全身震動(dòng)對(duì)大鼠體脂和骨健康的影響*

樊賢進(jìn)，張煥發(fā)

(1.巢湖學(xué)院體育學(xué)院，安徽 合肥 238000； 2.巢湖市第三中學(xué)，安徽 合肥 238000)

?

全身震動(dòng)對(duì)大鼠體脂和骨健康的影響*

樊賢進(jìn)1，張煥發(fā)2

(1.巢湖學(xué)院體育學(xué)院，安徽 合肥 238000； 2.巢湖市第三中學(xué)，安徽 合肥 238000)

取30只7月齡雌性344 Fischer大鼠，按照體重隨機(jī)分為3組：基本組、震動(dòng)組和對(duì)照組，每組10只大鼠.將震動(dòng)組大鼠置于震動(dòng)平臺(tái)上，每天震動(dòng)30min，頻率為30～50Hz(振幅值6mm)，每周5天，共12周.震動(dòng)分為6個(gè)5min間隔進(jìn)行，間隔時(shí)間1min.對(duì)三組大鼠脂肪、骨骼、瘦素和肌肉重量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析對(duì)比.結(jié)果表明全身震動(dòng)降低體脂和血清瘦素，不影響總體礦物質(zhì)量、密度和瘦體重；但腰椎礦物質(zhì)量和密度增加，說(shuō)明震動(dòng)可增加局部骨量和骨密度.另外，全身震動(dòng)不影響食物消耗.

大鼠；全身震動(dòng)；體脂；瘦素；瘦體重；骨骼

前言

近23.7%的中國(guó)人超重或肥胖[1].肥胖是眾多常見(jiàn)病如心臟病、糖尿病和癌癥的一個(gè)重要共患病因素[2].雖然一直強(qiáng)調(diào)體重控制，但是中國(guó)肥胖患病率持續(xù)增加，因?yàn)橹委煶睾头逝值膫鹘y(tǒng)方法是降低體重，但收效甚微.

眾所周知，體力活動(dòng)是預(yù)防肥胖的一個(gè)重要方法.體力活動(dòng)增加能量消耗，促進(jìn)能量平衡，可以增加瘦體重和骨量，同時(shí)降低脂肪.體力活動(dòng)有利于降低或改善慢性病狀況.盡管體力活動(dòng)的好處得到廣泛認(rèn)可，然而70%的中國(guó)成人缺乏體力活動(dòng).

近來(lái)，提出全身震動(dòng)訓(xùn)練作為可能的方法或者作為運(yùn)動(dòng)輔助.已報(bào)道全身震動(dòng)訓(xùn)練增加能量代謝，其增加的攝氧量與中等強(qiáng)度的行走相當(dāng)[3].此外，站在頻率為26 Hz、振幅為6mm的震動(dòng)平臺(tái)上，心率增加.自感用力度和血乳酸濃度接近完成中等強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)[3].這些數(shù)據(jù)表明全身震動(dòng)訓(xùn)練增加能量消耗可以有效影響體成份.Rubin等[4]報(bào)道低強(qiáng)度震動(dòng)降低大鼠脂肪細(xì)胞和體細(xì)胞分化，表明機(jī)械震動(dòng)可能預(yù)防脂肪蓄積的可能機(jī)制.

雖然肥胖與消極健康有關(guān)，但是降低體重也不是沒(méi)有風(fēng)險(xiǎn)[5].降低體重與骨量和肌肉丟失有關(guān)，有可能增加少肌癥和骨質(zhì)疏松的危險(xiǎn)[6].因此，體重降低可能加速絕經(jīng)期相關(guān)的骨量和肌肉丟失.

有人提出全身震動(dòng)訓(xùn)練作為改善骨量[7]和肌肉力量[8]的一種方法.然而，還未見(jiàn)針對(duì)震動(dòng)對(duì)體成份的長(zhǎng)期效應(yīng)相關(guān)研究.因此，研究的目的是測(cè)定全身震動(dòng)訓(xùn)練是否能夠促進(jìn)體重降低，同時(shí)維持或改善大鼠骨量和肌肉力量.

