剂量与效应：3周基础体能训练对冬季项目运动员骨代谢指标的影响

王敬茹 张 伟 韩 冰

剂量与效应：3周基础体能训练对冬季项目运动员骨代谢指标的影响

王敬茹1张 伟2韩 冰3

（1.河北省体育科学研究所，河北 石家庄 050011；2.河北科技大学 体育工作部，河北 石家庄 050021；3.河北省体育局水上运动管理中心，河北 石家庄 050011）

【目的】研究3周基础体能训练对运动员骨代谢生化指标变化的影响，探讨运动剂量与骨代谢生化指标变化效应关系。【方法】以参加3周基础体能训练的冬季项目运动员68人为研究对象，训练强度以中等强度为主（约占课次安排的80%），高强度及低强度所占课次比例约为20%。按项群理论分为男子体能组（21人）、男子技巧组（17人）、女子体能组（15人）、女子技巧组（15人），训练营报道次日、训练营结束当天测试基础体能指标，将其中的垂直纵跳、深蹲、卧推、30米跑、3000米跑纳入分析。训练营报道次日、训练营结束当天晨起采空腹安静状态下静脉血4ml检测血清中甲状旁腺激素（PTH）、25-羟基维生素D（25OHD）、骨钙素（BGP）及降钙素（CT）的含量。【结果】（1）体能指标：四个组别运动员垂直纵跳值均有提高的趋势（＞0.05）；深蹲指标男子体能组呈非常显著性提高（＜0.01），男子技巧组、女子体能组及女子技巧组呈现不同程度的下降；男子体能组的卧推重量呈非常显著性增长（＜0.01），男子技巧组、女子体能组和女子技巧组卧推重量有提高趋势（P＞0.05）；男子体能组的30米跑成绩稍有下降，男子技巧组成绩几乎无波动，女子体能组和女子技巧组成绩稍有提高（＞0.05）；3000米测试中男子体能组、男子技巧组成绩有所提高（＞0.05），女子体能组（＞0.05）和女子技巧组（＜0.05）成绩稍有下降。（2）骨代谢生化指标：PTH在男女体能组、技巧组四个组别均明显升高（＜0.01）；男子体能组、男子技巧组、女子体能组的CT有升高趋势但不具统计学意义（＞0.05），女子技巧组CT明显下降（＜0.01）；女子运动员25OHD的变化不同于男子组，在男子体能组、技巧组两个组别都有升高趋势，仅体能组变化值具有统计学意义（＜0.05），女子技巧组25OHD提高程度较为明显（＜0.05）；BGP在男子体能组、女子技巧组有非常显著提升（＜0.01），男子技巧组该指标也有一定程度增长（＜0.05），女子体能组呈下降趋势（＞0.05）。（3）骨代谢指标与体能指标相关关系：男子组体能指标与各骨代谢生化指标间无相关性（＞0.05），女子组25羟VD的变化与体现上肢力量的卧推呈正相关（＜0.05）、与速度指标30米跑（＜0.01）及耐力指标3000米跑成绩负相关（＜0.05）,其余指标无相关（＞0.05）。【结论】（1）3周基础体能训练安排对力量素质改造效果明显。（2）3周短时间中等强度训练对骨代谢生化标志物可产生影响但不具规律性，为研究训练时长、训练负荷与骨代谢生化指标变化特点及相关关系做补充。（3）3周短时间中等强度训练对骨代谢生化标志物产生的影响因性别、年龄阶段、运动项目类型变化不一，提示应进一步结合性激素完善研究。（4）在运动训练中监控中除了常规血液学指标监测外，还应加入骨代谢生化标志物来了解运动员骨代谢状况及变化趋势，对骨量丢失、骨折等的发生具有前瞻性的现实意义，同时丰富机能状态综合评定指标体系。

