低氧訓(xùn)練對(duì)肥胖大鼠骨代謝的影響

路瑛麗，荊 文，馮連世，張 漓，徐建方

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低氧訓(xùn)練對(duì)肥胖大鼠骨代謝的影響

路瑛麗1，荊 文2，馮連世1，張 漓1，徐建方1

1. 國(guó)家體育總局體育科學(xué)研究所, 北京 100061; 2. 山東師范大學(xué) 山東 濟(jì)南, 250014

目的：探討低氧訓(xùn)練降低體重的同時(shí)對(duì)肥胖大鼠骨代謝的影響。方法：3周離乳大鼠，高脂飼料喂養(yǎng)12周致肥胖，經(jīng)過(guò)適應(yīng)性訓(xùn)練后挑選肥胖大鼠40只，分成4組，常氧安靜組、常氧訓(xùn)練組、低氧安靜組、低氧訓(xùn)練組，每組10只。訓(xùn)練組用水平動(dòng)物跑臺(tái)進(jìn)行耐力訓(xùn)練，訓(xùn)練強(qiáng)度為常氧下25 m/min，低氧下20 m/min（低氧濃度為13.6%，相當(dāng)于3 500 m海拔高度），持續(xù)運(yùn)動(dòng)1 h/天、6 天/周、共4周。最后一次訓(xùn)練后恢復(fù)24 h取材，取材前大鼠禁食、禁水12 h，稱重麻醉，量身長(zhǎng)，計(jì)算Lee’s指數(shù)；腹主動(dòng)脈取血分離血清，ELISA測(cè)血清骨代謝標(biāo)志物骨鈣素（OC）、骨堿性磷酸酶（BALP）、I型原膠原C端前肽（PICP）、I型原膠原N端前肽（PINP）、I型膠原交聯(lián)C-末端肽（CTX）、I型膠原交聯(lián)N-末端肽（NTX）、抗酒石酸酸性磷酸酶（TRACP）。取雙側(cè)腎周和附睪脂肪，稱重，計(jì)算脂體比。分離左側(cè)股骨和脛骨，稱重，計(jì)算骨體比。雙能X光檢測(cè)大鼠股骨和脛骨兩端以及中點(diǎn)的骨礦含量和骨密度，取3點(diǎn)的平均值作為股骨和脛骨的骨礦含量和骨密度。研究結(jié)果：1）與常氧安靜組比較，低氧訓(xùn)練肥胖大鼠體重、lee’s指數(shù)及脂體比均顯著降低（＜0.01），骨體比顯著升高（＜0.05）；2）股骨、脛骨的骨密度以及骨礦含量低氧訓(xùn)練與各組間均無(wú)顯著差異（＞0.05）；3）低氧訓(xùn)練組肥胖大鼠血清骨形成標(biāo)志物OC、PICP、PINP較常氧安靜組和低氧安靜組均顯著升高（＜0.05），其中PICP顯著高于常氧訓(xùn)練組（＜0.01），低氧訓(xùn)練組肥胖大鼠血清骨吸收標(biāo)志物CTX、NTX和TRAP較常氧安靜組和常氧訓(xùn)練組均顯著升高（＜0.05，＜0.05，＜0.01）。結(jié)論：1）4周低氧訓(xùn)練可降低肥胖大鼠體重、脂體比，增加骨體比；2）4周低氧訓(xùn)練促進(jìn)肥胖大鼠骨形成和骨吸收，骨代謝處于動(dòng)態(tài)平衡，尚未對(duì)股骨和脛骨骨密度產(chǎn)生明顯影響。

低氧訓(xùn)練；肥胖大鼠；骨代謝

有研究認(rèn)為，肥胖作為骨量的一種保護(hù)因素，可增加骨骼負(fù)重，促進(jìn)骨形成，提高負(fù)重骨的骨密度，故而，肥胖者（尤其是承重骨）的骨密度較正常體型或消瘦者高[15]。在一定范圍內(nèi)，體重越大骨礦物質(zhì)含量越高[20]。BMI是影響骨密度的一個(gè)重要指標(biāo)，保持適當(dāng)BMI對(duì)骨丟失有保護(hù)作用，輕度肥胖兒童（25＞BMI≥23）的骨密度高于正常人群，BMI超過(guò)一定限度后（≥25）這種保護(hù)作用不復(fù)存在，骨密度不再增高，反而急劇下降，且骨密度與BMI負(fù)相關(guān)[7,8]。也有研究表明，肥胖青年承重骨骨量及骨密度與其體質(zhì)量相關(guān)，在平衡體脂因素后肥胖者與對(duì)照組骨密度無(wú)顯著性差異。提示，肥胖患者在進(jìn)行體重控制的同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)運(yùn)動(dòng)來(lái)減少體質(zhì)量減輕所造成的骨量流失[13]。在平衡飲食的基礎(chǔ)上進(jìn)行體育鍛煉，有助于增加超重、肥胖兒童的骨量[35]，而一項(xiàng)為期1年的隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)表明，減重和運(yùn)動(dòng)干預(yù)使肥胖老年人骨轉(zhuǎn)換增加，髖部骨量降低[22]。

