加壓訓(xùn)練搭配振動訓(xùn)練對老年男性骨質(zhì)代謝和骨密度影響

葉瓊

重慶幼兒師范高等專科學(xué)校，重慶 萬州 404047

加壓訓(xùn)練(KAATSU training)和振動訓(xùn)練(whole-body vibration training，WBVT)均是新型訓(xùn)練方法，兩種訓(xùn)練均可以使用較低負(fù)重達(dá)到增加肌力的效果。振動訓(xùn)練目前已經(jīng)得到較為廣泛的使用，在增加肌力方面得到大量研究認(rèn)同[1-3]，而關(guān)于振動訓(xùn)練對于骨密度的改善效果也被巴洪冰等[4]予以證實(shí)。加壓訓(xùn)練與振動訓(xùn)練在肌力訓(xùn)練方面效果類似，已有許多研究印證此觀點(diǎn)，甚至有研究指出在受試者在利用高壓加壓搭配30%～40%1RM的負(fù)重訓(xùn)練，即可增加最大肌力[5-7]。有關(guān)加壓訓(xùn)練對骨密度的影響的國內(nèi)外研究甚少。振動訓(xùn)練與加壓訓(xùn)練在生理機(jī)制方面有許多共同點(diǎn)，兩種訓(xùn)練均能促進(jìn)局部肌肉血液流動、肌肉代謝應(yīng)激水平、血液激素水平和轉(zhuǎn)錄因子變化等，尤其均能顯著提升人體內(nèi)雄激素、生長激素(GH)、胰島素樣生長因子-1(IGF-1)[8]。生長激素和胰島素樣生長因子-1，促進(jìn)骨組織的生長發(fā)育。所以加壓力量訓(xùn)練對于骨質(zhì)代謝和骨密度應(yīng)當(dāng)有正向效益。加壓訓(xùn)練與振動訓(xùn)練結(jié)合，是否可以提高對肌力和骨密度的改善作用，目前也沒有相關(guān)研究。在過去的研究中主要采用高頻振動訓(xùn)練，并取得老年人增加骨密度的效果，但是高頻振動容易引起老年人前庭感受器不適或增加關(guān)節(jié)炎體反應(yīng)，若加壓訓(xùn)練結(jié)合中頻振動訓(xùn)練對老年人骨密度的改變是否可以達(dá)到高頻振動刺激的效果。本研究旨在探討36周無負(fù)重加壓訓(xùn)練搭配中頻振動訓(xùn)練對老年人骨質(zhì)代謝和骨密度的影響，為推廣改善骨健康的新方法組合提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 研究對象

本研究從重慶幼兒?？茖W(xué)院、三峽學(xué)院、重慶高等醫(yī)藥?？茖W(xué)校的退休教師中招募受試者80人，性別為男性，年齡55～75歲之間。排除標(biāo)準(zhǔn): ①內(nèi)分泌代謝性疾病、慢性疾病(如糖尿病、甲亢、肝功能異常、腎病、功能異常、心臟病、腦卒中)、惡性腫瘤、系統(tǒng)性疾病(如紅斑狼瘡、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎)；②服用影響 GH-IGF-1 軸藥物、促睪補(bǔ)劑、影響骨質(zhì)代謝藥物；③骨質(zhì)疏松患者；④有運(yùn)動功能障礙、癲癇、運(yùn)動神經(jīng)元類疾病。在36周的實(shí)驗(yàn)中，4人因在訓(xùn)練中身體不適退出實(shí)驗(yàn)，3人因個人原因退出實(shí)驗(yàn)，4人因缺席運(yùn)動干預(yù)次數(shù)過多被剔除，共有69人完成實(shí)驗(yàn)。本實(shí)驗(yàn)隨機(jī)分為對照組(control，C組)、加壓訓(xùn)練組(KAATSU training，K組)、振動訓(xùn)練組(whole-body vibration training，V組)、加壓+振動組(KAATSU+ WBVT，KV組)。

