運(yùn)動(dòng)對(duì)去勢(shì)大鼠椎體生物力學(xué)性能影響的實(shí)驗(yàn)

劉建宇　劉黎明

摘要：為了觀察運(yùn)動(dòng)對(duì)去勢(shì)大鼠椎體生物力學(xué)性能的影響，并探討其機(jī)理，選擇體重（240±20）g的雌性大鼠如將3月齡雌性SD大鼠96只，體重（240±20）g，按體重隨機(jī)分成假手術(shù)組(Sham組) 、模型組(Model組)、己烯雌酚組(DES組)和運(yùn)動(dòng)組(EX組)，每組24只。假手術(shù)組僅切除卵巢附近一團(tuán)脂肪，其余組均切除雙側(cè)卵巢。術(shù)后按不同要求灌胃給藥或運(yùn)動(dòng)，按批次分別于8周、12周和16周后處死大鼠，每次每組8只，對(duì)各組大鼠第3腰椎行生物力學(xué)性能檢測(cè)，統(tǒng)計(jì)分析各組數(shù)據(jù)。結(jié)果表明：運(yùn)動(dòng)組能明顯提高去勢(shì)大鼠椎體的生物力學(xué)性能，且隨干預(yù)時(shí)間延長(zhǎng)效果明顯。結(jié)論：合理的運(yùn)動(dòng)能減少去卵巢大鼠骨質(zhì)丟失，減緩骨質(zhì)量的降低速度，防治骨質(zhì)疏松癥。

關(guān)鍵詞： 運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)；骨質(zhì)疏松癥；干預(yù)時(shí)間

中圖分類號(hào)： G 804.6 文章編號(hào)：1009783X(2012)03028405 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

收稿日期：20100722

作者簡(jiǎn)介：劉建宇(1978—)，男，湖南岳陽(yáng)人，碩士，講師，研究方向?yàn)檫\(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)；劉黎明1955—)，男，重慶人，教授，研究方向?yàn)轶w育教育。

作者單位：重慶三峽學(xué)院體育學(xué)院，重慶 404000

School of Physical Education,Chongqing Three Gorges University,Chongqing 404000,China.絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥是一種臨床上常見的難治性疾病，目前，藥物治療由于價(jià)格較昂貴,治療周期長(zhǎng)而副作用多,使用有一定限制[1]。探索安全、方便、經(jīng)濟(jì)的治療方式一直是醫(yī)學(xué)界的一大課題，選用非藥物手段預(yù)防或延緩骨質(zhì)丟失越來(lái)越受到重視。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)運(yùn)動(dòng)干預(yù)的方法，觀察運(yùn)動(dòng)去勢(shì)大鼠骨質(zhì)疏松癥椎體生物力學(xué)性能的影響，驗(yàn)證運(yùn)動(dòng)防治原發(fā)性骨質(zhì)疏松癥的療效，并進(jìn)一步探討其機(jī)理。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)藥物

己烯雌酚片：上海信誼藥業(yè)有限公司生產(chǎn)，批號(hào)：030401。

1.2 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物

四川大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心提供，共96只3月齡，體重（240±20）g的雌性SD大鼠。

1.3 造模方法

將96只大鼠按體重隨機(jī)分為A、B 2組，其中A組24只為假手術(shù)組（Sham組），B組72只為造模組。各組大鼠均以1%的硫賁妥鈉溶液按2.4 mL/kg腹腔注射麻醉。B組大鼠切除雙側(cè)卵巢，A組大鼠僅切除卵巢附近一小部分脂肪。術(shù)后均給予0.5%碘伏傷口外擦，肌肉注射青霉素鈉25萬(wàn)單位/（只/d），連用3 d，以防感染。

1.4 分組

術(shù)后1周，將B組72只大鼠按體重隨機(jī)分為模型組(Model組)、己烯雌酚組(DES組)和運(yùn)動(dòng)組(EX組)，每組24只。所有大鼠自由進(jìn)食、飲水，進(jìn)食標(biāo)準(zhǔn)飼料由四川大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心提供。