1 研究對(duì)象與方法

1.1 受試者

研究使用7月齡雌性344Fisher大鼠.分籠飼養(yǎng).12h光照(8～20點(diǎn))，室溫保持在21～23 °C.每天對(duì)大鼠進(jìn)行檢查，確保健康.為了檢驗(yàn)大鼠是否能夠適應(yīng)震動(dòng)，注意大鼠的日常清潔行為變化、食物和水的消耗、活動(dòng)水平、眼和鼻周圍分泌物.飲食方面：大鼠自由飲水和喂食標(biāo)準(zhǔn)飼料(含質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.46%鈣、0.99%磷和每克含維生素D34.96IU).3～4周、7～8周和11～12周測(cè)定食物攝取量).

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

依據(jù)體重將大鼠隨機(jī)分為3組：基本組、震動(dòng)組和對(duì)照組，每組10只大鼠.在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，處死基本組大鼠，分析體成份、骨量和肌肉功能.震動(dòng)組大鼠在13cm×28cm×15cm的空間里放置震動(dòng)平臺(tái)，震動(dòng)組大鼠每天進(jìn)行30min全身震動(dòng)，每周5天，共12周.

震動(dòng)有6個(gè)5min間隔進(jìn)行，間隔時(shí)間1min，振幅為6mm.每分鐘的震動(dòng)包括頻率為30Hz的35s震動(dòng)；40Hz的20s震動(dòng)和50Hz的5s震動(dòng).重復(fù)循環(huán).5min震動(dòng)后，大鼠有1min休息，因?yàn)樽罱芯勘砻?，高頻震動(dòng)結(jié)合休息期可能增加骨生成[9].對(duì)照組大鼠一直置于籠中，與震動(dòng)平臺(tái)相隔約4m.

1.3 測(cè)量

1.3.1 全身掃描

用小動(dòng)物雙能X線吸收法測(cè)量全身骨礦物質(zhì)量、全身骨礦物質(zhì)密度、瘦體重和脂肪含量、體脂質(zhì)量比，以及股骨和腰椎(L1-L4)骨礦物質(zhì)量和礦物質(zhì)密度.在掃面過(guò)程中，用含體積分?jǐn)?shù)為2%～3%異氟醚的氧(1.5 L min-1)麻醉大鼠.

1.3.2 微計(jì)算機(jī)斷層掃描

切除肌肉后，放血處死大鼠.切除右側(cè)脛骨、股骨和腰椎(L1-L4)，儲(chǔ)存于4°C 體積分?jǐn)?shù)為70%乙醇溶液中.

三維斷層掃描評(píng)價(jià)腰椎骨松質(zhì)結(jié)構(gòu).用Scanco μ CT40掃描儀，三維像素為20μm×20μm×20μm掃描腰椎.分析腰椎包括顱骨和尾部生長(zhǎng)板之間的次級(jí)海綿骨區(qū)整個(gè)區(qū)域.直接骨松質(zhì)測(cè)量包括：a)骨松質(zhì)與組織質(zhì)量比；b)骨小梁厚度(個(gè)體骨小梁平均厚度，μm)；c)骨小梁數(shù)量(樣本點(diǎn)骨小梁數(shù)量， mm-1)；d)骨小梁分離度(骨小梁間的距離，μm).

1.3.3血清瘦素和IGF-I

用瘦素ELISA試劑盒測(cè)量血清瘦素.用大鼠IGF-I放射免疫分析試劑盒測(cè)量血清胰島素樣生長(zhǎng)因子-I(IGF-I).