体能训练；骨代谢生化指标；骨形成标志物；骨吸收标志物

运动训练中，运动系统是基础体能动作、专项技术动作的直接执行者，肌肉、骨骼与关节是运动中力、杠杆与支点的研究核心，其中起支撑和保护作用的骨骼对于训练负荷即力学刺激较为敏感，体现为骨代谢指标的变化。有学者认为，体育运动作为一种生理性应激，能促使肢体功能与形态发生诸如肌肉的瘦体重增加、骨骼肌围度增加、体脂减少、骨质坚硬等一系列适应性的变化[1]，对骨密度的影响具有正向促进作用[2]，也有学者认为过量体育运动引起机体的激素环境改变，雌激素水平下降，影响骨形成从而体现为低骨密度甚至是骨折，对骨骼改造呈负面影响[5]。不同项目的体育运动可以促进骨形成，涵盖了太极[6]、足球、跑步、健身走、乒乓球[7]等运动方式，其中抗阻运动对骨密度的提高效果明显已达成共识[8]。概括而言体育运动对骨代谢有影响，骨形成活跃抑或骨分解占主导取决于运动的类型、运动的时长[9]、运动的负荷[10]等，与人群的年龄、性别及个体差异也存在高度关联。不可否认，适量的体育运动可以促进骨形成。何谓“适量”值得我们深究。本研究探讨了3周集中基础体能训练对运动员骨代谢生化指标的影响，以丰富运动—骨代谢之间的剂量与效应实例，为运动员及大众骨骼健康提供运动方案的理论参考。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

以参加为期3周体能训练营的冬季项目运动员为研究对象，根据项群理论划分为体能组和技能组，其中男子体能组21人，技巧组17人；女子体能组15人，技巧组15人。运动员基本情况见表1。

3周集中基础体能训练，使运动员饮食、作息规律、训练内容及负荷强度控制上保持了基本一致；骨代谢特点与年龄、性别紧密相关，本研究按性别和组别进行了划分，以更接近骨代谢生化指标波动实际。

表1 运动员基本情况

1.2 研究方法

1.2.1 训练方案

（1）训练目的：规范动作模式，纠正错误动作，夯实体能基础，打造能征善战、作风优良的运动队伍。

（2）训练安排：周一至周六早6:00-7:00、周三下午15:00-18:00、周日全天军训，其余时间上午8:30-11:30、下午14:30-18:00安排训练，涵盖力量、速度、灵敏、协调等内容。训练共持续3周，训练强度以中等强度为主（约占课次安排的80%），高强度及低强度所占课次比例约为20%。

1.2.2测试安排

体能训练营报到后次日及体能训练营结束日，共进行两次基础体能测试（以国家体育总局40号文件为准），将其中便于量化的垂直纵跳、深蹲、卧推、30米跑、3000米跑五项指标纳入分析。

骨代谢生化指标测试安排在体能训练营报到后次日晨及体能训练结束日晨起，共两次。采空腹安静状态下静脉血4ml送至石家庄市第三医院（骨科医院）检验科检测血清中甲状旁腺激素（PTH）、25-羟基维生素D（25OHD）、骨钙素（BGP）及降钙素（CT）的含量。

1.2.3数据处理

运用SPSS18.0将所测数据进行整理分析，结果均以平均数±标准差表示，同组别男女运动员训练前后T检验，＜0.05为具有显著性统计学意义，＜0.01为具有非常显著性差异。

