加壓訓(xùn)練搭配振動(dòng)訓(xùn)練對(duì)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?？茖W(xué)校，重慶 萬州 404047

加壓訓(xùn)練(KAATSU training)和振動(dòng)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(dòng)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(dòng)訓(xùn)練對(duì)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(dòng)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(duì)骨密度的影響的國(guó)內(nèi)外研究甚少。振動(dòng)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(dòng)、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(zhǎng)激素(GH)、胰島素樣生長(zhǎng)因子-1(IGF-1)[8]。生長(zhǎng)激素和胰島素樣生長(zhǎng)因子-1，促進(jìn)骨組織的生長(zhǎng)發(fā)育。所以加壓力量訓(xùn)練對(duì)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(dòng)訓(xùn)練結(jié)合，是否可以提高對(duì)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(dòng)訓(xùn)練，并取得老年人增加骨密度的效果，但是高頻振動(dòng)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(dòng)訓(xùn)練對(duì)老年人骨密度的改變是否可以達(dá)到高頻振動(dòng)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(dòng)訓(xùn)練對(duì)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(duì)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(dòng)功能障礙、癲癇、運(yùn)動(dòng)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(gè)人原因退出實(shí)驗(yàn)，4人因缺席運(yùn)動(dòng)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(duì)照組(control，C組)、加壓訓(xùn)練組(KAATSU training，K組)、振動(dòng)訓(xùn)練組(whole-body vibration training，V組)、加壓+振動(dòng)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(dòng)干預(yù)前72 h進(jìn)行前測(cè)(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(dòng)干預(yù)結(jié)束后72 h內(nèi)進(jìn)行后測(cè)(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(cè)。

1.2.2運(yùn)動(dòng)干預(yù)與對(duì)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(dòng)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(gè)動(dòng)作(半蹲、深蹲、提踵、單腿蹲)，每個(gè)動(dòng)作5組，每組重復(fù)10～12次，組間間隔30 s。整個(gè)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(dòng)。

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

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

加壓+振動(dòng)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(duì)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(dòng)頻率30 Hz、振幅2 mm的振動(dòng)平臺(tái)執(zhí)行訓(xùn)練方案(如圖1)，由實(shí)驗(yàn)人員進(jìn)行動(dòng)作指導(dǎo)和強(qiáng)度控制。

對(duì)照組：受試者在不加壓和無振動(dòng)情況下執(zhí)行訓(xùn)練方案，由實(shí)驗(yàn)人員進(jìn)行動(dòng)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(cè)：在實(shí)施運(yùn)動(dòng)干預(yù)前72 h和結(jié)束為期36周的運(yùn)動(dòng)干預(yù)結(jié)束后72 h內(nèi)，抽取空腹靜脈血，采用全自動(dòng)生化分析儀(HITACHI-7000，JAPAN)，檢測(cè)血清GH、 IGF-1，血清鈣素(BGP)、采用ELISA酶聯(lián)法檢測(cè)骨堿性磷酸酶(BALP)。

1.2.4骨密度檢測(cè)：本研究采用X線骨密度儀(Osteosys EXA3000，Korea)對(duì)70名受試者慣用腿股骨近端的 BMD 進(jìn)行測(cè)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(cè)試：本就采用等速肌力測(cè)試系統(tǒng)(ISOMED-2000,Germany)， 測(cè)試受試者坐位以坐姿進(jìn)行屈膝最大等長(zhǎng)收縮測(cè)試，阻力為電動(dòng)，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(dòng)方式對(duì)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(cè)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(duì)干預(yù)結(jié)果的影響；經(jīng)過36周的運(yùn)動(dòng)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(duì)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(dòng)方式對(duì)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(cè)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(duì)干預(yù)結(jié)果的影響；經(jīng)過36周的運(yùn)動(dòng)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(duì)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(dòng)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(cè)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(cè))比較，*P<0.05；與第36周比較，#P<0.05；與振動(dòng)組比較，aP<0.05)；與加壓訓(xùn)練組比較bP<0.05；與加壓振動(dòng)訓(xùn)練組比較，cP<0.05；與傳統(tǒng)對(duì)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(cè))比較，*P<0.05；與第36周比較，#P<0.05；與振動(dòng)組比較，aP<0.05)；與加壓訓(xùn)練組比較bP<0.05；與加壓振動(dòng)訓(xùn)練組比較，cP<0.05；與傳統(tǒng)對(duì)照訓(xùn)練組比較，dP<0.05