低氧訓(xùn)練作為降低體重特別是脂肪重的有效手段，受到了越來(lái)越多的關(guān)注。低氧訓(xùn)練能夠控制肥胖大鼠體重增長(zhǎng)，降低肥胖大鼠體重指數(shù)和體脂，抑制脂肪酸合成，促進(jìn)脂肪酸分解，增強(qiáng)脂肪酸氧化[12]。人體實(shí)驗(yàn)也證明了低氧訓(xùn)練能夠降低肥胖青年的體重和體脂，且高原訓(xùn)練降體脂效果最好[1]，表明高原訓(xùn)練對(duì)體成分有很好的改善作用。那么，低氧訓(xùn)練減重的同時(shí)，對(duì)肥胖機(jī)體的骨密度有什么影響呢？本研究旨在建立肥胖大鼠低氧訓(xùn)練模型，觀察低氧訓(xùn)練降體重的同時(shí)對(duì)肥胖大鼠骨密度的影響，同時(shí)從骨形成和骨吸收標(biāo)志物入手，探討低氧訓(xùn)練對(duì)肥胖大鼠骨代謝的影響。

1 研究對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象與材料

動(dòng)物模型建立同荊文博士論文[10]。出生21天的離乳雄性SD大鼠100只，購(gòu)自北京維通利華實(shí)驗(yàn)動(dòng)物技術(shù)有限公司，體重56.46±3.59 g，分籠飼養(yǎng)，每籠5只。普通飼料（實(shí)驗(yàn)鼠生長(zhǎng)維持顆粒飼料，玉米粉40%、面粉20%、豆粕20%、麩皮9%、魚粉6%、酵母粉1%、豆油1%、食鹽0.8%、磷酸鈣2%、多種微量元素0.2%）飼養(yǎng)1周后（體重92.12±6.09 g），隨機(jī)分為2組，普通飼料組10只大鼠依然普通飼料飼養(yǎng)，高脂飼料組90只大鼠高脂飼料飼養(yǎng)（普通飼料主要成分的68%、豬油10%、白糖10%、奶粉10%、豆油1.04%、食鹽0.8%、磷酸鈣2%、多種微量元素0.2%）。自然光照、室溫21℃~23℃、濕度40%~60%，自由飲食飲水。

12周后，從高脂飼料組中體重大于普通飼料組平均體重的58只大鼠中隨機(jī)選出10只，保證與剩余48只大鼠平均體重?zé)o顯著差異。取材測(cè)試比較10只高脂飼料大鼠與10只普通飼料大鼠的體重、Lee’s指數(shù)、脂肪重（附睪脂肪+腎周脂肪）、脂體比{脂體比=[腎周脂肪重（g）+附睪脂肪重（g）]/體重（g）×100%}、血脂。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，高脂飼料組大鼠體重（390.22±37.53 g）和Lee’s指數(shù)（304.26±8.47）較普通飼料組大鼠體重（363.11±33.09 g）和Lee’s指數(shù)（296.32±3.63）分別升高7.5%（＞0.05）和2.7%（＜0.05）。高脂飼料組大鼠脂肪重（14.82±5.50 g）和脂體比（3.73±0.9 8）較普通飼料組大鼠脂肪重（10.04±2.40 g）和脂體比（2.78±0.67）分別升高47.6%（＜0.05）和34.2%（＜0.05）。高脂飼料組大鼠血清TC（1.86±0.24 mmol/L）、LDL-C（0.43±0.10 mmol/L）較普通飼料組大鼠血清TC（1.29±0.22 mmol/L）、LDL-C（0.26±0.04 mmol/L）含量分別升高43.7%（＜0.01）和66.1%（＜0.01）。雖然高脂飼料組大鼠體重較普通飼料組沒有顯著升高，但是Lee’s指數(shù)、脂肪重、脂體比以及TC、LDL-C明顯升高，表明高脂飼料飼養(yǎng)12周導(dǎo)致大鼠肥胖。

1.2 研究方法

剩余48只肥胖大鼠采用水平動(dòng)物跑臺(tái)進(jìn)行2周適應(yīng)性訓(xùn)練，2周內(nèi)速度從16 m/min逐漸遞增到25 m/min，時(shí)間從20 min/天逐漸遞增到60 min/天。根據(jù)大鼠體重和適應(yīng)性訓(xùn)練情況，選取體重、運(yùn)動(dòng)能力等基本一致的40只肥胖大鼠進(jìn)入正式實(shí)驗(yàn)。隨機(jī)分為4組，每組10只：常氧安靜組（常氧環(huán)境生活24 h/天，不訓(xùn)練）、常氧訓(xùn)練組（常氧環(huán)境生活訓(xùn)練）、低氧安靜組（13.6%氧濃度環(huán)境生活24h/天，不訓(xùn)練）、低氧訓(xùn)練組（13.6%氧濃度環(huán)境生活訓(xùn)練）。常氧訓(xùn)練組訓(xùn)練強(qiáng)度為25 m/min，低氧訓(xùn)練組訓(xùn)練強(qiáng)度為20 m/min（低氧濃度13.6%，相當(dāng)于3 500 m海拔高度），持續(xù)運(yùn)動(dòng)1 h/天、6天/周、共4周。