2 结果与分析

2.1 3周训练后各组别体能指标结果与分析

表2 体能训练前后各组别体能指标测试结果

注：训练前后各组体能指标对比，*＜0.05,**＜0.01

经过3周的集中训练后，各组运动员的体能指标均有一定程度的改变：从反映爆发力的垂直纵跳结果看，男女体能组和技巧组均有提高的趋势（＞0.05），分析与动作模式有所改进、肌肉发力顺序更加合理有关；深蹲指标在不同组别显示了不同的变化趋势，只有男子体能组人均增长了8kg，呈非常显著性提高（＜0.01），男子技巧组、女子体能组及女子技巧组呈现不同程度的下降（＞0.05），可能与测试时发挥不稳定有关；卧推涉及多个关节的动作，胸肌、肱三头肌、三角肌等均参与活动，男子体能组的卧推重量呈非常显著性增长（＜0.01），男子技巧组、女子体能组和女子技巧组卧推重量有提高趋势（＞0.05）；男子体能组的30米跑成绩稍有下降，男子技巧组成绩几乎无波动，女子体能组和女子技巧组成绩稍有提高（＞0.05），速度指标变化是速度-协调、速度-能量和速度-心理的综合表现，每一方面都影响测试时运动员的即时表现；耐力指标3000米测试体现着力量、柔韧、核心稳定、协调、心肺功能、意志品质等方面，测试中男子体能组、男子技巧组成绩有所提高（＞0.05），女子体能组（＞0.05）和女子技巧组（＜0.05）成绩稍有下降，可能与测试时的机能状态有关。总体来说，3周的基础体能训练安排对力量素质改造效果明显。

2.2 3周训练后各组别骨代谢生化指标结果与分析

表3 体能训练前后各组别骨代谢指标变化

注：体能训练前后各指标比较，*＜0.05，**＜0.01

血液中骨代谢生化标志物水平高低反映骨形成和骨吸收的即时状态，体现机体骨量和骨密度的动态变化，在骨转换过程中发挥着调节作用，是骨新陈代谢最直观的指标。临床中以PTH在15-75pg/ml、CT在7.7-21.7pg/ml、25OHD在30-100ng/ml、BGP＜18ng/ml为正常范围参考值，表2显示，四项血液生化指标中各组PTH均处于正常参考范围，CT在各组训练前后几乎均低于正常范围，25OHD也波动于正常值边缘，BGP仅女子体能组指标值在正常范围。3周基础体能训练后，PTH在男女体能组、技巧组四个组别均明显升高（P＜0.01）；男子体能组、男子技巧组、女子体能组的CT有升高趋势但不具统计学意义（P＞0.05），CT在女子技巧组却明显下降（P＜0.01）；标志物25OHD在男女各组都有升高趋势，男子体能组、女子技巧组变化值具有统计学意义（P＜0.05）；BGP在男子体能组、女子技巧组有非常显著提升（P＜0.01），男子技巧组该指标也有一定程度增长（P＜0.05），女子体能组呈下降趋势（P＞0.05）。骨代谢生化指标在训练前后较大波动集中在PTH和BGP两项指标上，初步认定为训练影响敏感指标。

在骨代谢生化标志物的监测中，甲状旁腺激素、降钙素为机体钙磷代谢的调控指标。甲状旁腺激素（parathyroid hormone，PTH）由甲状旁腺主细胞分泌合成，在维持骨稳态的过程中扮演着双重调节的角色，一方面增加成骨细胞数量及促进骨生长因子释放，通过其N端的肽链介导成骨细胞合成促进骨代谢[11]，另一方面刺激成骨细胞分泌白介素-1和白介素-6等因子活化破骨细胞，促进骨吸收[12]，其生物效应取决于作用剂量、作用时间和给药方式[13]，对成骨细胞和破骨细胞的分化、成熟、凋亡发挥着精细调控的作用。临床研究发现，在持续大剂量PTH的作用下，破骨细胞活性超过成骨细胞，导致骨丢失大于骨形成。间歇性小剂量PTH促进骨形成[14]，同时还可以加强骨力量、骨强度、促进骨折愈合，究其作用机制主要为抑制成骨细胞凋亡[15]、促进前成骨细胞向成骨细胞分化、刺激成骨细胞自分泌或旁分泌调节骨代谢[16]。有学者指出高水平和低水平血清PTH都与高骨折风险具有相关性[17]，王国祥等[18]实验发现进行2周跳跃运动及2周负重跳跃运动大鼠的PTH显著低于无运动的对照组(0.05，＜0.01)，PTH具有促进成骨细胞活性愈合骨折的作用，反之生理性PTH减少也不利于骨骼健康发育；白延平等[19]发现慢性心功能不全患者抗阻运动组治疗12周后血清PTH显著降低，提示适量抗阻运动可以抑制PTH过度分泌，减轻PTH对心脏的毒性作用；姚芳芳[20]的研究与上述研究结果一致，也发现适量抗阻运动可有效改善骨骼肌失调的血管舒缩功能，减少PTH过度分泌，改善心功能；陈红[21]的研究发现绝经后骨质疏松症患者药物治疗配合太极拳和五禽戏锻炼一年后，PTH由36.59±12.21pg/ml降低至33.06±12.19pg/ml，提高了患者的骨密度和骨矿含量；赵仁清等[22]发现血清甲状旁腺激素在运动中明显增加可能是运动本身刺激PTH的大量分泌，运动后的血清PTH仍然持续在高位水平，有利于促进钙离子的吸收，以弥补运动过程中钙离子过度消耗；陈玉群[23]发现运动年限6年的女子武术套路运动员PTH显著低于对照组（运动心理专业），说明运动后的低PTH减缓了骨代谢速度，降低了骨吸收。对于“高水平和低水平血清PTH”诸学者并没有统一的意见，与研究对象、运动方式、运动负荷等息息相关，我们的监测结果是高是低还有很大的讨论空间。

