运动训练对去卵巢大鼠生物力学性能及骨代谢指标的影响

白 杨

(常州工学院体育教学部，江苏 常州 213032)

骨质疏松(OP)多发于中老年人，发病率与年龄密切相关，人类在40岁左右骨代谢能力逐渐下降，骨骼逐渐衰老，且随着年龄的增加发生OP的概率也逐渐增大〔1〕。而中老年OP患者中多为绝经后的女性患者，一项关于OP流行病学的mate分析结果显示，我国40岁以上人群OP总体患病率为13.2%，其中女性患病率(14.2%)显著高于男性(11.8%)，且这种差距在南方地区更为明显，我国南方地区OP的总体患病率为28.5%，女性患病率( 41.3%)远远高于男性(16.3%)〔2〕。造成这种差距的主要原因是女性绝经后卵巢功能下降明显，雌激素(E2)分泌量明显降低，机体出现骨代谢紊乱，出现骨吸收亢进，增加OP发生的概率〔3〕。相关研究结果显示〔4〕，老年人运动量减少与OP的发生密切相关，运动训练能有效促进骨代谢平衡，增强骨生物力学性能。本研究建立了去卵巢大鼠模型，分析运动训练对去卵巢大鼠生物力学性能及骨代谢指标的影响。

1 材料与方法

1.1实验动物 选取30只雌性SD大鼠，体重216～261 g，平均(224.6±8.7)g，饲养环境温度保持在20℃，环境湿度控制在58%左右，每天给予12 h光照时间，分笼喂养，每笼10只，适应性喂养1 w。实验大鼠由北京维通利华实验动物有限公司提供，合格证号 SCXK(京)2012-0001。

1.2建模及分组方法〔5〕适应性喂养1 w后将大鼠按照随机数字表法分为正常对照组、模型对照组、运动组，每组10只。所有大鼠给予腹腔注射2%戊巴比妥钠进行麻醉，剂量为40 mg/kg。手术切口位置选在背部双侧肋下一横指、脊柱旁1 cm处，将切口周围的毛发去除，行常规消毒，切口长度1 cm左右，分离皮下组织和腹肌，后将腹膜剪开。将模型对照组、运动组大鼠的卵巢周围的脂肪组织取出，用平镊将卵巢取出，在子宫角与输卵管交界处进行结扎后将卵巢摘除，彻底止血，依次缝合，用碘伏清洗伤口。正常对照组仅取出卵巢周围的脂肪组织，并不切除卵巢。

1.3运动方法 所有大鼠在手术结束后进行1 w的恢复。正常对照组和模型对照组大鼠在饲养笼中自由活动。运动组大鼠进行跳跃式训练，将大鼠放在自制的电刺激箱底板上，给予电刺激，让大鼠跳上电刺激箱专门设计的平台上，休息20 s后将大鼠重新放在底板上，再次电刺激，让大鼠再次跳跃至平台上，重复操作，直到完成规定的跳跃次数。第1周跳跃次数为10次/d，跳跃高度为20 cm，第2周开始跳跃次数为20次/d，跳跃高度为45 cm，共进行8 w的训练。

1.4检测方法 在运动组大鼠进行最后1次训练后1 d将所有大鼠断颈椎处死。取出右侧股骨，将骨上附着的软组织去除，用生理盐水浸泡过的纱布包裹，置于-20℃的环境下保存待测。采用美国NORLAND公司生产的双能X射线骨密度仪测量骨密度(BMD)和骨矿物质含量(BMC)。采用津岛AG-20KNA万能材料实验机对股骨进行三点弯曲试验，绘图仪自动描记出载荷一变形曲线。所测指标包括：最大荷载、弹性荷载、破坏载荷、最大挠度、弹性挠度、破坏挠度、刚性系数和能量吸收，其具体值在载荷-变形曲线上直接读取和计算。所有大鼠在处死后取心脏血5 ml，4 000 r/min离心10 min，分离血清，置于-80℃的环境下保存待测。采用邻甲酚酞络合酮比色法测定血清Ca含量；利用孔雀绿直接显色法测定血清P含量。采用酶标法测定血清抗酒石酸酸性磷酸酶(STR-ACP)含量，采用放免法测定骨钙素(BGP)含量。试剂盒均