表1 受試者基本情況及具體情況Table 1 The basic and the specific situation of the subjects

1.2 研究方法

1.2.1實(shí)驗(yàn)流程：①進(jìn)行受試者招募，按照篩選標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行篩選和分組；②運(yùn)動干預(yù)前72 h進(jìn)行前測(骨密度、肌力、生化指標(biāo)、骨質(zhì)代謝指標(biāo))；③進(jìn)行為期36周實(shí)驗(yàn)干預(yù)；④運(yùn)動干預(yù)結(jié)束后72 h內(nèi)進(jìn)行后測(肌力、骨密度、生化指標(biāo)、骨質(zhì)代謝指標(biāo))；⑤停訓(xùn)10周后進(jìn)行肌力、骨密度、生化指標(biāo)、骨質(zhì)代謝指標(biāo)檢測。

1.2.2運(yùn)動干預(yù)與對照：受試者進(jìn)行為期36周，每周1、3、5、6下午15：00-18：00訓(xùn)練干預(yù)。本研究采用巴洪冰等[9]通過振動訓(xùn)練改善老年人骨密度研究中的訓(xùn)練方案，即訓(xùn)練共4個動作(半蹲、深蹲、提踵、單腿蹲)，每個動作5組，每組重復(fù)10～12次，組間間隔30 s。整個實(shí)驗(yàn)期間受試者保持原有生活習(xí)慣，且避免額外運(yùn)動。

振動訓(xùn)練組: 受試頻在振動頻率30 Hz、振幅2 mm的振動平臺(Power-Plate PRO-5,USA)，執(zhí)行訓(xùn)練方案，由實(shí)驗(yàn)人員進(jìn)行動作指導(dǎo)和強(qiáng)度控制。

加壓訓(xùn)練組：使用加壓訓(xùn)練器(KAATSU CYCLE MASTER，JAPAN)以150mmgH壓強(qiáng)對受試者左右腿，股四頭肌、股二頭肌、腓腸肌進(jìn)行局部加壓(如圖1)，在平地執(zhí)行訓(xùn)練方案，由實(shí)驗(yàn)人員進(jìn)行動作指導(dǎo)和強(qiáng)度控制。

圖1 加壓+振動訓(xùn)練示意圖Fig.1 Schematic chart of the KAATUS and vibration training

加壓+振動訓(xùn)練組：受試頻接受加壓訓(xùn)練器(KAATSU CYCLE，JAPAN)以150 mmgH壓強(qiáng)對受試者左右腿，股四頭肌、股二頭肌、腓腸肌進(jìn)行局部加壓，并在振動頻率30 Hz、振幅2 mm的振動平臺執(zhí)行訓(xùn)練方案(如圖1)，由實(shí)驗(yàn)人員進(jìn)行動作指導(dǎo)和強(qiáng)度控制。

對照組：受試者在不加壓和無振動情況下執(zhí)行訓(xùn)練方案，由實(shí)驗(yàn)人員進(jìn)行動作指導(dǎo)和強(qiáng)度控制。

1.2.3骨質(zhì)代謝指標(biāo)和生化指標(biāo)檢測：在實(shí)施運(yùn)動干預(yù)前72 h和結(jié)束為期36周的運(yùn)動干預(yù)結(jié)束后72 h內(nèi)，抽取空腹靜脈血，采用全自動生化分析儀(HITACHI-7000，JAPAN)，檢測血清GH、 IGF-1，血清鈣素(BGP)、采用ELISA酶聯(lián)法檢測骨堿性磷酸酶(BALP)。

1.2.4骨密度檢測：本研究采用X線骨密度儀(Osteosys EXA3000，Korea)對70名受試者慣用腿股骨近端的 BMD 進(jìn)行測試，包括股骨頸、Ward三角區(qū)和大轉(zhuǎn)子。所有掃描部位進(jìn)行3次無折返連續(xù)掃描，股骨頸和大轉(zhuǎn)子誤差系數(shù)為1%～2%，Ward三角區(qū)誤差系數(shù)為2.5%～5%[6]。

