2型糖尿病患者骨代謝變化特點(diǎn)及運(yùn)動干預(yù)效應(yīng)研究進(jìn)展*

冉印才 肖 哲 朱 歡

2型糖尿病患者骨代謝變化特點(diǎn)及運(yùn)動干預(yù)效應(yīng)研究進(jìn)展*

冉印才 肖 哲 朱 歡

（湖北民族大學(xué) 體育學(xué)院，湖北 恩施 445000）

骨代謝異常是誘導(dǎo)2型糖尿病患者骨質(zhì)疏松發(fā)生的重要原因，運(yùn)動干預(yù)是改善2型糖尿病患者骨代謝的重要方式。文章歸納總結(jié)2型糖尿病患者骨代謝變化特點(diǎn)及不同運(yùn)動形式干預(yù)效應(yīng)的研究進(jìn)展，為改善2型糖尿病患者骨代謝提供理論依據(jù)和運(yùn)動處方參考。研究表明：（1）2型糖尿病患者血清內(nèi)骨代謝生化指標(biāo)中骨特異性堿性磷酸酶、骨鈣素和I型膠原交聯(lián)C-末端肽有升高趨勢，即骨處于高轉(zhuǎn)換狀態(tài)，降鈣素顯著低于正常人，且2型糖尿病合并骨質(zhì)疏松患者中骨特異性堿性磷酸酶、骨鈣素和I型膠原交聯(lián)C-末端肽顯著升高；（2）骨特異性堿性磷酸酶、骨鈣素和I型膠原交聯(lián)C-末端肽三種骨代謝生化指標(biāo)為2型糖尿病合并骨質(zhì)疏松獨(dú)立危險(xiǎn)因素，是診斷早期2型糖尿病合并骨質(zhì)疏松患者的金指標(biāo)；（3）長期有氧運(yùn)動能改善T2DM患者骨代謝水平，提高骨密度，減少骨質(zhì)疏松以及跌倒發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)，但運(yùn)動周期需在6個(gè)月以上；（4）抗阻運(yùn)動也能有效地改善2型糖尿病患者骨代謝狀況，但有氧結(jié)合抗阻運(yùn)動要優(yōu)于單一形式的運(yùn)動，且運(yùn)動干預(yù)效應(yīng)維持更久；（5）對活動受限的2型糖尿病患者，振動運(yùn)動也能改善其腰椎和股骨頸骨密度，降低骨質(zhì)疏松發(fā)生率，但相關(guān)人體研究較少。

2型糖尿病；骨質(zhì)疏松；骨代謝；有氧運(yùn)動；抗阻運(yùn)動；全身振動訓(xùn)練

近年來，2型糖尿?。═ype 2 diabetes mellitus，T2DM）的發(fā)病率和死亡率上升是全球的主要公共衛(wèi)生問題。T2DM的發(fā)生主要與慢性代謝紊亂有關(guān)，并導(dǎo)致多個(gè)器官損傷以及并發(fā)癥的發(fā)生。骨質(zhì)疏松癥（Osteoporosis，OP）主要特征是骨密度降低和骨微結(jié)構(gòu)減弱，從而導(dǎo)致骨強(qiáng)度降低和骨折風(fēng)險(xiǎn)增加，是T2DM患者并發(fā)癥之一。研究發(fā)現(xiàn)，與非T2DM患者相比，T2DM患者骨轉(zhuǎn)換減少，導(dǎo)致骨折風(fēng)險(xiǎn)增加。另外，T2DM患者跌倒和骨折發(fā)生率顯著高于非T2DM患者。還有研究表明，糖尿病前期的患者髖骨骨折風(fēng)險(xiǎn)開始增加，且與T2DM病程呈線性相關(guān)。此外，還有研究表明，T2DM患者微血管病導(dǎo)致骨小梁結(jié)構(gòu)惡化，加大患者骨折風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生。運(yùn)動是改善T2DM患者OP發(fā)生的有效方式，但不同運(yùn)動方式對T2DM患者骨代謝的影響不同，因此明確不同運(yùn)動方式對T2DM患者骨代謝的影響有助為患者制定科學(xué)的運(yùn)動處方?；诖?，本研究通過文獻(xiàn)綜述法綜述T2DM患者骨代謝的特點(diǎn)，并對不同運(yùn)動方式下T2DM患者骨代謝的變化特點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)，為改善T2DM患者骨代謝水平提供理論與運(yùn)動處方參考。

