不同强度有氧加力量混合运动对大鼠骨密度的影响

蓝永生　侯广庆　张镜宇　蒋艳杰　张殿禹　汪　波

(长春师范大学体育学院，吉林　长春　1130032)

1华中科技大学同济医学院附属同济医院骨科

骨密度是临床诊断骨质疏松和反映骨骼健康状况的重要指标，体育运动是提高骨密度的有效方法〔1～3〕，临床上常被用作预防和治疗骨质疏松的替代疗法〔4〕。在我国被广泛推广的运动方式主要包括力量训练、有氧运动和有氧加力量混合运动。力量训练能够促进骨骼重建，显著提高骨密度〔5〕。有氧运动能抑制破骨细胞活性〔6〕，减缓骨矿物质流失。本研究探讨不同强度的有氧加力量混合运动对大鼠骨密度的影响。

1　材料与方法

1.1实验动物与分组18月龄雄性Wistar大鼠32只，饲养于长春师范大学实验中心，自由采食、进水。动物被随机分成4组各8只。其中3组将以负重爬坡跑方式模拟有氧加力量混合运动。根据负重重量将3组分为小强度运动组(SL组)，体重(237±12.25)g；中强度运动组(ML组)，体重为(238±12.46)g；高强度运动组(HL组)，体重(237±12.38)g；余1组为对照组，体重(235±9.29)g。各组间体重差异无统计学意义(P>0.05)。

1.2运动器械与方案动物在实验室适应性饲养1 w。期间SL组，ML组和HL组进行5 d适应性训练，第1～4天训练方案为坡度为0°，速度为15 m/min的跑台运动，时间由20 min逐渐过渡到30 min。正式训练方案参考训练方法〔7〕：SL组进行有氧运动加无负重跑台运动，ML组进行有氧运动加5%体重跑台运动，HL组进行有氧运动+10%体重跑台运动。负重方式以大鼠要背负施加重物方式实现，负重重量根据体重每周调整1次。跑台坡度为5°，跑速为15 m/min，运动时间为30 min。第一天正式训练后即刻眼内眦取血，乳酸仪测血乳酸。运动后即刻大鼠血乳酸含量：对照组为(1.1±0.1)mmol/L，SL组为(3.0±0.2)mmol/L，ML组为(3.4±0.2)mmol/L，HL组为(3.7±0.2)mmol/L。血乳酸浓度均<4.0 mmol/L，说明机体代谢类型以有氧氧化为主〔8〕，满足实验要求。此方案持续8 w，每周运动5 d(周一至周五)。对照组正常饲养，无需运动。

1.3骨密度测量用10%水合氯醛，每100 g大鼠体重腹腔注射0.003 ml麻醉动物后，用美国产Norland XR-800骨密度仪测量全身骨密度。

1.4实时聚合酶链反应(Real-Time PCR)检测取左腿股骨在预冷研钵中加入液氮研磨。用Trizol试剂盒提取总RNA，Nanodrop 2000测OD260 nm/280 nm，计算mRNA浓度和纯度。应用PrimeScript®反转录试剂盒和SYBR® Premix EX TaqTMⅡ试剂盒进行RNA反转录及扩增，以甘油醛-3-磷酸脱氢酶(GAPDH)为内参，检测Wnt家族分泌蛋白(Wnt)3a，β-连环蛋白(β-catenin)，Runt相关转录因子(Runx)2和碱性磷酸酶(ALP)的mRNA水平。PCR反应体系为Wnt3a上游：5′-TATGTCAGCTGCCAGGAGTG-3′、下游：5′- GACCCTTCCGAGTAGGAACC-3′。β-catenin上游：5′-GCCAG-TGGATTCCGTACTGT-3′、下游：5′-GAGCTTGCTTTCCTGATTGC-3′。GAPDH上游：5′-TGCTGAGT-ATGTCGTGGAG-3′、下游：5′-GTCTTCTGAGTGGCAGTGAT-3′。Runx2上游：5′-AAGTGCGGTGCAAACTTTCT-3′、下游：5′-ACGCCATAGTCCCTCCTTTT-3′。ALP上游：5′-GACCTTGAAAAATGCCCTGA-3′、下游：5′-CTTGGAG-AGAGCCACAAAGG-3′。95℃预变性30 s；95℃ 5 s，退火60℃ 30 s，共40个循环。

1.5统计学处理采用SPSS15.0软件进行方差分析。

2　结　果

2.18 w后各组全身骨密度变化8 w后骨密度仪扫描结果显示ML组〔(0.19±0.02)g/cm2〕和HL组骨密度〔(0.20±0.02)g/cm2〕较对照组〔(0.17±0.01)g/cm2〕有显著提高(P=0.032,P=0.07)，但SL组骨密度〔(0.18±0.01)g/cm2〕没有变化。

