不同频率WBV刺激对体育专业女大学生骨矿密度及骨代谢影响的实验研究①

潘玮敏 于珊珊 杨建昌

（1.西安体育学院健康科学系; 2.西安体育学院研究生部 陕西西安 710068）

竞技运动员，尤其是女性，退役后骨质疏松的发病率高于正常人群。究其原因主要在于女性运动员青年时期的骨质丢失高于同年龄阶段的普通青年女性，因而训练阶段注重女性运动员骨组织保健，抑制骨质过早丢失显得尤为重要。但运动员职业的特殊性使得采用的措施或手段应满足无创、使用简便、对运动训练效果干扰小等诉求。

全身振动训练法（whole body vibration；WBV）作为一种借助振动刺激训练肌肉力量的新兴方法，已广泛应用于竞技体育、康复治疗等方面[1]。近年来，学者们发现WB V训练还具有促进成骨的作用，但大多研究仅集中在对骨质疏松症的治疗作用[2]，WB V是否可作为青年女性运动员防治骨质丢失的一种康复手段还未有探讨；作为物理振动刺激，应用人群及需求的改变，必然会对其使用的适宜频率提出新的要求。因此，本文通过对体育教育专业女大学生施用不同频率WB V刺激，观察其骨量及骨代谢的变化，试图探索出适宜青年女性运动员防治骨质丢失的新举措。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象及分组

选择陕西省西安体育学院体育教育专业女大学生60名，随机分为三组：对照组（C T）、低频率训练组(L F)和高频率训练组(HF)，每组20名。各组年龄、体质指数（BMI）均无统计学差异，且各组受试对象月经均正常。实验期间均正常参与学校规定的文化和专项训练课程，且实验前均签署知情协议书，自愿参与。

1.2 实验方法

1.2.1 WBV训练安排

采用Power Plate pro5（Best Alliance Trading Co. Ltd）进行WBV训练。实验期间对照组（CT）无附加振动刺激，低频组（L F）及高频组（HF）每周进行间断WB V训练。其中L F组施加30 Hz振动刺激，HF组则施加50 Hz振动刺激，每周3次，每次10分钟，持续12周。实验前后分别对三组受试者进行各项指标测试分析。

1.2.2 测试指标及方法

（1）骨密度测试。骨密度测定采用双能X线（DEXA）骨密度仪（Prodigy型，美国GE公司）。测量指标包括腰椎2-4（L 2-4）、双侧股骨头的骨密度（bone mineral density；BMD）。测试姿势采用平躺仰卧、股骨内旋。

（2）等速肌力测试。腰背肌肉力量采用德国产ISOMED2000等速肌力测试，主要测试腰背肌群等速（90°/s）屈伸的向心收缩肌力，受试者测试时采用坐姿，固定双膝，双脚踩在平台上。主要观察指标：①峰值力矩：是整个关节活动中肌肉收缩产生的最大力矩输出，一般代表肌肉或肌群的最大肌力；②屈/伸肌峰值力矩比：是屈伸肌峰值力矩的比值，是反映躯干平衡状况的理想指标。测试数值剔除了测试部位自身重量对肌力的影响。

表1 腰椎（L 2-4）骨密度测量结果

表2 双侧股骨头骨密度测量结果

（3）血清骨源性碱性磷酸酶（A L P）和抗酒石酸酸性磷酸酶（T R A C P-5 b）活性的测定。取空腹静脉血5 ml，分离血清标本后置于-80℃冰箱保存，应用相应酶联免疫吸附(E L I S A)试剂盒（S i g ma公司）进行检测。

1.3 数据处理

实验结果均采用S P S S 13.0软件处理，实验结果均表示为平均数士标准差，P<0.05为显著性差异标准，P<0.01为非常显著性差异标准。

2 结果

2.1 骨密度测试结果

如表1、2所示，腰椎及左右两侧股骨头B MD值L F及H F组均有升高，其中H F组双侧股骨头B MD值相较C T组明显提高（P<0.05）。同时发现左侧股骨头B MD值的增长幅度均大于右侧，分析由于受试对象均为右侧优势者，因而可能与非优势腿B MD值起点低或是肌肉力量较弱，可塑性强有关。

