12周社區(qū)運動干預(yù)對絕經(jīng)后骨質(zhì)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(xué)研究所群眾體育研究中心，北京 100061 2. 中國醫(yī)科大學(xué)航空總醫(yī)院脊柱外科，北京 100025 3. 西安體育學(xué)院，陜西 西安 710068

絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥(postmenopausal osteoporosis，PMOP)是一種發(fā)生于女性自然絕經(jīng)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(fēng)險增加的一種骨骼系統(tǒng)疾病[1-3]。全球罹患骨質(zhì)疏松癥的人群中80%為絕經(jīng)后女性[4]，而50歲以上的女性一生中任何部位發(fā)生骨折的風(fēng)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(fā)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(yán)重公共衛(wèi)生問題。大量的研究[7]已經(jīng)發(fā)現(xiàn)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(xù)時間等尚未完全闡明。本研究以社區(qū)骨質(zhì)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(xùn)練、啞鈴負(fù)重最大力量訓(xùn)練、跳躍訓(xùn)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(qū)和西城區(qū)的13個社區(qū)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(biāo)準(zhǔn)并同意參加干預(yù)鍛煉的有70人，最終完成干預(yù)并且數(shù)據(jù)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(xué)學(xué)會骨質(zhì)疏松委員會(OCCGS)建議的-2.0 SD(T<-2.0)作為骨質(zhì)疏松癥的診斷標(biāo)準(zhǔn)[8]，將四種干預(yù)方式隨機分至不同社區(qū)，受試者根據(jù)所在社區(qū)被分配進行不同的干預(yù)訓(xùn)練。排除標(biāo)準(zhǔn)為：①性腺、甲狀腺功能紊亂和糖尿病、多發(fā)性骨髓瘤及纖維性骨炎引起的繼發(fā)性骨質(zhì)疏松癥；②影響鈣和維生素D吸收與調(diào)節(jié)的消化道和腎臟疾病；③類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎等免疫性疾病；④長期服用糖皮質(zhì)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?。虎藿?年內(nèi)有中高等強度規(guī)律運動健身習(xí)慣(每周3次及以上，持續(xù)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(fēng)險、骨折風(fēng)險極高的受試者[9-10]；⑧停經(jīng)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(xùn)練組；DTG，啞鈴負(fù)重最大力量訓(xùn)練組；JTG，跳躍訓(xùn)練組；WTG，健步走訓(xùn)練組；CG，對照組。

1.2 運動干預(yù)方案與安全防范

自重肌肉耐力訓(xùn)練組(body-weight muscle endurance training group，BTG)采用對抗自身體重的肌肉耐力訓(xùn)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(xùn)練，每組20～25次，進行5組，組間充分休息。第1～4周為適應(yīng)性練習(xí)，每組12～15次，進行5組；第5～8周為提升練習(xí)，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(fù)重最大力量訓(xùn)練組(dumbbell-weight maximum strength training group，DTG)采取手持啞鈴的最大力量訓(xùn)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(xùn)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(jiān)控運動強度，強度控制在RPE13～15分。第1～2周為適應(yīng)性練習(xí)，不進行負(fù)重，每組15～20次，進行5組；第3～4周提升練習(xí)，不進行負(fù)重，每組20～25個，進行5組；第5～6周，啞鈴負(fù)重，選取8～10 RM，每次8～10個，進行3組；第7周開始至12周結(jié)束，啞鈴負(fù)重，選取8～10 RM，每次8～10個，進行5組。

跳躍訓(xùn)練組(jump training group，JTG)采用雙腿跳、跨步跳等跳躍的方式進行訓(xùn)練。每種跳躍形式連續(xù)重復(fù)8～15次，組間充分休息，進行5組。第1～2周為適應(yīng)性練習(xí)，每組8～10次，進行3組；第3～4周提升練習(xí)，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(xùn)練組(fast walking training group，F(xiàn)TG)采用健步走的形式進行訓(xùn)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(yù)名單但未參加干預(yù)訓(xùn)練，或參加干預(yù)訓(xùn)練次數(shù)不足20%的女性。

所有干預(yù)組每次訓(xùn)練至少持續(xù)1 h，共持續(xù)12周。訓(xùn)練前的熱身與訓(xùn)練后的放松均至少持續(xù)10 min。所有干預(yù)組采用每周監(jiān)督訓(xùn)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(xùn)練前均采用美國運動醫(yī)學(xué)會(American College of Medicine - ACSM)《運動測試與處方指南》中的運動前風(fēng)險篩查問卷PAR-Q+(Physical Activity Readiness Questionnaire)進行運動風(fēng)險評估[11]；訓(xùn)練人員均為經(jīng)過培訓(xùn)的北京體育大學(xué)運動人體科學(xué)或運動康復(fù)專業(yè)學(xué)生，每次訓(xùn)練至少配備2名工作人員，1名擔(dān)任訓(xùn)練動作展示與引導(dǎo)，1名負(fù)責(zé)動作糾正及安全監(jiān)督，同時還有若干社區(qū)志愿者在旁輔助組織；采用循序漸進原則對受試者進行訓(xùn)練，逐漸提高訓(xùn)練強度；使用主觀體力感覺等級表監(jiān)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(fù)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(xùn)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(xué)研究所倫理委員會批準(zhǔn)(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(yù)訓(xùn)練方案詳情Table 2 Details of each group's intervention training program

