延缓绝经后骨量丢失运动干预方案的综合评价*

邓士琳

武汉理工大学体育部,武汉 430070

健康女性骨密度下降速度每年为0.38%,在绝经后5～10年内,年均骨量丢失率约为2%～4%,其中骨松质为5%～8%,骨皮质为1%～3%,使得绝经后妇女发生骨质疏松的危险性高于其他人群。因为骨量的丢失没有任何症状,骨质疏松症被认为是“静悄悄的疾病”。目前骨质疏松症在中国的形势非常严峻,预防才是降低治疗性经济负担的关键所在。既往的研究发现定期体力活动,包括有氧运动,负重运动,抗阻力量练习对增加绝经后妇女脊椎骨密度和肌肉量有效[1-2]。本研究重点对运动干预后骨密度变化率进行多元回归分析,旨在对骨量丢失率的影响因素进行探讨,从而为更好地制订“延缓绝经后骨量丢失运动干预方案”提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究对象和实验分组

研究对象为41～60岁,自然绝经2～10年的健康妇女,遵循个人意愿进行分组,其中,运动组45人,对照组36人。运动组和对照组均要求保持既往生活习惯,不使用可影响骨代谢的药物如维生素D、雌激素、肝素、皮质类固醇激素、钙制剂、二磷酸盐等。运动组要求遵循运动方案进行锻炼,具体运动方案见已有报道[3],并填写运动日志,课题组每周收集日志1次。对照组未参加任何方式的有规律的体育锻炼。观察期为12个月。

1.2 观察指标与测量方法

在0、12个月时测量骨密度(bone mineral density,BMD)。骨密度的测量采用美国Hologic公司生产的QDR-2000+型双能X线骨密度仪(dual energy X-ray absorption,DXEA)。测量部位是腰椎L1～4、腰椎平均骨密度(L)、股骨上端[股骨颈(FN),Ward's三角区(Wd),大转子(Tr)]。由于个体在干预前后的骨密度测量值是不一样的,采用骨密度值改变的绝对值不能揭示干预的效果,因此,本研究采用骨密度改变相对值,即骨密度改变百分率来进行比较,计算公式:骨密度改变百分率 =(干预结束时BMD-基线BMD)/基线 BMD×100%。

在0、12个月时按标准方法分别测量身高、体重,计算体重指数(BMI)。BMI=体重(kg)/身高(m)2。分别在0、3、6个月时评定肌肉力量和心肺功能。心肺功能测定方法是台阶实验。肌肉力量的测量方法:以深蹲、卧推、正握腕屈伸3个动作完成的最大重量作为评价肌肉力量的指标。同时,根据训练日志,对依从性、退出率、受伤率进行评价。

1.3 质量控制

严格遵循研究对象的纳入和剔除标准,重点是提高运动组受试者的依从性,方法是设计专门的运动日志,由受试者记录每天的运动情况,每周由专门人员收集1次,同时每3个月进行骨质疏松症健康教育等。

1.4 统计学方法

本研究数据经EpiData录入建库,采用SPSS 13.0软件进行统计分析和处理。实验结果以±s表示。计量资料的组间比较采用t检验,运动干预前后心肺功能、肌肉力量的比较采用重复测量方差分析,骨密度改变率的组间比较采用秩和检验,采用多元线性回归模型对骨密度改变率进行多因素分析。以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 研究对象的基本情况

最终运动组45人中有36人完成运动干预实验,运动组和对照组年龄差异无统计学意义[(54.1±3.7)vs(50.8±4.7)岁,P=0.262],运动组和对照组月经初潮年龄、绝经年龄、绝经年限、体重指数差异无统计学无意义(P=0.166,0.691,0.121,0.985)。初次生育年龄、生育次数、哺乳、生育期使用避孕药的差异无统计学意义(P=0.670,0.941,1.000,0.057)。

2.2 运动对心肺机能和肌肉力量的影响

结果显示,运动组0、3、6个月台阶实验评分分别为(56.17±1.31),(58.36±0.89),(60.61±0.97),其差异有统计学意义(P＜0.05)。而对照组3次评分无明显差异(P＞0.05),分别是(58.11±1.20),(56.69±1.09),(56.69±1.09)。

