强度不同的间歇跑台训练对生长期大鼠骨代谢及相关激素的影响＊

2012-11-02谢顺成马学军郭成吉刘洪珍

中国应用生理学杂志 2012年3期

关键词：骨量间歇骨密度

谢顺成,马学军,郭成吉,刘洪珍

(曲阜师范大学体育科学学院,山东曲阜273165)

强度不同的间歇跑台训练对生长期大鼠骨代谢及相关激素的影响＊

谢顺成,马学军+△,郭成吉,刘洪珍

(曲阜师范大学体育科学学院,山东曲阜273165)

目的:探讨强度不同的间歇跑台训练对生长期大鼠骨代谢的影响,以期为青少年训练强度的制定提供理论支持。方法:选取4周龄雄性wistar大鼠70只,根据体重随机搭配分成7组(n=10):即对照组和运动组。运动组按照大鼠摄氧量分为:65%组,70%组,75%组,80%组,85%组和90%组。跑台训练9周,每周训练6 d,每组训练分3次,每次不低于10 min,中间间隔30 min。最后一次运动后24 h,取股骨和血进行骨密度(BMD)、骨量(BMC)和血清中的碱性磷酸酶(AKP),抗酒石酸酸性磷酸酶(Str-ACP)的测定。结果:①70%组股骨的BMD(0.1393±0.0031)、BMC(0.4525±0.0335)显著高于对照组(BMD:0.1200±0.0095,BMC:0.3238±0.0485)和其他各运动组(65%组BMD:0.1339±0.0062、BMC:0.4058±0.0492,75%组BMD:0.1296±0.0015、BMC:0.3869±0.0254,80%组BMD:0.1223±0.0082、BMC:0.3454±0.0483,85%组BMD:0.1250±0.0044、BMC:0.3731±0.0381,90%组BMD:0.1171±0.0047、BMC:0.3051±0.0286)(P＜0.05),90%组的BMD、BMC低于对照组但未达到显著水平,其他各运动组均高于对照组;②各运动组血清AKP均显著高于对照组,其中65%组(41.015±2.114)、70%组(46.035±2.611)、75%组(43.834±3.155)、80%组(38.043±4.073)血清AKP非常显著高于对照组(26.875±1.188)(P＜0.01),70%组和75%组血清AKP显著高于80%组、85%组、90%组(P＜0.05),同时70%组血清AKP显著高于65%组(P＜0.05),这说明70%VO2max的训练强度成骨细胞最活跃。各运动组血清StrACP均显著高于对照组,随着训练强度的增加,血清StrACP水平呈上升趋势,80%组(22.430±1.591)、85%组(23.990±1.870)、90%组(28.009±1.839)血清StrACP显著高于65%组(18.503±2.429)、70%组(16.447±2.120)和75%组(17.769±1.642)(P＜0.05),90%组血清StrACP均显著高于80%组和85%组(P＜0.05)。结论:70%VO2max的中等强度间歇跑台训练使生长期大鼠骨量、骨密度增加最明显。

间歇跑台训练;骨量;骨密度

青少年的骨密度在整个青春期呈上升趋势[1],青春期前期进行运动干预是提高骨密度的最佳时期[2,3],对骨密度的有利作用更明显,青春期进行负重(跳跃)运动可以提高峰值骨量[4],青春期是峰值骨量形成的敏感时期,在这生长发育的高峰期参加运动可以促进骨的构建。结合目前动物和人体实验的研究结果,强度不同的间歇跑台训练骨代谢有显著影响[5],本次试验我选择生长期大鼠为研究对象,通过对生长期大鼠股骨的骨含量和骨密度以及血液中骨代谢相关指标的测定,探讨不同负荷的间歇跑台训练对生长期大鼠骨代谢的影响,以期为广大青少年运动锻炼和专业青少年运动员的科学训练提供理论支持。

1 材料与方法

1.1 实验动物及分组

选用4周龄雄性wistar大鼠70只,平均体重为(67.99g±5.83)g,由山东鲁抗医药股份有限公司提供,采用分笼饲养(一开始10只一笼,喂养2周后5只一笼),室温维持在23℃～28℃,湿度为50%～65%,国家标准啮齿类动物饲料喂养,自由饮食,自然光照。根据体重随机搭配分成7组(n=10),参照1979年Bedford等人总结出的SD大鼠摄氧量与动物跑台速度和坡度的量值关系[6]:即对照组和运动组:65%组,70%组,75%组,80%组,85%组和90%组。