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

用單因素方差分析，評(píng)價(jià)干預(yù)對(duì)(基本組、對(duì)照組和震動(dòng)組)體重、瘦體重和脂肪重量、體脂質(zhì)量比、全身骨礦物質(zhì)量、全身骨礦物質(zhì)密度、瘦素和血清IGF-I水平的影響.如果單因素方差分析差異顯著，用Bonferroni事后檢驗(yàn)評(píng)價(jià)三組間的差異.用t檢驗(yàn)評(píng)價(jià)干預(yù)(對(duì)照組、震動(dòng)組)對(duì)食物消耗、腰椎骨礦物質(zhì)量和礦物質(zhì)密度、腰椎骨松質(zhì)結(jié)構(gòu)和血清瘦素水平的影響.設(shè)P<0.05具有顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)意義.

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

大鼠很快適應(yīng)了震動(dòng)，對(duì)震動(dòng)有較好的耐受性，震動(dòng)并未引起大鼠不適癥狀.此外，對(duì)照組和震動(dòng)組食物和水的消耗沒(méi)有差異.三組大鼠食物消耗、體重、瘦體重和血清IGF-I水平情況，見(jiàn)表1.

表1 三組大鼠食物消耗、體重、瘦體重和血清IGF-I水平

2.1 血清IGF-I

震動(dòng)組與對(duì)照組相比，血清IGF-I水平?jīng)]有差異.然而，震動(dòng)組與對(duì)照組血清IGF-I低于基本組(P=0.01)(見(jiàn)表1).

2.2 體成份

根據(jù)表1數(shù)據(jù)分析可知，對(duì)照組和震動(dòng)組大鼠體重顯著高于基本組，P=0.03；對(duì)照組體重大于震動(dòng)組體重，P=0.03；對(duì)照組和震動(dòng)組大鼠瘦體重大于基本組，P=0.01，但對(duì)照組和震動(dòng)組大鼠瘦體重沒(méi)有顯著差異，P>0.05.震動(dòng)組大鼠體脂較低，體脂質(zhì)量比低于對(duì)照組和基本組，見(jiàn)表2.

表2 全身震動(dòng)對(duì)大鼠體脂的影響

注：*表示震動(dòng)組與基本組和對(duì)照組相比，P<0.05.

2.3 骨量和結(jié)構(gòu)

雙能X線吸收法檢測(cè)結(jié)果可知，震動(dòng)組和對(duì)照組全身骨礦物質(zhì)量和全身骨礦物質(zhì)密度顯著高于基本組(P=0.01).但是，對(duì)照組和震動(dòng)組間的全身骨礦物質(zhì)量和全身骨礦物質(zhì)密度沒(méi)有差異.局部高分辨率雙能X線吸收掃面腰椎(L1-L4)顯示，震動(dòng)組的腰椎骨礦物質(zhì)量和腰椎骨礦物質(zhì)密度高于對(duì)照組(腰椎骨礦物質(zhì)量P=0.001，腰椎骨礦物質(zhì)密度P=0.005).見(jiàn)表3.

表3 三組大鼠全身和腰椎(L1-L4)骨礦物質(zhì)量和骨礦物質(zhì)密度

微型計(jì)算機(jī)斷層掃描第1腰椎骨松質(zhì)可知，震動(dòng)組和對(duì)照組骨松質(zhì)與組織質(zhì)量比、骨小梁數(shù)量、骨小梁厚度和骨小梁分離度沒(méi)有差異，見(jiàn)表4.

表4 對(duì)照組、震動(dòng)組大鼠第1腰椎骨松質(zhì)量和結(jié)構(gòu)

2.4 瘦素

研究結(jié)果顯示，對(duì)照組血清瘦素質(zhì)量濃度為2.24ng/mL，震動(dòng)組血清瘦素質(zhì)量濃度為0.09ng/mL，震動(dòng)組血清瘦素水平顯著低于對(duì)照組(P<0.01).研究未對(duì)基本組血清瘦素水平進(jìn)行評(píng)價(jià).

