOPYD）等，形成指標(biāo)主要包括I型前膠原氨基端前肽（PINP）、堿性磷酸酶（ALP）、骨鈣素（BGP）等［1］。

正常人血清中的骨特異性堿性磷酸酶主要由骨骼的成骨細(xì)胞產(chǎn)生，對骨基質(zhì)的形成和礦化具有重要作用，是成骨細(xì)胞成熟和具有活性的標(biāo)志。訓(xùn)練1年的藝術(shù)體操女運(yùn)動員與對照組相比其酶活力增加30%以上，由此可推斷，藝術(shù)體操有利于骨的礦化，進(jìn)而提高骨密度以及骨架的形成。

BGP作為成熟成骨細(xì)胞分泌的一種特異性非膠原骨基質(zhì)蛋白，不受骨吸收因素的影響，是成骨細(xì)胞的特異性標(biāo)志。通過血清BGP可以了解成骨細(xì)胞，特別是新形成的成骨細(xì)胞的活動狀態(tài)。BGP值隨年齡的變化以及骨更新率的變化而不同，骨更新率越快，BGP值越高，反之降低［15］。骨在生長過程中BGP水平高，如青春期BGP水平是成人期的5倍，以后緩慢下降，30～35歲穩(wěn)定在同一水平上。本研究中，藝術(shù)體操運(yùn)動員與對照組相比有20%以上的提高，可見，藝術(shù)體操有利于提高骨的更新速率，促進(jìn)新骨骼的形成。

I型膠原C端肽存在于成熟的骨膠原中，當(dāng)破骨細(xì)胞活性增強(qiáng)時，骨膠原溶解釋放I型膠原蛋白，再分解為CTX，它們均為細(xì)胞外膠原纖維降解產(chǎn)物，均可在血清和尿液中檢測到。因此，CTX含量的高低也是評價破骨細(xì)胞活性和骨吸收最有價值的方法之一［9，16］。本研究中，藝術(shù)體操女運(yùn)動員與對照組相比CTX含量增加17.2%，說明藝術(shù)體操鍛煉有利于破骨細(xì)胞活性的增加，有利于對骨礦物質(zhì)的吸收，為骨骼的形成奠定基礎(chǔ)。

4 結(jié)論

1.青春期前期的藝術(shù)體操女運(yùn)動員在鍛煉1年后其全身骨密度普遍升高，特別是與關(guān)節(jié)活動相關(guān)聯(lián)的部位增加更為明顯。

2.青春期前期的藝術(shù)體操女運(yùn)動員鍛煉1年有利于其骨架的形成，同時，增加骨骼的強(qiáng)度和抗骨折能力。

3.青春期前期的藝術(shù)體操女運(yùn)動員鍛煉1年有利于骨吸收能力的提高，同時，有利于其骨骼形成能力的提高。

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