2.2 肌肉力量测试结果

通过3个月的WB V训练，L F、H F组屈肌及伸肌的最大肌力均高于训练前，其中HF组屈肌及伸肌最大峰值力矩值明显高于训练前（P<0.01），尤其伸肌的最大肌力明显高于训练后的其他两组。尽管CT组最大肌力因参加日常专项训练的缘故也有所增加，但增幅仅为3.08%。而屈/伸肌群峰力矩比值训练后H F组较其他两组更接近于1，提示H F组屈伸肌力之间的平衡较其他两组发展更好。

2.3 血清骨源性碱性磷酸酶（ALP）和抗酒石酸酸性磷酸酶（TRCAP-5b）活性测试结果

训练后，C T、L F及H F三组A L P酶活性分别为8.94±1.83；8.97±1.78；9.08±2.27，与训练前的8.94±2.22；8.92±2.22以及8.93±2.59相比较无显著性差异。而T R C A P-5 b酶活性C T、L F及H F三组训练后分别为3.34±0.82；3.26±1.08；3.00±1.11，与训练前的3.34±0.78；3.36±0.97以及3.35±0.81相比较无显著差异。但H F组WB V训练后T R C A P-5 b酶活性降低的幅度高于L F组，提示骨吸收倾向较L F组明显被抑制。

3 讨论

女性骨质的积累一般发生于儿童期早期和青春期晚期，但研究表明，年轻女性运动员因高强度运动可引发骨质的过度丢失而降低骨密度。有学者研究了200名年轻女运动员，发现与年龄相当的对照组相比，受试者的B MD平均下降15%，36%的受试者至少发生过一次应力骨折[3]。因此有必要探索一种不干扰正常训练，且能够降低女性运动员青年时期骨质丢失的方式、手段，以防止此群体骨质疏松症的发生。本实验采用不同频率WB V刺激对体育院校从事正常运动专项训练的青年在校女大学生进行了前期探索性实验，结果发现WB V刺激相对于未施与WB V的对照组，有提高青年女性B MD的趋势。

WB V训练主要借助振动仪器将振动刺激通过下肢或躯干作用于全身，引发对不同器官的效应。初始其作为一种新兴的肌肉力量训练方法，但近年来，WB V抗骨质疏松方面的潜在优势引发了众多学者的关注。骨骼是一种力学刺激感应性强的器官，可根据所受力学载荷的不同而改变其骨量、结构及力学特征，WB V机械振动作为力学刺激形式之一，必然诱发骨骼对其产生的应力刺激做出相应回应。现有研究中发现频率低于100 H z的振动都可促进成骨，但目前国内外对此范围阶段振动频率的研究因实验方法及实验模型不同，得出的结论有很大区别。O x l u n d等分别采用1.7 H z(0.5 g)、30 H z(1.5 g)、45 H z(3.0 g)三种频率，对去卵巢1年后的大鼠进行振动训练，结果发现，三种频率的刺激都能促进骨形成，但45 H z频率促进骨形成、抑制骨吸收以及保持骨的生物力学性能的作用最显著[4]。而人体研究表示，30 Hz频率的振动能有效的减轻骨丢失，尤其是体重轻的妇女，有效的预防了绝经后骨质疏松。因此，其成骨效应的最佳频率还有待进一步确定，尤其针对青年女性运动员预防骨质疏松，减少骨量丢失的最佳频率还需深入研究。

我们的实验设计中，选取了以往实验中较常采用的30 Hz作为低频训练，高频训练则选取了50 Hz。因为50 Hz以上的振动，大部分振动能量以波的形式通过组织传播，而60 H z以上的振动，会引起眼球共振，人体会出现神经失调，内分泌紊乱等症状。实验结果发现高频训练组的受试对象B MD升高幅度高于对照组和低频组，这一点不同于以往文献中所提及的，低频率WB V训练可有效提高绝经期妇女B MD的结论。我们分析主要是由于受试对象的不同。体育院校女大学生自身B MD都处于较好的状态。根据F r o s t提出的理论，力学载荷作用于骨组织，骨内感应系统把接受到的力学刺激转变为化学信号，由生物力学反馈系统作用于骨组织，通过骨构建和骨重建来调节骨量，使骨量的分布更有效地承受外力作用。因此推测只有较高的振动频率刺激才可使本实验受试对象的骨组织做出回应，发生相应的调节反应，从而引发骨量的再分配。这一点还可以从双侧股骨头的B MD增幅得到辅证，非优势肢体左侧股骨头B MD的增幅均高于右侧。