3 討論與分析

整個(gè)研究過(guò)程中，震動(dòng)組大鼠保持健康，很好地耐受震動(dòng)，沒(méi)有明顯的震動(dòng)痛苦.12周全身震動(dòng)后，震動(dòng)組體成份與對(duì)照組有顯著差異.與非震動(dòng)組相比，震動(dòng)組體重降低，體脂降低，體脂質(zhì)量比降低較多.另外，震動(dòng)大鼠血清瘦素水平低于對(duì)照組.

血清瘦素水平與體脂和體重指數(shù)(BMI)強(qiáng)烈相關(guān)[10].瘦素作用于外周組織，通過(guò)刺激產(chǎn)生腫瘤壞死因子-α、白介素-6和白介素-12而增加炎癥應(yīng)答.因而，瘦素水平的增加被認(rèn)為是增加心血管疾病、前列腺癌和乳腺癌的獨(dú)立危險(xiǎn)因素[11].因此，血清瘦素水平的大量降低表明，全身震動(dòng)可能對(duì)疾病危險(xiǎn)因素有利，作用大于體重降低.

流行病學(xué)、橫斷面和前瞻性相關(guān)研究表明,體力活動(dòng)在保持體重降低中起基礎(chǔ)作用，前瞻性實(shí)驗(yàn)的事后分析顯示體力活動(dòng)與體重維持有明顯的劑量依賴關(guān)系[4].震動(dòng)組降低脂肪蓄積的應(yīng)答機(jī)制還不清楚.提出全身震動(dòng)通過(guò)重復(fù)肌肉收縮而增加能量消耗[4].研究報(bào)道全身震動(dòng)通過(guò)增加氧攝取而上調(diào)能量代謝，相當(dāng)于中等強(qiáng)度的行走[3]，相應(yīng)地增加心率應(yīng)答、自感用力度和血乳酸水平[3].

先前對(duì)于全身震動(dòng)的研究顯示，用頻率范圍為20～90Hz的全身震動(dòng)影響骨量和肌肉力量[12].最近，Rubin等[4]研究顯示成長(zhǎng)中的大鼠進(jìn)行15周高頻、低幅機(jī)械震動(dòng)，90Hz、峰值0.2mm加速降低脂肪細(xì)胞數(shù)量.與研究結(jié)果相似，Rubin等報(bào)道兩組大鼠間的食物攝取沒(méi)有差異.這表明，震動(dòng)不影響食欲，盡管降低了瘦素水平，增加能力消耗可能減少脂肪細(xì)胞的蓄積.此外，他們的結(jié)論指出震動(dòng)組大鼠軀干脂肪低于對(duì)照組大鼠約28%.另外，與2型糖尿病相關(guān)的脂肪化合物水平，如甘油三酯和自由脂肪酸，震動(dòng)組大鼠肝臟中分別降低約43%和39%.研究延伸了他們的研究，結(jié)果表明震動(dòng)降低了正常飲食的成熟大鼠脂肪蓄積.

老年人體重增加與增加全身骨礦物質(zhì)密度和降低髖骨折的發(fā)病率有關(guān)[13].但體重與這個(gè)結(jié)果相反.因?yàn)轶w重降低是骨質(zhì)疏松的一個(gè)危險(xiǎn)因素.體重的骨保護(hù)效應(yīng)機(jī)制還不清楚.數(shù)據(jù)表明可能是增加骨骼肌負(fù)荷和血漿骨活化激素(如雌二醇)導(dǎo)致的，因?yàn)轶w重和雌二醇水平被認(rèn)為是決定人類全身骨礦物質(zhì)密度的主要因素.

有研究報(bào)道全身震動(dòng)增加殘疾兒童[14]、低骨量年輕女性[15]和絕經(jīng)婦女[16]的骨量.因此，全身震動(dòng)可能增加骨量，其機(jī)制類似于通過(guò)增加骨骼負(fù)荷而增加體重獲得骨量增加.研究中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)全身骨量的增加.但是，腰椎全身骨礦物質(zhì)量和全身骨礦物質(zhì)密度增加表明震動(dòng)可能導(dǎo)致局部骨量和密度的增加.重要的是，研究結(jié)果表明震動(dòng)預(yù)防體重增加對(duì)肌肉或骨量沒(méi)有負(fù)面影響.