降钙素（calcitonin，CT）是由甲状腺滤泡旁细胞产生和分泌的多肽激素，主要生理作用是通过与靶细胞膜上的降钙素受体特异性结合抑制破骨细胞的活性与增殖，减少破骨细胞的数量从而阻止骨吸收，还可增加成骨细胞碱性磷酸酶的活性刺激成骨细胞的增殖和分化。CT与PTH、25OHD共同维持人体内血钙的稳定[24,25]，主要通过抑制小肠对钙离子的吸收及肾小管对钙磷的重吸收来实现。我们的测试中，3周基础体能训练后CT在各组的变化无显著规律可循，但较低的水平影响成骨细胞的活性进而影响骨质是不争的事实。

维生素D3（胆钙化醇）和维生素D2（麦角钙化醇）可在肝细胞微粒体和线粒体中25-羟化酶的作用下，通过羟基化转化成25-羟基维生素D（25OHD）。25OHD是人体内维生素D的主要储存形式，其性质稳定，不受饮食、生活方式等的直接影响[26]，可促进小肠黏膜细胞合成钙结合蛋白增加钙、磷吸收，促进骨基质形成及类骨质矿化，有研究提示人体维生素D含量低于30nmol/l时，需补充维生素D来增加人体骨矿物质密度[27]，这一剂量远低于陈兆聪教授综合多数专家意见提出的“正常人必须保持VD在30ng·mL-1（75nmol·Ｌ-1）以上才能满足健康的需要”，因为除去其协同相关激素在骨基质上进行钙化作用使骨质坚硬外，与心脏病、高血压、糖尿病、癌症、免疫系统疾病、传染病等密切相关[28]。张萌萌等的研究显示65-79岁（老年病、骨质疏松多发）年龄段，25OHD测定值明显降低，并与BMD呈正相关关系（＜0.05）[29]，王毅的研究显示PTH水平增高的患者更容易患骨量减少或骨质疏松症，25OHD的水平增高是骨量减少或骨质疏松症的保护因素，在不同的季节患者体内的25OHD水平不同，在缺乏日照季节,患者应注意25OHD的适当补充[30]。郑宗菊的研究表明在PD患者中，维生素D水平与睡眠、焦虑、抑郁、跌倒等非运动症状显著相关[31]。综合上述观点，研究对象的25OHD水平还应通过饮食、户外运动增加日照等方式继续提高，以保证成骨细胞的正常增殖分化，促进人体骨矿物质沉积，同时提高机体免疫力。与此同时，按照年龄段或生长发育时期进一步探寻25OHD与BMD、25OHD与睡眠水平、25OHD与焦虑抑郁等的影响机制及相关关系非常必要。