本实验中低频及高频训练组通过3个月的WB V训练后，腰背部肌群屈伸肌最大力量皆有提高，尤其是伸肌肌群最大肌力明显增高。而有研究表明，腰椎和股骨的B MD与最大肌力有关，且肌肉的收缩力在骨上产生局部应力，可导致骨的生成增加。因而推测高频组腰背部屈伸肌群最大肌力的显著增高，可能与高频组腰椎及双侧股骨头B MD值高于其他两组有关。

骨源性碱性磷酸酶（A L P）由成熟成骨细胞分泌到细胞外后与骨基质结合，是反映骨形成的特异敏感指标。经过12周WB V刺激后，尽管低、高频WB V刺激可使A L P酶活性升高，但施加前后差异并不显著。查丁胜等应用不同频率振动观察成骨细胞增殖及分化，发现15～30 H z、25～45 H z频段的振动应变可促进成骨细胞增殖能力；15～30 H z、25～45 H z频段的振动应变可提高成骨细胞A L P活性，且其升高的程度与力学刺激加载时间成正比[5]。本实验中由于实验两组接受的是间断WB V刺激，且每次持续时间仅10分钟，可能对于骨源性A L P酶活性影响不明显。另一方面分析可能是由于实验对象均为青年，自身成骨细胞功能已处在较好水平，因而可能对于力学刺激的影响反应不敏感所致。

大强度机械力刺激可以导致组织或细胞内骨保护素OP G mR N A 表达下降，而核因子-κB受体活化因子配体R A N K L mR N A表达升高，相应蛋白合成增加。而动物研究也发现过度运动可致循环血中OP G含量下降，s R A N K L的水平升高。由此引发的O P G/s R A N K L比例下降则会导致破骨细胞数量增加、活性增强，从而出现骨量丢失现象。抗酒石酸酸性磷酸酶（T R C A P-5 b）是骨分解代谢过程中由破骨细胞释放的一种同工酶。血浆中的T R C A P-5 b水平可反映破骨细胞活性和骨吸收的状态。骨吸收增加，抗酒石酸酸性磷酸酶明显增高。本实验中高频WB V刺激实验组血清T R C A P-5 b活性实验前后下降幅度在三组中是最大的，结合骨源性A L P酶活性的结果，说明高频WB V刺激主要通过抑制破骨细胞的活性，即抑制骨吸收的方式来间接促进B MD的增高，这一点为高频WB V刺激可作为预防青年女性运动员骨丢失的手段提供了良好的佐证。

经过12周的WB V刺激，高频组青年女大学生的B MD及血清酶学各项检测指标均有明显改善，但未见统计学的显著性，分析可能与实验设计中WB V刺激安排的次数及整体刺激持续时间较短有关。因此，在今后的实验中将通过延长整体振动刺激时间进一步研究；另一方面将通过增加血液学其他相关骨形成及骨吸收的生化指标进一步深入探讨其作用机制。

4 结语

经过12周低、高频率WBV刺激，体育教育专业女大学生腰椎及双侧股骨头BMD均有提高，其中高频WBV刺激对于受试对象BMD的改善更为明显，尤其对于双侧股骨头BMD的提高，同时高频训练对于腰背部肌肉力量增长具有更好的促进，间接为BMD的增加提供帮助，说明高频WBV刺激对于从事运动训练青年女性的骨密度的影响更为积极，有待在今后的实践中验证推广。

[1]Claerbout M, Gebara B, Ilsbroukx S, et al. Effects of 3 weeks' whole body vibration training on muscle strength and functional mobility in hospitalized persons with multiple sclerosis[J]. Mult Scler, 2012,18(4):498～505.

[2]Slatkovska L, Alibhai SM, Beyene J, et al. Effect of 12 months of whole-body vibration therapy on bone density and structure in postmenopausal women: a randomized trial[J].Ann Intern Med,2011,155(10):668～679.

[3]查丁胜,陈建庭,邓轩庚,等. 不同频率振动应变对成骨细胞增殖及分化能力的影响[J].中国骨质疏松杂志,2008,14(5):303～307.