震動(dòng)降低脂肪體積但沒(méi)有影響瘦體重.即使全身震動(dòng)訓(xùn)練組體重降低，含有較少的脂肪體積和體脂百分比降低，但對(duì)照組和全身震動(dòng)組瘦體重和骨量沒(méi)有受到影響.一些研究表明由于能量限制，體重降低30%以上可能歸因于瘦體重的降低[17].因此，減肥計(jì)劃加上全身震動(dòng)可能通過(guò)增加脂肪消耗和保持瘦體重而積極影響體成份.需要進(jìn)一步研究證實(shí)這種可能性.

以前的研究報(bào)道全身震動(dòng)訓(xùn)練急性增加血漿生長(zhǎng)激素和血清IGF-I濃度.研究中，全身震動(dòng)訓(xùn)練沒(méi)有影響IGF-I水平.然而，全身震動(dòng)組和對(duì)照組的IGF-I水平與基本值相比有所降低.這與之前的研究結(jié)果一致，健康人群血清IGF-I水平隨年齡的增加以可預(yù)測(cè)性方式降低.在青春期突增期達(dá)到峰值后，最初的三十年里，平均循環(huán)IGF-I水平降低2倍，隨著年齡增加穩(wěn)定下降.研究中的震動(dòng)組與對(duì)照組比基本組大12周，認(rèn)為年齡較大的大鼠的IGF-I水平降低與自然老化有關(guān).

4 結(jié)論

總之，研究顯示全身震動(dòng)降低成熟大鼠年齡相關(guān)的脂肪體積增加.這種效應(yīng)的發(fā)生沒(méi)有伴隨瘦體重、骨量、肌肉質(zhì)量和功能的改變以及飲食也沒(méi)有變化.這些結(jié)果表明，全身震動(dòng)訓(xùn)練抑制成年大鼠脂肪蓄積.需要進(jìn)一步研究測(cè)定全身震動(dòng)是否能夠預(yù)防人類脂肪的蓄積.如果成功，這項(xiàng)研究的意義在于全身震動(dòng)預(yù)防兒童肥胖和其他與體重增加相關(guān)的代謝紊亂.

[1]中國(guó)疾病預(yù)防和控制中心.中國(guó)肥胖人口已達(dá)3.25億部分年輕人盲目跟風(fēng)減肥[EB/OL]. http://www.chinacdc.cn/mtdx/mxfcrxjbxx/201202/t20120202_56887.htm，2012-02-02.

[2]Sheng Chun jun, Lit Ruoxue, Yang Peng.The correlation and relationship of obesity and cancer： a possible research perspective.[J].中德臨床腫瘤學(xué)雜志：英文版,2013(8):393-398.

[3]Ghazalian F,Hakemi L,Pourkazemi L,et al.Effects of whole-body vibration training on fibrinolytic and coagulative factors in healthy young men[J].Res Med Sci.,2014,19(10):982-986.

[4]Rubin C T,Capilla E,Luu Y K,et al.Adipogenesis is inhibited by brief, daily exposure to high-frequency, extremely low-magnitude mechanical signals[J].Proc Natl Acad Sci U S A. ,2007, 104(45):17879-17884.

[5]吳愷.降體重對(duì)運(yùn)動(dòng)員健康和運(yùn)動(dòng)能力的損害及預(yù)防[J]. 北京體育大學(xué)學(xué)報(bào),2007(2):223-225.

[6]Shapses S A, Sukumar D.Bone metabolism in obesity and weight loss [J].Annu Rev Nutr，2012 (32):287-309.

[7]劉洋,葉超群,周軍,等.全身震動(dòng)對(duì)絕經(jīng)后婦女骨量和骨代謝的影響[J].中國(guó)康復(fù)醫(yī)學(xué)雜志,2008(10):875-877,883.

