全身振动与骨质疏松症

丁 华，付彦铭，程 杨，李 长

(沈阳体育学院运动人体科学学院，辽宁沈阳 110102)

随着人类寿命的延长和生活方式的改变(由动转静)，老年人健康又出现了新的问题，骨质疏松症(OP)及其引起的骨折在当前老年人常见疾病中位于第6位，已成为中老年骨痛、骨折及致残的主要原因之一，严重影响患者的生存质量。截至2011年末，中国大陆有1.23亿65岁及以上老人，约占总人口的9.1%，规模超过欧洲老年人口总和。预计到2051年中国老龄化人口将达到4.37亿。人口基数的增加、老龄化速度的加快和生活方式的改变决定了骨质疏松症将成为困扰我国中、老年人健康的严重问题。

骨质疏松症是多因素疾病，它与激素调控、营养状态和物理因素等有关。如长期在失重环境下生活的宇航员、绝经后女性、以及患有身体缺陷性疾病者如肌营养不良、神经损伤性疾病如脊髓损伤者，均为好发骨质疏松症的高危人群。治疗的方法主要有药物疗法、营养疗法和运动疗法。其中的药物和营养疗法存在较大弊端和局限性，运动疗法是唯一的非药物疗法，具有有疗效可靠、副作用小、持续时间长等优点。但对于一些运动不方便的特定人群或在特定时期无法进行体力活动的人群，无法通过自主的肌肉运动改善骨质疏松。近几年学者们将目光投向物理因子疗法。全身振动(whole－body vibration，WBV)是振动疗法中的一种，是指借助于振动仪器，使振动刺激通过下肢或躯干作用于全身，使机体整体振动，起到类似于身体运动的作用，以达到防治疾病目的的方法。但全身振动实验也存在一定的局限性。不同的实验设计、不同实验方法、不同的振动参数导致全身振动实验效果也不相同。为此本文对全身振动法对骨矿物质流失及骨质疏松症影响的前沿研究进行综述。旨在为防治骨矿物质流失及骨质疏松症临床应用提供科学依据。

1 全身振动对骨质影响的研究进展

1.1 全身振动动物实验研究进展

动物实验采用加速度的强度小于正常行走的加速度(0.3g)，振动频率为25－45Hz的全身振动刺激能有效促进肌骨骼系统的合成代谢。另有研究表明:绵羊的胫骨在每天20分钟的低强度(0.3g)、高频率(20－50Hz)刺激下，一年之后其骨松质含量增加了10.6%。其中，雌性绵羊胫骨的总体骨质含量和和骨松质含量在每天20分钟的低强度(0.3g)、高频率(30Hz)刺激下，一年分别增长了6.5%和34.2%。而卵巢切除的老鼠在全身振动刺激下，其骨密度与对照组相比也有增加。

另有研究显示:低强度较高频率的全身振动刺激下，可以改善骨小梁的强度、韧性和数量。这些改变可能归功于骨的生成的增加。如:在强度分别为0.3g和0.6g，高频率(45Hz)的全身振动刺激下，骨小梁生成速度分别增加了88%和66%。另外，在较低强度(0.25g)高频率(90Hz)，每天10分钟，共28天全身振动刺激下，实验组成年雌性大鼠表现出骨生成速率增加了97%。还有研究表明低强度、高频率全身振动使骨生成速度增加。在停止或减少运动后，骨生成速度会下降92%。全身振动可以阻止典型的费用型骨质疏松病人的骨流失，使其骨生成速度正常化。有两项研究利用去卵巢老鼠模型，在全身振动参数为(2g，50Hz)每天30分钟，12周可以减少骨流失，全身振动(3g，45Hz)每天30分钟，90天可以抑制骨重吸收，促进骨生成。综上所述，全身振动可以改善实验动物骨质含量和骨的密度，同时也可改造骨结构。

1.2 全身振动人体实验研究进展

宇航员与因活动受限长期卧床或常年坐车的人群相比，宇航员出现骨流失和肌肉萎缩的情况更明显，且骨流失速度是地球环境的生活的正常人10倍。在对长期(5个月)太空环境下生活的宇航员进行每天短时间、高强度的全身振动刺激后，其骨密度保持不变;而另外一位没有接受全身振动刺激的宇航员骨密度降低了7%。

全身振动刺激对老年人以及绝经后妇女骨骼健康的帮助尚无定论。一些研究表明，全身振动实验能有效减缓绝经后妇女髋骨的骨量流失。还有一项纵向研究显示:为期6个月、强度2.28–5.09 g、频率35–40 Hz的全身振动，绝经后妇女髋骨的骨密度不但没有下降，反而增加了0.93%。也有研究采用交替振动(12.6Hz，以3.3g为中间值交替振荡，和0.7g竖直振动)，与普通步行训练组相比，8个月后交替振动组，股骨颈部的骨质有4.3%的增加。但也有研究表明，经过12个月，小于0.3g，30Hz的刺激之后，实验组骨质与对照组相比没有明显变化，提示全身振动实验的结果可能受骨连接和体重等因素影响。