1 T2DM患者骨代謝的變化特點(diǎn)及原因

T2DM是一種慢性代謝型疾病，機(jī)體血糖濃度升高會導(dǎo)致體內(nèi)代謝紊亂，而骨質(zhì)疏松癥是T2DM患者重要的并發(fā)癥。骨代謝調(diào)節(jié)主要包括鈣磷、骨轉(zhuǎn)換、激素與細(xì)胞因子的調(diào)節(jié)。在鈣磷代謝調(diào)節(jié)中甲狀旁腺素（Parathyroid hormone，PTH）和降鈣素（Calcitonin，CT）發(fā)揮著重要作用。PTH能增強(qiáng)破骨細(xì)胞活性，增加骨吸收；CT能抑制破骨細(xì)胞活性減少骨吸收，且能促進(jìn)骨形成。由于T2DM患者血糖代謝異常，產(chǎn)生高滲性利尿，導(dǎo)致體內(nèi)鈣、磷大量流失，刺激PTH分泌，導(dǎo)致骨吸收增強(qiáng)，骨量減少。研究表明，T2DM患者血清中PTH含量顯著高于正常人，CT低于正常人。因此，長期高糖環(huán)境下T2DM患者骨量逐步減少，從而導(dǎo)致骨質(zhì)疏松發(fā)生。

在骨代謝標(biāo)志物中，骨特異型堿性磷酸酶（Bone specific alkaline phosphatase，BALP）、骨鈣素（Bone glaprotein，BGP）是骨形成重要標(biāo)志物，并作為早期骨質(zhì)疏松診斷、檢測及預(yù)防骨折風(fēng)險(xiǎn)方面起著重要作用。由于T2DM患者體內(nèi)胰島素分泌不足或胰島素抵抗，對成骨細(xì)胞上的胰島素受體作用減弱，從而使其合成分泌BPG較少，同時(shí)胰島素的不足可使維生素D3合成減少，而維生素D3具有促進(jìn)成骨細(xì)胞合成分泌BPG的作用，故導(dǎo)致BPG減少。研究證實(shí)，T2DM合并OP患者BPG含量顯著低于T2DM骨量正常組。但也有研究得出，在T2DM患者中，合并OP患者BALP、BGP水平顯著高于T2DM骨量正常組患者，BPG與骨密度（Bone mineral density，BMD）、空腹血糖呈負(fù)相關(guān)，表明BGP越高其骨折風(fēng)險(xiǎn)越大。骨質(zhì)疏松患者BALP升高的原因可能是骨吸收亢進(jìn)而出現(xiàn)的代償性骨形成增強(qiáng)所引起，即骨處于高轉(zhuǎn)換狀態(tài)；而BGP升高可能原因是受試者為早期的T2DM骨質(zhì)疏松患者，且剛合成的BPG不能正常沉積入骨礦，直接進(jìn)入血液中，同時(shí)骨礦中大量的BPG在骨吸收過程中進(jìn)入血液，從而導(dǎo)致BPG升高。

I型膠原交聯(lián)C-末端肽（type I collagen carboxy-terminal peptide，CTX）是骨吸收重要的生化指標(biāo)，且β-CTX為國際指南推薦的骨吸收標(biāo)志物。I型前膠原氨基末端肽（type I procollagen amino-terminal peptide，PINP）在血清中的含量能反映出成骨細(xì)胞合成骨膠原的能力，是骨形成的標(biāo)志物。研究發(fā)現(xiàn)，在T2DM合并OP患者中，其PINP和CTX含量均顯著高于無骨質(zhì)疏松或骨量減少的T2DM，且股骨頸BMD與PINP和CTX呈負(fù)相關(guān)。但有研究表明，無論男性還是女性O(shè)P患者，其血清內(nèi)PINP含量均低于正常組，且股骨頸BMD與PINP呈正相關(guān)。兩者結(jié)果不一致的可能原因是骨代謝處于亢進(jìn)狀態(tài)，為高轉(zhuǎn)換的骨代謝。此外，還有研究表明，與無微血管病變的T2DM相比，合并微血管病變T2DM患者BMD降低，血清內(nèi)骨吸收和骨形成標(biāo)志物均顯著升高，且骨轉(zhuǎn)換高、破骨細(xì)胞活性增強(qiáng)，誘發(fā)骨質(zhì)疏松發(fā)生率增加。