1.3 指標(biāo)與設(shè)備

干預(yù)訓(xùn)練前后，均采用美國通用公司生產(chǎn)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(biāo)來評價干預(yù)效果。

1.4 統(tǒng)計學(xué)處理

K-S檢驗數(shù)據(jù)是否符合正態(tài)分布；組內(nèi)比較用配對樣本t檢驗(正態(tài)分布)和非參數(shù)獨立樣本Mann-Whitney檢驗(非正態(tài)分布)；組間比較采用干預(yù)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(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

訓(xùn)練12周后，與干預(yù)前相比，自重組股骨頸BMD增加，腰椎L2～4BMD減少；負(fù)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(tǒng)計學(xué)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(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。

自重組、負(fù)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(fù)重組相比對照組則無統(tǒng)計學(xué)意義，見表3。

與干預(yù)前相比，整體上運動組股骨頸和腰椎L2～4BMD在干預(yù)后的變化均表現(xiàn)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(xiàn)為負(fù)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(xiàn)為健步組>跳躍組>負(fù)重組>自重組(29.07%>11.17%>4.22%>0.01%)，見表4。

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

注：與干預(yù)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(yù)前后各部位BMD變化率(△/干預(yù)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(jīng)后骨質(zhì)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(jīng)后，雌激素的缺乏不僅會導(dǎo)致骨合成與骨吸收的失衡，同時也限制了骨細(xì)胞對機械負(fù)荷的合成代謝響應(yīng)，并造成廢用性骨組織的損失[13]，如果不采取相應(yīng)措施，骨量丟失速度便會加快。骨的大量丟失，將導(dǎo)致骨小梁無法維持正常狀態(tài)，變細(xì)、彎曲、錯位或斷裂，甚至最終全部被吸收，皮質(zhì)骨孔隙度增加[4]，最終引發(fā)PMOP。因此，減少骨量丟失是絕經(jīng)后女性防治骨質(zhì)疏松的首要目標(biāo)。盡管藥物療法治療骨質(zhì)疏松的效果較為顯著，但長期服用會誘發(fā)諸多不良反應(yīng)，同時帶來巨大的經(jīng)濟負(fù)擔(dān)。因而，可持續(xù)、低成本的運動療法受到越來越多學(xué)者的關(guān)注，WHO也曾明確提出預(yù)防骨質(zhì)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(yīng)性的組織結(jié)構(gòu)，能夠適應(yīng)不斷變化的負(fù)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(chǎn)生的拉力、切力以及擠壓力均能對骨骼產(chǎn)生一定的刺激[14]，這些機械應(yīng)力刺激可引起多種骨細(xì)胞如成骨細(xì)胞、骨髓干細(xì)胞等的應(yīng)答從而產(chǎn)生各種生物學(xué)效應(yīng)[15]，進而提高了骨的強度及生物力學(xué)特性。相反，如果缺乏機械應(yīng)力刺激，機體骨量則會逐漸流失。表明機械負(fù)荷對于骨骼完整性至關(guān)重要，也許最有說服力的證據(jù)是來自臥床休養(yǎng)、太空飛行和脊髓損傷等方面的研究，這些研究[16]表明，當(dāng)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(fù)荷產(chǎn)生的制動狀態(tài)，其1周減少的骨量相當(dāng)于正常情況下1年減少的骨量。除此之外，運動也被發(fā)現(xiàn)在調(diào)節(jié)體內(nèi)激素和細(xì)胞因子等方面起到了有益的作用，運動可以通過直接調(diào)節(jié)性激素的水平作用于骨，也可以通過對細(xì)胞因子的作用而間接地影響到骨代謝[18]。有研究[19]發(fā)現(xiàn)，運動3個月后，骨質(zhì)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(chǎn)生的力學(xué)刺激能使骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞 (mesenchymal stem cells, MSC) 向成骨細(xì)胞 (osteoblasts, OB) 分化和OB信號通路產(chǎn)生適應(yīng)性變化。因此，對于絕經(jīng)后女性，只有維持一定的活動水平，才能抑制骨量的持續(xù)丟失，預(yù)防并治療絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥。

Farazmand 等[21]對有5年瑜伽或步行運動經(jīng)歷的絕經(jīng)后女性的研究發(fā)現(xiàn)，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(jīng)后日本女性進行為期6周的低重復(fù)、輕負(fù)荷的力量訓(xùn)練，結(jié)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(xù)8個月高強度抗阻和沖擊性訓(xùn)練(high-intensity resistance and impact training，HiRIT)對絕經(jīng)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(yù)時間相對大多數(shù)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(jīng)后女性進行了每周2次、持續(xù)12周的間歇性訓(xùn)練后發(fā)現(xiàn)，下肢總體BMD增加了1.8%。Mosti等[25]的研究發(fā)現(xiàn)為期12周的下蹲最大力量練習(xí)顯著改善了絕經(jīng)后低骨量或骨質(zhì)疏松癥女性的骨礦物質(zhì)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(yù)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(xiàn)出回升趨勢，雖然這種變化與干預(yù)前相比并沒有統(tǒng)計學(xué)意義，但與對照組比較的結(jié)果表明，12周的運動訓(xùn)練在一定程度上維持了絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松女性的骨量。這與國內(nèi)外大多數(shù)的研究結(jié)論一致[26]，認(rèn)為運動，即便12周的鍛煉，也是改善絕經(jīng)后女性，尤其是絕經(jīng)后骨質(zhì)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(chǎn)生的作用效果不同