而对骨密度较低、有体格缺陷的青年和少年儿童的全身振动实验证明，全身振动对骨松质和骨密质合成代谢有帮助。在针对15到20岁骨密度较低或者有骨折史的年轻女性的全身振动实验(0.3g，30Hz，10min/d，12 个月)，结果显示，受试者腰椎骨小梁密度增加2.1%，股骨干骨密质密度增加3.4%。在有体格缺陷(糖尿病或特发性骨质疏松)的儿童采取每周3天，共8周的全身振动实验，(0.3g，30Hz)，其骨松质增加6.2%，骨密质密度增加2.1倍。另外一项研究表明，在脑瘫儿童和肌肉营养不良儿童中，进行全身振动实验(0.3g，90Hz，10min/d，每周5 天，共 6 个月)使胫骨骨松质增加了6.3%，而未进行全身振动的对照组儿童胫骨骨松质下降了11.9%，净增量为17.7%。全身振动实验对儿童或青年的骨密度提升效果还需要进行大规模临床实验验证。

2 全身振动影响骨质的机制

全身振动可激活单突触及多突触神经通路，使之产生肌肉强直性振动反射，类似于肌牵张反射。在全身振动治疗期间，这种肌强直性振动反射持续进行，以至于肌肉不断地进行收缩和放松，直到刺激停止。这种强直性振动反射引起的肌收缩，对骨组织会产生相应的压力，从而引起相骨组织产生相应的适应性改变。

全身振动也可通过内分泌系统间接影响骨的重建。已证实，全身振动可以显著改变血清睾酮和生长激素水平。健康男性及女性的血睾酮水平与桡骨远端、腰椎、髋部的骨密度密切相关。生长激素水平过高或不足，均会引起骨骼的异常生长。随着年龄的增长，生长激素水平下降;但是运动训练可以使生长激素水平上升。一项研究显示，一次高强度的全身振动(26Hz，17g)可使睾酮水平增高7%，生长激素水平增高361%。另一项研究将实验对象分成三组，蹲起组、蹲起加全身振动组和全身振动组(站立但不蹲起)，结果显示:(1)蹲起组和蹲起加全身振动组的血睾酮增高;(2)三组生长激素水平均增高，蹲起加全身振动组显著增高。因此肌肉运动结合全身振动与单纯的肌肉运动相比，更能促进生长激素水平增高。但是，迄今为止还没有研究显示全身振动诱导这种生长激素和睾酮的改变是否是持续的，是否可以作为骨健康指标的改变。

3 影响全身振动效果的因素

综上所述，全身振动实验的局限性是存在的。不同的实验设计、不同实验方法、不同的实验参数的选择都会导致全身振动实验结果不同。影响振动效果的主要因素有振动方向、频率、强度和持续时间。

3.1 振动的方向

目前市面销售的全身振动平台所提供的振动刺激有两种:(1)垂直位移，(2)变向位移。垂直振动板在每一个点上都维持着相同的振动。变向振动模拟人类步态，两边交替振动运动。关于对比不同振动方向对骨特性的影响的研究较少，有研究将实验对象分成两组，即垂直振动组和变向振动组，通过3次/周，共12周的全身振动训练，对骨进行生物标记，结果显示，两组没有显著性差异;但溶胶原蛋白1型N肽均有所增加，变向振动组增加20.2%，垂直振动组增加15.2%。

3.2 振动频率

一个全身振动平台可提供几种不同的振动频率和强度的选项。共振频率是指系统中每一物体所维持的固有振动，当这一系统达到其共振频率时，物体将以其最大振幅和频率振动。人体内脏器官所能承受的振动频率范围为5到20Hz，但机体有其保护性机制，即通过骨组织、软骨、关节液、软组织以及肌活动可减小振动频率。若振动频率达到或接近5－20Hz，不利于组织代谢。如果频率超过70Hz会造成肌肉损伤。因此，推荐全身振动训练使用的安全频率范围为:20Hz≤安全范围≤70Hz。也有研究显示，全身振动训练，使用25－45Hz，可以提高肌力，增大肌肉体积。

3.3 振动强度

振动刺激的强度是指其幅度和加速度的大小，但是加速度常单独用来指代强度。振幅是指在每一个振动方向上的振动幅度是多少(用毫米表示)，加速度是指在每一振动方向上的振动速度是多少(用重力单位表示)。一些动物实验显示，全身振动训练在振动强度为小于1g的情况下对骨特性具有正效应。相反，强度小于1g的全身振动训练对老年的骨特性没有良性改变，但是在使用1到5g的较高强度时，可产生良性改变。

3.4 振动持续时间

全身振动的持续时间是指受试者在一个治疗时期接受全身振动的时间长短。根据不同的治疗目的，选择不同的全身振动持续时间，从2到20分钟不等。短振动周期与静止期的循环可刺激骨生成;间歇振动较持续振动，更有益于肌与骨骼的适应性改变。

4 小结

综上所述，全身振动具有很强的成骨效应，在改善骨质、防治骨质疏松症方面，具有重要的临床应用价值。但在现有的研究中，尚有诸多问题需要进一步的探讨。如:① 全身振动对骨质的作用研究较多，而对其负面影响或不良反应的研究甚少，究竟是不会产生副作用还是副作用的影响被淡化，还不明确，有待进一步研究。② 全身振动能增加生长激素、睾酮水平，但这种改变能持续多久，还不能确定。③ 振动效果可能受年龄、体重、运动习惯等因素的影响。如何依据不同的人群，制定不同的振动强度、频率、方向以及时间等参数，还有待进一步研究。总之，全身振动是一种简便、有效的物理性防治骨质疏松的方法。开发出有效、安全的振动模式与方法，对于防治不同人群的骨质疏松的发生均有重要意义。