1.2 实验方法

大鼠购进后,首先在实验室适应性喂养1周。在适应性喂养期间,各组大鼠每天进行一次8 m/min×10 min适应性跑台练习。正式训练从第二周开始:对照组在笼中静养;运动组采取的跑台方案如下,每次运动时间12 min(保证运动对生长激素的促分泌作用),时间间歇为30 min(有利于骨组织对机械应力作用的感知)[7],每周训练6 d,运动速度逐周增加,一共训练8周(表1)。

Tab.1 Different strength intermittent treadmill training plan of growth period rats(m/min)

1.3 样本采集

各组大鼠在最后一次训练24 h后宰杀,宰杀前称量体重并记录。毁坏脊髓,摘眼球取血,放入离心管中,低温离心机3 000 r/min离心15 min,取上清存于-84℃超低温冰箱内,以备碱性磷酸酶(alkline phosphatase,AKP)、抗酒石酸盐酸性磷酸酶(tartrate resistant acid phosphatase,Str-ACP)。取大鼠股骨,剥离股骨上附着的肌肉和结缔组织,用生理盐水浸透的纱布包裹,存于-84℃超低温冰箱内,待骨含量(bone mineral content,BMC)和骨密度(bone mineral density,BMD)指标的测试。

1.4 指标测定

1.4.1 各指标的测定 BMD、BMC测定采用美国Norland XR-46双能X线骨密度测量仪(北京体育大学)。AKP、StrACP采用比色法,仪器为722S分光光度计,试剂盒均购于南京建成生物工程研究所。

1.4.2 实验药品 AKP试剂盒、StrACP试剂盒。以及生理盐水、去离子水等。

1.4.3 实验仪器 RS-100动物跑台、MDF-U2086S型超低温冰箱、722S分光光度计、G L-20-Ⅱ型高速冷冻离心机、HS-4型精密恒温水浴槽、超声清洗器、干燥箱、百得自动移液器、动物手术器械等。

1.5 统计方法

采用SPSS 17.0统计软件对实验数据进行统计学理,测定结果以均数±标准差(±s)表示,数据经K-S检验呈正态分布,不同组之间进行单因素方差(one-way ANOVA)分析,并用two related samples of nonparametric test进行组间比较。

2 结果

2.1 体重

实验前各组大鼠之间体重差异无统计学意义。实验后70%组大鼠体重显著低于安静对照组(P＜0.05),75%～90%组非常显著低于安静对照组(P＜0.01),90%组显著低于65%组和70%组(P＜0.05,表2)。

Tab.2 Body weight changes of the rats before and after the experiment(g,±s,n=8～10)

＊P＜0.05,＊＊P＜0.01vscontrol group;#P＜0.05vs65%group;△P＜0.05vs70%group

Group(VO2max) n Before the experiment After the experiment Control 10 66.80±3.68 501.60±26.65 65% 8 66.80±5.43 457.75±30.17 70% 9 67.90±6.19 447.33±34.15＊75% 8 68.70±7.97 425.00±33.35＊＊80% 9 66.60±8.64 416.89±37.42＊＊85% 8 69.30±4.42 422.50±34.02＊＊90% 8 69.80±3.19 394.50±27.29＊＊#△

2.2 骨量

70%和75%组股骨BMD显著高于对照组(P＜0.05);65%组、75%组、85%组股骨BMC显著高于对照组(P＜0.05),70%组非常显著高于对照组(P＜0.01)。70%组股骨BMD显著高于65%组(P＜0.05),85%组、90%组显著低于65%组(P＜0.05);90%组股骨BMC显著低于65%组(P＜0.05)。75%组、80%组、85%组、90%组股骨 BMD、BMC 均显著低于70%组(P＜0.05)。85%组、90%组股骨BMD和90%组BMC均显著低于75%组(P＜0.05)。90%组股骨BMD、BMC均显著低于85%组(P＜0.05,表 3)。

