軍事訓(xùn)練對(duì)青年男性軍人股骨近端幾何結(jié)構(gòu)的影響

秦茵 高爽 李平 吳基偉 張長龍 胡志宏

1. 南京軍區(qū)福州總醫(yī)院中醫(yī)理療科, 福建 福州 350025 2. 解放軍第三○九醫(yī)院，北京 100091

近年來采用雙能X 線骨密度儀(DXA)的骨強(qiáng)度分析(hip structural analysis，HAS) 軟件能獲得除骨密度之外的髖部骨幾何參數(shù)。研究證實(shí)，髖部骨幾何結(jié)構(gòu)聯(lián)合骨密度提高了髖部骨折風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)測(cè)能力[2-6]?，F(xiàn)階段對(duì)骨密度的研究多集中在快速增長期和衰老下降期，得出的結(jié)果也較為一致，即運(yùn)動(dòng)有利于骨礦物質(zhì)的沉淀，增加骨量峰值和延緩骨礦物質(zhì)的丟失速率[7-9]。但是對(duì)于處于20～30歲緩慢增長期和骨量峰值前期的特殊年齡階段的關(guān)注程度相對(duì)較少，結(jié)論也不完全一致[10]。本研究對(duì)福州地區(qū)某陸軍部隊(duì)中20～30歲的青年男性軍人與同齡普通青年男性的腰椎和髖關(guān)節(jié)骨密度和股骨近端幾何結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)量分析，探索軍事訓(xùn)練對(duì)骨量緩慢增長期的青年男性骨密度和股骨近端幾何結(jié)構(gòu)的作用和影響，以期為有效改善骨強(qiáng)度、預(yù)防骨質(zhì)疏松起到積極作用。

1 材料和方法

1.1 研究對(duì)象

本研究按照入選標(biāo)準(zhǔn)納入20～30歲的60名青年男性軍人和60名普通男性為研究對(duì)象，其中軍人在部隊(duì)進(jìn)行系統(tǒng)、規(guī)律的體能訓(xùn)練(包括長跑、跳躍運(yùn)動(dòng)等其他項(xiàng)目)，準(zhǔn)確測(cè)量并記錄每位受檢者的身高、體重并計(jì)算體質(zhì)量指數(shù)(body mass index，BMI)。通過問卷調(diào)查按如下標(biāo)準(zhǔn)納入受試對(duì)象。入選標(biāo)準(zhǔn)如下： ①無腫瘤、結(jié)核、轉(zhuǎn)移瘤及放化療史等；②無內(nèi)分泌、與骨代謝相關(guān)的病變(如酒精中毒、甲亢、Paget 病、風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、糖尿病、嚴(yán)重慢性肺肝腎病等相關(guān)疾病)；③無由大腦動(dòng)脈血管相關(guān)疾病引起的嚴(yán)重后遺癥；④ 近六個(gè)月內(nèi)未曾服用過影響骨代謝的藥物；⑤ 無明顯創(chuàng)傷性病史；⑥ 無骨密度檢查禁忌癥(如近日未行消化道鋇餐及同位素檢查)。

1.2 研究方法

腰椎和髖關(guān)節(jié)骨密度測(cè)定。測(cè)試方法：對(duì)每個(gè)受檢者進(jìn)行年齡、身高、體重及運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行調(diào)查后，使用美國HOLOGIC Discovery A雙能X線骨密度儀對(duì)軍人與普通男性進(jìn)行腰椎與髖關(guān)節(jié)骨密度測(cè)試，兩組中髖關(guān)節(jié)骨密度測(cè)試統(tǒng)一選定為左側(cè)髖關(guān)節(jié)；并使用雙能X線骨密度儀自帶軟件HSA對(duì)股骨近端幾何結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。掃描條件：電壓140 kV，電流2.5mA，掃描長度16 cm，掃描寬度11 cm，掃描時(shí)間約16 s。測(cè)試指標(biāo)包括：骨礦密度(bone mineral density，BMD)、T值，股骨頸(femoral neck, FN)幾何參數(shù)。其中股骨頸幾何參數(shù)主要有：橫截面積(cross-sectional area, CSA)、橫截面轉(zhuǎn)動(dòng)慣量即截面力矩(cross-sectional moment of inertia, CSMI)、截面系數(shù)(section modulus, SM)、皮質(zhì)厚度(cortical thickness, CT)、曲率(buckling ratio, BR)。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