购于上海岚派生物科技有限公司，操作流程严格按照试剂盒说明书进行。

2 结 果

2.13组股骨BMD和BMC比较 正常对照组BMD和BMC显著高于模型对照组，BMD显著高于运动组(P<0.05)，运动组BMD显著高于模型对照组(P<0.05)。见表1。

表1 3组股骨BMD和BMC比较

与模型对照组比较：1)P<0.05;与运动组比较：2)P<0.05，下表同

2.23组股骨生物力学性能比较 运动组最大荷载、弹性荷载、破坏载荷、刚性系数、能量吸收显著高于正常对照组和模型对照组(P<0.05)。正常对照组的最大荷载、弹性荷载、能量吸收显著高于模型对照组(P<0.05)。见表2。

表2 3组大鼠的股骨生物力学性能比较

2.33组骨代谢指标比较 运动组血清Ca含量明显低于正常对照组和模型对照组，而正常对照组血清Ca含量明显低于模型对照组(均P<0.05)；运动组血清P含量明显高于正常对照组和模型对照组，正常对照组血清P含量明显低于模型对照组(均P<0.05)；模型对照组血清STR-ACP含量明显高于运动组和正常对照组，运动组血清STR-ACP含量明显高于正常对照组(均P<0.05)；模型对照组血清BGP含量显著低于正常对照组和运动组(P<0.05)。见表3。

表3 3组骨代谢指标比较

3 讨 论

去卵巢大鼠模型是目前全球最常用的模拟女性绝经后患上OP的理想动物模型，雌性大鼠的卵巢被切除后，其股骨发生的生物力学性能的变化和骨代谢与人类具有较高的相似度，并且去卵巢大鼠模型在发生OP后的骨折的部位与人类相比相似度也较高〔6〕。

本研究结果说明去卵巢大鼠模型的BMD和BMC出现降低，而运动训练可以增加BMD的含量。BMD和BMC均是判断其骨量水平、临床诊断OP的常用指标。绝经期后妇女由于体内的E2水平下降明显，导致骨量丢失，BMD和BMC含量降低，进而导致骨的生物力学性能降低，引发OP〔7〕。运动训练能改善BMD和BMC的含量，可能是由于运动能够促进骨矿物质含量增加，进而减缓BMC的降低，同时运动时血液循环增强，有利于血Ca输送至骨内，对破骨细胞向成骨细胞转变有较好的促进作用，增加骨钙化的效率，增加BMD，同时运动可以对骨细胞的增殖及其活性有较好的促进作用，致使血Ca以钙盐的形式沉积在骨中，进而使得骨量增加〔8〕。本研究结果说明去卵巢大鼠模型的骨生物力学性能出现了明显的降低，而运动训练可以显著增强骨生物力学性。骨的生物力学性能能够综合反映骨量、骨结构及骨材料的情况，其主要受到骨量、BMD、骨的几何形状、尺寸等影响。由于去卵巢大鼠模型的BMD和BMC出现显著下降，导致骨的强度和刚度减弱，因此其骨的生物力学性能也下降明显〔9〕。而运动后骨的生物力学性能明显增强，可能原因是在运动时增加了施加于骨的载荷，骨受到的外部应力增大，当达到一定强度时机体会启动塑建过程，骨的形态和筑构方式发生改变以承受载荷，而骨的形态和筑构方式的改变直接影响了骨的生物力学性能〔10〕。同时运动能提高BMD和BMC含量，这对提高骨的生物力学性能也有较大的作用〔11〕。本研究结果说明去卵巢大鼠模型血Ca、血P、STR-ACP含量增加，BGP含量降低，而运动可以降低血Ca、STR-ACP含量，增加血P、BGP含量。去卵巢后大鼠的E2下降，导致甲状旁腺激素分泌增多，对骨吸收有促进作用，骨钙出现流失，进而导致血Ca含量增多。而通过运动训练可使血Ca流入并沉积在骨中，使血Ca以钙盐的形式在骨中沉积，进而降低血Ca含量〔12〕。去卵巢大鼠模型出现血P升高可能与E2分泌减少以及生长激素分泌增加有关，血Ca与血P的含量关系密切，在运动后血Ca含量降低，因此血P的含量会相应的出现上升。STR-ACP主要由破骨细胞释放，在骨吸收时对骨基质的溶解具有重要的作用，去卵巢大鼠模型破骨细胞活跃，有着明显的骨吸收，这也说明STR-ACP含量也相对较高，而运动训练对破骨细胞的活性有抑制作用，降低血清中STR-ACP的含量〔13〕。BGP是一种由成熟的成骨细胞分泌的非胶原蛋白，具有维持骨的正常矿化速率的作用，能够反映成骨细胞活性，BGP含量越高成骨细胞越活跃。去卵巢大鼠模型BGP含量降低，说明其成骨细胞活性较差，而在运动训练后BGP含量明显上升，说明运动能促进骨形成活动，有利于正常的骨代谢〔14〕。