2.28 w后各组Wnt3a、β-catenin、Runx2、ALP mRNA水平变化3个运动组Wnt3a和β-catenin mRNA水平较对照组均有显著升高(P<0.001)，ML组和HL组Runx2、ALP mRNA水平较对照组有显著提升(P<0.001)。见表1。

表1　8 w后各组Wnt3a、β-catenin、Runx2、ALP mRNA水平变化

与对照组比较：1)P=0.000

3　讨　论

有氧加力量混合运动有两种形式：①两者分别练习。此种形式需分别控制有氧运动和力量训练的强度和持续时间等因素，对运动过程监控要求严格，更适合有运动经验的人进行。②两者同时练习。此种运动形式是在有氧运动同时加入力量训练元素，只需将运动时血乳酸浓度控制在4.0 mmol/L以内即可，运动执行简单，适合在大众人群中普及。本研究说明有氧+力量混合运动可能是通过刺激成骨细胞分化提高骨密度。Wnt/β-catenin信号通路是促进骨髓基质干细胞向成骨细胞方向分化的关键机制。Wnt/β-catenin信号通路是促进骨髓基质干细胞向成骨细胞方向分化的关键机制。Wnt/β-catenin信号通路的主要由Wnt家族分泌蛋白(Wnts)，低密度脂蛋白受体相关蛋白(LRP)5/6，β-catenin，核内转录因子T细胞因子(TCF)/淋巴样增强因子(LEF)等组成。当Wnts蛋白出现时，可与细胞膜表面的LRP5/6结合，抑制β-catenin蛋白磷酸化，使β-catenin蛋白在细胞内堆积，当β-catenin蛋白达到一定含量后，便进入细胞核内，与TCF/LEF结合，启动下游靶基因的表达。Runx2是Wnt/β-catenin信号通路刺激表达的转录因子之一，可调控成骨细胞分化〔9〕。本研究认为有氧+力量混合运动可能通过激活Wnt/β-catenin信号通路，刺激Runx2表达，促进成骨细胞分化，从而提高骨密度。

本研究说明血乳酸浓度≥3.4 mmol/L的有氧+力量混合运动对骨密度有显著促进作用。但需强调的是运动强度不是影响骨密度的唯一因素，还需考虑运动方式和锻炼人群。研究发现在纯有氧运动方式下，即使血乳酸浓度接近乳酸阈水平(4.0 mmol/L)依然不能提高绝经后女性骨密度〔10〕。这主要是因为锻炼人群与运动方式不匹配造成的。绝经后女性雌激素水平急剧下降，骨矿物含量加速流失，骨密度总体呈降低趋势。但有氧运动只能使骨量减少的趋势得到缓解，而无法逆转。因此不同人群应首先根据自身生理特点选择恰当的运动方式，然后根据健身目的选择合适的运动强度，才会达到理想效果。

1Otis CL,Drinkwater B,Johnson M,etal.American College of Sports Medicine position stand.The Female Athlete Triad〔J〕.Med Sci Sports Exerc,1997;29(5):i-ix.

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3Kemmler W,Bebenek M,von Stengel S,etal.Peak-bone-mass development in young adults: effects of study program related levels of occupational and leisure time physical activity and exercise.A prospective 5-year study〔J〕.Osteop Int,2015;26(2):653-62.

4Giangregorio L,Papaioannou A,Macintyre N,etal.Too fit to fracture: exercise recommendations for individuals with osteoporosis or osteoporotic vertebral fracture〔J〕.Osteop Int,2014;25(3):821-35.

5Menkes A,Mazel S,Redmond R,etal.Strength training increases regional bone mineral density and bone remodeling in middle-aged and older men〔J〕.J App Physiol,1993;74(5):2478-84.

6Silverman NE,Nicklas BJ,Ryan AS.Addition of aerobic exercise to a weight loss program increases BMD,with an associated reduction in inflammation in overweight postmenopausal women〔J〕.Calcified Tiss Int,2009;84(4):257-65.

7于淼,蓝永生.有氧+力量混合运动预防骨质疏松的作用研究〔J〕.科技资讯,2017;15(1):196.

8Heck H,Mader A,Hess G,etal.Justification of the 4-mmol/L lactate threshold〔J〕.Int J Sports Med,1985;6(3):117-30.

9Hamidouche Z,Hay EP,Vaudin P,etal.FHL2 mediates dexamethasone-induced mesenchymal cell differentiation into osteoblasts by activating Wnt/β-catenin signaling-dependent Runx2 expression〔J〕.FASEB J,2008;22(11):3813-22.

10Hatori M,Hasegawa A,Adachi H,etal.The effects of walking at the anaerobic threshold level on vertebral bone loss in postmenopausal women〔J〕.Calcified Tiss Int,1993;52(6):411-4.