青年和老年男女抗阻训练后的骨密度变化特征

陈金鳌，张 霈，杨 帆，陆阿明

(1.常州大学体育学院，江苏 常州 213164;2.河北工业大学体育部，天津 300130;3.山西省肿瘤医院骨科，山西 太原 030013;4.苏州大学体育学院，江苏 苏州 215021)

骨折是退行性骨质疏松症最常见和最严重的并发症，与人体的骨量水平密切相关。而骨质疏松的发生和发展，主要体现在骨量的变化上［1］。在生长期尽量提高基础骨量可以预防并减少随年龄增长的退行性骨量丢失和绝经后骨量丢失程度，对防治骨质疏松症具有重要意义［2］。通常，与年龄相关的骨量流失常常伴随着去脂体重的丢失、肌力的减弱以及肌肉质量的下降［3］。以上各因素综合起来，将显著增加老年人跌倒及骨折的风险。因此，不仅要最大限度地增加青年男女身体的骨矿含量(BMC)，还要尽量避免或减缓随年龄增长及骨骼衰老所出现的骨密度(BMD)下降和肌肉量丢失。

科学的体育锻炼是影响人体骨量和防治骨质疏松症的重要因素，越来越多的中老年人也开始逐渐认识到可通过健身运动来强壮骨骼［1，3］。侧重对肌肉及骨骼施加较低频次的高应力性规律性运动可能最有益于提高骨量［4］。能够对身体骨骼施以重载荷的抗阻训练不仅可以增加肌肉力量和质量，也能提高BMD［5，6］。然而，以往有关抗阻训练对 BMD 影响的实验研究结果却并不完全一致，相关研究结论还未形成明确共识。在对绝经前女性进行的类似研究中，虽然有报道称抗阻训练能显著增加BMD［7］，但也有学者认为其并不能有效改善BMD［8］，甚至还有抗阻训练促使BMD下降的研究报告［9］;对于绝经后女性，抗阻训练则主要体现出增加［6］或维持 BMD 的作用［10，11］。与之相比，有关抗阻训练对男性BMD影响效应的研究报告却很少。有研究结果显示，中年男性在3个月抗阻训练后，股骨颈的 BMD 有所增加［12，13］;而另有研究表明，老年男性在3个月抗阻训练后，股骨颈的BMD没有明显变化［14］。此外，在探讨采用同一抗阻训练对所有受试者进行干预后的BMD变化这类研究中，还缺乏有关年龄和性别方面的比较。因此，目前尚不清楚抗阻训练在不同年龄和性别人群中对BMD的影响是否有差别。本研究对所有受试者进行了为期5个月的抗阻训练计划，通过对实验前后脊柱和股骨近端BMD的比较和分析，探讨青年和老年男女人群参加抗阻训练后的BMD变化情况。

1 实验对象与方法

1.1 实验对象

随机选取年龄20-30岁之间的青年男女自愿者各35名，以及年龄65-75岁之间的老年男女自愿者各35名，分别组成不同年龄及性别的4个实验组(见表1)，参加为期5个月的下肢专项抗阻训练计划。所有受试者在实验前半年内未进行过系统锻炼，经常规健康体检后也均确认身体健康;且参与本实验的老年女性绝经均在2年以上。

1.2 抗阻训练方案

1.2.1 训练项目

(1)选择带有自助保护装置的史密斯训练器进行腿部抗阻力的90°深蹲，要求躯干垂直于地面，大腿下蹲至与地面平行为止。

(2)选择坐姿45°斜蹬训练器进行腿部抗阻力的蹬伸运动，要求后背紧贴靠垫。

(3)选择坐姿伸腿训练器进行腿部抗阻力的屈伸运动，要求躯干紧贴靠背。

(4)选择卧式屈腿训练器进行腿部抗阻力的屈伸运动，要求双手紧握手柄。

表1 本研究受试者基本情况一览表

1.2.2 训练计划 受试者在实验前已熟悉所有训练步骤，掌握了规范的技术动作。实验阶段，规定每周训练3～4次，每次45～60min，训练强度中等，每项训练负荷控制在65% ～70%1RM，即以12RM的负荷完成4组，每组10～12次，每次向心收缩阶段1～2秒，离心收缩阶段2～3秒，组间休息2～3分钟。要求受试者在每次重复试举过程中全程用力，且于每组结束时接近力竭状态。同时，对训练期间受试者每一阶段的力量增长作及时记录，并适时增加相应负荷至12RM［15］。