3 討論

本研究發(fā)現(xiàn)振動(dòng)訓(xùn)練組、加壓訓(xùn)練組、加壓搭配振動(dòng)組、對(duì)照組均通過36周運(yùn)動(dòng)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(dòng)對(duì)于老年人骨健康具有改善作用。但是不同運(yùn)動(dòng)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(dòng)組受試者對(duì)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(dòng)或加壓的兩組改善效果基本一致。采用傳統(tǒng)方式運(yùn)動(dòng)的對(duì)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(dòng)訓(xùn)練組、加壓訓(xùn)練組、加壓搭配振動(dòng)組、通過36周運(yùn)動(dòng)干預(yù)在骨密度、下肢肌力取得顯著提高。振動(dòng)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(dòng)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(duì)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(duì)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(dòng)干預(yù)時(shí)間有關(guān)。本研究再次驗(yàn)證加壓訓(xùn)練對(duì)老年人骨密度改善作用。加壓搭配振動(dòng)訓(xùn)練組，該訓(xùn)練方式，目前在國(guó)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(dòng)過程中發(fā)生不適。而加壓搭配振動(dòng)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(dòng)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(dòng)訓(xùn)練對(duì)于骨密度改善主要是由于在進(jìn)行運(yùn)動(dòng)方案中下肢受到自身重力產(chǎn)生的負(fù)荷，對(duì)骨骼造成壓力，而振動(dòng)訓(xùn)練中人體肌肉通過SSD收縮會(huì)對(duì)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(zhǎng)，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(dòng)訓(xùn)練過程中肌肉被動(dòng)進(jìn)行收縮，而且有較長(zhǎng)時(shí)間的等長(zhǎng)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(dòng)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(dòng)訓(xùn)練對(duì)于骨密度提升主要是由于振動(dòng)訓(xùn)練后能夠刺激人體生長(zhǎng)激素GH，當(dāng)GH水平上升時(shí)會(huì)刺激肝臟分泌可刺激蛋白質(zhì)合成與促進(jìn)骨組織生長(zhǎng)的IGF-1。本研究中也觀察在運(yùn)動(dòng)干預(yù)后GH和IGF-1的水平顯著高于干預(yù)運(yùn)動(dòng)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(zhǎng)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(dòng)訓(xùn)練對(duì)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(dòng)訓(xùn)練對(duì)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(duì)痛覺神經(jīng)的刺激，增加傳至下丘腦的信號(hào)，從而刺激GH合成與分泌[13-14]，當(dāng)體內(nèi)GH上升時(shí)，會(huì)刺激肝臟分泌可刺激蛋白質(zhì)合成與促進(jìn)組織生長(zhǎng)的IGF-1同時(shí)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(duì)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(duì)于骨密度提高效果最好的是加壓搭配振動(dòng)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(dòng)訓(xùn)練和加壓訓(xùn)練對(duì)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(dòng)訓(xùn)練的優(yōu)勢(shì)，在代表骨合成的BGP指標(biāo)上，加壓搭配振動(dòng)訓(xùn)練組也優(yōu)于單純加壓或振動(dòng)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(dòng)訓(xùn)練對(duì)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(dòng)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(dòng)干預(yù)后停訓(xùn)10周，再進(jìn)行檢測(cè)發(fā)現(xiàn)對(duì)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(dòng)訓(xùn)練組、加壓訓(xùn)練組、加壓搭配振動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)訓(xùn)練帶來的骨密度改善效果停訓(xùn)后持續(xù)時(shí)間久于單純進(jìn)行振動(dòng)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(dòng)訓(xùn)練進(jìn)行長(zhǎng)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(dòng)訓(xùn)練對(duì)于下肢骨密度和肌力的改善則更為顯著。加壓搭配振動(dòng)訓(xùn)練能夠有效刺激人體內(nèi)生長(zhǎng)激素和胰島素樣生長(zhǎng)因子-1水平提升刺激骨組織生長(zhǎng)，且停止訓(xùn)練后能夠較長(zhǎng)時(shí)間維持骨密度。加壓搭配振動(dòng)訓(xùn)練應(yīng)當(dāng)作為改善老年人骨密度的運(yùn)動(dòng)處方進(jìn)行推廣。