持續(xù)跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)對(duì)雌性大鼠長(zhǎng)骨生長(zhǎng)的影響

房冬梅，常 波

（1.徐州師范大學(xué)體育學(xué)院，江蘇徐州221116；2.沈陽(yáng)體育學(xué)院運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)系，遼寧沈陽(yáng)110102）

持續(xù)跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)對(duì)雌性大鼠長(zhǎng)骨生長(zhǎng)的影響

房冬梅1，常 波2

（1.徐州師范大學(xué)體育學(xué)院，江蘇徐州221116；2.沈陽(yáng)體育學(xué)院運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)系，遼寧沈陽(yáng)110102）

研究目的：為探討持續(xù)跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)對(duì)快速生長(zhǎng)期大鼠長(zhǎng)骨生長(zhǎng)的影響作用。研究方法：將16只5周齡雌性SD大鼠隨機(jī)分為對(duì)照組和運(yùn)動(dòng)組，運(yùn)動(dòng)組大鼠進(jìn)行每天一次，每周5天，為期9周的持續(xù)跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)。測(cè)定大鼠脛骨骨量、骨形態(tài)計(jì)量學(xué)和生物力學(xué)等方面的指標(biāo)。研究結(jié)果：運(yùn)動(dòng)組大鼠脛骨長(zhǎng)度、脛骨濕重、灰分重量、表觀骨密度、灰分密度顯著高于對(duì)照組，骨小梁體積、骨小梁平均寬度、皮質(zhì)骨寬度、類骨質(zhì)表面積、類骨質(zhì)厚度和骨小梁數(shù)目顯著高于對(duì)照組，骨小梁分離度和侵蝕表面積極顯著地低于對(duì)照組，最大變形和彈性變形、彈性載荷顯著地高于對(duì)照組。結(jié)論：9周的持續(xù)跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)能夠促進(jìn)脛骨的縱向生長(zhǎng)、骨量的增加和骨中有機(jī)物質(zhì)含量的增加，能夠通過(guò)增加骨小梁數(shù)目，促進(jìn)骨形成，抑制骨吸收，提高骨小梁骨量，并且能夠改善長(zhǎng)骨的力學(xué)特性，增強(qiáng)長(zhǎng)骨對(duì)抗骨折的能力。

持續(xù)跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)；生長(zhǎng)期大鼠；骨量；骨形態(tài)計(jì)量學(xué)參數(shù)；生物力學(xué)特性

在出生后，骨骼所受的外力，即使骨骼產(chǎn)生形變的外源性機(jī)械作用力，在骨生理學(xué)活動(dòng)中起著“方向盤(pán)”的作用，它決定著骨代謝的發(fā)生部位，也決定著骨重建的形式，尤其是在達(dá)到峰值骨量之前的時(shí)期。近年來(lái)，對(duì)骨質(zhì)疏松的研究已經(jīng)明確預(yù)防骨質(zhì)疏松的關(guān)鍵在于累積足夠高的峰值骨量。青春生長(zhǎng)期是骨骼生長(zhǎng)的第二個(gè)加速期，同時(shí)也是骨組織對(duì)運(yùn)動(dòng)刺激敏感性高、產(chǎn)生適應(yīng)性反應(yīng)的效果明顯的時(shí)期。本研究擬通過(guò)骨礦含量、骨組織形態(tài)計(jì)量學(xué)和生物力學(xué)等方面參數(shù)的測(cè)定從不同角度探討長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)運(yùn)動(dòng)對(duì)快速生長(zhǎng)期大鼠長(zhǎng)骨生長(zhǎng)的影響作用，以為少年兒童健身運(yùn)動(dòng)方案的優(yōu)化提供理論依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的分組

同一天繁殖的4周齡雌性SD大鼠16只（由徐州醫(yī)學(xué)院動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中心提供），平均體重為（93.49±9.34）g，根據(jù)體重隨機(jī)搭配分成對(duì)照組（C組）和運(yùn)動(dòng)組（T組），每組8只。

1.2 動(dòng)物的飼養(yǎng)與運(yùn)動(dòng)干預(yù)

大鼠單只干籠飼養(yǎng)，自由進(jìn)食、飲水，以國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)嚙齒類動(dòng)物常規(guī)飼料喂養(yǎng)。動(dòng)物房溫度維持在18℃～24℃，相對(duì)濕度45%～55%，自然光照。