常氧訓(xùn)練組、低氧訓(xùn)練組大鼠最后一次訓(xùn)練后休息24 h，與常氧安靜組、低氧安靜組一起取材。取材前大鼠禁食禁水12 h，稱重，按0.3 ml/100 g體重劑量腹腔注射10%水合三氯乙醛溶液麻醉大鼠，測(cè)量體長(zhǎng)（鼻尖至肛門的長(zhǎng)度），計(jì)算Lee’s指數(shù)[Lee’s指數(shù)=體重（g）1/3×1 000/體長(zhǎng)（cm）]。腹主動(dòng)脈取血分離血清Elisa法測(cè)試骨代謝標(biāo)志物。迅速取雙側(cè)腎周和附睪脂肪，在預(yù)冷的生理鹽水中漂洗去血，濾紙吸干水分，稱重，計(jì)算脂體比[脂體比=（腎周脂肪重（g）+附睪脂肪重（g））/體重（g）×100%]。分離大鼠左側(cè)股骨和脛骨，稱重，計(jì)算骨體比[骨體比=（股骨重（g）+脛骨重（g））/體重（g）×100%]。雙能X線骨密度儀[HOLOGIC型號(hào)Discovery A（S/N86171）]進(jìn)行骨質(zhì)密度指標(biāo)測(cè)試。用扇形束分別測(cè)試股骨和脛骨兩端和中點(diǎn)的骨礦密度（bone mineraI densitometr，BMD g/cm2）和骨礦含量（bone mineral content，BMC g），取3點(diǎn)測(cè)試結(jié)果的平均值作為股骨和脛骨的骨質(zhì)密度。骨形成標(biāo)志物：血清骨鈣素（osteocalcin，OC）、血清骨堿性磷酸酶（bone alkaline phosphatase，BALP）、血清I型原膠原C端前肽（procollagen type I C propeptide，PICP）、血清I型原膠原N端前肽(procollagen type I N propeptide，PINP)。骨吸收標(biāo)志物：血清I型膠原交聯(lián)C-末端肽（C-terminal crosslinking telopeptide of type I collagen，CTX）、血清I型膠原交聯(lián)N-末端肽（N-terminal crosslinking telopeptide of type I collagen，NTX）、血清抗酒石酸酸性磷酸酶（tartrate resistant acid phosphatase，TRACP）。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差（±）表示，利用單因素方差分析進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，＜0.05為顯著性差異，＜0.01為高度顯著性差異。

2 結(jié)果

與常氧安靜組比較，常氧訓(xùn)練組、低氧安靜組和低氧訓(xùn)練組大鼠的體重、Lee’s指數(shù)及脂體比均有不同程度降低，體重分別降低11.8%（＜0.01）、8.2%（＜0.05）和12.7%（＜0.01）；Lee’s指數(shù)分別降低1.6%（＞0.05），3.6%（＜0.01）、3.9%（＜0.01）；脂體比分別降低17%（＜0.05）、9.4%（＞0.05）、31.3%（＜0.01）。低氧訓(xùn)練組大鼠較常氧訓(xùn)練組大鼠體重、Lee’s指數(shù)以及脂體比分別下降了1.0%（＞0.05）、2.3%（＜0.05）、17.2%（＞0.05）。與低氧安靜組比較，低氧訓(xùn)練組大鼠體重降低4.9%（＞0.05）、Lee’s指數(shù)基本沒有變化（＞0.05），脂體比降低24.1%，具有高度顯著性差異（＜0.01）。

表1 肥胖大鼠體重及體成分變化

注：*表示與常氧安靜組相比＜0.05，**表示與常氧安靜組相比＜0.01；##表示與低氧安靜組相比＜0.01；&表示常氧訓(xùn)練組相比＜0.05；下同。

與常氧安靜組比較，常氧訓(xùn)練組、低氧安靜組和低氧訓(xùn)練組肥胖大鼠的骨體比均升高，常氧訓(xùn)練組升高7.0%，低氧安靜組升高3.7%，兩者均無(wú)顯著性差異（＞0.05），低氧訓(xùn)練組顯著性升高7.4%（＜0.05）。低氧訓(xùn)練組骨體比與常氧訓(xùn)練組較為接近（升高0.4%，＞0.05），與低氧安靜組比較，低氧訓(xùn)練組骨體比提高了3.6%（＞0.05）。

表2 肥胖大鼠骨密度的變化

脛骨、股骨的骨含量和骨密度，4組之間沒有明顯變化，大致表現(xiàn)為常氧訓(xùn)練組稍高于常氧安靜組，低氧訓(xùn)練組稍高于低氧安靜組，低氧安靜組稍低于常氧安靜組，低氧訓(xùn)練組和常氧訓(xùn)練基本相當(dāng)，各組之間均無(wú)顯著性差異（＞0.05）。

表3 肥胖大鼠骨代謝標(biāo)志物的變化

注：#表示與低氧安靜組相比＜0.05；&&表示與常氧訓(xùn)練組相比＜0.01；下同。

與常氧安靜組比較，常氧訓(xùn)練組和低氧安靜組肥胖大鼠血清骨形成標(biāo)志物OC、PICP、PINP、BALP均無(wú)顯著性變化（＞0.05）；低氧訓(xùn)練組肥胖大鼠血清骨形成標(biāo)志物OC、PICP、PINP較常氧安靜組和低氧安靜組均顯著升高（＜0.05），其中，PICP顯著高于常氧訓(xùn)練組（＜0.01），低氧訓(xùn)練組BALP與各組比較均無(wú)顯著性差異（＞0.05）。

