振動訓練和傳統(tǒng)力量訓練對60～75歲人群骨密度影響的對比研究

王銀暉

安陽工學院體育教學部，河南 安陽 455000

隨著我國社會人口老齡化的不斷加劇，骨質疏松的發(fā)生機率一直呈上升趨勢，患者生活質量大幅下降，嚴重者可致骨折、傷殘甚至死亡。因此，目前骨質疏松癥已成為我國乃至全世界共同關注的全球性健康問題[1]。大量研究表明[2]，合理的體育運動能使老年人減少骨量丟失，延長原有骨量維持時間。雖然運動對骨密度有益的機制已經(jīng)被大多數(shù)人認同，但具體運動方式選擇和運動計劃實施還需進一步商榷[3]。目前大部分研究主要集中在運動促進絕經(jīng)后女性骨密度變化的領域，對老年男性骨密度改變涉及較少，且多數(shù)研究持續(xù)時間較短，未討論運動對老年人骨密度改變的長期干預效果。在運動方式選擇方面，主要選擇太極拳、游泳、健走等常見傳統(tǒng)體育項目，較系統(tǒng)的力量訓練以及類似振動訓練的新興訓練方式較少。因此，本研究設計并實施了為期40 w的老年人下肢力量訓練和振動力量訓練，對臨床上人體骨質疏松及骨折最容易發(fā)生的部位腰椎L2～L4、股骨近端、大轉子、Ward三角區(qū)[4]進行訓練前、后骨密度(bone mineral density, BMD)數(shù)據(jù)采集，對比傳統(tǒng)力量訓練和振動訓練長期訓練干預后的效果，探討老年人BMD變化特征，以期能為臨床和運動處方的開設提供一定的參考。

1 對象與方法

1.1 研究對象

本研究采用判斷抽樣(judgement sample)，研究對象為安陽市轄區(qū)每年定期體檢的老年人。取樣地點為安陽市第三人民醫(yī)院體檢中心。取樣條件包含：①年齡為60～75歲；②無骨代謝病史、無嚴重心腦血管病史或其他影響身體活動疾病者；③意識清楚，無視聽覺、語言障礙；④近期未從事體力勞動，或未接受力量鍛煉者；⑤經(jīng)說明研究目的后，同意參與本研究。此外，為保證安全，安靜狀態(tài)的血壓過高(收縮壓超過200 mmHg或舒張壓超過110 mmHg)也列為研究對象的排除條件。

研究共篩選60人(男性30人，女性30人)，其中7人(男性4人，女性3人)被試實驗過程中放棄，完整參加40 w實驗及實驗前后檢測的共計53人(男性26人，女性27人)。

表1 實驗參與者的基本情況 Table 1 The basic characteristics of the study participants

1.2 實驗方法

在實驗初期，將被試隨機分成三個組。分別是：傳統(tǒng)力量訓練組(T組，16人)、振動力量訓練組(V組，19人)、對照組(C組，18人)。隨后，按照組別進行區(qū)別性運動訓練，要求所有被試在實驗期間保持日常飲食、作息習慣，不額外使用任何營養(yǎng)藥物或補劑。

T組訓練方法：每次正式訓練前進行5 min有氧運動熱身。隨后在專業(yè)健身教練全程指導下進行抗阻訓練。內(nèi)容包括：史密斯架杠鈴深蹲、45°倒蹬機舉腿、坐姿腿屈伸、俯臥彎腿。每次訓練結束后進行下肢肌肉拉伸放松10 min。訓練時間安排為：每周一、三、五訓練三次。詳見表2。

表2 傳統(tǒng)力量訓練計劃表Table 2 Traditional strength training schedule

注：1RM即用盡全力僅能舉起一次的重量，為保證安全杠鈴深蹲采用較小負荷

V組訓練方法：振動訓練使用Power Plate? Pro5 AIRTM型號振動訓練器進行訓練。采用振動平臺整體垂直的振動方向，Acceleration Training?加速模式，可產(chǎn)生每秒高達40次以上振動頻率。運動負荷選擇AIRTM3級氣囊承重技術設定每位被試的50%～60%載重負荷。實驗期間，每周根據(jù)V組每位被試下肢肌肉力量變化情況調整負荷，使其負荷強度保持穩(wěn)定。訓練動作選擇靜力性半蹲或借助彈力帶等器械協(xié)助軀體平衡控制。詳見表3。