1.5 干預(yù)措施

己烯雌酚組大鼠每日1次灌胃，按22.5 μg/（kgd）的量給藥，質(zhì)量濃度為2.25 μg/mL，其余各組按體重灌服等量生理鹽水。假手術(shù)組和模型組僅灌服生理鹽水。運(yùn)動(dòng)組運(yùn)動(dòng)方式參照Bedford[2]的動(dòng)物負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)動(dòng)組大鼠術(shù)后第7日起在小動(dòng)物跑臺(tái)上開始訓(xùn)練，采取中等強(qiáng)度，即大鼠起始跑速12 m/min，持續(xù)時(shí)間20 min，隔日增加強(qiáng)度3 m/min，持續(xù)時(shí)間增加10 min，第2周起跑速達(dá)20 m/min，持續(xù)60 min將跑臺(tái)傾斜10°，維持此強(qiáng)度，5 d/w，每天運(yùn)動(dòng)分早晚2次。休息日各組照常灌藥(水)。

1.6 樣品收集及處理

采用不同方式干預(yù)各組大鼠后，分別于第8周末、12周末和16周末應(yīng)用股動(dòng)脈放血方法隨機(jī)處死每組大鼠8只，完整取出各組大鼠L3椎體。剪除椎體上下椎間盤、棘突及附件，并用細(xì)砂紙打磨成上下平面平行且與縱軸垂直的三棱柱，高度約為60 mm。各標(biāo)本在制取過(guò)程中均用生理鹽水紗布包裹。將處理過(guò)的骨標(biāo)本置于-20℃冰箱保存，測(cè)試前夜取出解凍。

1.7 觀察指標(biāo)

椎體生物力學(xué)測(cè)試：椎體壓縮試驗(yàn)，將椎體置于Instron萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)(四川大學(xué)高分子材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室提供，美國(guó)Instron Co.生產(chǎn))上，取加載速度1 mm/min進(jìn)行測(cè)試，記錄其載荷脖湫吻線與應(yīng)力燦Ρ淝線；椎體結(jié)構(gòu)力學(xué)參數(shù)由載荷脖湫吻線獲得，材料力學(xué)參數(shù)由應(yīng)力燦Ρ淝線獲得。

1.8 數(shù)據(jù)處理

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 第8周各組生物力學(xué)參數(shù)

2.1.1 第8周各組椎體結(jié)構(gòu)力學(xué)參數(shù)

2.1.2 第8周各組椎體材料力學(xué)參數(shù)

3 討論

應(yīng)用骨量、骨礦密度及骨質(zhì)含量（骨礦物質(zhì)和有機(jī)質(zhì)）的變化來(lái)診斷骨質(zhì)疏松癥、評(píng)價(jià)藥物療效曾被大量采用，并得到了較廣泛的公認(rèn)；但這些指標(biāo)僅是從“量”的角度描述了骨質(zhì)的丟失，還不能準(zhǔn)確反映骨內(nèi)在性能的變化，必然存在一定偏差[34]。骨質(zhì)量則是從“質(zhì)”的角度對(duì)骨骼性能進(jìn)行描述，它是骨的成分、構(gòu)筑狀態(tài)及細(xì)微結(jié)構(gòu)的綜合性概括[56]；因此，對(duì)骨質(zhì)疏松性癥防治和機(jī)理研究，必須更加重視骨質(zhì)疏松骨生物力學(xué)變化的影響，本實(shí)驗(yàn)即選用骨生物力學(xué)性能，如此評(píng)價(jià)防治骨質(zhì)疏松癥效果更準(zhǔn)確，更有說(shuō)服力。

3.1 雌激素改善椎體生物力學(xué)性能的效果

雌激素替代療法是臨床上防治絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松的主要方法之一，雌激素可抑制骨質(zhì)疏松的骨轉(zhuǎn)換率[7]，本實(shí)驗(yàn)中，各時(shí)間段己烯雌酚組大鼠生物力學(xué)性能較模型組均有顯著變化(P<0.05或P<0.01)，與假手術(shù)組差別無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，說(shuō)明雌激素能顯著改善去卵巢大鼠椎體生物力學(xué)性能。楊國(guó)敏[8]報(bào)道單純應(yīng)用雌激素進(jìn)行替代治療雖可使去卵巢后大鼠骨生物力學(xué)性能有所改善，但骨脆性較高,而且應(yīng)用雌激素治療大鼠副作用較多。本實(shí)驗(yàn)中，觀察到應(yīng)用雌激素的大鼠體型肥胖、毛發(fā)光澤度低、飲食差、易激惹等類似絕經(jīng)期及絕經(jīng)后婦女某些癥狀。一般認(rèn)為應(yīng)用雌激素后乳腺癌、子宮瘤等并發(fā)癥風(fēng)險(xiǎn)亦可能增加。

