李天

馬鞍山學(xué)院大阪醫(yī)工學(xué)院 安徽馬鞍山 243000

1 研究背景

骨骼對(duì)人體起著支撐、保護(hù)和運(yùn)動(dòng)的作用，骨骼由骨膜、骨髓、骨質(zhì)、神經(jīng)和血管等構(gòu)成。骨密度是檢測(cè)骨骼強(qiáng)度的重要指標(biāo)。骨密度過(guò)低會(huì)誘發(fā)骨質(zhì)疏松和骨關(guān)節(jié)疼痛。中小學(xué)學(xué)生的年齡段正處在生長(zhǎng)發(fā)育的加速時(shí)期，中小學(xué)學(xué)生骨骼的特點(diǎn)是骨質(zhì)密度不足，骨骼的韌性大，軟骨組織、骨組織內(nèi)水分和有機(jī)物多，無(wú)機(jī)鹽少，骨骼生長(zhǎng)快。青少年期是人體骨骼發(fā)育的重要時(shí)期，骨密度、骨量、骨長(zhǎng)度、骨寬度和骨硬度以較快的方式增長(zhǎng)。有學(xué)者對(duì)7～18歲年齡階段的青少年進(jìn)行骨密度的測(cè)試，得出青少年發(fā)育階段隨著年齡的增長(zhǎng)骨密度逐漸增加[1]。由于平日缺乏有效的力量訓(xùn)練，導(dǎo)致青少年骨質(zhì)疏松現(xiàn)象越來(lái)越普遍，青少年同老年人一樣會(huì)出現(xiàn)低骨密度的風(fēng)險(xiǎn)[2]。

研究表明運(yùn)動(dòng)是可以促進(jìn)青少年骨骼發(fā)育和骨密度的增長(zhǎng)[3]。為了促進(jìn)青少年健康成長(zhǎng)和增強(qiáng)身體素質(zhì)，中小學(xué)積極推廣學(xué)校體育運(yùn)動(dòng)，體育活動(dòng)逐漸多元化，力量訓(xùn)練在體育訓(xùn)練中引起了極大的關(guān)注，力量訓(xùn)練可以提高身體機(jī)能，使人變得肌肉發(fā)達(dá)，體格強(qiáng)壯，還可以提高運(yùn)動(dòng)能力，對(duì)于提高運(yùn)動(dòng)成績(jī)具有積極的作用?？茖W(xué)合理的力量訓(xùn)練可以改善人體全身骨骼系統(tǒng)的代謝和功能，提高其峰值骨量，預(yù)防骨質(zhì)疏松癥的發(fā)生，增加骨密度。不恰當(dāng)負(fù)荷的力量訓(xùn)練會(huì)直接影響青少年骨骼發(fā)育，導(dǎo)致骨骼變形、骨鈣流失和骨骺過(guò)早閉合等。因此研究符合生長(zhǎng)期骨骼發(fā)育的力量訓(xùn)練負(fù)荷已經(jīng)成為當(dāng)前勢(shì)必解決的重大問(wèn)題。

本次實(shí)驗(yàn)采用動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，以未成年大鼠為研究對(duì)象，創(chuàng)建了不同負(fù)荷力量訓(xùn)練的動(dòng)物模型，觀察8周訓(xùn)練后骨密度的變化，測(cè)量大鼠體長(zhǎng)和體重，以探討不同負(fù)荷力量訓(xùn)練在生長(zhǎng)期骨骼發(fā)育中的作用。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物

購(gòu)買4周齡健康wistar大鼠24只，正常飼養(yǎng)到6周齡。每日更換墊料，飼養(yǎng)室內(nèi)長(zhǎng)期消毒，保持衛(wèi)生。飼養(yǎng)室內(nèi)溫度控制在20～25℃，濕度控制在50%～60%。

2.2 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物分組

將未成年大鼠分為兩大組實(shí)驗(yàn)組(S)和對(duì)照組(C)，其中實(shí)驗(yàn)組分為無(wú)負(fù)重組(S1)，四分之一體重負(fù)荷組(S2)，二分之一體重負(fù)荷組(S3)。

2.3 不同負(fù)荷模型建立

訓(xùn)練負(fù)荷分別設(shè)置為低強(qiáng)度的力量訓(xùn)練(S1)、中等強(qiáng)度的力量訓(xùn)練(S2)和高強(qiáng)度的力量訓(xùn)練(S3)，S1組沒(méi)有外加負(fù)荷，S2組和S3組以沙袋作為外加負(fù)荷，用塑料扎帶將沙袋固定在大鼠后背上，S2組沙袋重量為大鼠體重的四分之一，S3組沙袋重量為大鼠體重的二分之一，根據(jù)大鼠體重的增加每周調(diào)整一次沙袋重量。

