全身震动对大鼠体脂和骨健康的影响*

樊贤进，张焕发

(1.巢湖学院体育学院，安徽 合肥 238000； 2.巢湖市第三中学，安徽 合肥 238000)



全身震动对大鼠体脂和骨健康的影响*

樊贤进1，张焕发2

(1.巢湖学院体育学院，安徽 合肥 238000； 2.巢湖市第三中学，安徽 合肥 238000)

取30只7月龄雌性344 Fischer大鼠，按照体重随机分为3组：基本组、震动组和对照组，每组10只大鼠.将震动组大鼠置于震动平台上，每天震动30min，频率为30～50Hz(振幅值6mm)，每周5天，共12周.震动分为6个5min间隔进行，间隔时间1min.对三组大鼠脂肪、骨骼、瘦素和肌肉重量进行统计学分析对比.结果表明全身震动降低体脂和血清瘦素，不影响总体矿物质量、密度和瘦体重；但腰椎矿物质量和密度增加，说明震动可增加局部骨量和骨密度.另外，全身震动不影响食物消耗.

大鼠；全身震动；体脂；瘦素；瘦体重；骨骼

前言

近23.7%的中国人超重或肥胖[1].肥胖是众多常见病如心脏病、糖尿病和癌症的一个重要共患病因素[2].虽然一直强调体重控制，但是中国肥胖患病率持续增加，因为治疗超重和肥胖的传统方法是降低体重，但收效甚微.

众所周知，体力活动是预防肥胖的一个重要方法.体力活动增加能量消耗，促进能量平衡，可以增加瘦体重和骨量，同时降低脂肪.体力活动有利于降低或改善慢性病状况.尽管体力活动的好处得到广泛认可，然而70%的中国成人缺乏体力活动.

近来，提出全身震动训练作为可能的方法或者作为运动辅助.已报道全身震动训练增加能量代谢，其增加的摄氧量与中等强度的行走相当[3].此外，站在频率为26 Hz、振幅为6mm的震动平台上，心率增加.自感用力度和血乳酸浓度接近完成中等强度运动[3].这些数据表明全身震动训练增加能量消耗可以有效影响体成份.Rubin等[4]报道低强度震动降低大鼠脂肪细胞和体细胞分化，表明机械震动可能预防脂肪蓄积的可能机制.

虽然肥胖与消极健康有关，但是降低体重也不是没有风险[5].降低体重与骨量和肌肉丢失有关，有可能增加少肌症和骨质疏松的危险[6].因此，体重降低可能加速绝经期相关的骨量和肌肉丢失.

有人提出全身震动训练作为改善骨量[7]和肌肉力量[8]的一种方法.然而，还未见针对震动对体成份的长期效应相关研究.因此，研究的目的是测定全身震动训练是否能够促进体重降低，同时维持或改善大鼠骨量和肌肉力量.

1 研究对象与方法

1.1 受试者

研究使用7月龄雌性344Fisher大鼠.分笼饲养.12h光照(8～20点)，室温保持在21～23 °C.每天对大鼠进行检查，确保健康.为了检验大鼠是否能够适应震动，注意大鼠的日常清洁行为变化、食物和水的消耗、活动水平、眼和鼻周围分泌物.饮食方面：大鼠自由饮水和喂食标准饲料(含质量分数1.46%钙、0.99%磷和每克含维生素D34.96IU).3～4周、7～8周和11～12周测定食物摄取量).

1.2 实验设计

依据体重将大鼠随机分为3组：基本组、震动组和对照组，每组10只大鼠.在实验开始时，处死基本组大鼠，分析体成份、骨量和肌肉功能.震动组大鼠在13cm×28cm×15cm的空间里放置震动平台，震动组大鼠每天进行30min全身震动，每周5天，共12周.

震动有6个5min间隔进行，间隔时间1min，振幅为6mm.每分钟的震动包括频率为30Hz的35s震动；40Hz的20s震动和50Hz的5s震动.重复循环.5min震动后，大鼠有1min休息，因为最近研究表明，高频震动结合休息期可能增加骨生成[9].对照组大鼠一直置于笼中，与震动平台相隔约4m.

1.3 测量

1.3.1 全身扫描

用小动物双能X线吸收法测量全身骨矿物质量、全身骨矿物质密度、瘦体重和脂肪含量、体脂质量比，以及股骨和腰椎(L1-L4)骨矿物质量和矿物质密度.在扫面过程中，用含体积分数为2%～3%异氟醚的氧(1.5 L min-1)麻醉大鼠.

1.3.2 微计算机断层扫描

切除肌肉后，放血处死大鼠.切除右侧胫骨、股骨和腰椎(L1-L4)，储存于4°C 体积分数为70%乙醇溶液中.