1.2.5肌力測試：本就采用等速肌力測試系統(tǒng)(ISOMED-2000,Germany)， 測試受試者坐位以坐姿進(jìn)行屈膝最大等長收縮測試，阻力為電動，量程0～1 200 kg、精度為0.1 kg。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

2 結(jié)果

2.1 不同運(yùn)動方式對骨密度和下肢影響結(jié)果

表2顯示：V組、K組、KV組、C組受試者在第0周前測中股骨頸骨密度、大轉(zhuǎn)子骨密度、Ward三角骨密度、下肢肌力均無顯著性差異(P>0.05)，這表明本研究可以排初初始組間差異對干預(yù)結(jié)果的影響；經(jīng)過36周的運(yùn)動干預(yù)，各組股骨頸骨密度、大轉(zhuǎn)子骨密度、Ward三角骨密度、下肢肌力與第0周比較均有顯著性差異(P<0.05)；其中KV組受試者大轉(zhuǎn)子、和Ward三角骨密度、下肢肌力顯著高于其他各組(P<0.05)，K組和V組顯著高于C組(P<0.05)。V組、K組、KV組受試者股骨頸骨密度、下肢肌力顯著高于C組(P<0.05)；在結(jié)束干預(yù)后10周(第46周)，對照組股骨頸骨密度、大轉(zhuǎn)子骨密度、Ward三角骨密度、下肢肌力相較第36組顯著下降(P<0.05)，V組、K組、KV組頸骨密度、大轉(zhuǎn)子骨密度、Ward三角骨密度、下肢肌力相較第36組有所下降但是不顯著(P>0.05)，KV組大轉(zhuǎn)子骨密度、Ward三角骨密度、下肢肌力顯著高于其他各組(P<0.05)。

2.2 不同運(yùn)動方式對內(nèi)分泌和骨質(zhì)代謝影響結(jié)果

表3顯示：V組、K組、KV組、C組受試者在第0周前測中GH、IGF-1、BGP、BALP均無顯著性差異(P>0.05)，這表明本研究可以排除初始組間差異對干預(yù)結(jié)果的影響；經(jīng)過36周的運(yùn)動干預(yù)，各組GH、IGF-1、BGP與第0周比較差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，其中KV組受試GH、IGF-1、BGP顯著高于其他各組(P<0.05)，K組和V組受試者GH、IGF-1、BGP顯著高于C組(P<0.05)；在結(jié)束干預(yù)后10周(第46周)，對照組GH、IGF-1、相較第36組顯著下降(P<0.05)，V組BGP、K組IGF-1、BGP、KV組IGF-1、BGP相較第36組有顯著下降下降(P<0.05)，KV組IGF-1、BGP顯著高于其他各組(P<0.05)；各組運(yùn)動干預(yù)前后BALP均無顯著差異。

表2 受試者骨密度和下肢肌力檢測結(jié)果Table 2 Results of bone mineral density and muscle strength of the lower extremities in the subjects

注：與第0周(前測)比較，*P<0.05；與第36周比較，#P<0.05；與振動組比較，aP<0.05)；與加壓訓(xùn)練組比較bP<0.05；與加壓振動訓(xùn)練組比較，cP<0.05；與傳統(tǒng)對照訓(xùn)練組比較，dP<0.05

表3 受試者內(nèi)分泌和骨質(zhì)代謝結(jié)果Table 3 Results of endocrine and bone metabolism in the subjects

注：與第0周(前測)比較，*P<0.05；與第36周比較，#P<0.05；與振動組比較，aP<0.05)；與加壓訓(xùn)練組比較bP<0.05；與加壓振動訓(xùn)練組比較，cP<0.05；與傳統(tǒng)對照訓(xùn)練組比較，dP<0.05

