全身振動與骨質(zhì)疏松癥

丁 華，付彥銘，程 楊，李 長

(沈陽體育學(xué)院運動人體科學(xué)學(xué)院，遼寧沈陽 110102)

隨著人類壽命的延長和生活方式的改變(由動轉(zhuǎn)靜)，老年人健康又出現(xiàn)了新的問題，骨質(zhì)疏松癥(OP)及其引起的骨折在當(dāng)前老年人常見疾病中位于第6位，已成為中老年骨痛、骨折及致殘的主要原因之一，嚴(yán)重影響患者的生存質(zhì)量。截至2011年末，中國大陸有1.23億65歲及以上老人，約占總?cè)丝诘?.1%，規(guī)模超過歐洲老年人口總和。預(yù)計到2051年中國老齡化人口將達(dá)到4.37億。人口基數(shù)的增加、老齡化速度的加快和生活方式的改變決定了骨質(zhì)疏松癥將成為困擾我國中、老年人健康的嚴(yán)重問題。

骨質(zhì)疏松癥是多因素疾病，它與激素調(diào)控、營養(yǎng)狀態(tài)和物理因素等有關(guān)。如長期在失重環(huán)境下生活的宇航員、絕經(jīng)后女性、以及患有身體缺陷性疾病者如肌營養(yǎng)不良、神經(jīng)損傷性疾病如脊髓損傷者，均為好發(fā)骨質(zhì)疏松癥的高危人群。治療的方法主要有藥物療法、營養(yǎng)療法和運動療法。其中的藥物和營養(yǎng)療法存在較大弊端和局限性，運動療法是唯一的非藥物療法，具有有療效可靠、副作用小、持續(xù)時間長等優(yōu)點。但對于一些運動不方便的特定人群或在特定時期無法進(jìn)行體力活動的人群，無法通過自主的肌肉運動改善骨質(zhì)疏松。近幾年學(xué)者們將目光投向物理因子療法。全身振動(whole－body vibration，WBV)是振動療法中的一種，是指借助于振動儀器，使振動刺激通過下肢或軀干作用于全身，使機(jī)體整體振動，起到類似于身體運動的作用，以達(dá)到防治疾病目的的方法。但全身振動實驗也存在一定的局限性。不同的實驗設(shè)計、不同實驗方法、不同的振動參數(shù)導(dǎo)致全身振動實驗效果也不相同。為此本文對全身振動法對骨礦物質(zhì)流失及骨質(zhì)疏松癥影響的前沿研究進(jìn)行綜述。旨在為防治骨礦物質(zhì)流失及骨質(zhì)疏松癥臨床應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

1 全身振動對骨質(zhì)影響的研究進(jìn)展

1.1 全身振動動物實驗研究進(jìn)展

動物實驗采用加速度的強(qiáng)度小于正常行走的加速度(0.3g)，振動頻率為25－45Hz的全身振動刺激能有效促進(jìn)肌骨骼系統(tǒng)的合成代謝。另有研究表明:綿羊的脛骨在每天20分鐘的低強(qiáng)度(0.3g)、高頻率(20－50Hz)刺激下，一年之后其骨松質(zhì)含量增加了10.6%。其中，雌性綿羊脛骨的總體骨質(zhì)含量和和骨松質(zhì)含量在每天20分鐘的低強(qiáng)度(0.3g)、高頻率(30Hz)刺激下，一年分別增長了6.5%和34.2%。而卵巢切除的老鼠在全身振動刺激下，其骨密度與對照組相比也有增加。

另有研究顯示:低強(qiáng)度較高頻率的全身振動刺激下，可以改善骨小梁的強(qiáng)度、韌性和數(shù)量。這些改變可能歸功于骨的生成的增加。如:在強(qiáng)度分別為0.3g和0.6g，高頻率(45Hz)的全身振動刺激下，骨小梁生成速度分別增加了88%和66%。另外，在較低強(qiáng)度(0.25g)高頻率(90Hz)，每天10分鐘，共28天全身振動刺激下，實驗組成年雌性大鼠表現(xiàn)出骨生成速率增加了97%。還有研究表明低強(qiáng)度、高頻率全身振動使骨生成速度增加。在停止或減少運動后，骨生成速度會下降92%。全身振動可以阻止典型的費用型骨質(zhì)疏松病人的骨流失，使其骨生成速度正?；Ｓ袃身椦芯坷萌ヂ殉怖鲜竽Ｐ?，在全身振動參數(shù)為(2g，50Hz)每天30分鐘，12周可以減少骨流失，全身振動(3g，45Hz)每天30分鐘，90天可以抑制骨重吸收，促進(jìn)骨生成。綜上所述，全身振動可以改善實驗動物骨質(zhì)含量和骨的密度，同時也可改造骨結(jié)構(gòu)。