2.4 力量訓(xùn)練模型建立

根據(jù)李世昌等研究，本次實(shí)驗(yàn)采用大鼠縱跳方式[4]。首先建立一個(gè)長(zhǎng)寬高分別為1m、0.8m、1.2m的立體有機(jī)玻璃，被4塊1.2m高的有機(jī)玻璃平均分隔為5個(gè)立體空間作為大鼠的跳臺(tái)。跳臺(tái)由泡沫板塊疊加而成，一塊泡沫板塊的長(zhǎng)寬高分別為0.25m、0.8m、0.3m。其次在有機(jī)玻璃低端設(shè)置電板，電壓設(shè)置為30V，頻率為50Hz。一開始大鼠不進(jìn)行跳躍，通過(guò)導(dǎo)電，刺激大鼠往上縱跳，時(shí)間長(zhǎng)了，大鼠產(chǎn)生條件反射，只要落在電板上，不用導(dǎo)電就縱跳?？偣灿?xùn)練8周，每周訓(xùn)練6天。訓(xùn)練強(qiáng)度設(shè)置為3個(gè)訓(xùn)練組，在第1周訓(xùn)練時(shí)放置2塊泡沫板，之后每1周遞增1塊泡沫板。每次跳臺(tái)訓(xùn)練各訓(xùn)練組訓(xùn)練3個(gè)組次，每次跳躍20下，每組次間歇時(shí)間為10分鐘。

2.5 麻醉大鼠

8周訓(xùn)練完成后測(cè)其體重。用10%水合氯醛、0.3mL/100g腹腔注射麻醉。

2.6 測(cè)量體長(zhǎng)和體重

測(cè)量體長(zhǎng)和體重，對(duì)S2組和S3組所有大鼠每周進(jìn)行一次體重測(cè)量，根據(jù)體重調(diào)整沙袋重量。各組大鼠麻醉后從鼻腔頂端到尾巴末端的距離測(cè)量體長(zhǎng)。

2.7 骨密度測(cè)試

骨密度掃描設(shè)備為骨密度測(cè)量?jī)x，對(duì)各組大鼠進(jìn)行全身掃描。

2.8 數(shù)理統(tǒng)計(jì)法

采用spss15.0統(tǒng)計(jì)所得數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)以平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示(x±s)。組間比較用單因素方差分析，P<0.05代表差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，P<0.01代表差異具有顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

3 結(jié)果與分析

3.1 體長(zhǎng)和體重

實(shí)驗(yàn)組各組大鼠經(jīng)過(guò)8周負(fù)重跳臺(tái)訓(xùn)練后，與對(duì)照組一同測(cè)量體長(zhǎng)和體重，體長(zhǎng)：S1>C>S3>S2，體重：C>S1>S2>S3。S2組和S3組體長(zhǎng)顯著低于C組，說(shuō)明中高強(qiáng)度負(fù)荷的力量訓(xùn)練能夠影響未成年大鼠正常骨骼生長(zhǎng)發(fā)育。S1組體長(zhǎng)與C組對(duì)比不具備統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，S2組和S3組體長(zhǎng)低于S1組，說(shuō)明無(wú)負(fù)荷低強(qiáng)度的力量訓(xùn)練不會(huì)影響未成年大鼠骨骼正常生長(zhǎng)發(fā)育，低強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練更有利于未成年大鼠。

S1組體重顯著低于C組，S2組和S3組體重顯著低于C組和S1組，S3組低于S2組。隨著力量訓(xùn)練負(fù)荷的增強(qiáng)，體重降低越顯著，說(shuō)明力量訓(xùn)練會(huì)降低未成年大鼠體重，與負(fù)荷的增加成反比。

3.2 骨密度

根據(jù)下圖可以看出各組大鼠骨密度值S1>S2>C>S3。S1組骨密度值顯著高于S2組、S3組和C組，說(shuō)明低強(qiáng)度力量訓(xùn)練可以有效增加未成年大鼠骨密度。S2組骨密度值高于C組，說(shuō)明中等強(qiáng)度的力量訓(xùn)練可以增加未成年大鼠骨密度，但是效果要低于低強(qiáng)度的力量訓(xùn)練。S2組骨密度值高于S3組(P<0.01)，具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，C組骨密度值高于S3組，但不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，說(shuō)明高強(qiáng)度的力量訓(xùn)練不能夠增加未成年大鼠骨密度。實(shí)驗(yàn)組骨密度值隨著負(fù)重的增加呈遞減模式，如下圖所示。

各組大鼠骨密度圖

4 討論

4.1 不同負(fù)荷的力量訓(xùn)練對(duì)大鼠骨密度的影響

近年來(lái)，不同運(yùn)動(dòng)方式對(duì)骨密度影響的研究頗多，有氧運(yùn)動(dòng)和無(wú)氧運(yùn)動(dòng)都能夠提高大鼠的骨密度，但是無(wú)氧運(yùn)動(dòng)提高骨密度需要的時(shí)間較短，效果更顯著[5]。青少年運(yùn)動(dòng)量過(guò)高和過(guò)低都不利于正常生長(zhǎng)發(fā)育，運(yùn)動(dòng)過(guò)低容易誘發(fā)骨質(zhì)疏松，運(yùn)動(dòng)量過(guò)大易造成運(yùn)動(dòng)損傷。國(guó)內(nèi)外關(guān)于力量訓(xùn)練干預(yù)中小學(xué)生骨密度的研究不多，有人提出給生長(zhǎng)期的青少年進(jìn)行負(fù)重練習(xí)增加骨密度，預(yù)防骨質(zhì)疏松癥，并且證明了這種練習(xí)的合理性[6]。