1.2.3 肌力测试 依据美国运动医学协会(ACSM)的抗阻负荷强度建议，本实验选择安全系数较高的“坐姿45°斜蹬机”定期对受试者的下肢肌群进行12RM肌力水平测试，并确保动作正确规范［15］。

1.3 BMD的测量

1.3.1 测量仪器 美国Norland公司生产的XR-46型双能X线骨密度仪(DEXA)。

1.3.2 测量部位 由于目前临床上测量BMD最常使用的部位是脊柱和髋部，即人体最易发生骨质疏松及骨折的两个部位［16，17］。因此，本实验参考宫元章次的研究［18］，将BMD测量部位选择为腹背处的腰椎(L2-L4)以及股骨近端的股骨颈、Wards三角区和大转子。

实验前后，分别采用双能X线吸收仪对每位受试者各测量部位进行5次无折返连续扫描(见图1)，精确测量下肢BMC(g)、腰椎以及股骨近端的BMD(g/cm2)。其中，脊柱的测量精度为0.75%-1.5%，股骨颈和大转子的测量精度为1%-2%，Wards三角区的测量精度为2.5%-5%。

图1 腰椎和股骨近端区域扫描示意图

1.3.3 测量方法 为尽量减小测量误差，保证扫描时的良好精确度，扫描腰椎时，要求受试者的髋和膝屈曲在某一支撑物上，以便股骨尽可能地垂直靠近脊柱，使背部在平台上充分伸直，从而减少人体腰椎前凸;扫描髋部时，要求受试者大腿轻微外展和内旋，借助体位固定装置使股骨颈与扫描台平行，以避免因股骨颈缩短而导致的BMD增加(BMC相同但面积缩小)。本实验各测量部位5次重复扫描的变异系数分别为0.3%、0.6%、1.1%、2.8%和1.5%。

1.4 数据统计及处理

应用Microsoft Excel 2003及SPSS 13.0统计软件对所有数据进行整理分析。采用重复测量方差分析(以实验前的骨密度为协变量，年龄与性别为解释变量)考察抗阻训练对受试总人群骨密度的影响;对组间骨密度的差异，采用单因素方差分析，并进行LSD(最小显著差异法)的Post Hoc(事后多重比较)检验，统计检验水准α=0.05。另外，应用Pearson相关分析(双侧检验)的积差相关系数作为判断骨密度与肌肉力量之间关联性的指标。统计数据均以平均值±标准差(±S)表示，显著性水平取P＜0.05，极显著性水平取P＜0.01。

2 研究结果

2.1 肌肉力量

抗阻训练前的12RM腿部肌力测试结果显示，男性明显高于女性(P＜0.01)，青年男性也明显高于老年男性(P＜0.01)，而青年女性与老年女性之间则并无显著性差异(P＞0.05)。

抗阻训练后，4个组受试者的12RM腿部肌力较抗阻训练前均有显著性增长(P＜0.05)，各组力量的增幅之间既无年龄差异(P＞0.05)，也无性别差异(P＞0.05)(见表2)。

表2 腿部12RM肌肉力量抗阻训练前后对照一览表(kg)

2.2 骨密度(BMD)