盡管運動所產(chǎn)生的機械應(yīng)力刺激可以抑制骨量丟失，但研究表明骨骼對運動的反應(yīng)高度依賴于機械負(fù)荷的性質(zhì)。運動所產(chǎn)生的負(fù)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(chǎn)生的負(fù)荷性質(zhì)不同[27]，同時骨骼的不同部位對運動的反應(yīng)也不一致[26]。在本研究中，通過比較干預(yù)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(xiàn)為負(fù)重>健步>自重>跳躍，而對腰椎L2～4BMD的改善效果表現(xiàn)為健步>跳躍>負(fù)重>自重。

戴阿惠等[28]的研究證實，骨量的升高與運動負(fù)荷強度的增加呈正相關(guān)，且此效應(yīng)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(rèn)為，涉及沖擊力的身體活動對骨代謝和減少骨折風(fēng)險的降低效果要好于無沖擊的單純性抗阻訓(xùn)練。這與本研究中具有沖擊性的健步走和跳躍訓(xùn)練對腰椎L2～4BMD的改善效果要好于非沖擊性的負(fù)重和自重訓(xùn)練的發(fā)現(xiàn)一致。

來自橫斷面的研究[30]一致表明，從事高負(fù)重或不尋常沖擊負(fù)重的運動員，如體操、排球、籃球、芭蕾舞、足球、舉重、網(wǎng)球/壁球和花樣滑冰等，與非運動員或不負(fù)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(fù)重訓(xùn)練的干預(yù)效果均好于自重訓(xùn)練的結(jié)果也保持了一致。此外，筆者觀察到負(fù)重訓(xùn)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(diào)查的結(jié)果[31]較為一致，他們回顧了43項隨機對照試驗并得出結(jié)論：股骨頸BMD最有效的運動干預(yù)方式是進行下肢漸進抗阻練習(xí)。在負(fù)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(xùn)練。但是負(fù)重組在腰椎BMD的提升中比較明顯，而自重組股骨頸BMD出現(xiàn)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(tǒng)的負(fù)荷存在一定的區(qū)別。即當(dāng)力量承受的外部負(fù)荷較小時，腰椎承受的應(yīng)力不明顯，而更多的以髖部為主要載荷部位，其產(chǎn)生的機械負(fù)荷并不是主要作用于腰椎，因而低于腰椎的負(fù)荷閾值，刺激不足以使腰椎骨組織產(chǎn)生足夠的應(yīng)答，從而未能有效改善腰椎部分BMD的丟失。而負(fù)重組由于增加了外部負(fù)荷(主要是通過手持啞鈴等方式增加外部負(fù)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(fù)荷的難度，從而給腰椎部分增加了更多的挑戰(zhàn)，進而有助于提高腰椎BMD。

此外，本研究中一個比較特別的發(fā)現(xiàn)，是健步走的沖擊性弱于跳躍訓(xùn)練，但整體干預(yù)效果卻好于跳躍訓(xùn)練，這與Beck等[29]的觀點相悖。另外一項持續(xù)2年的臨床干預(yù)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(xùn)練，快走的難度較低，執(zhí)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(jiān)督訓(xùn)練之外，受試者普遍報告在掌握訓(xùn)練要求與脈搏自測心率法后，每天都有按照監(jiān)督練習(xí)的強度自行鍛煉；另一方面，也有可能是本研究中跳躍訓(xùn)練對受試者的刺激不足。在實踐中筆者發(fā)現(xiàn)，跳躍組受試者明顯存在依從性問題，在我國老年人的傳統(tǒng)觀念中，跳躍鍛煉往往被認(rèn)為是不安全的鍛煉方式。在鍛煉過程中，筆者發(fā)現(xiàn)跳躍練習(xí)除了數(shù)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(biāo)難以標(biāo)準(zhǔn)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(fù)荷動作標(biāo)準(zhǔn)的跳躍動作可以有效改善骨質(zhì)水平，但由于社會學(xué)因素、心理因素所造成的依從性問題也應(yīng)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(xué)者需要注意的問題。

4 結(jié)論

12周的運動干預(yù)可以有效緩解絕經(jīng)后骨質(zhì)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(fù)重訓(xùn)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(yōu)。具有沖擊性的健步走和跳躍訓(xùn)練對腰椎BMD的改善要好于非沖擊性的負(fù)重和自重訓(xùn)練，負(fù)重訓(xùn)練對股骨頸和腰椎BMD作用均要好于自重訓(xùn)練。