本次實(shí)驗(yàn)采用動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，中等強(qiáng)度和高強(qiáng)度的力量訓(xùn)練使得未成年大鼠骨密度顯著低于低強(qiáng)度力量訓(xùn)練，進(jìn)行中等強(qiáng)度力量訓(xùn)練的未成年大鼠骨密度高于對(duì)照組和高強(qiáng)度的力量訓(xùn)練，進(jìn)行高強(qiáng)度力量訓(xùn)練的未成年大鼠骨密度與對(duì)照組不具備統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。對(duì)未成年進(jìn)行力量素質(zhì)訓(xùn)練，低強(qiáng)度和中等強(qiáng)度能夠提高骨密度，有研究?jī)和械葟?qiáng)度的負(fù)重訓(xùn)練可以刺激骨礦物質(zhì)積累[7]，與本文研究結(jié)論一致，可以提高未成年大鼠骨密度，但是本文研究低強(qiáng)度的力量訓(xùn)練增加更為顯著。有學(xué)者對(duì)處于青春期的體操運(yùn)動(dòng)員和非運(yùn)動(dòng)員的學(xué)生進(jìn)行骨密度的測(cè)量，體操運(yùn)動(dòng)員的骨密度顯著性低于學(xué)生，可能是由于長(zhǎng)時(shí)間的大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致[8]。本次實(shí)驗(yàn)進(jìn)行大強(qiáng)度力量訓(xùn)練的未成年大鼠骨密度略低于對(duì)照組，但是不具備統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。可能是營(yíng)養(yǎng)攝入導(dǎo)致體操運(yùn)動(dòng)員與學(xué)生相比具有顯著性差異，實(shí)驗(yàn)組大鼠飲食正常，而體操運(yùn)動(dòng)員需要控制飲食。魏亞茹等學(xué)者對(duì)冰上運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練與骨密度進(jìn)行相關(guān)性研究，得出的結(jié)論是雖然冰上項(xiàng)目運(yùn)動(dòng)對(duì)運(yùn)動(dòng)員下肢骨密度有促進(jìn)作用，但長(zhǎng)期高強(qiáng)度的運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練對(duì)冰上項(xiàng)目運(yùn)動(dòng)員跟骨密度產(chǎn)生一定的負(fù)面影響[9]。本次實(shí)驗(yàn)結(jié)果也證明低強(qiáng)度的力量訓(xùn)練對(duì)未成年大鼠骨密度的促進(jìn)最為有效。

4.2 不同負(fù)荷的力量訓(xùn)練對(duì)大鼠骨骼生長(zhǎng)發(fā)育的影響

青少年進(jìn)行力量訓(xùn)練，有效的生物運(yùn)動(dòng)力學(xué)干預(yù)可以促進(jìn)骨骼的生長(zhǎng)發(fā)育，運(yùn)動(dòng)力學(xué)的刺激對(duì)骨細(xì)胞的分化和增殖起到重要作用，維持骨代謝的平衡，但是受到運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度大小的影響[10]。本次實(shí)驗(yàn)中等強(qiáng)度的力量訓(xùn)練和高等強(qiáng)度的力量訓(xùn)練顯著性降低，未成年大鼠隨著負(fù)重的增加，體長(zhǎng)和體重下降明顯。有學(xué)者對(duì)青春期前的女性進(jìn)行9個(gè)月的高強(qiáng)度鍛煉后，發(fā)現(xiàn)身高和體重均增加[11]，本次實(shí)驗(yàn)結(jié)果與其不同，可能存在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的局限性和訓(xùn)練手段不同導(dǎo)致的。

低強(qiáng)度力量訓(xùn)練的未成年大鼠體長(zhǎng)與對(duì)照組相比結(jié)果相似，體重顯著性降低，骨密度在所有組別中最高。說(shuō)明低強(qiáng)度的力量訓(xùn)練可以提高骨密度，促進(jìn)骨骼正常發(fā)育。中等強(qiáng)度力量訓(xùn)練的未成年大鼠雖然骨密度有所增加，但是體長(zhǎng)和體重顯著性降低，影響未成年大鼠骨骼正常發(fā)育。高強(qiáng)度力量訓(xùn)練骨密度未能得到提高，反而體長(zhǎng)和體重在所有組別最低，說(shuō)明高強(qiáng)度的力量訓(xùn)練嚴(yán)重?fù)p害未成年大鼠的正常骨骼生長(zhǎng)發(fā)育。

5 結(jié)論

(1)中等強(qiáng)度和高強(qiáng)度的力量訓(xùn)練降低大鼠的身長(zhǎng)和體重，影響大鼠正常生長(zhǎng)發(fā)育。低強(qiáng)度力量訓(xùn)練不影響大鼠身長(zhǎng)發(fā)育。

(2)低強(qiáng)度力量訓(xùn)練和中等強(qiáng)度的力量訓(xùn)練能夠有效的促進(jìn)大鼠骨密度的增加，骨密度值隨著力量訓(xùn)練負(fù)荷增加而降低。