不同年龄与性别人群实验前后的腰椎及股骨近端各区域BMD值变化情况见表3。可以看出，抗阻训练前，腰椎和股骨近端各区域的BMD在青年组之间均无性别差异(P＞0.05)，而在老年组之间，男性L2-L4椎体和大转子的BMD则明显高于女性(P＜0.01);此外，青年女性组的L2-L4椎体、股骨颈和Wards三角的BMD明显高于老年女性组(P＜0.05)，青年男性组的股骨颈和Wards三角的BMD也明显高于老年男性组(P＜0.01)，如图2所示。

抗阻训练后，受试人群总体的股骨颈、Wards三角和大转子BMD均有显著增加(P＜0.05)，L2-L4椎体则无明显变化(P＞0.05)，如图3所示;各组内的配对样本T检验显示:仅青年男性组股骨颈的BMD在抗阻训练后有显著增加(P＜0.05)，其余则无统计学意义(P＞0.05);而从不同组别之间的单因素方差分析和事后多重比较检验可以看出:受试人群抗阻训练后，股骨颈、Wards三角和大转子的BMD增长均分别在年龄和性别上无显著性差异(P＞0.05);但值得注意的是，股骨颈BMD的增长却有青年较老年受试者偏高的趋势(P＜0.06)。

表3 不同年龄与性别人群各部位BMD值抗阻训练前后对比一览表(g/cm2)

另外，受试人群总体的下肢BMC也从抗阻训练前的1.088±0.006 kg增加到抗阻训练后的1.099±0.007kg，呈现出显著性差异(P＜0.05);各组内的配对样本T检验显示:仅青年男性组的下肢BMC有显著增长(P＜0.05);通过不同组别间的单因素方差分析和事后多重比较检验，并未发现下肢BMC在抗阻训练后的变化有年龄和性别上的差异(P＞0.05)。

2.3 BMD与肌力的相关性

Pearson积差相关系数r=0表明变量之间无线性相关;0＜r≤+1表明变量之间为正相关，-1≤r＜0表明变量之间为负相关。从表4可以看出，抗阻训练前，受试总人群的12RM腿部初始肌力分别与L2-L4椎体、股骨颈、Wards三角和大转子的初始BMD呈中度正相关(P＜0.01);抗阻训练后，受试总人群的12RM腿部肌力增长则仅与股骨颈、Wards三角BMD的增加呈低度正相关(P＜0.05)。

3 分析与讨论

人体约从40岁左右开始，BMD随年龄增长逐渐丢失［1］，同时还可能出现活动量减少、肌肉量丢失和肌力下降等一系列衰老迹象，从而导致跌倒及骨质疏松症的进一步发展。因此，尽可能地提升青年男女的峰值骨量水平，以及增强肌力和增加肌肉量，可能会减少今后发生骨折的危险。Colletti和Karlsson等人通过横向研究调查发现，青年男性运动员抗阻训练后的BMD［19，20］和血清骨钙素(S-BGP)水平［21］均明显高于对照组。Fujimura等人通过纵向研究调查发现，青年男性受试者在4个月抗阻训练后，脊椎或股骨颈的BMD并未发生明显改变［22］。本研究结果显示，经过5个月的抗阻训练，青年和老年男女受试人群总体的股骨近端BMD显著增加，但不同组别之间并无显著性差异，腰椎BMD也无明显变化，即表明年龄和性别因素不影响抗阻训练对机体BMD的作用效应。对于抗阻训练干预后，上述研究结果之间在股骨颈BMD变化情况上所出现的差异，初步考虑可能是由于各自训练计划中的强度、方式和时间因素等不同所致。

表4 受试总人群各部位BMD与腿部肌力之间的相关性一览表(r)

对于中老年男性，只有少数的前瞻性研究进行了相关报道。Menkes和Ryan等人在对中年男性施加4个月抗阻训练干预后，观察到腰椎和股骨颈的BMD分别增长了2%和3%，但Wards三角或大转子的BMD并未改变［12，13］。Yarasheski等人在对老年男性施加 4个月抗阻训练干预后，观察到Wards三角的BMD有所增加，但腰椎和股骨颈的BMD并未改变［14］。McCartney等人的研究发现则与本实验结果更为相符，他们在对受试人群施加10个月抗阻训练干预后，并未观察到60-80岁老年男性的腰椎骨量有任何变化［5］。