Tab.3 Changes of BMD and BMC comparison after the experiment among groups(±s,n=8～10)

BMD:Bone mineral density;BMC:Bone mineral content＊P＜0.05,＊＊P＜0.01vscontrol group;#P＜0.05vs65%group;△P＜0.05vs70%group;▲P＜0.05vs75%group;○P＜0.05vs85%group

Group(VO2max) n BMD(g/cm2) BMC(g)Control 10 0.1200±0.0095 0.3238±0.0485 65% 8 0.1339±0.0062 0.4058±0.0492＊70% 9 0.1393±0.0031＊# 0.4525±0.0335＊＊75% 8 0.1296±0.0015＊△ 0.3869±0.0254＊△80% 9 0.1223±0.0082△ 0.3454±0.0483△85% 8 0.1250±0.0044#△▲0.3731±0.0381＊△90% 8 0.1171±0.0047#△▲○0.3051±0.0286#△▲○

2.3 运动对骨形成和骨吸收生化标志物的影响

9周跑台训练后,各运动组血清AKP、StrACP均显著高于对照组(P＜0.05),其中65%组、70%组、75%组、80%组血清AKP和80%血清StrACP非常显著高于对照组(P＜0.01)。70%组血清AKP显著高于65%组(P＜0.05),85%组、90%组血清AKP显著低于 65%组(P＜0.05);80%组、85%组、90%组血清StrACP显著高于65%组(P＜0.05)。80%组、85%组、90%组血清AKP显著低于70%组和75%组(P＜0.05);血清StrACP均显著高于70%组和75%组(P＜0.05)。90%组血清StrACP显著高于80%组和85%组(P＜0.05,表4)。

Tab.4 AKP and Str-ACP comparison after the experiment among groups(±s,n=8～10)

AKP:Alkline phosphatase;StrACP:Tartrate resistant acid phosphatase＊P＜0.05,＊＊P＜0.01vscontrol group;#P＜0.05vs65%group;△P＜0.05vs70%group;▲P＜0.05vs75%group;○P＜0.05vs80%group;●P＜0.05vs85%group

Group(VO2max) n AKP(K/100ml) StrACP(U/L)Control 10 26.875±1.188 12.837±1.377 65% 8 41.015±2.114＊＊ 18.503±2.429＊70% 9 46.035±2.611＊＊# 16.447±2.120＊75% 8 43.834±3.155＊＊ 17.769±1.642＊80% 9 38.043±4.073＊＊△▲ 22.430±1.591＊＊#△▲85% 8 35.392±2.716＊#△▲23.990±1.870＊#△▲90% 8 34.597±2.323＊#△▲28.009±1.839＊#△▲○●

3 讨论

3.1 强度不同的间歇跑台训练对生长期大鼠骨量和骨密度的影响

运动强度不同对骨密度的影响有很大差异[8],本实验的研究结果是70%组股骨BMD、BMC显著高于对照组和其他各运动组。适度的运动能增加骨量[9],大强度运动反而导致BMD降低[10],90%组的BMD、BMC低于对照组,其他各运动组均高于对照组,其中 70%和75%组显著高于对照组。70%VO2max的中等强度跑台训练使BMD、BMC增加最明显,与其余各组比较有显著性差异;运动强度超过90%VO2max时,骨密度和骨量反而减小。表明运动强度对BMD、BMC刺激有一阈值,这一阈值强度约为70%VO2max的运动,在该阈值下运动,随运动强度的渐增,BMD、BMC增高;超过该阈值,刺激强度增大,BMD、BMC有减少趋势。值得注意的是85%组没有随BMD、BMC下降曲线一直减少,反而出现一个反弹,出现这种现象的原因可能是大鼠机体对运动强度的适应,防止BMD、BMC减少的过快。