综上所述，运动训练能明显提高去卵巢大鼠的BMD，增强股骨的生物力学性能，改善骨代谢指标。对于绝经后的女性，应进行适当的运动训练，以减低OP的发生。

1康燕蓉,顾佩莉.2型糖尿病、骨质疏松症、2型糖尿病并发骨质疏松症患者血清胰岛素样生长因子-1的检测及意义〔J〕.海南医学院学报,2016;22(18):2097-100.

2缪 律,罗 冲,吕季东,等.番茄红素联合跑台运动对去卵巢大鼠骨质疏松模型的影响〔J〕.中国骨质疏松杂志,2016;22(8):989-97.

3祁珊珊,王永吉,庞田田,等.去卵巢大鼠骨、生殖系统组织病理学与形态计量学观察〔J〕.中国骨质疏松杂志,2015;21(7):774-9.

4Okubo R,Sanada LS,Castania VA,etal.Jumping exercise preserves bone mineral density and mechanical properties in osteopenic ovariectomized rats even following established osteopenia〔J〕.Osteoporos Int,2017;28(4):1461-71.

5Shimano RC,Macedo AP,Falcai MJ,etal.Biomechanical and microstructural benefits of physical exercise associated with risedronate in bones of ovariectomized rats〔J〕.Microsc Res Tech,2014;77(6):431-8.

6司会群,卜淑敏,赵俊勇,等.全身垂直振动对去卵巢骨质疏松大鼠腰椎转录因子Osterix蛋白表达的影响〔J〕.中国运动医学杂志,2015;34(4):353-7.

7徐 进,丁 任,石晓兵,等.中药复骨方对糖皮质激素致骨质疏松骨折大鼠骨代谢及骨密度的影响〔J〕.中国老年学杂志,2016;36(1):21-2,23.

8李 梁,张剑平,罗永胜,等.中等强度跑台运动对去卵巢大鼠股骨头骨松质结构的影响〔J〕.解剖学杂志,2016;39(6):702-5.

9陈晓红,郑 陆,于召栋,等.不同持续时间中等强度运动对去卵巢大鼠骨量及骨微结构的影响〔J〕.中国运动医学杂志,2015;34(6):571-7.

10董 福,宋锦旗,罗吉伟,等.不同强度运动对大鼠关节软骨缺损早期修复和MMP-3、TIMP-1表达的影响〔J〕.南方医科大学学报,2014;34(1):103-8.

11郑 陆,陈晓红,王智强,等.中等强度运动对去卵巢大鼠骨量及cGMP-PKG Ⅱ-EnaC通路的影响〔J〕.中国康复医学杂志,2016;31(6):617-24.

12李 哲,刘圣曜,倪国新,等.不同强度跑台运动对大鼠骨成分变化的影响〔J〕.中华创伤骨科杂志,2015;17(4):322-5.

13Dai QG,Zhang P,Wu YQ,etal.Ovariectomy induces osteoporosis in the maxillary alveolar bone:an in vivo micro-CT and histomorphometric analysis in rats〔J〕.Oral Diseases,2014;20(5):514-20.

14兰晓霞,覃 琨,赵 宏,等.运动性骨疲劳大鼠血清代谢组学分析〔J〕.中国运动医学杂志,2017;36(1):59-64,75.