運動訓(xùn)練對去卵巢大鼠生物力學(xué)性能及骨代謝指標(biāo)的影響

白 楊

(常州工學(xué)院體育教學(xué)部，江蘇 常州 213032)

骨質(zhì)疏松(OP)多發(fā)于中老年人，發(fā)病率與年齡密切相關(guān)，人類在40歲左右骨代謝能力逐漸下降，骨骼逐漸衰老，且隨著年齡的增加發(fā)生OP的概率也逐漸增大〔1〕。而中老年OP患者中多為絕經(jīng)后的女性患者，一項關(guān)于OP流行病學(xué)的mate分析結(jié)果顯示，我國40歲以上人群OP總體患病率為13.2%，其中女性患病率(14.2%)顯著高于男性(11.8%)，且這種差距在南方地區(qū)更為明顯，我國南方地區(qū)OP的總體患病率為28.5%，女性患病率( 41.3%)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于男性(16.3%)〔2〕。造成這種差距的主要原因是女性絕經(jīng)后卵巢功能下降明顯，雌激素(E2)分泌量明顯降低，機(jī)體出現(xiàn)骨代謝紊亂，出現(xiàn)骨吸收亢進(jìn)，增加OP發(fā)生的概率〔3〕。相關(guān)研究結(jié)果顯示〔4〕，老年人運動量減少與OP的發(fā)生密切相關(guān)，運動訓(xùn)練能有效促進(jìn)骨代謝平衡，增強(qiáng)骨生物力學(xué)性能。本研究建立了去卵巢大鼠模型，分析運動訓(xùn)練對去卵巢大鼠生物力學(xué)性能及骨代謝指標(biāo)的影響。

1 材料與方法

1.1實驗動物 選取30只雌性SD大鼠，體重216～261 g，平均(224.6±8.7)g，飼養(yǎng)環(huán)境溫度保持在20℃，環(huán)境濕度控制在58%左右，每天給予12 h光照時間，分籠喂養(yǎng)，每籠10只，適應(yīng)性喂養(yǎng)1 w。實驗大鼠由北京維通利華實驗動物有限公司提供，合格證號 SCXK(京)2012-0001。

1.2建模及分組方法〔5〕適應(yīng)性喂養(yǎng)1 w后將大鼠按照隨機(jī)數(shù)字表法分為正常對照組、模型對照組、運動組，每組10只。所有大鼠給予腹腔注射2%戊巴比妥鈉進(jìn)行麻醉，劑量為40 mg/kg。手術(shù)切口位置選在背部雙側(cè)肋下一橫指、脊柱旁1 cm處，將切口周圍的毛發(fā)去除，行常規(guī)消毒，切口長度1 cm左右，分離皮下組織和腹肌，后將腹膜剪開。將模型對照組、運動組大鼠的卵巢周圍的脂肪組織取出，用平鑷將卵巢取出，在子宮角與輸卵管交界處進(jìn)行結(jié)扎后將卵巢摘除，徹底止血，依次縫合，用碘伏清洗傷口。正常對照組僅取出卵巢周圍的脂肪組織，并不切除卵巢。

1.3運動方法 所有大鼠在手術(shù)結(jié)束后進(jìn)行1 w的恢復(fù)。正常對照組和模型對照組大鼠在飼養(yǎng)籠中自由活動。運動組大鼠進(jìn)行跳躍式訓(xùn)練，將大鼠放在自制的電刺激箱底板上，給予電刺激，讓大鼠跳上電刺激箱專門設(shè)計的平臺上，休息20 s后將大鼠重新放在底板上，再次電刺激，讓大鼠再次跳躍至平臺上，重復(fù)操作，直到完成規(guī)定的跳躍次數(shù)。第1周跳躍次數(shù)為10次/d，跳躍高度為20 cm，第2周開始跳躍次數(shù)為20次/d，跳躍高度為45 cm，共進(jìn)行8 w的訓(xùn)練。

1.4檢測方法 在運動組大鼠進(jìn)行最后1次訓(xùn)練后1 d將所有大鼠斷頸椎處死。取出右側(cè)股骨，將骨上附著的軟組織去除，用生理鹽水浸泡過的紗布包裹，置于-20℃的環(huán)境下保存待測。采用美國NORLAND公司生產(chǎn)的雙能X射線骨密度儀測量骨密度(BMD)和骨礦物質(zhì)含量(BMC)。采用津島AG-20KNA萬能材料實驗機(jī)對股骨進(jìn)行三點彎曲試驗，繪圖儀自動描記出載荷一變形曲線。所測指標(biāo)包括：最大荷載、彈性荷載、破壞載荷、最大撓度、彈性撓度、破壞撓度、剛性系數(shù)和能量吸收，其具體值在載荷-變形曲線上直接讀取和計算。所有大鼠在處死后取心臟血5 ml，4 000 r/min離心10 min，分離血清，置于-80℃的環(huán)境下保存待測。采用鄰甲酚酞絡(luò)合酮比色法測定血清Ca含量；利用孔雀綠直接顯色法測定血清P含量。采用酶標(biāo)法測定血清抗酒石酸酸性磷酸酶(STR-ACP)含量，采用放免法測定骨鈣素(BGP)含量。試劑盒均

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2 結(jié) 果

2.13組股骨BMD和BMC比較 正常對照組BMD和BMC顯著高于模型對照組，BMD顯著高于運動組(P<0.05)，運動組BMD顯著高于模型對照組(P<0.05)。見表1。

表1 3組股骨BMD和BMC比較

與模型對照組比較：1)P<0.05;與運動組比較：2)P<0.05，下表同

2.23組股骨生物力學(xué)性能比較 運動組最大荷載、彈性荷載、破壞載荷、剛性系數(shù)、能量吸收顯著高于正常對照組和模型對照組(P<0.05)。正常對照組的最大荷載、彈性荷載、能量吸收顯著高于模型對照組(P<0.05)。見表2。