2 結(jié)果

2.1 軍人組與非軍人組基線資料

軍人組與非軍人對(duì)照組的年齡、體重、身高、BMI的差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)(見表1)。

表1 軍人組與非軍人組臨床資料比較Table 1 Comparison of the clinical date between military group and non-military group

2.2 軍人組與非軍人組骨密度及股骨頸幾何學(xué)參數(shù)

2.2.1不同部位BMD：軍人組腰椎(L1-4) 總體、髖部股骨頸BMD 較普通青年對(duì)照組分別增加2.97% 和6.45%，但兩組腰椎骨密度差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，兩組間股骨頸骨密度差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)(見表2)。

2.2.2髖部股骨近端幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)：股骨頸骨幾何力學(xué)參數(shù)比較結(jié)果顯示：軍人組FN-CSA、FN-CT大于普通青年對(duì)照組，而FN-BR明顯低于普通青年對(duì)照組，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(均P<0. 05)，其余兩組相關(guān)參數(shù)間差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(表2)。

表2 軍人組與非軍人組腰椎和股骨頸骨密度、股骨頸幾何學(xué)參數(shù)的比較Table 2 Comparison of BMD of the lumbar spine and the femoral neck and the femoral neck geometric parameters between military group and non-military group

注：BMD：骨礦密度；CSA： 截面面積；CSMI：截面力矩；SM：截面模量；CT：皮質(zhì)厚度；BR：屈曲應(yīng)力比；aP<0.05；bP<0.01。

2.2.3兩組骨量分布情況：表3統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)兩組骨質(zhì)疏松人數(shù)所占的比例相同(均有3例)；軍人組61.67%屬于骨量正常，33.33%屬于骨量減少；非軍人組45%屬于骨量正常，50%屬于骨量減少。軍人組骨量正常者明顯高于普通青年組。

表3 軍人組與非軍人組T值分布Table 3 Distribution of T-score in the military group and non-military group