與常氧安靜組比較，常氧訓(xùn)練組肥胖大鼠血清骨吸收標(biāo)志物CTX、NTX和TRAP均無(wú)明顯變化（＞0.05），低氧安靜組和低氧訓(xùn)練組肥胖大鼠血清CTX、NTX和TRAP均顯著升高（＜0.05，＜0.05，＜0.01），且低氧訓(xùn)練組較常氧訓(xùn)練組肥胖大鼠血清CTX、NTX和TRACP也出現(xiàn)顯著升高（＜0.05，＜0.05，＜0.01）。

3 分析與討論

3.1 運(yùn)動(dòng)對(duì)骨代謝的影響

研究表明，青春早期體力活動(dòng)量與BMC呈正相關(guān)[16]，運(yùn)動(dòng)能增加青年峰值骨量。持續(xù)12周每周3次中等強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)能夠提高30～60歲受試者骨密度，增強(qiáng)骨形成標(biāo)志物骨鈣素和骨堿性磷酸酶，降低骨吸收標(biāo)志物，促進(jìn)骨形成，減少骨吸收，防止骨質(zhì)流失，達(dá)到預(yù)防骨質(zhì)疏松的效果[25]。運(yùn)動(dòng)還能夠有效緩解老年人減重帶來(lái)的骨量丟失[34]，有氧結(jié)合抗阻運(yùn)動(dòng)甚至可以在減重的同時(shí)增加BMD、BMC[26,30]。運(yùn)動(dòng)方式、運(yùn)動(dòng)負(fù)荷、運(yùn)動(dòng)時(shí)間等是影響骨量和骨密度變化的重要因素。骨量和骨強(qiáng)度主要取決作用于骨的負(fù)荷，該負(fù)荷不僅指體重，還包括骨骼肌作用于骨的力及其效應(yīng)，而骨骼肌作用于骨的負(fù)荷可能存在一個(gè)閾值，超過(guò)這一閾值骨重構(gòu)或者成骨相關(guān)基因的表達(dá)才會(huì)被啟動(dòng)，繼而成骨作用加強(qiáng)[27]。中等強(qiáng)度到較大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)負(fù)荷可以顯著增加骨形成，減少骨吸收，促進(jìn)骨密度的提高，改善骨質(zhì)疏松風(fēng)險(xiǎn)人群的骨質(zhì)狀況。用最大心率百分比或最大力量百分比量化運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度來(lái)提升骨強(qiáng)度，骨強(qiáng)度的增加與運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的增加成正比[17]。不同的運(yùn)動(dòng)在一定程度上都具有成骨效應(yīng)，但不同運(yùn)動(dòng)形式產(chǎn)生的效果不盡相同。相對(duì)而言，抗阻力練習(xí)和沖擊力項(xiàng)目增加機(jī)體骨密度的效果更好[18]。關(guān)于運(yùn)動(dòng)引起骨密度增加需要的時(shí)間，基本可以概括為兩種情況：1）對(duì)于骨質(zhì)疏松防治的人群，骨密度升高改善通常需要12周及以上的時(shí)間[24]；2）對(duì)于正處于成骨活躍的青少年而言，活動(dòng)時(shí)間充足，活動(dòng)方式多樣，短時(shí)間（4周）的訓(xùn)練同樣可以引起骨密度的變化[3]。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，9周的常氧運(yùn)動(dòng)特別是中負(fù)荷運(yùn)動(dòng)（26.8 m/min，60%～70%最大吸氧量，30 min/次，5天/周）可促進(jìn)生長(zhǎng)期大鼠成骨細(xì)胞的骨形成、抑制破骨細(xì)胞的骨吸收，對(duì)生長(zhǎng)期大鼠骨量增長(zhǎng)有益[21]。本研究結(jié)果顯示，常氧訓(xùn)練組在降低體重、Lee’s指數(shù)及脂體比的同時(shí)，骨體比有所升高，但無(wú)顯著性差異；脛骨、股骨的骨含量和骨密度稍高于常氧安靜組，但沒有明顯變化，說(shuō)明有氧運(yùn)動(dòng)減重的同時(shí)并沒有降低肥胖大鼠的骨密度。至于肥胖大鼠的骨密度也沒有升高，很可能是因?yàn)?周的運(yùn)動(dòng)時(shí)間較短，血清骨形成標(biāo)志物和骨吸收標(biāo)志物均無(wú)顯著變化，尚不足以引起骨密度的增加。