骨钙素（Bone Glaprotein，BGP）在血液中的含量受肾脏功能影响，由成熟的成骨细胞、成牙质细胞和增生的软骨细胞合成[32]，通常被认为是反映骨形成的指标。BGP既参与成骨细胞分化体现成骨细胞的活性，又能反映出骨转换中骨形成的速率，维持骨的正常矿化速率，体现骨代谢的总体水平，对骨质疏松综合征、钙代谢异常等疾病诊断有重要价值。综合训练安排，运动员训练负荷中等，未对肾脏机能产生较大影响，血清骨钙素在3周基础体能训练后有明显升高表明骨形成速率加快；女子体能组BGP水平均在低位，说明骨矿化速率较慢，不利于骨质沉积影响骨形成的速率，其指标值下降与运动员体能指标浮动相呼应，猜测可能与体内激素水平变化相关。正常人成骨细胞存在雄性激素受体，可增加成骨细胞的募集和分化，同时减少破骨细胞的形成[33]；雌激素与其受体结合后可抑制成骨细胞凋亡促进其增殖来维持正常骨量和骨结构，研究显示许多高水平耐力运动员的骨密度比正常人低，认为长期大强度的耐力训练可导致性激素下降，不利于骨无机盐的沉积，引起骨密度降低[34]。

值得注意的是，女子技巧组四项骨生化指标均呈显著性变化，是否与年龄处于青春期前期、激素水平波动有关待考证。

2.3 骨代谢指标与体能指标Pearson相关分析

表4 体能指标与骨代谢指标相关性

注： *＜0.05，**＜0.01

本研究试图从爆发力、力量、速度、耐力角度探寻训练手段对甲状旁腺激素、25羟VD、骨钙素、降钙素水平的影响，以验证上文的假设“甲状旁腺激素和骨钙素为训练影响敏感指标”，但分析结果发现（见表4），男子组体能指标与各骨代谢生化指标间无相关性（P＞0.05），女子组25羟VD的变化与体现上肢力量的卧推正相关（P＜0.05）、与速度指标30米跑（P＜0.01）及耐力指标3000米跑成绩负相关（P＜0.05）,其余指标无相关（P＞0.05），可能和室外的训练日照有一定关系。假设没能成立，分析可能的原因是3周短时间的中等强度训练尚未对骨代谢生化指标变化产生规律性影响。Xavier等针对运动时间对BMD的影响进行了研究，发现要想对BMD产生影响，持续时间不能低于4周[35]。王人卫等学者认为可能运动增加骨密度的作用是非常缓慢的，需要长时间的坚持，而且生殖系统对运动强度更为敏感，激素水平的改变从而影响骨密度，但3周高强度训练（80%-85%VO2max）对大鼠卵巢功能已造成损害,引起机体激素环境改变，骨密度也下降[36]。可见，在女运动员大强度训练期的骨骼健康问题应得到重视，尤其是经期的大强度训练，辅以性激素指标能准确把控训练强度及其对骨代谢的影响。

3 结论

3.1 3周基础体能训练安排对力量素质改造效果明显。

3.2 3周短时间中等强度训练对骨代谢生化标志物可产生影响但不具规律性，为研究训练时长、训练负荷与骨代谢生化标志物变化特点及相关关系做补充。

3.3 3周短时间中等强度训练对骨代谢生化标志物产生的影响因性别、年龄阶段、运动项目类型变化不一，提示应进一步结合性激素完善研究。

3.4 在运动训练监控中除了常规血液学指标监测外，还应加入骨代谢生化标志物来了解运动员骨代谢状况及变化趋势，对骨量丢失、骨折等的发生具有前瞻性的现实意义，同时丰富机能状态综合评定指标体系。

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Dose and Effect:Effect of 3-week Basic Physical Training on Bone Metabolism Indexes of Winter Athletes

WANG Jingru, etal.

(Hebei Institute of Sports Science, Shijiazhuang 050011, Hebei, China)

国家重点研发计划“科技冬奥”重点专项（项目编号：2019YFF0301603，2018YFF0300405）；河北省技术创新引导计划“科技冬奥”专项《河北省优势冬季项目科学选材和青少年跨项训练关键技术研究》（项目编号：19975705D）。

王敬茹（1982—），硕士，副研究员，研究方向：水上及冰雪项目运动训练监控与机能评定。