3 討論

本研究發(fā)現(xiàn)振動訓(xùn)練組、加壓訓(xùn)練組、加壓搭配振動組、對照組均通過36周運(yùn)動干預(yù)在股骨頸骨密度、大轉(zhuǎn)子骨密度、Ward三角骨密度、下肢肌力、GH、IGF-1、BGP等指標(biāo)均得到提高，這說明運(yùn)動對于老年人骨健康具有改善作用。但是不同運(yùn)動干預(yù)方式的受試者改善程度存在顯著差異，其中加壓搭配振動組受試者對骨密度和肌力改善作用顯著高于另外三組、而采用單純采用振動或加壓的兩組改善效果基本一致。采用傳統(tǒng)方式運(yùn)動的對照組也具有一定改善效果，其程度顯著低于其余三組。

本研究中振動訓(xùn)練組、加壓訓(xùn)練組、加壓搭配振動組、通過36周運(yùn)動干預(yù)在骨密度、下肢肌力取得顯著提高。振動訓(xùn)練組的骨密度變化，肌力與Rubin等研究結(jié)果相類似[10]，單純加壓訓(xùn)練組也取得與振動訓(xùn)練組類似效果，目前有關(guān)加壓訓(xùn)練的研究主要關(guān)于肌力增加和肌肉肥大，對于骨密度的討論較少，Nielsen研究指出經(jīng)過20周期的加壓訓(xùn)練可以提高絕經(jīng)期婦女骨密度[11]。本研究實(shí)驗(yàn)對象與該研究類似，實(shí)驗(yàn)結(jié)果優(yōu)于該研究，這可能與運(yùn)動干預(yù)時間有關(guān)。本研究再次驗(yàn)證加壓訓(xùn)練對老年人骨密度改善作用。加壓搭配振動訓(xùn)練組，該訓(xùn)練方式，目前在國內(nèi)外研究中尚未得見，采用該方法訓(xùn)練的老年人也未在運(yùn)動過程中發(fā)生不適。而加壓搭配振動訓(xùn)練的受試者，其骨密度和肌力改善效果顯著優(yōu)于單純使用振動訓(xùn)練或加壓訓(xùn)練的受試者。這說明兩種訓(xùn)練搭配使用可以產(chǎn)生良好的復(fù)合效應(yīng)。

振動訓(xùn)練對于骨密度改善主要是由于在進(jìn)行運(yùn)動方案中下肢受到自身重力產(chǎn)生的負(fù)荷，對骨骼造成壓力，而振動訓(xùn)練中人體肌肉通過SSD收縮會對骨骼產(chǎn)生再次壓力負(fù)荷，產(chǎn)生壓電效應(yīng)刺激成骨細(xì)胞的活性和骨的生成從而增加肌力和促進(jìn)成骨生長，改善骨結(jié)構(gòu)，進(jìn)而增加骨密度[9]，也有研究認(rèn)為，振動訓(xùn)練過程中肌肉被動進(jìn)行收縮，而且有較長時間的等長和離心收縮，此收縮模式可以加速局部血液循環(huán)，刺激運(yùn)動部位充血引起骨血灌注量增加，從而改善骨密度[9]。也有研究指出振動訓(xùn)練對于骨密度提升主要是由于振動訓(xùn)練后能夠刺激人體生長激素GH，當(dāng)GH水平上升時會刺激肝臟分泌可刺激蛋白質(zhì)合成與促進(jìn)骨組織生長的IGF-1。本研究中也觀察在運(yùn)動干預(yù)后GH和IGF-1的水平顯著高于干預(yù)運(yùn)動前，有研究指出IGF-1 水平的下降可增加老年人群骨質(zhì)疏松的發(fā)生率及骨折的可能性[7]。Loenneke等[12]發(fā)現(xiàn)在生長激素分泌不足者骨更新和骨密度顯著低于正常人。所以振動訓(xùn)練對于骨密度的改善作用是壓力復(fù)合和生理調(diào)節(jié)機(jī)制的復(fù)合作用。加壓訓(xùn)練與振動訓(xùn)練對人體帶來的效果是相似的，在加壓力量訓(xùn)練中，血流受到加壓的限制，使肌肉內(nèi)的乳酸較緩慢地向外擴(kuò)散至血液，使全血、血漿與肌肉內(nèi)的血乳酸顯著上升，造成肌肉內(nèi)酸性環(huán)境或是腺苷酸、鉀離子、氫離子積累，提升對痛覺神經(jīng)的刺激，增加傳至下丘腦的信號，從而刺激GH合成與分泌[13-14]，當(dāng)體內(nèi)GH上升時，會刺激肝臟分泌可刺激蛋白質(zhì)合成與促進(jìn)組織生長的IGF-1同時通過負(fù)回饋機(jī)制調(diào)節(jié)GH分泌，最終促進(jìn)肌肉力量和骨密度變化。單純加訓(xùn)練主要是依靠自身重量復(fù)合對骨造成壓力復(fù)合從而刺激骨組織生成，和加壓造成的GH和IGF-1的上升。進(jìn)一步合成骨量。本研究中對于骨密度提高效果最好的是加壓搭配振動訓(xùn)練組，該組受試者經(jīng)過36周訓(xùn)練后訓(xùn)練后GH和IGF-1顯著高于另外三組。這說明振動訓(xùn)練和加壓訓(xùn)練對于GH和IGF-1有效果疊加。而在骨負(fù)荷方面該組又具備振動訓(xùn)練的優(yōu)勢，在代表骨合成的BGP指標(biāo)上，加壓搭配振動訓(xùn)練組也優(yōu)于單純加壓或振動訓(xùn)練組，說明其有好的骨質(zhì)合成。所以加壓搭配中頻振動訓(xùn)練對于骨密度和骨質(zhì)代謝具有良好的改善作用。