3.2 運(yùn)動(dòng)改善椎體生物力學(xué)性能及防治骨質(zhì)疏松癥的效果

運(yùn)動(dòng)作為預(yù)防骨質(zhì)疏松的一種手段，在實(shí)驗(yàn)及臨床研究中已經(jīng)越來(lái)越受到一些學(xué)者重視。大量研究證明中等強(qiáng)度的運(yùn)動(dòng)有利于骨量、骨強(qiáng)度及骨生物力學(xué)性能的提高[811]。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與假手術(shù)組相比，各時(shí)間段模型組大鼠椎體結(jié)構(gòu)力學(xué)參數(shù)明顯變化(P<0.05或P<0.01)，說(shuō)明大鼠去除卵巢后，椎體承受外力的強(qiáng)度降低，導(dǎo)致骨折所需的應(yīng)力減小，臨床上則表現(xiàn)為骨骼承受外力的能力降低，易于造成骨折；與模型組相比，各時(shí)間段運(yùn)動(dòng)組的結(jié)構(gòu)力學(xué)參數(shù)和材料力學(xué)參數(shù)標(biāo)均明顯增高（P<0.05），與己烯雌酚組相比，運(yùn)動(dòng)組無(wú)明顯變化(P>0.05)，說(shuō)明應(yīng)用運(yùn)動(dòng)防治骨質(zhì)疏松癥有明顯效果，和傳統(tǒng)雌激素療效相當(dāng)。骨骼對(duì)運(yùn)動(dòng)的生物力學(xué)適應(yīng)性本質(zhì)上是骨骼系統(tǒng)對(duì)機(jī)械力信號(hào)(應(yīng)力)的應(yīng)變。適合的運(yùn)動(dòng)負(fù)荷及強(qiáng)度會(huì)誘導(dǎo)骨量增加和骨的結(jié)構(gòu)改善；應(yīng)變過(guò)大則造成骨組織微損傷和出現(xiàn)疲勞性骨折,應(yīng)變過(guò)小或出現(xiàn)廢用則導(dǎo)致骨質(zhì)流失過(guò)快，即wolff定理[12]。運(yùn)動(dòng)對(duì)長(zhǎng)骨生物力學(xué)性能改善的相關(guān)報(bào)道較多，一般認(rèn)為運(yùn)動(dòng)中應(yīng)力沿下肢骨向上傳遞，直接對(duì)下肢骨產(chǎn)生力學(xué)刺激從而改善其生物力學(xué)性能，而大鼠跑步運(yùn)動(dòng)中四肢著地，故應(yīng)力對(duì)椎體骨的影響較股骨小[13-15]。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，運(yùn)動(dòng)能改善去勢(shì)大鼠椎體骨生物力學(xué)性能，這可能與實(shí)驗(yàn)采用的運(yùn)動(dòng)干預(yù)跑臺(tái)具有一定坡度（較常用的Bedford動(dòng)物負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)的5°加大到10°），使大鼠在運(yùn)動(dòng)中承受上下方向的應(yīng)力加大，而且大鼠在上坡跑動(dòng)中，腰部必須作一定程度的彎曲、伸展，這樣進(jìn)一步加大了腰椎的應(yīng)力刺激。這與步斌[16]報(bào)道的游泳運(yùn)動(dòng)改善去勢(shì)大鼠腰椎生物力學(xué)性能有一定相似性。魏兆松等[17]報(bào)道用跑步運(yùn)動(dòng)干預(yù)去勢(shì)大鼠，與模型組相比，大鼠腰椎多項(xiàng)生物力學(xué)指標(biāo)明顯改善，但跑步運(yùn)動(dòng)對(duì)大鼠股骨生物力學(xué)指標(biāo)影響較腰椎更大。骨質(zhì)疏松程度與骨表面積呈正比，松質(zhì)骨（如椎體）骨表面積較密質(zhì)骨（如股骨）大，故臨床上骨質(zhì)疏松的發(fā)生往往開始于脊柱，且椎體的骨質(zhì)疏松程度較股骨重。運(yùn)用運(yùn)動(dòng)方法治療骨質(zhì)疏松癥得到認(rèn)可，劉開淵[18]報(bào)道分別應(yīng)用鈣爾奇 D和運(yùn)動(dòng)干預(yù)老年女性，治療后2組患者的 L1～4 骨密度均有顯著上升，其中運(yùn)動(dòng)療法組骨密度的上升更為明顯，骨痛癥狀明顯緩解，運(yùn)動(dòng)療法組的顯效率高于鈣爾奇 D組，其骨折發(fā)生率低于鈣爾奇 D組。臨床上可在實(shí)踐中運(yùn)用四肢攀爬登階梯訓(xùn)練防治下腰部疼痛和椎骨骨質(zhì)疏松。亦有學(xué)者認(rèn)為運(yùn)動(dòng)療法和其他療法聯(lián)合運(yùn)用效果更佳，陳立峰[19]和江大雷[20]報(bào)道中藥與運(yùn)動(dòng)聯(lián)合應(yīng)用防治去勢(shì)大鼠骨質(zhì)疏松癥方面具有協(xié)同作用。