C組不參與任何訓練安排。

表3 振動訓練計劃表Table 3 Vibration training schedule

1.3 檢測方法

在實驗前、實驗40 w結束后即刻、實驗結束8個月后對所有被試進行了三次骨密度檢測。采用安陽市第三人民醫(yī)院體檢中心儀器(Prodigy雙能X線骨密度儀，美國GE Lunar公司)進行骨密度檢測。對腰椎L2～L4、右側股骨頸、Ward三角區(qū)以及大轉子等老年人群骨質疏松和骨折高發(fā)部位進行檢測。為了提高檢測精度，減少誤差，在進行腰椎檢測時，要求被試跪伏在檢查臺上，使背部盡量伸直，避免腰椎過度前突；髖部檢測時，被試仰臥在臺上，右腳斜倚靠板，檢測時右腿微內(nèi)旋和外展，股骨頸ROI位置與股骨頸軸線垂直。

1.4 統(tǒng)計學處理

本研究采用Execel 2007與SPSS 17.0對實驗數(shù)據(jù)進行歸納分析。對被試接受力量訓練前后骨密度的變化數(shù)據(jù)進行了重復測量方差分析；對三組間骨密度的變化差異進行了單因素方差分析，并應用最小顯著差數(shù)法進行t檢驗；對各組組內(nèi)骨密度變化應用配對樣本t檢驗(α=0.05)。

2 結果

2.1 訓練前后各組被試骨密度狀況

從訓練前各組被試骨密度數(shù)據(jù)可知(見表4)，各組被試腰椎L2～L4、股骨近端、大轉子、Ward三角區(qū)骨密度雖有一定差異，但無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。經(jīng)過40 w訓練后(如圖1所示)，傳統(tǒng)力量訓練組右側股骨頸(P<0.05)、Ward三角區(qū)(P<0.05)的BMD數(shù)值有明顯增加，腰椎L2～L4(P>0.05)、大轉子(P>0.05)BMD數(shù)值較訓練前無明顯變化；振動訓練組腰椎L2～L4(P<0.05)、右側股骨頸(P<0.01)、大轉子(P<0.01)、Ward三角區(qū)(P<0.01)均比實驗前所測數(shù)值明顯增加。對照組身體各部位BMD數(shù)值在實驗前后無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。

圖1 訓練前后各組不同部位BMD變化(g/cm2)注：實驗前后組內(nèi)比較，*P<0.05;組內(nèi)比較，#P<0.01Fig.1 BMD changes before and after experiment in each group (g/cm2)

表4 不同性別被試訓練前后的BMD變化表(g/cm2)Table 4 Changes of BMD before and after training for subjects of different sex (g/cm2)

注：組內(nèi)比較，ΔP<0.05；組間比較，*P<0.05

2.2 被試骨密度變化的性別差異

如表4所示，將實驗數(shù)據(jù)進行組內(nèi)的配對t檢驗發(fā)現(xiàn)，組內(nèi)比較，在傳統(tǒng)訓練組中，男性被試參加訓練后股骨頸和Ward三角區(qū)BMD增加有統(tǒng)計學意義(P<0.05)，腰椎L2～L4、大轉子BMD有增加但無統(tǒng)計學意義(P>0.05)，女性被試各部位BMD數(shù)據(jù)均有增加，但均無統(tǒng)計學意義(P>0.05)；振動訓練組，男性被試訓練后股骨頸、大轉子、Ward三角區(qū)BMD增加有統(tǒng)計學意義(P<0.01)，腰椎L2～L4增加有統(tǒng)計學意義(P<0.05)，女性被試各部位BMD數(shù)據(jù)均有顯著性增幅(P<0.01)。對組間數(shù)據(jù)進行單因素方差分析和事后檢驗發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)訓練組腰椎L2～L4、大轉子BMD增加無性別差異，女性股骨頸和Ward三角區(qū)BMD增加低于男性(P<0.05)，振動訓練組股骨頸、大轉子、Ward三角區(qū)無性別差異，女性腰椎L2～L4BMD增加要明顯高于男性(P<0.01)。

2.3 訓練結束8個月后被試骨密度狀況

在實驗結束8個月后，對全部被試進行了第三次骨密度檢測。結果顯示(見圖2)，經(jīng)過8個月未接受系統(tǒng)訓練，傳統(tǒng)訓練組腰椎L2～L4、股骨頸、大轉子、Ward三角區(qū)BMD與對照組相比雖然數(shù)值略高，但均無統(tǒng)計學意義(P>0.05)；振動訓練組大轉子、Ward三角區(qū)BMD比對照組高，且數(shù)值有統(tǒng)計學意義(P<0.05)，腰椎L2～L4、股骨頸BMD與照組相比均無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。