1.2 全身振動人體實驗研究進(jìn)展

宇航員與因活動受限長期臥床或常年坐車的人群相比，宇航員出現(xiàn)骨流失和肌肉萎縮的情況更明顯，且骨流失速度是地球環(huán)境的生活的正常人10倍。在對長期(5個月)太空環(huán)境下生活的宇航員進(jìn)行每天短時間、高強(qiáng)度的全身振動刺激后，其骨密度保持不變;而另外一位沒有接受全身振動刺激的宇航員骨密度降低了7%。

全身振動刺激對老年人以及絕經(jīng)后婦女骨骼健康的幫助尚無定論。一些研究表明，全身振動實驗?zāi)苡行p緩絕經(jīng)后婦女髖骨的骨量流失。還有一項縱向研究顯示:為期6個月、強(qiáng)度2.28–5.09 g、頻率35–40 Hz的全身振動，絕經(jīng)后婦女髖骨的骨密度不但沒有下降，反而增加了0.93%。也有研究采用交替振動(12.6Hz，以3.3g為中間值交替振蕩，和0.7g豎直振動)，與普通步行訓(xùn)練組相比，8個月后交替振動組，股骨頸部的骨質(zhì)有4.3%的增加。但也有研究表明，經(jīng)過12個月，小于0.3g，30Hz的刺激之后，實驗組骨質(zhì)與對照組相比沒有明顯變化，提示全身振動實驗的結(jié)果可能受骨連接和體重等因素影響。

而對骨密度較低、有體格缺陷的青年和少年兒童的全身振動實驗證明，全身振動對骨松質(zhì)和骨密質(zhì)合成代謝有幫助。在針對15到20歲骨密度較低或者有骨折史的年輕女性的全身振動實驗(0.3g，30Hz，10min/d，12 個月)，結(jié)果顯示，受試者腰椎骨小梁密度增加2.1%，股骨干骨密質(zhì)密度增加3.4%。在有體格缺陷(糖尿病或特發(fā)性骨質(zhì)疏松)的兒童采取每周3天，共8周的全身振動實驗，(0.3g，30Hz)，其骨松質(zhì)增加6.2%，骨密質(zhì)密度增加2.1倍。另外一項研究表明，在腦癱兒童和肌肉營養(yǎng)不良兒童中，進(jìn)行全身振動實驗(0.3g，90Hz，10min/d，每周5 天，共 6 個月)使脛骨骨松質(zhì)增加了6.3%，而未進(jìn)行全身振動的對照組兒童脛骨骨松質(zhì)下降了11.9%，凈增量為17.7%。全身振動實驗對兒童或青年的骨密度提升效果還需要進(jìn)行大規(guī)模臨床實驗驗證。

2 全身振動影響骨質(zhì)的機(jī)制

全身振動可激活單突觸及多突觸神經(jīng)通路，使之產(chǎn)生肌肉強(qiáng)直性振動反射，類似于肌牽張反射。在全身振動治療期間，這種肌強(qiáng)直性振動反射持續(xù)進(jìn)行，以至于肌肉不斷地進(jìn)行收縮和放松，直到刺激停止。這種強(qiáng)直性振動反射引起的肌收縮，對骨組織會產(chǎn)生相應(yīng)的壓力，從而引起相骨組織產(chǎn)生相應(yīng)的適應(yīng)性改變。

全身振動也可通過內(nèi)分泌系統(tǒng)間接影響骨的重建。已證實，全身振動可以顯著改變血清睪酮和生長激素水平。健康男性及女性的血睪酮水平與橈骨遠(yuǎn)端、腰椎、髖部的骨密度密切相關(guān)。生長激素水平過高或不足，均會引起骨骼的異常生長。隨著年齡的增長，生長激素水平下降;但是運動訓(xùn)練可以使生長激素水平上升。一項研究顯示，一次高強(qiáng)度的全身振動(26Hz，17g)可使睪酮水平增高7%，生長激素水平增高361%。另一項研究將實驗對象分成三組，蹲起組、蹲起加全身振動組和全身振動組(站立但不蹲起)，結(jié)果顯示:(1)蹲起組和蹲起加全身振動組的血睪酮增高;(2)三組生長激素水平均增高，蹲起加全身振動組顯著增高。因此肌肉運動結(jié)合全身振動與單純的肌肉運動相比，更能促進(jìn)生長激素水平增高。但是，迄今為止還沒有研究顯示全身振動誘導(dǎo)這種生長激素和睪酮的改變是否是持續(xù)的，是否可以作為骨健康指標(biāo)的改變。