[8]Wang P,Yang L,Li H,et al.Effects of whole-body vibration training with quadriceps strengthening exercise on functioning and gait parameters in patients with medial compartment knee osteoarthritis:a randomised controlled preliminary study[J].Physiotherapy, 2015, S0031-9406(15):03773-03777.

[9]Srinivasan S,Ausk B J,Bain S D.et al.Rest intervals reduce the number of loading bouts required to enhance bone formation [J].Med Sci Sports Exerc，2015,47(5):1095-1103.

[10]劉鑫.體重指數(shù)和血清瘦素水平與子宮內(nèi)膜異位癥相關(guān)性分析[D]. 大連:大連醫(yī)科大學(xué),2013.

[11]覃泱,徐彤彤,武琦,等.瘦素與心血管疾病的相關(guān)性研究進(jìn)展[J]. 中國(guó)全科醫(yī)學(xué),2013(2):226-228.

[12]Erceg D N,Anderson L J,Nickles C M,et al.Changes in Bone Biomarkers, BMC, and Insulin Resistance Following a 10-Week Whole Body Vibration Exercise Program in Overweight Latino Boys[J].Int J Med Sci,2015,12(6):494-501.

[13]許暉,文思敏,卜淑敏,等.運(yùn)動(dòng)與17β-雌二醇對(duì)去卵巢大鼠血清17β-雌二醇和后肢骨骨密度的影響 [J].現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)進(jìn)展,2013(33):6421-6425.

[14]Cheng H Y,Ju Y Y,Chen C L,et al.Effects of whole body vibration on spasticity and lower extremity function in children with cerebral palsy[J].Hum Mov Sci,2015(39):65-72.

[15]Torvinen S,Kannus P,Siev?nen H,et al.Effect of 8-month vertical whole body vibration on bone, muscle performance, and body balance: a randomized controlled study[J].Bone Miner Res,2003，18(5):876-884.

[16]Santin-Medeiros F,Santos-Lozano A,Rey-López J P,et al.Effects of eight months of whole body vibration training on hip bone mass in older women[J].Nutr Hosp,2015，31(4):1654-1659.

[17]Barsalani R,Riesco é,Perreault K,et al.Variation in C-reactive protein following weight loss in obese insulin resistant postmenopausal women: is there an independent contribution of lean body mass ？[J].Exp Clin Endocrinol Diabetes, 2015,123(3):198-203.

Effects of Whole Body Vibration on Body Fat and Bone Health in Rats

FAN Xian-jin1， ZHANG Huan-fa2,

(1. College of Physical Education, Chaohu University, Hefei Anhui 238000, China;2. No. 3 Middle School of Chaohu, Hefei Anhui 238000, China)

30 female seven-month-aged 344 Fischer rats are randomly divided into three groups according to their weight: basic group, vibration group and contrast group, 10 rats in each. The vibration group of rats are placed on the vibration platform, with vibration 30min every day, the frequency of 30～50Hz (amplitude value of 6mm), 5 days a week, 12 weeks. Vibration is divided into 6 5min interval, with interval time of 1min. Then the fat, bone, leptin and muscle weight of the three groups are compared and analyzed. The results show that the whole body vibration decreases body fat and serum leptin and doesn’t affect the total mineral mass, density and lean body mass, but the increased bone mineral mass and density indicates that the vibration can increase the local bone mass and bone mineral density. In addition, the whole body vibration does not affect food consumption.

rats; body vibration; body fat; leptin; lean body weight; bone

1673-2103(2016)05-0095-05

2016-07-10

安徽省高等學(xué)校人文社會(huì)科學(xué)重點(diǎn)研究項(xiàng)目(SK2016A062)

樊賢進(jìn)(1975-)，男，安徽合肥人，副教授，碩士，研究方向：人體科學(xué)與運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練.

G 804.49

A