表2 3組大鼠的股骨生物力學(xué)性能比較

2.33組骨代謝指標(biāo)比較 運動組血清Ca含量明顯低于正常對照組和模型對照組，而正常對照組血清Ca含量明顯低于模型對照組(均P<0.05)；運動組血清P含量明顯高于正常對照組和模型對照組，正常對照組血清P含量明顯低于模型對照組(均P<0.05)；模型對照組血清STR-ACP含量明顯高于運動組和正常對照組，運動組血清STR-ACP含量明顯高于正常對照組(均P<0.05)；模型對照組血清BGP含量顯著低于正常對照組和運動組(P<0.05)。見表3。

表3 3組骨代謝指標(biāo)比較

3 討 論

去卵巢大鼠模型是目前全球最常用的模擬女性絕經(jīng)后患上OP的理想動物模型，雌性大鼠的卵巢被切除后，其股骨發(fā)生的生物力學(xué)性能的變化和骨代謝與人類具有較高的相似度，并且去卵巢大鼠模型在發(fā)生OP后的骨折的部位與人類相比相似度也較高〔6〕。

本研究結(jié)果說明去卵巢大鼠模型的BMD和BMC出現(xiàn)降低，而運動訓(xùn)練可以增加BMD的含量。BMD和BMC均是判斷其骨量水平、臨床診斷OP的常用指標(biāo)。絕經(jīng)期后婦女由于體內(nèi)的E2水平下降明顯，導(dǎo)致骨量丟失，BMD和BMC含量降低，進(jìn)而導(dǎo)致骨的生物力學(xué)性能降低，引發(fā)OP〔7〕。運動訓(xùn)練能改善BMD和BMC的含量，可能是由于運動能夠促進(jìn)骨礦物質(zhì)含量增加，進(jìn)而減緩BMC的降低，同時運動時血液循環(huán)增強(qiáng)，有利于血Ca輸送至骨內(nèi)，對破骨細(xì)胞向成骨細(xì)胞轉(zhuǎn)變有較好的促進(jìn)作用，增加骨鈣化的效率，增加BMD，同時運動可以對骨細(xì)胞的增殖及其活性有較好的促進(jìn)作用，致使血Ca以鈣鹽的形式沉積在骨中，進(jìn)而使得骨量增加〔8〕。本研究結(jié)果說明去卵巢大鼠模型的骨生物力學(xué)性能出現(xiàn)了明顯的降低，而運動訓(xùn)練可以顯著增強(qiáng)骨生物力學(xué)性。骨的生物力學(xué)性能能夠綜合反映骨量、骨結(jié)構(gòu)及骨材料的情況，其主要受到骨量、BMD、骨的幾何形狀、尺寸等影響。由于去卵巢大鼠模型的BMD和BMC出現(xiàn)顯著下降，導(dǎo)致骨的強(qiáng)度和剛度減弱，因此其骨的生物力學(xué)性能也下降明顯〔9〕。而運動后骨的生物力學(xué)性能明顯增強(qiáng)，可能原因是在運動時增加了施加于骨的載荷，骨受到的外部應(yīng)力增大，當(dāng)達(dá)到一定強(qiáng)度時機(jī)體會啟動塑建過程，骨的形態(tài)和筑構(gòu)方式發(fā)生改變以承受載荷，而骨的形態(tài)和筑構(gòu)方式的改變直接影響了骨的生物力學(xué)性能〔10〕。同時運動能提高BMD和BMC含量，這對提高骨的生物力學(xué)性能也有較大的作用〔11〕。本研究結(jié)果說明去卵巢大鼠模型血Ca、血P、STR-ACP含量增加，BGP含量降低，而運動可以降低血Ca、STR-ACP含量，增加血P、BGP含量。去卵巢后大鼠的E2下降，導(dǎo)致甲狀旁腺激素分泌增多，對骨吸收有促進(jìn)作用，骨鈣出現(xiàn)流失，進(jìn)而導(dǎo)致血Ca含量增多。而通過運動訓(xùn)練可使血Ca流入并沉積在骨中，使血Ca以鈣鹽的形式在骨中沉積，進(jìn)而降低血Ca含量〔12〕。去卵巢大鼠模型出現(xiàn)血P升高可能與E2分泌減少以及生長激素分泌增加有關(guān)，血Ca與血P的含量關(guān)系密切，在運動后血Ca含量降低，因此血P的含量會相應(yīng)的出現(xiàn)上升。STR-ACP主要由破骨細(xì)胞釋放，在骨吸收時對骨基質(zhì)的溶解具有重要的作用，去卵巢大鼠模型破骨細(xì)胞活躍，有著明顯的骨吸收，這也說明STR-ACP含量也相對較高，而運動訓(xùn)練對破骨細(xì)胞的活性有抑制作用，降低血清中STR-ACP的含量〔13〕。BGP是一種由成熟的成骨細(xì)胞分泌的非膠原蛋白，具有維持骨的正常礦化速率的作用，能夠反映成骨細(xì)胞活性，BGP含量越高成骨細(xì)胞越活躍。去卵巢大鼠模型BGP含量降低，說明其成骨細(xì)胞活性較差，而在運動訓(xùn)練后BGP含量明顯上升，說明運動能促進(jìn)骨形成活動，有利于正常的骨代謝〔14〕。

綜上所述，運動訓(xùn)練能明顯提高去卵巢大鼠的BMD，增強(qiáng)股骨的生物力學(xué)性能，改善骨代謝指標(biāo)。對于絕經(jīng)后的女性，應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪\動訓(xùn)練，以減低OP的發(fā)生。

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