所有大鼠進(jìn)行為期1周的適應(yīng)后，對(duì)照組大鼠不做任何運(yùn)動(dòng)干預(yù)，常規(guī)飼養(yǎng)。運(yùn)動(dòng)組大鼠進(jìn)行為期9周，每周5天，每天一次的持續(xù)跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)。由于大鼠周齡較小，運(yùn)動(dòng)負(fù)荷隨周齡增長(zhǎng)逐漸增加，由每天20min、持續(xù)10m／min，到第四周末達(dá)到20m／min、持續(xù)60min，后維持該運(yùn)動(dòng)負(fù)荷到第9周結(jié)束。

1.3 取材及指標(biāo)的測(cè)定

最后一次運(yùn)動(dòng)后24h，以氨基甲酸乙酯（20%體重）麻醉，取左側(cè)后肢脛骨，去盡結(jié)締組織，取后肢右側(cè)脛骨，去盡結(jié)締組織，放入中性福爾馬林溶液中固定。

1.3.1 脛骨生物力學(xué)特性的測(cè)定 用游標(biāo)卡尺（精確度為0.02mm）測(cè)量左側(cè)后肢脛骨長(zhǎng)度后，在QTS—25型質(zhì)構(gòu)儀上進(jìn)行三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)，獲得以下指標(biāo)：最大載荷、彈性載荷、最大變形和彈性變形。

1.3.2 骨礦鹽含量的測(cè)定 在三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)后，用排水法測(cè)量脛骨的體積，以分析天平測(cè)定脛骨的濕重，再將標(biāo)本放入烤箱中，105℃，烘烤48h后測(cè)量干重，然后放入Muffle爐中，650℃灰化，完全灰化后測(cè)定灰分重量。計(jì)算以下骨礦含量參數(shù)：表觀骨密度（骨比重）、灰分密度（骨礦鹽密度）和骨灰度。

1.3.3 組織形態(tài)計(jì)量學(xué)指標(biāo)的測(cè)定 將固定好的后肢右側(cè)脛骨從中性福爾馬林溶液中取出，上行梯度脫水、浸透后以甲基丙烯酸甲酯包埋，使用德國(guó)Leica2165不脫鈣切片機(jī)沿脛骨近端正中矢狀面做不連續(xù)5μm切片和7μm切片，5μm切片經(jīng)染色，封片后，用OLYMPUSDP70數(shù)字采集系統(tǒng)攝入顯微圖像，后使用分析軟件進(jìn)行觀察和分析計(jì)量。得出以下指標(biāo)值：骨小梁平均寬度、骨小梁體積、骨小梁數(shù)目、骨小梁分離度、類骨質(zhì)厚度、皮質(zhì)骨寬度、侵蝕表面積等，并由7μm切片獲得生長(zhǎng)板厚度。

1.4 數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析

各參數(shù)均以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示，用統(tǒng)計(jì)軟件SPSS11.5進(jìn)行分析，組間差異顯著性采用獨(dú)立T檢驗(yàn)，顯著性水平為P＜0.05。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 持續(xù)跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)對(duì)大鼠脛骨長(zhǎng)度和骨量的影響

運(yùn)動(dòng)組大鼠脛骨長(zhǎng)度、脛骨濕重、灰分重量、表觀骨密度顯著高于對(duì)照組（P＜0.05），灰分密度非常顯著地高于對(duì)照組（P＜0.01），骨灰度略高于對(duì)照組，但無(wú)顯著性差異。

表1 持續(xù)跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)對(duì)大鼠脛骨長(zhǎng)度和骨量的影響

2.2 持續(xù)跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)對(duì)生長(zhǎng)期大鼠脛骨組織形態(tài)計(jì)量學(xué)參數(shù)的影響

運(yùn)動(dòng)組大鼠脛骨的骨小梁體積、骨小梁平均寬度、皮質(zhì)骨寬度類骨質(zhì)表面積和類骨質(zhì)厚度均極顯著地高于對(duì)照組（P＜0.001），骨小梁數(shù)目顯著高于對(duì)照組（P＜0.05），骨小梁分離度和侵蝕表面積極顯著地低于對(duì)照組（P＜0.001），兩組大鼠脛骨近側(cè)端生長(zhǎng)板厚度無(wú)顯著差異。

表2 持續(xù)跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)對(duì)大鼠脛骨組織形態(tài)計(jì)量學(xué)參數(shù)的影響

2.3 持續(xù)跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)對(duì)生長(zhǎng)期大鼠脛骨力學(xué)特性的影響