对于绝经前女性，本实验结果支持Gleeson等人的研究报道，即抗阻训练后，腰椎BMD保持不变［8］。对于抗阻训练对绝经后老年女性BMD的影响效应，以往也有不少相关研究报道，但结论均不一致［6，10，11，23-26］。也许这是由于在某几项训练计划中，除了抗阻训练以外，同时还包含了有氧训练［24-26］或结合了雌激素治疗［10］的缘故。

虽然本实验中缺少与年龄、性别配对的对照组，但有初步证据显示，BMD和BMC所表现出的增长是具有临床意义的。在“巴尔的摩衰老纵向研究计划”中，25岁左右的青年男性和女性的股骨颈BMD每年分别下降1.5%和0.8%，而腰椎BMD则每年略微增加0.2%-0.4%。若将以上研究发现与本实验中青年受试者参加抗阻训练后股骨颈BMD所出现的2.0%-3.0%增长相对照，则提示抗阻训练也许有促进青年人群骨形成的效应。同样地，67岁左右的老年男性和女性在BLSA这项研究计划中，每年总体丢失的BMD在股骨转子处分别为0.9%和0.7%，在股骨颈处分别为0.53%和0.03%。尽管本研究受试者的样本量和持续时间与BLSA研究计划相比均存在较大差距，但综合迹象表明:抗阻训练或许有助于减缓老年人群的骨量丢失。

人体BMD与相关解剖学结构的强度之间呈正相关［27］。而且，已有研究报道证实，骨量与去脂体重之间［28］以及 BMD 与肌力之间［11］均存在正相关。本研究不仅证实了Ryan等人［11］在绝经后老年女性中的发现，即腿部肌力与腰椎和股骨近端BMD之间存在一定程度的正相关，还将这一结论推广到不同年龄与性别的人群中。

4 结论

青年和老年男女人群在5个月抗阻训练后，整体腰椎(L2-4)骨密度无明显变化，而股骨近端区域骨密度则明显上升，但其中并无年龄及性别差异，仅股骨颈部位的骨密度增长有青年较老年受试者偏高的趋势。

［1］张林，杨锡让，等.运动与人体骨密度变化研究进展［J］.北京体育大学学报，2000，23(1):64-66.

［2］江福云.围绝经期运动人群与非运动人群激素水平与骨密度研究［J］.成都体育学院学报，2012，38(5):87-90.

［3］沈华.不同形式的健身运动和体成分对中老年女性骨密度的影响［J］.成都体育学院学报，2008，34(12):71-74.

［4］RUBIN CT，LANYON LE.Regulation of bone formation by applied dynamic loads［J］.J Bone Joint Surg Am，1984，66(3):397-402.

［5］MCCARTNEY N，HICKSAL，MARTIN J，et al.Long-term resistance training in the elderly:effects on dynamic strength，exercise capacity，muscle，and bone［J］.J Gerontol A Biol Sci Med Sci，1995，50(2):B97-104.

［6］NELSON ME，FIATARONE MA，MORGANTI CM，et al.Effects of high-intensity strength training on multiple risk factors for osteoporotic fractures:a randomized controlled trial［J］.JAMA，1994，272(24):1909-1914.

［7］LOHMAN T，GOING S，PAMENTER R，et al.Effects of resistance training on regional and total bone mineral density in premenopausal women:a randomized prospective study［J］.J Bone Miner Res，1995，10(7):1015-1024.

［8］GLEESON PB，PROTASEJ，LEBLANCAD，et al.Effects of weight lifting on bone mineral density in premenopausal women［J］.J Bone Miner Res，1990，5(2):153-158.