运动组0、3、6个月卧推的最大重量值之间两两比较,差异均有统计学意义(均P＜0.05),同样,运动组0、3、6个月深蹲和腕屈伸的最大重量值之间两两比较差异也均有统计学意义(均P＜0.05),而对照组0、3、6个月3次结果间均无明显差异(均P＞0.05)。运动组和对照组比较,0个月时卧推、深蹲和腕屈伸的最大重量值之间无明显差异(P＜0.05),而3、6个月最大重量值则存在组间差异(均P＜0.05)。见表1。

表1 运动组和对照组肌肉最大力量的比较(n=36,±s,kg)Table 1 M uscle strength at baseline and follow-up in exercise group and control group(n=36,±s,kg)

表1 运动组和对照组肌肉最大力量的比较(n=36,±s,kg)Table 1 M uscle strength at baseline and follow-up in exercise group and control group(n=36,±s,kg)

*P＜0.05 vs control g roup

Time(Months)Chest press Squat Waist-Curl Exercise group Control group Exercise group Control group Exercise group Control group 0 27.86±7.32 25.56±5.25 36.61±8.97 32.97±5.28 7.06±1.60 7.06±1.71 3 47.64±8.20* 25.86±5.61 99.81±13.65* 32.92±5.18 12.00±2.72* 6.67±1.49 6 51.19±9.31* 25.89±6.11 118.97±17.46* 32.86±4.91 17.28±17.13* 6.81±1.62

2.3 干预1年后骨密度改变率的比较

1年后,运动组和对照组腰椎和髋骨骨密度变化率均为负值,即呈下降趋势。经Wilcoxon秩和检验,结果显示,第 1腰椎(L1)、第2腰椎(L2)和第 3腰椎(L3)骨密度变化率在运动组和对照组之间的差异无统计学意义。运动组第4腰椎(L4)、腰椎平均值(L)骨密度变化率以及股骨颈(FN)、Ward's三角区(Wd)、大转子(Tr)骨密度变化率均明显低于对照组。见表2。

表2 运动组和对照组干预1年后骨密度变化百分率比较(n=36,±s,%)Table 2 Percent changes in BM D after intervention for 1 year in exercise g roup and control group(n=36,±s,%)

表2 运动组和对照组干预1年后骨密度变化百分率比较(n=36,±s,%)Table 2 Percent changes in BM D after intervention for 1 year in exercise g roup and control group(n=36,±s,%)

Sites Ex ercise group Control group P values L1 -7.59±5.81 -7.26±7.18 0.506 L2 -5.06±4.35 -6.56±3.44 0.066 L3 -3.82±7.73 -4.66±3.41 0.290 L4 -3.11±9.02 -9.63±11.24 0.016 L -1.63±4.46 -6.55±4.90 ＜0.001 FN -8.45±7.18 -14.05±5.72 ＜0.001 Wd -14.18±10.26 -26.81±20.94 0.011 Tr -5.01±3.79 -12.72±20.94 ＜0.001

2.4 腰椎和髋骨骨密度变化率的多元回归分析

由于骨密度变化率均为负数,首先取第4腰椎、平均腰椎、股骨颈、Ward's三角区、大转子骨密度变化率的绝对值进行以10为底的对数转换,然后对转换数据进行多元线性回归分析。分别以第4腰椎L4、股骨颈、Ward's三角区和大转子处骨密度改变率的对数为因变量,以可能对骨密度改变率产生影响的因素为自变量。进入分析的因素有:年龄、身高、体重、体重指数、月经初潮年龄、绝经年龄、绝经年限、生育次数、初次生育年龄、坚持锻炼年限、基线最大力量(卧推、深蹲和腕屈伸)、基线台阶实验评分、最大力量改变值、基线骨密度值、随访骨密度值、骨密度改变差值共41个变量。采用逐步回归法,入选变量的显著性水准为0.10,剔除变量的显著性水准为0.15。