綜上所述，T2DM患者骨代謝紊亂，合并OP患者BPG、BALP含量顯著低于T2DM骨量正常組，CTX高于T2DM骨量正常組，但早期T2DM合并OP患者會出現(xiàn)BPG和BALP含量異常升高現(xiàn)象，主要是骨代謝出現(xiàn)亢進(jìn)狀態(tài)而引起的骨高轉(zhuǎn)換。

2 不同運(yùn)動形式對T2DM患者骨代謝的干預(yù)效應(yīng)

2.1 有氧運(yùn)動對T2DM患者骨代謝的干預(yù)效應(yīng)

有氧運(yùn)動能夠改善T2DM患者骨代謝，但與運(yùn)動周期、運(yùn)動強(qiáng)度、年齡和性別等因素有關(guān)。骨所受運(yùn)動負(fù)荷過少或過量均會導(dǎo)致骨量減少、骨密度降低，削弱骨代謝的調(diào)節(jié)作用。研究表明，有氧運(yùn)動可以顯著提高中老年人堿性磷酸酶（Alkaline phosphatase，ALP）和BALP含量，但抗阻運(yùn)動對中年人BGP和BALP無影響，但可以顯著降低其CTX含量。通常認(rèn)為，運(yùn)動可以刺激骨細(xì)胞活性，加速骨重建，減少骨質(zhì)流失，促進(jìn)骨形成。研究表明，八段錦運(yùn)動能增加對絕經(jīng)后T2DM合并骨質(zhì)疏松患者BMD，抑制骨吸收和促進(jìn)骨形成。還有研究表明，對老年T2DM患者進(jìn)行6個(gè)月有氧運(yùn)動干預(yù)后，BMD無顯著差異，但PINP含量顯著增加，β-CTX含量顯著降低，且T2DM患者骨質(zhì)疏松T值與有氧運(yùn)動呈正相關(guān)。此外，中強(qiáng)度有氧跑和低強(qiáng)度健步走都能提高T2DM合并骨質(zhì)疏松患者BMD，增強(qiáng)β細(xì)胞功能，同時(shí)中強(qiáng)度有氧跑對增強(qiáng)下肢肌方面更優(yōu)于低強(qiáng)度健步走。動物實(shí)驗(yàn)表明，游泳訓(xùn)練可以部分補(bǔ)償由糖尿病引起的Wnt通路改變，其機(jī)制可能與調(diào)節(jié)硬化素和血糖有關(guān)，而Wnt信號在骨的發(fā)育和骨重塑中起著重要的作用。還有研究表明，負(fù)重跑可以下調(diào)肌肉生長抑制素（Myostatin，MSTN）的表達(dá)，改善由部分鏈脲佐菌素（Streptozotocin，STZ）導(dǎo)致的股骨萎縮，其機(jī)制可能與激活Wnt信號通路有關(guān)。此外，中、低強(qiáng)度跑都能有效增加大鼠骨密度、降低骨吸收和改善股骨骨生物力學(xué)性能。但也有研究表明，對絕經(jīng)后糖尿病前期的婦女進(jìn)行32周有氧運(yùn)動干預(yù)后，BMD無顯著差異，這可能是由于患者處于糖尿病前期，骨代謝未出現(xiàn)明顯的異常，運(yùn)動干預(yù)不能進(jìn)一步提高骨代謝水平。

綜上，長期有氧運(yùn)動能改善T2DM患者骨代謝水平，提高骨密度，減少骨質(zhì)疏松以及跌倒發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)，但運(yùn)動周期需在6個(gè)月以上。

2.2 抗阻運(yùn)動及有氧結(jié)合抗阻運(yùn)動對T2DM患者骨代謝的干預(yù)效應(yīng)