持續(xù)跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)組大鼠脛骨的最大變形和彈性變形極顯著地高于對(duì)照組（P＜0.001），彈性載荷顯著高于對(duì)照組（P＜0.05）。兩組間脛骨最大載荷無(wú)顯著性差異。

表3 持續(xù)跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)對(duì)生長(zhǎng)期大鼠脛骨力學(xué)特征的影響

3 分析與討論

3.1 持續(xù)跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)對(duì)大鼠脛骨骨量的影響

本研究對(duì)持續(xù)跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)組大鼠和對(duì)照組大鼠脛骨骨量相關(guān)指標(biāo)的對(duì)比結(jié)果說(shuō)明，長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)促進(jìn)了大鼠脛骨的縱向和礦化過(guò)程，9周的跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)明顯提高了生長(zhǎng)期大鼠脛骨的BMD和BMC。Joo等的研究結(jié)果與本研究基本相同，其研究是對(duì)4周齡雄性大鼠進(jìn)行每天50min，跑速為28m／min的10周跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練，但其運(yùn)動(dòng)組與對(duì)照組的差異程度比本研究中的差異程度更大，這種差異可能來(lái)自于其實(shí)驗(yàn)中的運(yùn)動(dòng)負(fù)荷高于本研究。Iwamoto等對(duì)6周齡大鼠進(jìn)行跑臺(tái)耐力訓(xùn)練，發(fā)現(xiàn)經(jīng)7周運(yùn)動(dòng)后，脛骨的BMC已明顯增加，經(jīng)11周運(yùn)動(dòng)時(shí)［2］。羅冬梅的研究觀察了為期3周、6周、9周的跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)對(duì)雄性SD大鼠骨生長(zhǎng)的影響，發(fā)現(xiàn)3周低負(fù)荷運(yùn)動(dòng)對(duì)脛骨BMC沒(méi)有顯著影響，6周低負(fù)荷運(yùn)動(dòng)使脛骨的BMC明顯增加［3］。Holy等對(duì)生長(zhǎng)期大鼠的研究發(fā)現(xiàn)，4周的運(yùn)動(dòng)，顯著增加了大鼠脛骨的干重和灰重，但其研究中大鼠進(jìn)行的運(yùn)動(dòng)量平均時(shí)間最長(zhǎng)為每天353min，短時(shí)平均為215min，每周跑步距離達(dá)到（50±8）km［4］，是迄今為止所看到的相關(guān)文獻(xiàn)中跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)所沒(méi)有達(dá)到過(guò)的，這或許是該研究中大鼠在運(yùn)動(dòng)4周后便表現(xiàn)出顯著性變化的原因。由本研究結(jié)果和以上研究結(jié)果的分析可知，長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)可以促進(jìn)骨的縱向生長(zhǎng)和骨量，但要獲得可測(cè)量到的顯著性變化則需要達(dá)到一定運(yùn)動(dòng)量和經(jīng)過(guò)一定時(shí)期的累積。另外，由于在煅燒過(guò)程中失去的主要是骨的有機(jī)成分，本研究的結(jié)果中，雖然運(yùn)動(dòng)組長(zhǎng)骨的灰重和干重都顯著高于對(duì)照組，但骨灰度和對(duì)照組相比并沒(méi)有顯著性差異，這一結(jié)果說(shuō)明，持續(xù)跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)組長(zhǎng)骨中礦物質(zhì)增加的同時(shí)，有機(jī)成分也在增加。由于有機(jī)基質(zhì)是無(wú)機(jī)礦物質(zhì)沉積的基礎(chǔ)，而且有機(jī)基質(zhì)在骨骼中起網(wǎng)狀構(gòu)架作用，因此持續(xù)跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)組的這一變化不但為脛骨的進(jìn)一步礦化提供了基礎(chǔ)，并且也將會(huì)對(duì)脛骨的生物力學(xué)特性產(chǎn)生影響。