3 討論

骨密度可直接反映骨量情況及骨骼健康狀況，人類骨量隨年齡增長大體可以分為6個(gè)時(shí)期[11,12]，20歲以前屬于骨量增長期，兒童及青少年時(shí)期獲得盡可能高的骨量?jī)?chǔ)存，對(duì)提高峰值骨量具有重要作用。該階段增加運(yùn)動(dòng)量或體力活動(dòng)是促進(jìn)骨骼發(fā)育、提高峰值骨量的一種有效措施[13-16]。20～30 歲屬于骨量緩慢增長期，骨量仍在緩慢增加, 年增長率為0.5%～1%。到一定年齡時(shí)峰值骨量達(dá)到最高水平，即峰值骨量。峰值骨量增加3%～5%，骨折危險(xiǎn)性可降低20%～30%[10]。男性腰椎、股骨頸及全身骨密度在30歲左右達(dá)到最高[17]。Recker等[19]通過跟蹤156名健康女大學(xué)生證明脊椎及全身骨量在30 歲時(shí)仍可增加，可見，骨量緩慢增長期是可能提高骨量峰值的最后時(shí)機(jī)。骨密度主要與遺傳、營養(yǎng)狀況、內(nèi)分泌因素、運(yùn)動(dòng)等相關(guān)，運(yùn)動(dòng)是重要的外部影響因素。承重訓(xùn)練及肌肉強(qiáng)化鍛煉可改善骨強(qiáng)度、提高身體協(xié)調(diào)性及平衡能力，被推薦用于預(yù)防骨質(zhì)疏松[18]。Bassey 等[20]發(fā)現(xiàn)6個(gè)月強(qiáng)沖擊力訓(xùn)練后, 年輕女性股骨頸的骨密度顯著高于低沖擊力組。Marrissa Martyn-St James[21]在對(duì)不同形式的高沖力性訓(xùn)練進(jìn)行薈萃分析后發(fā)現(xiàn)：高沖力性訓(xùn)練只對(duì)骨盆BMD的提升有很好的效果。一納入43個(gè)隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)的meta分析表明鍛煉可預(yù)防絕經(jīng)后婦女的骨量流失及骨折，非承重的高沖擊性運(yùn)動(dòng)對(duì)提高股骨頸BMD是最有效的運(yùn)動(dòng)方式，而承重運(yùn)動(dòng)與沖擊性運(yùn)動(dòng)相結(jié)合的混合性運(yùn)動(dòng)鍛煉對(duì)改善腰椎BMD最為有效[22]。軍人日常訓(xùn)練規(guī)律、承重訓(xùn)練及沖擊性運(yùn)動(dòng)均有涉及，本研究結(jié)果顯示軍人腰椎及股骨頸骨密度都較普通青年男性高，但股骨頸骨密度差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，可見運(yùn)動(dòng)可提高緩慢增長期人群的骨密度，與上述研究結(jié)果相似。腰椎骨密度變化比股骨頸骨密度小可能是由于軍人訓(xùn)練科目中沖擊性運(yùn)動(dòng)比負(fù)重性運(yùn)動(dòng)多所致。沖力性運(yùn)動(dòng)時(shí)體重對(duì)下肢骨縱向機(jī)械刺激應(yīng)力作用較大, 同時(shí)骨骼肌在不斷收縮, 肌肉不斷牽拉刺激骨, 其刺激效果增加也很明顯。此外，沖力性運(yùn)動(dòng)時(shí)下肢骨受到較強(qiáng)的地面反作用力，在垂直面上，骨所承受的載荷與其他運(yùn)動(dòng)相比明顯要大，下肢髖關(guān)節(jié)骨密度變化則明顯于腰椎。骨骼會(huì)對(duì)機(jī)械負(fù)荷產(chǎn)生的適應(yīng)性變化，F(xiàn)rost[23]研究表明隨著壓力增加骨生長也增加，而達(dá)到某一峰值后若負(fù)荷再增加，則骨生長反而減少。軍人組腰椎及股骨頸骨密度均呈升高趨勢(shì)，雖然腰椎骨密度增加無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，但可推斷軍人組訓(xùn)練科目的運(yùn)動(dòng)量在合理范圍內(nèi)，沒有因過度訓(xùn)練出現(xiàn)骨密度下降。