2.2.1 抗阻運(yùn)動對T2DM患者骨代謝的干預(yù)效應(yīng)

相比于有氧運(yùn)動，抗阻訓(xùn)練可以獲得更強(qiáng)的機(jī)械負(fù)荷。骨骼在機(jī)械負(fù)荷的作用下，可以刺激Wnts信號通路并通過減少硬化素的表達(dá)加速骨形成。因此，抗阻訓(xùn)練可以促進(jìn)骨形成，改善骨密度。研究表明，6個(gè)月的抗阻運(yùn)動能夠維持T2DM髖部和腰椎（L1-L4）BMD，并能顯著改善PINP和β-CTX，且對β-CTX標(biāo)志物的調(diào)節(jié)優(yōu)于有氧運(yùn)動。還有研究表明，12個(gè)月抗阻運(yùn)動能顯著提高低骨密度男性腰椎和髖部骨密度。相關(guān)動物實(shí)驗(yàn)表明，6周抗阻訓(xùn)練能提高T2MD大鼠脛骨骨密度，并且腿部骨組織面積和骨皮質(zhì)厚度顯著增加，提高骨強(qiáng)度和降低骨折風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生。綜上，抗阻運(yùn)動是改善T2MD患者骨代謝的有效方式。

2.2.2 有氧結(jié)合抗阻運(yùn)動對T2DM患者骨代謝的干預(yù)效應(yīng)

相比于單純的抗阻運(yùn)動，有氧結(jié)合抗阻運(yùn)動對2型糖尿病患者骨代謝具有更佳的干預(yù)效應(yīng)。研究表明，6周的有氧結(jié)合抗阻運(yùn)動對BMD、PINP和β-CTX的調(diào)節(jié)效果優(yōu)于單純的有氧運(yùn)動或抗阻運(yùn)動，且停止干預(yù)6月后，BMD與干預(yù)前水平保持一致。一項(xiàng)meta分析表明，有氧結(jié)合抗阻訓(xùn)練（下坡跑和跳躍等）能減少T2DM患者骨質(zhì)流失和降低骨質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)。還有研究表明，患有T2DM絕經(jīng)婦女在餐后進(jìn)行40分鐘下坡行走后，成骨反應(yīng)（CICP與CTX比值）增加，即餐后進(jìn)行40分鐘下坡行走可以促進(jìn)糖尿病絕經(jīng)后婦女的骨形成，但餐前做同樣的運(yùn)動進(jìn)行刺激后，成骨反應(yīng)未發(fā)生變化；該研究還發(fā)現(xiàn)在餐后不久進(jìn)行運(yùn)動后，胰島素抵抗顯著降低，可能是由于運(yùn)動后肌肉（包括骨骼）對葡萄糖的吸收增加。此外，還有研究發(fā)現(xiàn)20例絕經(jīng)后T2DM婦女進(jìn)行32周運(yùn)動后（健步走、抗阻和水上運(yùn)交替進(jìn)行動），三角區(qū)骨密度和去脂體質(zhì)量顯著提高。相關(guān)動物實(shí)驗(yàn)表明，T2DM小鼠在進(jìn)行下坡跑運(yùn)動后，小鼠骨微結(jié)構(gòu)得到改善，骨量顯著得到提高，并通過上調(diào)G蛋白偶聯(lián)受體48等信號通路促進(jìn)成骨細(xì)胞分化提高骨形成代謝和抑制核因子-kB受體活化因子等信號通路來抑制骨吸收代謝，且效果優(yōu)于游泳運(yùn)動。綜上，有氧結(jié)合抗阻運(yùn)動能顯著改善2型糖尿病患者骨代謝，且比單一的有氧運(yùn)動或抗阻運(yùn)動效果更佳。

2.3 振動運(yùn)動對T2DM患者骨代謝的干預(yù)效應(yīng)