在性別差異方面，傳統(tǒng)訓練組無論男、女，各部位BMD均與對照組無統(tǒng)計學意義(P>0.05)；振動訓練組中，男性股骨頸、腰椎位置BMD與對照組無統(tǒng)計學意義(P>0.05)，大轉子、Ward三角區(qū)BMD比對照組高，且數(shù)值有統(tǒng)計學意義(P<0.05)，女性股骨頸、腰椎、大轉子、Ward三角區(qū)BMD均明顯高于對照組，有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。

圖2 實驗結束8個月后各組被試BMD變化情況(g/cm2)注：與對照組對比，*P<0.05Fig.2 BMD changes after 8 months after the experiment in each group(g/cm2)

3 討論

目前，采用適宜運動能夠預防骨質疏松癥，增加骨密度已經(jīng)被國內(nèi)外大量研究證實[5-7]。Gabel[8]證實，運動方式、強度、時間均對骨量積累有高度正相關。一般認為抗組力量訓練及沖擊性運動對骨骼強健的效果更加明顯[9]。根據(jù)wolff定律[10]和機械負荷理論[11]，參與重復頻率較高、機械負荷方向變化頻繁的特定運動方式對骨強度提高最有益。Beck和 Wintersstone[12]認為該類型運動方式有如下特點：① 具備動力性特征；② 其強度水平應高于臨界強度；③ 力量方向變化頻率超過一定閾值；④ 易操作，且具有一定間歇；⑤ 充足的營養(yǎng)供應。雖然成骨反應過程的詳細機制尚未明確[13]，但隨著人體年齡的增加，機械應力對成骨過程的損害也隨之增加，上述運動方式可改善骨骼對機械應力的敏感程度，出現(xiàn)“骨功能性適應”現(xiàn)象，維持合理的骨轉換水平，促進骨骼細微損傷修復，改善骨骼結構，提高或維持骨量[14]。另有研究表明[15]，長期有氧運動會導致一定程度的骨量丟失，而高強度刺激會增加老年人骨折的風險。Menkes和Mazel等[16]發(fā)現(xiàn)，如果周運動頻率超過5次，運動刺激可能會超出人體“骨功能性適應”能力閾值，導致骨皮質和骨小梁骨量丟失。

本研究選擇了傳統(tǒng)下肢力量訓練和振動訓練兩種不同類型的運動方式做對比。傳統(tǒng)力量訓練組訓練內(nèi)容包括史密斯架杠鈴深蹲、45°倒蹬機舉腿、坐姿腿屈伸、俯臥彎腿。Cesari和Kritchevsky[17]關于老年人進行力量訓練的安全性研究表明，50%～60%最大強度負荷對老年人身體成分改變具有最佳效果。因此，為保證被試安全，特將第一組杠鈴深蹲的負荷水平調整到50%最大負荷，隨后三組負荷定為50%～60%最大負荷。實驗結果顯示，傳統(tǒng)力量訓練對老年男性的效果更好，尤其使老年男性股骨頸和Ward三角區(qū)BMD明顯增長, 而老年女性收效不明顯。在進行傳統(tǒng)下肢力量訓練時，股骨近端周圍區(qū)域的肌肉和肌腱需要對抗比平時更多的外部阻力，骨膜將肌肉、肌腱傳遞過來的機械壓力轉變?yōu)榛瘜W信號并將之送達成骨、破骨細胞，促進骨形成，抑制骨吸收，使骨基質內(nèi)骨鹽不斷沉積、鈣化[18]。此外，外部阻力的適量增大可以顯著提高骨生長板高度和增殖帶細胞數(shù)量，并使皮質骨血流量增加及血雌二醇、睪酮明顯升高，以及能改善腸胃功能及促進鈣磷代謝[19]。老年男性大轉子BMD未有明顯增長，可能是由于實驗選擇下肢力量訓練動作全部為矢狀面屈伸動作，而大轉子周圍附著肌肉，如梨狀肌，在下肢矢狀面屈伸時做功較小，對大轉子刺激較弱。腰椎L2～L4BMD增長不明顯也是同樣原因，腰椎對軀干的垂直支撐僅在杠鈴深蹲動作中起作用，其余三個動作腰椎基本處于水平狀態(tài)，且外部均有水平或接近水平的穩(wěn)定支撐物，使腰椎周圍肌肉和骨骼缺乏足夠的外部阻力刺激。