三维断层扫描评价腰椎骨松质结构.用Scanco μ CT40扫描仪，三维像素为20μm×20μm×20μm扫描腰椎.分析腰椎包括颅骨和尾部生长板之间的次级海绵骨区整个区域.直接骨松质测量包括：a)骨松质与组织质量比；b)骨小梁厚度(个体骨小梁平均厚度，μm)；c)骨小梁数量(样本点骨小梁数量， mm-1)；d)骨小梁分离度(骨小梁间的距离，μm).

1.3.3血清瘦素和IGF-I

用瘦素ELISA试剂盒测量血清瘦素.用大鼠IGF-I放射免疫分析试剂盒测量血清胰岛素样生长因子-I(IGF-I).

1.4 统计分析

用单因素方差分析，评价干预对(基本组、对照组和震动组)体重、瘦体重和脂肪重量、体脂质量比、全身骨矿物质量、全身骨矿物质密度、瘦素和血清IGF-I水平的影响.如果单因素方差分析差异显著，用Bonferroni事后检验评价三组间的差异.用t检验评价干预(对照组、震动组)对食物消耗、腰椎骨矿物质量和矿物质密度、腰椎骨松质结构和血清瘦素水平的影响.设P<0.05具有显著统计学意义.

2 实验结果

大鼠很快适应了震动，对震动有较好的耐受性，震动并未引起大鼠不适症状.此外，对照组和震动组食物和水的消耗没有差异.三组大鼠食物消耗、体重、瘦体重和血清IGF-I水平情况，见表1.

表1 三组大鼠食物消耗、体重、瘦体重和血清IGF-I水平

2.1 血清IGF-I

震动组与对照组相比，血清IGF-I水平没有差异.然而，震动组与对照组血清IGF-I低于基本组(P=0.01)(见表1).

2.2 体成份

根据表1数据分析可知，对照组和震动组大鼠体重显著高于基本组，P=0.03；对照组体重大于震动组体重，P=0.03；对照组和震动组大鼠瘦体重大于基本组，P=0.01，但对照组和震动组大鼠瘦体重没有显著差异，P>0.05.震动组大鼠体脂较低，体脂质量比低于对照组和基本组，见表2.

表2 全身震动对大鼠体脂的影响

注：*表示震动组与基本组和对照组相比，P<0.05.

2.3 骨量和结构

双能X线吸收法检测结果可知，震动组和对照组全身骨矿物质量和全身骨矿物质密度显著高于基本组(P=0.01).但是，对照组和震动组间的全身骨矿物质量和全身骨矿物质密度没有差异.局部高分辨率双能X线吸收扫面腰椎(L1-L4)显示，震动组的腰椎骨矿物质量和腰椎骨矿物质密度高于对照组(腰椎骨矿物质量P=0.001，腰椎骨矿物质密度P=0.005).见表3.

表3 三组大鼠全身和腰椎(L1-L4)骨矿物质量和骨矿物质密度

微型计算机断层扫描第1腰椎骨松质可知，震动组和对照组骨松质与组织质量比、骨小梁数量、骨小梁厚度和骨小梁分离度没有差异，见表4.

表4 对照组、震动组大鼠第1腰椎骨松质量和结构

2.4 瘦素

研究结果显示，对照组血清瘦素质量浓度为2.24ng/mL，震动组血清瘦素质量浓度为0.09ng/mL，震动组血清瘦素水平显著低于对照组(P<0.01).研究未对基本组血清瘦素水平进行评价.

3 讨论与分析

整个研究过程中，震动组大鼠保持健康，很好地耐受震动，没有明显的震动痛苦.12周全身震动后，震动组体成份与对照组有显著差异.与非震动组相比，震动组体重降低，体脂降低，体脂质量比降低较多.另外，震动大鼠血清瘦素水平低于对照组.

血清瘦素水平与体脂和体重指数(BMI)强烈相关[10].瘦素作用于外周组织，通过刺激产生肿瘤坏死因子-α、白介素-6和白介素-12而增加炎症应答.因而，瘦素水平的增加被认为是增加心血管疾病、前列腺癌和乳腺癌的独立危险因素[11].因此，血清瘦素水平的大量降低表明，全身震动可能对疾病危险因素有利，作用大于体重降低.

流行病学、横断面和前瞻性相关研究表明,体力活动在保持体重降低中起基础作用，前瞻性实验的事后分析显示体力活动与体重维持有明显的剂量依赖关系[4].震动组降低脂肪蓄积的应答机制还不清楚.提出全身震动通过重复肌肉收缩而增加能量消耗[4].研究报道全身震动通过增加氧摄取而上调能量代谢，相当于中等强度的行走[3]，相应地增加心率应答、自感用力度和血乳酸水平[3].