3.3 運(yùn)動(dòng)時(shí)長(zhǎng)對(duì)改善椎體生物力學(xué)性能的影響

目前，運(yùn)動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)短對(duì)改善骨質(zhì)疏松骨生物力學(xué)性能的相關(guān)報(bào)道未查閱到。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果中，隨著運(yùn)動(dòng)干預(yù)時(shí)間的延長(zhǎng)，運(yùn)動(dòng)組多數(shù)參數(shù)數(shù)值上逐漸接近己烯雌酚組，有些參數(shù)甚至數(shù)值上超過(guò)，如破斷載荷和破斷強(qiáng)度，可部分說(shuō)明隨著運(yùn)動(dòng)干預(yù)時(shí)間的延長(zhǎng)，運(yùn)動(dòng)對(duì)大鼠椎體生物力學(xué)性能的影響不斷明顯，逐漸接近，甚至超過(guò)雌激素干預(yù)的影響。分析表7和表8可以得出，從第8周到第12周，大鼠椎體結(jié)構(gòu)力學(xué)參數(shù)和材料力學(xué)參數(shù)多數(shù)數(shù)值上有下降趨勢(shì)，但第16周相比第12周，部分參數(shù)數(shù)值出現(xiàn)逆轉(zhuǎn)，甚至高于第8周，說(shuō)明隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，去卵巢大鼠椎體的生物力學(xué)性能逐漸降低，但隨著運(yùn)動(dòng)干預(yù)時(shí)間的延長(zhǎng)，大鼠椎體生物力學(xué)性能逐漸增強(qiáng)。雖然并無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，但已經(jīng)表現(xiàn)出運(yùn)動(dòng)對(duì)大鼠椎體生物力學(xué)性能與時(shí)間呈相關(guān)關(guān)系的趨勢(shì)，這也為進(jìn)一步研究運(yùn)動(dòng)干預(yù)時(shí)間的確定提供了方向。

4 結(jié)論

1)合理的運(yùn)動(dòng)干預(yù)能有效抑制去卵巢大鼠椎體生物力學(xué)性能下降，減少骨質(zhì)丟失，減緩骨質(zhì)量的降低速度。

2)隨運(yùn)動(dòng)防治骨質(zhì)疏松癥干預(yù)時(shí)間延長(zhǎng)，效果提升，實(shí)驗(yàn)結(jié)果雖無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；但明顯呈現(xiàn)改善趨勢(shì)，可能與時(shí)長(zhǎng)不夠有關(guān)，有待進(jìn)一步研究。

3)運(yùn)動(dòng)是防治骨質(zhì)疏松癥非藥物療法的重要手段，優(yōu)勢(shì)明顯，可作為臨床防治骨質(zhì)疏松癥的選擇。

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