3.2 運(yùn)動(dòng)對(duì)大鼠脛骨組織形態(tài)計(jì)量學(xué)參數(shù)的影響

9周的持續(xù)跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)顯著提高了大鼠脛骨的骨小梁體積、骨小梁厚度、骨小梁數(shù)目，這一結(jié)果表明9周持續(xù)跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)使大鼠脛骨骨小梁骨量增加，骨小梁厚度增加、新的骨小梁形成和骨小梁分離度下降使脛骨近端骨量的增加。這一研究結(jié)果和Joo等利用Micro-CT對(duì)耐力運(yùn)動(dòng)后生長(zhǎng)期大鼠股骨三維微觀結(jié)構(gòu)的觀察結(jié)果一致［1］。Bourrin等利用組織形態(tài)計(jì)量學(xué)對(duì)大鼠脛骨近端、中段和遠(yuǎn)端的觀察，也發(fā)現(xiàn)在進(jìn)行持續(xù)跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)的第3、4、5周后骨體積和骨小梁數(shù)目明顯增加，認(rèn)為運(yùn)動(dòng)可以通過(guò)促進(jìn)骨形成和／或降低骨吸收提高松質(zhì)骨的骨量，而通過(guò)骨膜下骨形成提高皮質(zhì)骨骨量［5］。Westerlind等運(yùn)用同樣的方法對(duì)成熟大鼠的研究也發(fā)現(xiàn)，在進(jìn)行6周抗阻力運(yùn)動(dòng)后，大鼠脛骨干骺端的骨小梁的厚度、骨小梁的數(shù)目顯著高于對(duì)照組［6］。這些結(jié)果皆表明運(yùn)動(dòng)可以通過(guò)促進(jìn)骨形成作用，抑制骨吸收作用增加骨小梁骨量。

本研究雖然沒(méi)有測(cè)定骨膜的變化，但發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)組大鼠脛骨的內(nèi)皮質(zhì)厚度均極顯著地高于對(duì)照組，提示9周運(yùn)動(dòng)大幅度提高了股骨近端內(nèi)皮質(zhì)的沉積。對(duì)于生長(zhǎng)期長(zhǎng)骨的皮質(zhì)骨，許多研究表明運(yùn)動(dòng)對(duì)骨膜的作用大于對(duì)內(nèi)皮質(zhì)的作用，運(yùn)動(dòng)可以通過(guò)加強(qiáng)骨膜下成骨作用，增加皮質(zhì)骨厚度［7］。人體的研究也發(fā)現(xiàn)青春期前進(jìn)行運(yùn)動(dòng)可以促進(jìn)長(zhǎng)骨的皮質(zhì)內(nèi)成功作用［8］。表明運(yùn)動(dòng)增加松質(zhì)骨表面的骨形成的同時(shí)，也增加生長(zhǎng)板起源的新骨形成。

3.3 運(yùn)動(dòng)對(duì)脛骨力學(xué)性能的影響

骨的生物力學(xué)特性是比骨的重量更為關(guān)鍵的功能性指標(biāo)，骨生物力學(xué)特性的改變是骨形狀、骨量和微結(jié)構(gòu)等的綜合表現(xiàn)，是評(píng)定骨質(zhì)量的最重要的指標(biāo)，在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中，骨組織在外界運(yùn)動(dòng)刺激下不斷對(duì)骨結(jié)構(gòu)進(jìn)行塑建和重建過(guò)程，但最終表現(xiàn)將為生物力學(xué)特性的改變。

9周的持續(xù)運(yùn)動(dòng)使脛骨的彈性載荷和彈性變形顯著提高，表明運(yùn)動(dòng)使生長(zhǎng)期大鼠脛骨的彈性明顯增加，脛骨對(duì)抗外力的能力提高。同時(shí)運(yùn)動(dòng)也使得最大變形得到大幅度提高，表明持續(xù)運(yùn)動(dòng)提高了脛骨對(duì)抗骨折的能力。由此可知，9周的持續(xù)跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)提高了骨的韌性和剛性，增加了脛骨對(duì)抗變形和骨折的能力，改善了大鼠脛骨的機(jī)械性能，這些作用和運(yùn)動(dòng)對(duì)脛骨骨成分的影響是分不開(kāi)的，因?yàn)楣橇α康?0%～75%是由骨量決定的，但是在一般情況下，骨量的增加會(huì)伴有最大變形和彈性變形的降低。可是本研究的結(jié)果卻是：雖然跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)組的骨礦含量明顯高于對(duì)照組，但最大變形和彈性變形卻更加顯著地高于對(duì)照組，這一結(jié)果進(jìn)一步說(shuō)明，運(yùn)動(dòng)不但使脛骨的骨礦含量增加，也提高了脛骨中有機(jī)質(zhì)的含量。Tsang-Hai Huang等對(duì)3周齡Wister大鼠進(jìn)行8周的持續(xù)耐力運(yùn)動(dòng)干預(yù)后也發(fā)現(xiàn)大鼠股骨的力學(xué)特性明顯提高［9］，因此，持續(xù)跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)可以使生長(zhǎng)期大鼠長(zhǎng)骨的生物力學(xué)性能得到改善。