骨強(qiáng)度取決于骨量與骨質(zhì)量，骨質(zhì)量則包括骨結(jié)構(gòu)、骨材料性能等。雙能X線骨密度檢測(cè)的同時(shí)可利用髖關(guān)節(jié)生物力學(xué)分析系統(tǒng)(HSA)進(jìn)一步評(píng)估髖關(guān)節(jié)骨幾何力學(xué)特征。研究認(rèn)為骨密度結(jié)合髖關(guān)節(jié)幾何力學(xué)參數(shù)可提高預(yù)測(cè)髖部骨折風(fēng)險(xiǎn)的能力[24]。股骨頸幾何結(jié)構(gòu)主要有以下五個(gè)參數(shù)，①橫截面積(cross-sectional area,cCSA)：表征抵抗軸向壓縮的指標(biāo)(單位為cm2)；②橫截面轉(zhuǎn)動(dòng)慣量即截面力矩(cross-sectional moment of inertia, CSMI)：表征骨剛度的幾何學(xué)指數(shù)(單位為(cm2)2)；③截面系數(shù)(section modulus, SM)：是力學(xué)上衡量管狀物的抵抗彎曲載荷的指標(biāo)(單位為cm3)；④皮質(zhì)厚度(cortical thickness, CT)(單位為cm)：反映骨皮質(zhì)厚??；⑤曲率(bending ratio, BR)：力學(xué)上衡量管狀物皺折強(qiáng)度，是骨骼幾何結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性的體現(xiàn)。CSA是反映骨骼抵抗軸向壓縮的指標(biāo)，CSA值越大則骨骼機(jī)械強(qiáng)度越高。與普通青年相比，運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練在提高股骨頸骨密度的同時(shí)，CSA增大，說明運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)了股骨頸抵抗軸向壓縮的能力，股骨強(qiáng)度增高。CSMI反映骨骼的彎曲強(qiáng)度，CSMI值越大則骨骼抗彎曲強(qiáng)度越大。SM和BR是力學(xué)上衡量管狀物的抗彎曲和皺折強(qiáng)度的指標(biāo)。SM 值越大，強(qiáng)度越高，而BR越大，則穩(wěn)定性越低，在外力作用下越易折斷。即CSA(橫截面積)、CSMI(橫截面轉(zhuǎn)動(dòng)慣量)、SM(截面系數(shù))、CT(皮質(zhì)厚度)越大，BR(曲率)越小，骨質(zhì)量越高。骨骼對(duì)應(yīng)力的適應(yīng)過程，不僅能提高骨密度，還能改善骨骼幾何結(jié)構(gòu)進(jìn)而提高骨強(qiáng)度[25]。Gnudi等[26]研究發(fā)現(xiàn)髖部骨折患者髖部幾何力學(xué)參數(shù)CSA、CSMI、SM、ACT 降低而BR增高; Lacroix等[27]發(fā)現(xiàn)BR是獨(dú)立預(yù)測(cè)髖部骨折的風(fēng)險(xiǎn)因子，BR可作為骨密度和臨床風(fēng)險(xiǎn)因素之外的另一預(yù)測(cè)髖部骨折風(fēng)險(xiǎn)的指標(biāo)。但本研究中兩組間CSMI、SM值無明顯差異，但軍人組CSA、CT與普通青年組相比得以提高，BR亦顯著低于普通青年組，即軍人組股骨頸骨皮質(zhì)增厚的同時(shí)伴隨著軸向抗壓及抗彎曲能力的增強(qiáng)?？梢姡\(yùn)動(dòng)使軍人組骨幾何結(jié)構(gòu)部分參數(shù)得以改善。軍人與普通青年男性骨密度差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的原因主要在于軍人通常進(jìn)行較系統(tǒng)且適量的軍事訓(xùn)練，增加了骨量?jī)?chǔ)備。因此，堅(jiān)持適當(dāng)?shù)倪\(yùn)動(dòng)鍛煉能使全身骨骼肌收縮，增強(qiáng)肌肉對(duì)骨骼的壓力、擠壓力，提高機(jī)體骨密度及骨幾何結(jié)構(gòu)等指標(biāo)。在骨量緩慢增長期加強(qiáng)運(yùn)動(dòng)鍛煉可進(jìn)一步加強(qiáng)骨量?jī)?chǔ)備，提高骨骼健康狀況。疲勞型應(yīng)力性骨折患者骨密度顯著降低[29]，對(duì)部隊(duì)官兵進(jìn)行骨密度檢測(cè)及骨幾何結(jié)構(gòu)分析也是對(duì)其骨量健康狀況的測(cè)評(píng)，可為軍事訓(xùn)練項(xiàng)目及運(yùn)動(dòng)負(fù)荷的選擇、訓(xùn)練計(jì)劃的安排等提供科學(xué)指導(dǎo)。尤其是對(duì)訓(xùn)練負(fù)荷較大的入伍新兵，監(jiān)測(cè)其骨密度及骨結(jié)構(gòu)變化，調(diào)整訓(xùn)練強(qiáng)度、訓(xùn)練時(shí)間，科學(xué)避免和預(yù)防應(yīng)力性骨折的發(fā)生。