3 影響全身振動效果的因素

綜上所述，全身振動實驗的局限性是存在的。不同的實驗設(shè)計、不同實驗方法、不同的實驗參數(shù)的選擇都會導(dǎo)致全身振動實驗結(jié)果不同。影響振動效果的主要因素有振動方向、頻率、強(qiáng)度和持續(xù)時間。

3.1 振動的方向

目前市面銷售的全身振動平臺所提供的振動刺激有兩種:(1)垂直位移，(2)變向位移。垂直振動板在每一個點上都維持著相同的振動。變向振動模擬人類步態(tài)，兩邊交替振動運動。關(guān)于對比不同振動方向?qū)翘匦缘挠绊懙难芯枯^少，有研究將實驗對象分成兩組，即垂直振動組和變向振動組，通過3次/周，共12周的全身振動訓(xùn)練，對骨進(jìn)行生物標(biāo)記，結(jié)果顯示，兩組沒有顯著性差異;但溶膠原蛋白1型N肽均有所增加，變向振動組增加20.2%，垂直振動組增加15.2%。

3.2 振動頻率

一個全身振動平臺可提供幾種不同的振動頻率和強(qiáng)度的選項。共振頻率是指系統(tǒng)中每一物體所維持的固有振動，當(dāng)這一系統(tǒng)達(dá)到其共振頻率時，物體將以其最大振幅和頻率振動。人體內(nèi)臟器官所能承受的振動頻率范圍為5到20Hz，但機(jī)體有其保護(hù)性機(jī)制，即通過骨組織、軟骨、關(guān)節(jié)液、軟組織以及肌活動可減小振動頻率。若振動頻率達(dá)到或接近5－20Hz，不利于組織代謝。如果頻率超過70Hz會造成肌肉損傷。因此，推薦全身振動訓(xùn)練使用的安全頻率范圍為:20Hz≤安全范圍≤70Hz。也有研究顯示，全身振動訓(xùn)練，使用25－45Hz，可以提高肌力，增大肌肉體積。

3.3 振動強(qiáng)度

振動刺激的強(qiáng)度是指其幅度和加速度的大小，但是加速度常單獨用來指代強(qiáng)度。振幅是指在每一個振動方向上的振動幅度是多少(用毫米表示)，加速度是指在每一振動方向上的振動速度是多少(用重力單位表示)。一些動物實驗顯示，全身振動訓(xùn)練在振動強(qiáng)度為小于1g的情況下對骨特性具有正效應(yīng)。相反，強(qiáng)度小于1g的全身振動訓(xùn)練對老年的骨特性沒有良性改變，但是在使用1到5g的較高強(qiáng)度時，可產(chǎn)生良性改變。

3.4 振動持續(xù)時間

全身振動的持續(xù)時間是指受試者在一個治療時期接受全身振動的時間長短。根據(jù)不同的治療目的，選擇不同的全身振動持續(xù)時間，從2到20分鐘不等。短振動周期與靜止期的循環(huán)可刺激骨生成;間歇振動較持續(xù)振動，更有益于肌與骨骼的適應(yīng)性改變。

4 小結(jié)

綜上所述，全身振動具有很強(qiáng)的成骨效應(yīng)，在改善骨質(zhì)、防治骨質(zhì)疏松癥方面，具有重要的臨床應(yīng)用價值。但在現(xiàn)有的研究中，尚有諸多問題需要進(jìn)一步的探討。如:① 全身振動對骨質(zhì)的作用研究較多，而對其負(fù)面影響或不良反應(yīng)的研究甚少，究竟是不會產(chǎn)生副作用還是副作用的影響被淡化，還不明確，有待進(jìn)一步研究。② 全身振動能增加生長激素、睪酮水平，但這種改變能持續(xù)多久，還不能確定。③ 振動效果可能受年齡、體重、運動習(xí)慣等因素的影響。如何依據(jù)不同的人群，制定不同的振動強(qiáng)度、頻率、方向以及時間等參數(shù)，還有待進(jìn)一步研究。總之，全身振動是一種簡便、有效的物理性防治骨質(zhì)疏松的方法。開發(fā)出有效、安全的振動模式與方法，對于防治不同人群的骨質(zhì)疏松的發(fā)生均有重要意義。