3.4 持續(xù)跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)對(duì)大鼠脛骨縱向生長(zhǎng)的影響

9周運(yùn)動(dòng)結(jié)束后，運(yùn)動(dòng)組大鼠脛骨的長(zhǎng)度顯著高于對(duì)照組，這一結(jié)果表明持續(xù)跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)能夠促進(jìn)脛骨的縱向生長(zhǎng)，Iwamoto、羅冬梅等對(duì)生長(zhǎng)期大鼠實(shí)施運(yùn)動(dòng)干預(yù)的研究也得到相同的結(jié)果［2，3］。本研究中，在9周運(yùn)動(dòng)后運(yùn)動(dòng)組大鼠生長(zhǎng)板厚度和對(duì)照組大鼠相比卻無(wú)顯著性差異。但在羅冬梅的研究中，低強(qiáng)度跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)9周后，生長(zhǎng)板的厚度仍顯著高于對(duì)照組［3］，說(shuō)明運(yùn)動(dòng)至9周時(shí)，對(duì)生長(zhǎng)板細(xì)胞分化增生的促進(jìn)作用仍然存在。這兩項(xiàng)研究所使用的大鼠的周齡基本一致，生長(zhǎng)板的測(cè)定方法相同，并且運(yùn)動(dòng)方式都是持續(xù)跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)，因此，實(shí)驗(yàn)結(jié)果間的差異可能來(lái)自于運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的不同和實(shí)驗(yàn)大鼠性別的不同，但具體的原因尚需進(jìn)一步比較研究。

4 結(jié)論

對(duì)生長(zhǎng)期大鼠進(jìn)行了9周中等強(qiáng)度的持續(xù)跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)對(duì)脛骨長(zhǎng)度、骨量、形態(tài)計(jì)量學(xué)參數(shù)和力學(xué)特征等指標(biāo)的研究發(fā)現(xiàn)這種運(yùn)動(dòng)能夠促進(jìn)大鼠長(zhǎng)骨的生長(zhǎng)，主要表現(xiàn)為：①促進(jìn)了脛骨的縱向生長(zhǎng)和骨量的累積，并提高了脛骨中有機(jī)物的含量；②通過(guò)促進(jìn)骨形成作用，抑制骨吸收作用，增加骨小梁數(shù)目，提高了骨小梁骨量；③使脛骨對(duì)抗變形的能力大幅度提高，抵抗外力的能力提高，改善了脛骨的力學(xué)特性，增強(qiáng)了脛骨對(duì)抗骨折的能力。

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Effects of Continuous Endurance Running on Long Bone Growth of Rats

FANG Dongmei1，CHANG Bo2
（1.College of Physical Education，Xuzhou Normal University，Xuzhou 221116，Jiangsu，China；2.Department of Human Sports Science，Shenyang Sport University，Shenyang 110102，Liaoning，China）

The purpose of this study is to examine the effects of continuous endurance running on long bone growth of female rats during rapid growing period.16 female SD rats（5-week old）were randomly assigned to control group and exercise group.The exercise group underwent 9 weeks continuous endurance running，5 times a week.The tibiaes’parameters of mineralization，histomorphometry and mecchanical properities were measured.The result indicates that 9-week swimming exercise can significantly increase the tibiaes’length，wet weight，aBMD and ash weight，significantly increase BV／TV%，Tb.Th，Os／Bs，O.Th，Tb.Th and Os／Bs，significantly decreace the tibiaes’Tb.Sp and Es／Bs，and also significantly increase bending deformation，maximum deformation and elistic load.The data above suggest that continuous endurance running can stimulate longitudinal change in linear growth，bone mineral gain and enhance the material biomechanical property.So it can promote the growth of rats.

endurance running；growing rats；histomorphometric properities；bone mineralization；machanical properities

G804.4

A

1004－0560（2010）03－0058－03

2010-04-04；

2010-04-26

房冬梅（1970－），女，副教授，博士，主要研究方向?yàn)檫\(yùn)動(dòng)生理學(xué)與運(yùn)動(dòng)生物化學(xué)專業(yè)。

責(zé)任編輯：?jiǎn)唐G春