3.2 低氧對(duì)骨代謝的影響

3.2.1 低氧對(duì)骨密度的影響

本研究顯示，低氧安靜組肥胖大鼠的體重、Lee’s指數(shù)及脂體比降低的同時(shí)，骨體比有所升高，但無(wú)顯著性差異。脛骨、股骨的骨含量和骨密度稍低于常氧安靜組，無(wú)顯著性差異。雖然有研究表明，低氧環(huán)境可引起骨代謝異常，并加速骨質(zhì)疏松發(fā)展的進(jìn)程，但本研究表明，低氧（13.6%O2）4周并未對(duì)骨密度產(chǎn)生明顯影響。喬林等[14]觀察低氧4周大鼠腰椎骨密度值變化不明顯，12周有所下降但無(wú)顯著性差異，低氧24周大鼠腰椎骨密度顯著降低。高文魁等[4]發(fā)現(xiàn)了與喬林等同樣的結(jié)果，但對(duì)于去勢(shì)大鼠的研究卻有不同之處，12周時(shí)，兩者都發(fā)現(xiàn)高原和平原去勢(shì)大鼠骨密度均顯著下降，且高文魁等[4]的研究顯示，高原去勢(shì)大鼠骨密度明顯低于平原去勢(shì)大鼠，而喬林等[14]的研究顯示兩組之間無(wú)顯著性差異。由此可見，本研究低氧未對(duì)骨密度產(chǎn)生顯著影響的原因可能是低氧時(shí)間不夠長(zhǎng)。相同的受試者，相同的低氧時(shí)間出現(xiàn)不同的結(jié)果，推測(cè)原因與低氧濃度有關(guān)，進(jìn)一步查閱文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，高文魁等[4]的研究選用的是3 000 m低氧環(huán)境，而喬林等[14]的研究報(bào)道中沒有提及低氧濃度，究竟是不是由于低氧濃度導(dǎo)致的研究結(jié)果出現(xiàn)差別，有待更多研究的驗(yàn)證。

人體研究也表明，海拔高度（低氧程度）、高原環(huán)境生活（低氧暴露）時(shí)間的長(zhǎng)短、受試者性別、年齡等因素，都會(huì)對(duì)骨密度的變化產(chǎn)生不同的影響。傅晨等[2]報(bào)道，生活在海拔2 800 m的高原男性居民骨密度值顯著降低，而生活在海拔1 500 m的高原居民骨密度值無(wú)明顯降低。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)，生活在海拔2 800 m的高原居民中年齡＜29歲及在高原生活時(shí)間＜5年者，骨密度值降低尤為顯著。而高原生活時(shí)間超過(guò)11年以上的居民，骨密度與對(duì)照組之間的差異隨之消失。還有研究表明，26～36歲高原防守官兵海拔高度5 000 m防守12個(gè)月骨密度T值和Z值顯著高于平原（＜0.05），防守6個(gè)月時(shí)尚無(wú)顯著性差異，海拔高度4 000 m組骨密度T值和Z值則無(wú)顯著性差異，認(rèn)為原因可能是海拔越高，紫外線照射時(shí)間較長(zhǎng)，骨質(zhì)含量相應(yīng)增高[19]。高原居民老年后受高原缺氧影響明顯，與平原地區(qū)相比較，骨量丟失顯著，導(dǎo)致骨質(zhì)疏松的發(fā)病危險(xiǎn)性增加。也有研究表明[18]，在高原地區(qū)（海拔4 200 m）和中度海拔地區(qū)（海拔 2 260 m）移居20年，經(jīng)DEXA確診為骨質(zhì)疏松的絕經(jīng)期漢族婦女，其腰椎、大轉(zhuǎn)子及股骨頸BMD，與平原地區(qū)絕經(jīng)期漢族婦女無(wú)顯著性差異。

3.2.2 低氧對(duì)骨生成的影響

本研究結(jié)果顯示，低氧安靜組肥胖大鼠血清骨形成標(biāo)志物OC、PICP、PINP、BALP均無(wú)顯著變化。低氧條件下培養(yǎng)的初生大鼠顱蓋骨成骨細(xì)胞增殖、堿性磷酸酶活性、骨鈣素水平及茜素紅結(jié)節(jié)形成數(shù)量均明顯低于常氧組，說(shuō)明缺氧條件抑制成骨細(xì)胞的增殖分化，降低成骨功能[5,6]。在體外2%氧濃度下培養(yǎng)小鼠成骨細(xì)胞24 h，成骨細(xì)胞的增殖率增加，分泌堿性磷酸酶的能力增強(qiáng)，成骨細(xì)胞表達(dá)RunX2和骨鈣素的水平增加，形成礦化結(jié)節(jié)的數(shù)量也增加，表明體外短時(shí)間的低氧條件能促進(jìn)成骨細(xì)胞的增殖分化和礦化[11]。但是，極低氧濃度也會(huì)影響成骨細(xì)胞骨結(jié)節(jié)的形成。1%氧濃度中培養(yǎng)成熟的成骨細(xì)胞24 h后再恢復(fù)到正常氧濃度，骨結(jié)節(jié)形成不受影響，而暴露于無(wú)氧環(huán)境再恢復(fù)到正常氧濃度后，成骨細(xì)胞骨結(jié)節(jié)的形成則會(huì)受到抑制[31]。對(duì)成骨細(xì)胞分化的影響，不僅與低氧濃度有關(guān)，還與低氧時(shí)間有關(guān)。短時(shí)間低氧可以促進(jìn)成骨細(xì)胞分化，而長(zhǎng)時(shí)間缺氧則會(huì)抑制成骨細(xì)胞分化和成熟[32]。氧濃度越低，低氧時(shí)間越長(zhǎng)，越會(huì)抑制成骨。本研究屬于在體實(shí)驗(yàn)，氧濃度（13.6%O2）明顯高于細(xì)胞培養(yǎng)的氧濃度（1%~2%O2），相對(duì)于常氧安靜組，低氧安靜組肥胖大鼠血清骨形成標(biāo)志物OC、PICP、PINP、BALP均無(wú)顯著變化（＞0.05），表明4周低氧（13.6%O2）尚未影響骨形成標(biāo)志物的變化。