3.2 强度不同的间歇跑台训练对生长期大鼠骨代谢生化标志物的影响

血浆AKP、StrACP能够反映成骨细胞、破骨细胞的活动以及骨基质和骨矿物质的变化[11]。成骨活跃时,成骨细胞分泌大量碱性磷酸酶,一部分参与骨的钙化,一部分释放到血液中,使血液中AKP活性升高,因此血浆中AKP活性可反映成骨细胞活跃状况。本实验的研究结果是各运动组血清AKP均显著高于对照组,其中65%组、70%组、75%组、80%组血清AKP非常显著高于对照组。表明运动训练组大鼠成骨细胞活跃,骨形成作用明显好于对照组。70%组和75%组血清AKP显著高于80%组、85%组、90%组,同时70%组血清AKP显著高于65%组,这说明70%VO2max的训练强度成骨细胞最活跃。

血浆中的StrACP主要来源于破骨细胞,其水平反映破骨细胞活性和骨吸收的高低。本研究中各运动组血清StrACP均显著高于对照组,生长期运动大鼠新陈代谢旺盛,破骨细胞活跃[12],血清StrACP活性升高。随着训练强度的增加,血清StrACP水平呈上升趋势,80%组、85%组、90%组血清StrACP显著高于65%组、70%组和75%组,90%组血清 StrACP均显著高于80%组和85%组。说明训练强度大于80%VO2max时,破骨细胞活性增加迅速,从而影响骨量的积累和峰值骨量的形成。

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Different strength intermittent treadmill training of growth period rats and related bone metabolism of the hormone influence＊

XIE Shun-cheng,MA Xue-jun+△,GUO Cheng-ji,LIU Hong-zhen
(Qufu Normal University Sports Science College,Qufu 273165,China)

Objective:To explore the influence of different strength intermittent treadmill training of growth period rats on the bone metabolism,so as to provide the training intensityof teenagers to set theory support.Methods:Select 70 male four weeks Wistar rats according to body weight randomly divided into seven groups(n=10):the control group and the exercise group.According to the VO2max the exercise group was divided into 6 groups:65%、70%、75%、80%、85%and 90%group.Nine weeks treadmill training,training six days a week,each group of training three times,each time not less than 10min,the interval was 30 min.The last movement after 24 h,took the femur and blood to measured the bone mineral density(BMD),bone mass(BMC)and alkaline phosphatase(AKP),resist tartaric acid acidic phosphatase(Str-ACP).Results:①The femoral BMD(0.1393±0.0031)、BMC(0.4525±0.0335)of 70%group were significantly higher than those in the control group(BMD:0.1200±0.0095,BMC:0.3238±0.0485)and the other sports group(65%BMD:0.1339±0.0062、BMC:0.4058±0.0492,75%BMD:0.1296±0.0015、BMC:0.3869±0.0254,80%BMD:0.1223±0.0082、BMC:0.3454±0.0483,85%BMD:0.1250±0.0044、BMC:0.3731±0.0381,90%BMD:0.1171±0.0047、BMC:0.3051±0.0286)(P＜0.05),the femoral BMD,BMC of 90%group were lower than those of the control group,the other in the exercise group were higher than those in the control group;②Serum AKP in the exercise group were significantly higher than those in the control group,the group of 65%(41.015±2.114),70%(46.035±2.611),75%(43.834±3.155),and 80%(38.043±4.073)were very significantly higher than those in the control group(26.875±1.188)(P＜0.01);70%group and 75%group were significantly higher than those in the 80%group,85%group and 90%group,while 70%group serumAKP level were significantly higher than those in 65%group(P＜0.05),it showed that 70%of the VO2max training intensity of osteoblasts was most active.The serum Str-ACP of exercise group were significantly higher than those in the control group,along with the increase of the training intensity,serum Str-ACP level was rising and the group of 80%(22.430±1.591),85%(23.990±1.870),and 90%(28.009±1.839)serum of Str-ACP were significantly higher than those in the group of 65%(18.503±2.429),70%(16.447±2.120)and 75%(17.769±1.642)(P＜0.05),the group of 90%serum Str-ACP were significantly higher than those in the group of 80%and 85%(P＜0.05).Conclusion:The training of 70%of the VO2max,moderate intensity intermittent running,make the growth period rat bone mass and bone mineral density to increase obviously.

intermittent treadmill training; bone mass; bone mineral density

G80-3

1000-6834(2012)03-271-04

山东省科技攻关计划项目(032050117)

2011-12-05

2012-03-02

△【通讯作者】Tel:0537-4458368;E-mail:xigua8368@163.com;

+:并列第一作者