全身振動運(yùn)動是目前較為新興的運(yùn)動訓(xùn)練，主要是利用振動裝置產(chǎn)生的頻率和幅度對機(jī)體進(jìn)行一定運(yùn)動負(fù)荷的刺激，來促進(jìn)機(jī)體組織達(dá)到相應(yīng)的訓(xùn)練效果。對于體質(zhì)較差以及具有嚴(yán)重下肢并發(fā)癥的（如糖尿病足）患者，常規(guī)的體育運(yùn)動可能并不適合，而全身振動訓(xùn)練則是較好的替代方式。研究證實(shí)，振動運(yùn)動能有效改善無糖尿病人群的腰椎和股骨頸BMD。另外，全身振動運(yùn)動可以激活T2DM小鼠腓腸肌細(xì)胞重塑，起到保護(hù)肌肉改善骨骼肌萎縮的作用。此外，大量研究認(rèn)為，低氧暴露是人或動物BMD下降、骨質(zhì)疏松發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)增加的危險(xiǎn)因素。低氧環(huán)境下會降低人或動物BMD、增加骨吸收代謝和誘導(dǎo)骨小梁結(jié)構(gòu)惡化，導(dǎo)致骨質(zhì)疏松風(fēng)險(xiǎn)和骨折風(fēng)險(xiǎn)增加。因此，高海拔地區(qū)T2DM患者長期處于低氧暴露環(huán)境下，會加劇骨質(zhì)流失、BMD下降，增加骨質(zhì)疏松風(fēng)險(xiǎn)，而全身振動訓(xùn)練能夠緩解T2DM大鼠因低氧暴露因素引起的BMD下降、骨吸收增加現(xiàn)象。綜上，雖然有研究表明全身振動訓(xùn)練能改善T2DM患者骨代謝，但相關(guān)研究主要以病理性動物模型為主，缺乏人體研究案例。

3 結(jié)論

2型糖尿病患者血清內(nèi)骨代謝生化指標(biāo)中骨特異性堿性磷酸酶、骨鈣素和I型膠原交聯(lián)C-末端肽有升高趨勢，即骨處于高轉(zhuǎn)換狀態(tài)，降鈣素顯著低于正常人，且2型糖尿病合并骨質(zhì)疏松患者中骨特異性堿性磷酸酶、骨鈣素和I型膠原交聯(lián)C-末端肽顯著升高。骨特異性堿性磷酸酶、骨鈣素和I型膠原交聯(lián)C-末端肽三種骨代謝生化指標(biāo)為2型糖尿病合并骨質(zhì)疏松獨(dú)立危險(xiǎn)因素，是診斷早期2型糖尿病合并骨質(zhì)疏松患者的金指標(biāo)。長期有氧運(yùn)動能改善T2DM患者骨代謝水平，提高骨密度，減少骨質(zhì)疏松以及跌倒發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)，但運(yùn)動周期需在6個(gè)月以上?？棺柽\(yùn)動也能有效改善2型糖尿病患者骨代謝狀況，但有氧結(jié)合抗阻運(yùn)動要優(yōu)于單一形式的運(yùn)動，且運(yùn)動干預(yù)效應(yīng)維持更久。此外，對活動受限的2型糖尿病患者，振動運(yùn)動是一種較好的替代選擇，振動訓(xùn)練能改善其腰椎和股骨頸骨密度，降低骨質(zhì)疏松發(fā)生率，但相關(guān)研究較少，且以動物實(shí)驗(yàn)為主，人體研究案例較少。在未來研究中，應(yīng)更多關(guān)注有氧結(jié)合抗阻以及全身振動訓(xùn)練的干預(yù)效果。

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Research Progress on the Characteristics of Bone Metabolism in Type 2 Diabetes Patients and the Effect of Exercise Intervention

RAN Yincai, etal.

(Hubei Minzu University, Enshi 445000, Hubei, China)

基金項(xiàng)目：2022年湖北民族大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目（項(xiàng)目編號：S202210517063）；2021國家民委教學(xué)研究項(xiàng)目（項(xiàng)目編號：21064）；2021教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目（項(xiàng)目編號：202102380008）；2020年湖北省教育廳科學(xué)研究計(jì)劃項(xiàng)目（項(xiàng)目編號：B2020087）。

冉印才（2001—），本科，研究方向：運(yùn)動健康促進(jìn)。

肖哲（1988—），碩士，講師，研究方向：運(yùn)動健康促進(jìn)。