3.2.3 低氧對(duì)骨吸收的影響

本研究表明，低氧安靜組肥胖大鼠血清CTX、NTX和TRAP較常氧安靜組顯著升高，表明13.6%O2低氧4周促進(jìn)骨吸收。8周齡C57BL/6雄性小鼠低氧（8%～11%O2每日8 h，每周6天，連續(xù)8周）可以增強(qiáng)骨再吸收作用和破骨細(xì)胞的活性，主要表現(xiàn)為血清中TRACP-5b水平高[31]，與本實(shí)驗(yàn)的結(jié)果一致。體外細(xì)胞培養(yǎng)也得到了相似的結(jié)果。研究表明，低氧可以刺激破骨細(xì)胞生成[29]。體外培養(yǎng)小鼠長(zhǎng)骨單核前體細(xì)胞，2%氧濃度時(shí)破骨細(xì)胞數(shù)目增加4倍[28]。低氧暴露不僅影響破骨細(xì)胞的生成，還可以增加破骨細(xì)胞的吸收能力，2%氧濃度暴露24 h，骨吸收能力增加2～4倍[28]。Utting等[33]通過(guò)體外培養(yǎng)外周血單核細(xì)胞發(fā)現(xiàn)，低氧時(shí)骨吸收能力為常氧時(shí)的10倍。氧濃度及缺氧時(shí)間對(duì)小鼠破骨細(xì)胞生成和骨吸收功能發(fā)生顯著影響，氧濃度逐漸降低，前破骨細(xì)胞向破骨細(xì)胞分化逐漸增多，與常氧環(huán)境相比，破骨細(xì)胞體積增大，核數(shù)增多，破骨細(xì)胞骨吸收功能逐漸增強(qiáng)，以3%氧濃度增強(qiáng)最明顯。尤其在3%氧濃度時(shí)，破骨細(xì)胞骨吸收功能達(dá)到高峰，以后隨著氧濃度降低骨吸收功能相對(duì)減弱。隨著缺氧時(shí)間延長(zhǎng)，破骨細(xì)胞生成逐漸增多，以缺氧第5天增加最明顯，以后隨著缺氧時(shí)間延長(zhǎng)破骨細(xì)胞生成相對(duì)減弱[10]。

3.3 低氧訓(xùn)練對(duì)骨代謝的影響

本研究顯示，低氧訓(xùn)練大鼠的體重、Lee’s指數(shù)及脂體比均有不同程度降低，Lee’s指數(shù)較常氧訓(xùn)練組大鼠下降，脂體比較低氧安靜組顯著降低。低氧訓(xùn)練肥胖大鼠的骨體比顯著性升高。脛骨、股骨的骨含量和骨密度，低氧訓(xùn)練組稍高于低氧安靜組，和常氧訓(xùn)練基本相當(dāng)，各組之間均無(wú)顯著性差異。低氧訓(xùn)練組肥胖大鼠血清骨形成標(biāo)志物OC、PICP、PINP較常氧安靜組和低氧安靜組均顯著升高（＜0.05），其中，PICP顯著高于常氧訓(xùn)練組；低氧訓(xùn)練組肥胖大鼠血清CTX、NTX和TRAP顯著升高且高于常氧訓(xùn)練組。由此可見，低氧訓(xùn)練減脂的同時(shí)，還升高了骨體比，但骨密度沒有明顯變化，可能是因?yàn)榈脱跤?xùn)練既促進(jìn)了骨生成又增加了骨吸收，兩者處于動(dòng)態(tài)平衡。目前，低氧訓(xùn)練對(duì)骨代謝影響的研究較少。一項(xiàng)高住低練的研究顯示，低氧（14.7%O2）結(jié)合運(yùn)動(dòng)的高住低練降低大鼠骨生成標(biāo)志物，升高大鼠骨吸收標(biāo)志物，但是，對(duì)照組不管是單純低氧還是常氧運(yùn)動(dòng)都促進(jìn)成骨細(xì)胞的骨形成、抑制破骨細(xì)胞的骨吸收[21]。以肥胖青少年為研究對(duì)象的一項(xiàng)研究顯示，為期4周，每周6天的平原訓(xùn)練、低氧訓(xùn)練（模擬海拔2 300 m低氧10 h/天，有氧運(yùn)動(dòng)2 h/天）、高原訓(xùn)練（青海多巴居住運(yùn)動(dòng)），運(yùn)動(dòng)形式多樣，中低強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)減脂，結(jié)果常氧組、低氧組和高原組全身總BMD均顯著升高，各組之間無(wú)顯著性差異[3]。肥胖青少年不管是低氧訓(xùn)練還是高原訓(xùn)練4周減脂后，骨密度升高，可能和研究對(duì)象是青少年，本身處在成骨活躍時(shí)期，再加上活動(dòng)時(shí)間充裕，活動(dòng)形式多樣，除了快走、慢跑等有氧項(xiàng)目，還有跳繩、羽毛球、健美操等有益于骨健康的項(xiàng)目，所以減重的同時(shí)出現(xiàn)全身BMD、BMC不同程度增加。低氧訓(xùn)練對(duì)骨代謝影響報(bào)道較少，其規(guī)律還有待進(jìn)一步探討。

4 結(jié)論

4周低氧訓(xùn)練降低肥胖大鼠體重、脂體比，增加骨體比。4周低氧訓(xùn)練同時(shí)促進(jìn)肥胖大鼠骨形成和骨吸收，骨代謝處于動(dòng)態(tài)平衡，尚未對(duì)股骨和脛骨骨密度產(chǎn)生明顯影響。

[1] 馮連世,張漓,高炳宏,等.不同環(huán)境下有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)超重和肥胖青少年體重與體脂含量的影響[J].體育科學(xué),2013,33(11):58-65.