［9］ROCKWELL JC，SORENSEN AM，BAKER S，et al.Weight training decreases vertebral bone density in premenopausal women:a prospective study［J］.J Clin Endocrinol Metab，1990，71(4):988-993.

［10］NOTELOVITZ M，MARTIN D，TESAR R，et al.Estrogen therapy and variable-resistance weight training increases bone mineral in surgically menopausal women ［J］.J Bone Miner Res，1991，6(6):583-590.

［11］RYAN AS，TREUTH MS，HUNTER GR，et al.Resistive training maintains bone mineral density in postmenopausal women［J］.Calcif Tissue Int，1998，62(4):295-299.

［12］MENKES A，MAZEL S，REDMOND RA，et al.Strength training increases regional bone mineral density and bone remodeling in middle-aged and older men ［J］.J Appl Physiol，1993，74(5):2478-2484.

［13］RYAN AS，TREUTH MS，RUBIN MA，et al.Effects of strength training on bone mineral density:hormonal and bone turnover relationships［J］.J Appl Physiol，1994，77(4):1678-1684.

［14］YARASHESKIKE，CAMPBELL JA，KOHRTWM.Effect of resistance exercise and growth hormone on bone density in older men［J］.Clinical Endocrinology，1997，47(2):223-229.

［15］陈金鳌，相建华，等.年龄和性别因素对力量训练后肌肉量变化的影响［J］.体育科学，2011，31(9):57-62.

［16］李旭芬，朱沛，等.骨密度测量部位选择探讨［J］.中国临床康复，2003，7(32):4401.

［17］叶美婷，黄抒佳，等.骨密度测量部位选择分析［J］.中国辐射卫生，2012，21(1):90-91.

［18］宫元章次.成长期规律性运动对大学生骨密度的影响［J］.体力科学，1993，42(1):37-45.

［19］COLLETTI LA，EDWARDS J，GORDON L，et al.The effects of muscle-building exercise on bone mineral density of the radius，spine，and hip in young men ［J］.Calcif Tissue Int，1989，45(1):12-14.

［20］KARLSSON MK，JOHNELL O，OBRANT KJ.Bone mineral density in weight lifters［J］.Calcif Tissue Int，1993，52(3):212-215.

［21］KARLSSON MK，VERGNAUD P，DELMAS PD，et al.Indicators of bone formation in weight lifters［J］.Calcif Tissue Int，1995，56(3):177-180.

［22］FUJIMURA R，ASHIZAWA N，WATANABE M，et al.Effect of resistance training on bone formation and resorption in young male subjects assessed by biomarkers of bone metabolism［J］.J Bone Miner Res，1997，12(4):656-662.

［23］DALSKY GP，STOCKE KS，EHSANI AA，et al.Weightbearing exercise training and lumbar bone mineral content in postmenopausal women［J］.Ann Intern Med，1988，108(6):824-828.

［24］PETERSON SE，PETERSON MD，RAYMOND G，et al.Muscular strength and bone density with weight training in middle-aged women ［J］.Med Sci Sports Exerc，1991，23(4):499-504.

［25］RIKLI RE，MCMANISBG.Effects of exercise on bone mineral content in postmenopausal women ［J］.Res Q Exerc Sport，1990，61(3):243-249.

［26］SVENDSEN OL，HASSAGER C，CHRISTIANSEN C.Effect of an energy-restrictive diet，with or without exercise，on lean tissue mass，resting metabolic rate，cardiovascular risk factors，and bone in overweight postmenopausal women［J］.Am JMed，1993，95(2):131-140.

［27］ZIMMERMANN CL，SMIDT GL，BROOKSJS，et al.Relationship of extremity muscle torque and bone mineral density in postmenopausal women［J］.Physical Therapy，1990，70(5):302-309.

［28］ALOIA JF，VASWANI A，MA R，et al.To what extent is bone mass determined by fat-free or fat mass［J］.Am JClin Nutr，1995，61(5):1110-1114.