在訓(xùn)練效果衰退方面目前研究較少，巴洪冰在其研究中指出[9]，在老年人在通過振動訓(xùn)練增加骨密度后，停訓(xùn)8周，股骨頸骨密度有所下降但是不顯著，但Word三角區(qū)骨密度顯著下降，本研究中結(jié)果與其結(jié)果有所不同，本研究在經(jīng)過36周運(yùn)動干預(yù)后停訓(xùn)10周，再進(jìn)行檢測發(fā)現(xiàn)對照組股骨頸骨密度、大轉(zhuǎn)子骨密度、Ward三角骨密度、下肢肌力、GH、IGF-1、BGP、均出現(xiàn)顯著下降，而振動訓(xùn)練組、加壓訓(xùn)練組、加壓搭配振動訓(xùn)練組股骨頸骨密度、大轉(zhuǎn)子骨密度、Ward三角骨密度出現(xiàn)下降，但與36周比較未達(dá)顯著差異，與第0周相比還有提高。加壓訓(xùn)練和振動訓(xùn)練組受試者IGF-1和BGP已經(jīng)出現(xiàn)顯著下降，從而導(dǎo)致骨密度的將下降。而加壓搭配振動訓(xùn)練組所有GH、IGF-1和BGP出現(xiàn)下降，但依舊顯著高于其他組。這說明加壓搭配振動訓(xùn)練帶來的骨密度改善效果停訓(xùn)后持續(xù)時間久于單純進(jìn)行振動訓(xùn)練或加壓訓(xùn)練。

4 結(jié)論

單純通過加壓訓(xùn)練和振動訓(xùn)練進(jìn)行長期訓(xùn)練均可以達(dá)到改善下肢骨密度的效果，加壓搭配振動訓(xùn)練對于下肢骨密度和肌力的改善則更為顯著。加壓搭配振動訓(xùn)練能夠有效刺激人體內(nèi)生長激素和胰島素樣生長因子-1水平提升刺激骨組織生長，且停止訓(xùn)練后能夠較長時間維持骨密度。加壓搭配振動訓(xùn)練應(yīng)當(dāng)作為改善老年人骨密度的運(yùn)動處方進(jìn)行推廣。