[2] 傅晨,劉興炎,葛寶豐,等.西北高原地區(qū)居民骨密度研究[J].中國(guó)骨傷,2002,15(4):198-201.

[3] 高歡.低氧及高原耐力訓(xùn)練對(duì)超重和肥胖青少年身體成分、靜息代謝和運(yùn)動(dòng)能力的影響[D].上海:上海體育學(xué)院,2013.

[4] 高文魁,白峰,王偉,等.高原低氧環(huán)境下骨質(zhì)疏松大鼠模型的骨代謝生化指標(biāo)觀察[J].中華骨質(zhì)疏松雜志,2011,17(11):941-944.

[5] 高文魁,王德元,李智鋼,等.低氧條件下成骨細(xì)胞的增殖與分化[J].中國(guó)組織工程研究與臨床康復(fù),2011,15(46):8591-8594.

[6] 顧九君,盛俊東,梁偉東.缺氧大鼠成骨細(xì)胞增殖、分化及基因表達(dá)[J].中國(guó)組織工程研究,2012,16(42):7819-7824.

[7] 黃際遠(yuǎn),宋文忠,陳明曦,等.年齡、身高、體重、體重指數(shù)、體表面積對(duì)成都地區(qū)中老年人腰椎骨密度的影響[J].中國(guó)老年學(xué)雜志,2007,27(8):768-770.

[8] 黃邀,傅君芬,李筠,等.肥胖男童骨密度變化與骨代謝指標(biāo)及胰島素抵抗的關(guān)系探討[J].臨床兒科雜志,2009,27(2):152-155.

[9] 荊文.低氧訓(xùn)練對(duì)高脂飲食大鼠肝臟microRNA表達(dá)及脂代謝的調(diào)節(jié)研究[D].上海:上海體育學(xué)院,2014.

[10] 郎紅梅.離體條件下低氧環(huán)境對(duì)破骨細(xì)胞生成及功能影響的實(shí)驗(yàn)研究[D].重慶:第三軍醫(yī)大學(xué),2007.

[11] 劉曉東.成骨細(xì)胞的低氧感應(yīng)機(jī)制及其在代謝性骨病中的調(diào)控作用[D] .上海:上海交通大學(xué),2007.

[12] 路瑛麗,謝敏豪,馮連世,等.高住高練對(duì)肥胖大鼠腓腸肌脂肪酸氧化的影響[J].中國(guó)運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)雜志,2014,33(11):1060-1068.

[13] 呂明麗,余飛,陸思琦,等.肥胖青年骨密度狀況分析[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)(醫(yī)學(xué)版),2012,33(4):90-93.

[14] 喬林,白峰,趙軼男,等.低氧環(huán)境下去勢(shì)大鼠骨質(zhì)疏松模型的骨吸收標(biāo)志物觀察[J].科學(xué)技術(shù)與工程,2014,14(7):126-128,135.

[15] 湯參娥,雷閩湘,吳靜,等.中青年女性肥胖與骨密度的關(guān)系[J].湖南醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào),2003,28(3):313-314.

[16] 王玲,陳裕明,肖新才,等.青春早期女童體力活動(dòng)與骨量關(guān)系的研究[J] .中華預(yù)防醫(yī)學(xué)雜志,2007,41(5):396-398.

[17] 王正珍.ACSM運(yùn)動(dòng)測(cè)試與運(yùn)動(dòng)處方指南[M].北京:北京體育大學(xué)出版社,2018:304.

[18] 魏春梅,羅銀花,曹敏英,等.高海拔地區(qū)與平原地區(qū)圍絕經(jīng)婦女骨密度的對(duì)比觀察[J].高原醫(yī)學(xué)雜志,2009,19(3):22-24.

[19] 岳增文,徐莉,史潤(rùn)澤,等.駐高原官兵骨密度檢測(cè)分析研究[J].中國(guó)療養(yǎng)醫(yī)學(xué), 2014,23(10): 865-866.

[20] 張亨菊,管曉麗,李耀.濟(jì)南市7～13歲兒童骨礦物質(zhì)含量及其影響因素分析[J].預(yù)防醫(yī)學(xué)文獻(xiàn)信息,2000,6(1):9-10.

[21] 張紅品,王維群,張林,等.平原條件下訓(xùn)練與低氧艙睡眠對(duì)生長(zhǎng)期大鼠骨形成及骨吸收相關(guān)因子的影響[J].中國(guó)臨床康復(fù), 2006, 10(13):73-75.