2.4.1 第4腰椎骨密度变化率多元线性回归分析结果显示,对第4腰椎骨密度变化率进行多元线性回归分析中,依据各变量对第4腰椎骨密度变化率的影响强度从大到小依次为:ΔBMDL4、目前锻炼年限、青少年时期爱好体育锻炼的年限、随访时股骨颈BMD。所建立的多元线性逐步回归方程为:腰椎L4骨密度变化率=-2.933-3.941 ΔBMDL4+0.027目前锻炼年限-0.014青少年时期爱好体育年限+1.722随访时BMDFN。方程确定系数R2=0.801,调整确定系数R2=0.721,对方程检验,F=10.044,P=0.002,有统计学意义。

2.4.2 股骨颈骨密度变化率多元线性回归分析依据各变量对股骨颈密度变化率的影响强度,主要影响因素从大到小依次为:第1次随访上肢最大力量、随访BMDTr、基线腰背最大力量、基线上肢最大力量、随访 BMDL平均、基线 BMDTr、ΔBMDL平均、初产年龄、Δ BMDWd、ΔBMDFN。所建立的多元线性逐步回归方程为:股骨颈骨密度变化率=-0.622-5.696Δ BMDFN-0.004前臂最大力量 +1.533 Δ BMDL平均 -0.216 初产年龄 +0.620Δ BMDWd-0.523基线 BMDTr-0.241随访 BMDL平均+0.003第1次随访上肢最大力量+0.001第2次随访上肢最大力量+0.002第1次随访腰背最大力量+0.083随访 BMDTr。方程确定系数 R2=0.999,调整确定系数 R2=0.999,对方程检验,F=37 917.344,P＜0.01,有统计学意义。

2.4.3 Ward's三角区骨密度变化率多元线性回归分析 对Ward's三角区骨密度变化率进行回归分析时,只有 2个变量(ΔBMDWd、Δ BMDTr)进入多元回归模型,R2=0.882,调整R2=0.863。对方程检验,F=48.378,P＜0.01,有统计学意义。回归方程为:Ward's三角区骨密度变化率=-1.280-2.960Δ BMDWd+2.161Δ BMDTr。

2.4.4 大转子骨密度变化率多元线性回归分析依据各变量对大转子骨密度变化率的影响强度,主要影响因素从大到小依次为:随访时BMDL4、基线上肢力量、母乳人次、基线腰背力量、Δ BMDTr。所建立的多元线性逐步回归方程为:大转子骨密度变化率=-1.565-3.887ΔBMDTr+0.021基线腰背力量-0.135母乳人次-0.314随访时BMDL4-0.037基线上肢力量。方程确定系数R2=0.983,调整确定系数R2=0.972,对方程检验,F=87.215,P＜0.01,有统计学意义。

3 讨论

3.1 负重运动可以延缓绝经后骨量丢失率

临床和基础研究证实体育运动具有防治骨质疏松症的作用,但由于运动类型多种多样,且运动的持续时间、强度、参与者顺应性和中途退出率及测量技术的千差万别,所得结论也有所不同[4-8]。本研究发现,虽然运动干预可以延缓绝经后骨量丢失,但并不能使减少的骨量恢复到既往的水平。可能是老年人骨的生物力学内环境及组成结构发生了许多退化性改变,如力学信号受体丰富的骨细胞出现凋亡,数量减少和其网络通路缺损等,提示老年人成骨能力低下,不足以平衡破骨造成的骨量下降[9]。

本研究发现,运动干预1年后,只有第4腰椎骨密度变化率下降较明显,第1～3腰椎骨密度变化率和对照组差异无统计学意义。造成的原因可能是椎体BMD在脊椎各节段水平与椎体内部松质骨间存在差异[10],椎体的骨矿含量和BMD与其抗压强度之间存在很强的相关性,研究表明1个运动节段中,邻近椎间盘区域性骨质的BMD和骨矿含量与该节段的极限负荷呈正相关[11]。胸腰椎的应力分布规律由上至下呈上升的趋势,即上面椎体应力小,下面椎体应力大,越到腰椎下部应力越大。运动时第4腰椎承受的应力最大,对椎体骨密度的影响也最大所致。结合本研究中运动组股骨上端(股骨颈、Ward's三角区、大转子)骨密度变化率明显低于对照组,提示骨密度变化率与负重有关。