在性別差異方面，傳統(tǒng)下肢力量訓練組的老年女性各部位BMD數(shù)值均未觀察到明顯增長，訓練效果不如男性。這可能與老年女性基礎力量較男性差距較大，訓練負荷不足有關。在訓練負荷確定時，主要根據(jù)被試的主觀感受而定，女性的訓練負荷可能無法產(chǎn)生足夠的刺激使骨產(chǎn)生功能性適應。類似現(xiàn)象在已有文獻中曾被提及，如Yarasheski和Campbell[20]研究了抗阻訓練和生長激素對老年人骨密度的影響，認為抗阻訓練未能促進老年人股骨位置BMD增長的原因在于負荷強度的不適宜，強度過低使骨骼不能夠獲得足夠的良性刺激，強度過大則會減少機體內(nèi)源性睪酮分泌，增加皮質醇生成，骨應力性損傷增多，造成骨鈣流失。此外，由于絕經(jīng)后女性雌激素水平普遍偏低，造成骨吸收大于骨形成，女性隨著年齡增加骨鈣流失速度和程度要高于男性。因此，如果將訓練時間延長，老年女性BMD增長應該會有更大幅度的提高。

本研究采用振動頻率30～45 Hz，振幅2～4 mm，加速度25～30 m/s2的方式對被試進行振動訓練，振動訓練組的男、女被試身體各部位BMD均有顯著性增長，無性別差異，并且效果要明顯比傳統(tǒng)訓練組更好。被試受到振動為垂直方向的外源性刺激，運動負荷來自重力加速度，造成人體超重狀態(tài)，提供了遠高于人體自重的負荷量，使肌肉獲得充分刺激，大幅度增強肌力。Bahk[21]研究發(fā)現(xiàn)，下肢灌注量降低可能會導致松質骨和骨膜退化，而振動訓練可以模擬骨骼肌泵血，改善骨骼血液動力學，增加骨血灌注量，抑制骨吸收。與傳統(tǒng)力量訓練相比，振動訓練產(chǎn)生的機械振動信號使肌肉產(chǎn)生牽張反射，肌肉不斷進行高頻低強度的收縮，并對其所附著骨骼產(chǎn)生局部機械應力刺激，使骨獲得適應性改變，骨量增加。Roschel等[22]研究發(fā)現(xiàn)，外源性振動刺激能使人體產(chǎn)生神經(jīng)沖動的數(shù)量增加，同步性增強，獲得更佳的肌力鍛煉效果。且在進行振動訓練時，被試的身體位置處于輕微的非平衡狀態(tài)，因此被試必須不斷調整身體姿態(tài)保持平衡，從而使神經(jīng)系統(tǒng)更多的參與運動，改善肌肉收縮時神經(jīng)-肌肉系統(tǒng)的協(xié)調能力，這對于老年人減少跌倒，降低骨折的風險具有非常重要的意義[23]。

運動停止8個月后，兩組老年人骨密度都發(fā)生了明顯的下降。其中傳統(tǒng)力量訓練組BMD與對照組基本持平，且無性別差異。結果與Iwamoto等[24]報道的絕經(jīng)女性停止運動一年后腰椎BMD增加效應消失基本一致。振動訓練組大轉子、Ward三角區(qū)BMD雖然下降，但仍高于對照組，且有顯著性。此外，振動訓練組中女性由于訓練期間獲得的BMD增加要高于男性，因此8個月后，各部位BMD仍明顯高于對照組。綜合而言，無論男女，振動訓練獲得的健骨收益均比傳統(tǒng)訓練保持時間更長。

由于實驗條件和檢測方法的制約，本研究尚存在不足之處。如本研究僅檢測了被試的骨密度，對不同訓練作用機制的指標未進行檢測；另外由于將男女分開進行統(tǒng)計分析，導致每組樣本量偏少。上述問題將在后續(xù)研究中加以補全。

4 結論

40 w傳統(tǒng)下肢力量訓練有助于老年人股骨近端、Ward三角區(qū)骨密度增長，且有性別差異，男性收益高于女性；40 w振動訓練能使老年人腰椎L2～L4、股骨近端、大轉子、Ward三角區(qū)骨密度顯著增長，無性別差異；停訓8個月后，傳統(tǒng)力量訓練獲得的收益效果已經(jīng)基本消失，振動訓練獲得的部分收益效果尚能維持；振動訓練促進老年人股骨近端區(qū)域和腰椎骨密度增長效果及延續(xù)效應要明顯優(yōu)于傳統(tǒng)下肢力量訓練。