先前对于全身震动的研究显示，用频率范围为20～90Hz的全身震动影响骨量和肌肉力量[12].最近，Rubin等[4]研究显示成长中的大鼠进行15周高频、低幅机械震动，90Hz、峰值0.2mm加速降低脂肪细胞数量.与研究结果相似，Rubin等报道两组大鼠间的食物摄取没有差异.这表明，震动不影响食欲，尽管降低了瘦素水平，增加能力消耗可能减少脂肪细胞的蓄积.此外，他们的结论指出震动组大鼠躯干脂肪低于对照组大鼠约28%.另外，与2型糖尿病相关的脂肪化合物水平，如甘油三酯和自由脂肪酸，震动组大鼠肝脏中分别降低约43%和39%.研究延伸了他们的研究，结果表明震动降低了正常饮食的成熟大鼠脂肪蓄积.

老年人体重增加与增加全身骨矿物质密度和降低髋骨折的发病率有关[13].但体重与这个结果相反.因为体重降低是骨质疏松的一个危险因素.体重的骨保护效应机制还不清楚.数据表明可能是增加骨骼肌负荷和血浆骨活化激素(如雌二醇)导致的，因为体重和雌二醇水平被认为是决定人类全身骨矿物质密度的主要因素.

有研究报道全身震动增加残疾儿童[14]、低骨量年轻女性[15]和绝经妇女[16]的骨量.因此，全身震动可能增加骨量，其机制类似于通过增加骨骼负荷而增加体重获得骨量增加.研究中没有发现全身骨量的增加.但是，腰椎全身骨矿物质量和全身骨矿物质密度增加表明震动可能导致局部骨量和密度的增加.重要的是，研究结果表明震动预防体重增加对肌肉或骨量没有负面影响.

震动降低脂肪体积但没有影响瘦体重.即使全身震动训练组体重降低，含有较少的脂肪体积和体脂百分比降低，但对照组和全身震动组瘦体重和骨量没有受到影响.一些研究表明由于能量限制，体重降低30%以上可能归因于瘦体重的降低[17].因此，减肥计划加上全身震动可能通过增加脂肪消耗和保持瘦体重而积极影响体成份.需要进一步研究证实这种可能性.

以前的研究报道全身震动训练急性增加血浆生长激素和血清IGF-I浓度.研究中，全身震动训练没有影响IGF-I水平.然而，全身震动组和对照组的IGF-I水平与基本值相比有所降低.这与之前的研究结果一致，健康人群血清IGF-I水平随年龄的增加以可预测性方式降低.在青春期突增期达到峰值后，最初的三十年里，平均循环IGF-I水平降低2倍，随着年龄增加稳定下降.研究中的震动组与对照组比基本组大12周，认为年龄较大的大鼠的IGF-I水平降低与自然老化有关.

4 结论

总之，研究显示全身震动降低成熟大鼠年龄相关的脂肪体积增加.这种效应的发生没有伴随瘦体重、骨量、肌肉质量和功能的改变以及饮食也没有变化.这些结果表明，全身震动训练抑制成年大鼠脂肪蓄积.需要进一步研究测定全身震动是否能够预防人类脂肪的蓄积.如果成功，这项研究的意义在于全身震动预防儿童肥胖和其他与体重增加相关的代谢紊乱.

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Effects of Whole Body Vibration on Body Fat and Bone Health in Rats

FAN Xian-jin1， ZHANG Huan-fa2,

(1. College of Physical Education, Chaohu University, Hefei Anhui 238000, China;2. No. 3 Middle School of Chaohu, Hefei Anhui 238000, China)

30 female seven-month-aged 344 Fischer rats are randomly divided into three groups according to their weight: basic group, vibration group and contrast group, 10 rats in each. The vibration group of rats are placed on the vibration platform, with vibration 30min every day, the frequency of 30～50Hz (amplitude value of 6mm), 5 days a week, 12 weeks. Vibration is divided into 6 5min interval, with interval time of 1min. Then the fat, bone, leptin and muscle weight of the three groups are compared and analyzed. The results show that the whole body vibration decreases body fat and serum leptin and doesn’t affect the total mineral mass, density and lean body mass, but the increased bone mineral mass and density indicates that the vibration can increase the local bone mass and bone mineral density. In addition, the whole body vibration does not affect food consumption.

rats; body vibration; body fat; leptin; lean body weight; bone

1673-2103(2016)05-0095-05

2016-07-10

安徽省高等学校人文社会科学重点研究项目(SK2016A062)

樊贤进(1975-)，男，安徽合肥人，副教授，硕士，研究方向：人体科学与运动训练.

G 804.49

A