[22] 周麗斌,陳名道.減重和運(yùn)動(dòng)干預(yù)對(duì)肥胖老年人骨代謝和骨量的影響:一項(xiàng)為期一年的隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)[J].中華內(nèi)分泌代謝雜志,2008,24(4):447-449.

[23] 朱再勝,戴爽,鄭靖宇,等.番茄紅素對(duì)慢性低氧小鼠骨密度和RANKL/OPG的影響[J].溫州醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào),2015,45(3):185-189.

[24] 鄒軍,章嵐,任弘,等.運(yùn)動(dòng)防治骨質(zhì)疏松專家共識(shí)[J].中國(guó)運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)雜志,2015,21(11):1291-1302,1306.

[25] ALGHADIR A H, ALY F A, GABR S A．Effect of moderate aerobic training on bone metabolism indices among adult humans[J]. Pak J Med Sci,2014,30 (4):840-844.

[26] CAMPOS R M,DE MELLO M T, TOCK L,. Aerobic plus resistance training improves bone metabolism and inflammation in adolescents who are obese[J]. J Strength Cond Res,2014, 28(3): 758-766.

[27] FROSTT H M. On our age-related bone loss: Insights from a new paradigm[J]. J Bone Miner Res, 1997, 12(10): 1539-1546.

[28] KNOWLES H J. Hypoxic regulation of osteoclast differentiation and bone resorption activity[J]. Hypoxia,2015,3: 73-82.

[29] KNOWLES H J, THANASAU N A.Hypoxia-inducible factor is expressed in giant cell tumour of bone and mediates paracrine effects of hypoxia on monocyte-osteoclast differentiation viainduction of VEGF[J].J Pathol, 2008,215(1):56-66.

[30] LIM J S, JANG G C, MOON K R,. Combined aerobic and resistance exercise is effective for achieving weight loss and reducing cardiovascular risk factors without deteriorating bone health in obese young adults[J]. Ann Pediatr Endocrinol Metab，2013, 18(1): 26-31.

[31] SALIM A,NACAMULI R P,MORGAN E F,.Transient changes in oxygen tension inhibit osteogenic differentiation and runx2 expression in osteoblasts[J]. J Biol Chem,2004, 279(38): 40007-40016.

[32] UTTING J C,ROBINS S P,BRANDAO BURCH A,.Hypoxia inhibits the growth,differentiation and bone forming capacity of rat esteoblasts[J].Exp Cell Res,2006,312(10):1693-1702.

[33] UTTING J C,FLANAGAN A M,BRANDAO-BURCH A,.Hypoxia stimulates osteoclast formation from human peripheral blood[J].Cell Biochem Funct, 2010,28(5):374-380.

[34] VILLAREAL D T, CHODE S, PARIMI N,. Weightloss, exercise, or both and physical function in obese older adults[J]. N Engl J Med, 2011, 364(13): 1218-1229.

[35] YU C C,SUNG R Y,SO R C,.Effects of strength training on body composition and bone mineral content in children who are obese[J].J Strength Cond Res,2005,19(3):667-672.

Effects of Hypoxic Training on Bone Metabolism in Obese Rats

LU Ying-li1, JING Wen2, FENG Lian-shi1, ZHANG Li1, XU Jian-fang1

1. China Institute of Sport Sciense, Beijing 100061, China; 2. Shandong Normal University, Jinan 250014, China.

Objective: To investigate the effects of hypoxic training on bone metabolism in obese rats. Methods: Forty Sprague-Dawley obese rats were assigned into one of the following groups (n=10 each): normoxic living group, hypoxic living group, normoxic training group, hypoxic training group. Rats were kept continuous exercise 1 hour per day, 6 days per week for 4 weeks on a rat treadmill at a speed of 25 m/min in normoxic conditions or 20 m/min in hypoxic conditions (13.6% O2). After 4 weeks, bone formation markers (OC, BALP, PICP, PINP) and bone resorption markers (CTX, NTX, TRACP) in serum were tested using Elisa. BMC and BMD were measured by dual x-ray absorptiometry. Results: Conpared to normoxic living, hypoxic training for 4 weeks resulted in lower body weight Lee’s. fat/body weight ratio (＜0.01) and higher bone/body weight ratio. There were no significant differences in BMC and BMD between the groups. Compared to normoxic living and hypoxic living, hypoxic training for 4 weeks resulted in higher OC, PICP, PINP in serum（＜0.05）, and PICP in hypoxic training group were higher than that in normoxic training group. Compared to normoxic living and normoxic training, hypoxic training for 4 weeks resulted in higher CTX, NTX and TRAP in serum（＜0.05,＜0.05,＜0.01）. Conclusion: Hypoxic training for 4 weeks decreased body weight. Fat/body weight ratio and improved bone/body weight radio. Hypoxic training for 4 weeks resulted in promoting bone formation and resorption, with no effect on BMD.

1002-9826(2018)05-0088-06

10.16470/j.csst.201805013

G804.7

A

國(guó)家體育總局體育科學(xué)研究所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)資助項(xiàng)目(基本14-11)

路瑛麗,女,副研究員,博士,主要研究方向?yàn)榈脱跤?xùn)練的理論與方法, Email:luyingli@ciss.cn。

馮連世,男,研究員,主要研究方向?yàn)榈脱跤?xùn)練的理論與方法、體育健康促進(jìn)，Email: fengls98@126. com。