Kemmler等[12]指出,绝经后妇女仅靠日常体力活动,或目的不明确的运动对骨骼的作用是非常低的,应采用目的明确的运动计划。目前关于运动对骨密度影响的机制认识还很欠缺,但是可以肯定的是适当的运动对于骨密度的提高和维持是有重要意义的,尤其是冲击性运动和抗阻运动。有证据表明高冲击运动如踏步和跳跃可能对髋部有较好作用,2项比较低冲击(步行和功率跑台)和高冲击(跳跃)对跖骨的影响,跳跃增加应变峰值仅30%(相对于步行)和 11%(相对于跑步),但产生的应变率高达740%和256%,3周的跳200次/d,骨形成率明显增加,而功率跑台骨形成无增加[13]。对绝经后妇女,这类练习可减慢因活动量减少导致的骨丢失,对神经肌肉的功能,协调性和平衡性有利,可以减少跌倒的危险,但对已患有骨质疏松症的患者,过度负重锻炼或活动过度可能导致骨折。Newstead等[14]认为多方向的跳跃运动对绝经后妇女骨量的作用仍有争议,且高冲击练习坚持率低,受伤率高导致其可行性受影响。

此外,负荷频率和应变率是骨适应性反应的主要决定因子。骨细胞对于一般刺激的反应很小,因此只有当骨在不同于平常的应力下才会发生适应性反应。所以在选择促进骨健康的运动项目时,必须考虑到体力活动的频率、持续时间、应变率、应力大小以及运动方式的创新,以优化骨适应性反应。由于运动疗法的特性,不可能用一种方法涵盖所有的锻炼目标,因此需强调全面锻炼的原则。

3.2 肌肉力量训练是运动干预方案的重要环节

运动通过肌肉活动产生对骨的应力,刺激骨形成,很多研究观察到,肌肉量与骨量呈正相关关系,肌肉力量的改变会引起骨强度发生相应的变化。随着年龄增长,骨量的丢失与肌力的降低相平行,肌力训练能促进骨的形成,增加骨的强度,可以对抗由于年龄增长导致的骨丢失。有研究者对56位老龄妇女测定肌力与股骨颈以及腰椎骨密度、体重、体脂成分,结果发现股四头肌肌力与股骨颈BMD具有强相关(30%),但在腰椎并未证实这一点。许多研究还表明,不同部位的骨骼,与其密度关连的肌肉也不同,即肌力对于骨骼的作用可能具有位点特异性。本研究结果显示,运动干预对肌肉力量有大幅度改善,这非常重要,不仅因其有助于老年阶段生活自理,而且肌肉力量低下是骨折发生的强危险因素。

本研究发现,第4腰椎(L4)、大转子骨密度改变率与反映腰背部肌肉力量的深蹲重量增加有关,提示针对肌肉附着部位的力量练习对延缓骨量丢失有较好的效果。同时,研究也发现,股骨颈骨密度变化率与手腕部力量增加有关,腰椎骨密度改变率与反映胸部、上肢力量的卧推最大重量增加有关,提示力量练习对肌肉附着处以外的其它部位的骨密度改变也有促进作用。这和Judge等[15]的研究结果一致,他们认为中等强度的上肢和下肢力量练习对增加股骨颈BMD的效果是一致的。虽然不同性别和种族间肌肉组织与骨密度的关联程度存在差异,但总的来说,对于任何性别和种族的老年人,维持和增加肌肉组织都是防止骨密度丢失的适当途径。以上研究均提示,力量练习是绝经后妇女防治骨质疏松症不可或缺的重要一环。

3.3 研究的不足与后续方向

尽管本研究提示运动干预对减缓绝经后骨量丢失有较好效果,但由于研究对象为小样本,观察例数少,观察时间短,因此评价其效果尚需积累资料进一步观察。影响绝经后骨量丢失的因素是多方面的,除了运动,还包括内分泌因素、营养状态、遗传因素和物理因素等。本文只观察了运动因素的影响,因此,还需要做大量的工作,把存在的问题一一解决,为制订防治骨质疏松症的干预方案提供更确切的依据。

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