不同负荷的力量训练对未成年大鼠骨密度的影响

2022-12-14李天

科技风 2022年34期

李天

马鞍山学院大阪医工学院安徽马鞍山 243000

1 研究背景

骨骼对人体起着支撑、保护和运动的作用，骨骼由骨膜、骨髓、骨质、神经和血管等构成。骨密度是检测骨骼强度的重要指标。骨密度过低会诱发骨质疏松和骨关节疼痛。中小学学生的年龄段正处在生长发育的加速时期，中小学学生骨骼的特点是骨质密度不足，骨骼的韧性大，软骨组织、骨组织内水分和有机物多，无机盐少，骨骼生长快。青少年期是人体骨骼发育的重要时期，骨密度、骨量、骨长度、骨宽度和骨硬度以较快的方式增长。有学者对7～18岁年龄阶段的青少年进行骨密度的测试，得出青少年发育阶段随着年龄的增长骨密度逐渐增加[1]。由于平日缺乏有效的力量训练，导致青少年骨质疏松现象越来越普遍，青少年同老年人一样会出现低骨密度的风险[2]。

研究表明运动是可以促进青少年骨骼发育和骨密度的增长[3]。为了促进青少年健康成长和增强身体素质，中小学积极推广学校体育运动，体育活动逐渐多元化，力量训练在体育训练中引起了极大的关注，力量训练可以提高身体机能，使人变得肌肉发达，体格强壮，还可以提高运动能力，对于提高运动成绩具有积极的作用。科学合理的力量训练可以改善人体全身骨骼系统的代谢和功能，提高其峰值骨量，预防骨质疏松症的发生，增加骨密度。不恰当负荷的力量训练会直接影响青少年骨骼发育，导致骨骼变形、骨钙流失和骨骺过早闭合等。因此研究符合生长期骨骼发育的力量训练负荷已经成为当前势必解决的重大问题。

本次实验采用动物实验，以未成年大鼠为研究对象，创建了不同负荷力量训练的动物模型，观察8周训练后骨密度的变化，测量大鼠体长和体重，以探讨不同负荷力量训练在生长期骨骼发育中的作用。

2 实验方法

2.1 实验动物

购买4周龄健康wistar大鼠24只，正常饲养到6周龄。每日更换垫料，饲养室内长期消毒，保持卫生。饲养室内温度控制在20～25℃，湿度控制在50%～60%。

2.2 实验动物分组

将未成年大鼠分为两大组实验组(S)和对照组(C)，其中实验组分为无负重组(S1)，四分之一体重负荷组(S2)，二分之一体重负荷组(S3)。

2.3 不同负荷模型建立

训练负荷分别设置为低强度的力量训练(S1)、中等强度的力量训练(S2)和高强度的力量训练(S3)，S1组没有外加负荷，S2组和S3组以沙袋作为外加负荷，用塑料扎带将沙袋固定在大鼠后背上，S2组沙袋重量为大鼠体重的四分之一，S3组沙袋重量为大鼠体重的二分之一，根据大鼠体重的增加每周调整一次沙袋重量。

2.4 力量训练模型建立

根据李世昌等研究，本次实验采用大鼠纵跳方式[4]。首先建立一个长宽高分别为1m、0.8m、1.2m的立体有机玻璃，被4块1.2m高的有机玻璃平均分隔为5个立体空间作为大鼠的跳台。跳台由泡沫板块叠加而成，一块泡沫板块的长宽高分别为0.25m、0.8m、0.3m。其次在有机玻璃低端设置电板，电压设置为30V，频率为50Hz。一开始大鼠不进行跳跃，通过导电，刺激大鼠往上纵跳，时间长了，大鼠产生条件反射，只要落在电板上，不用导电就纵跳。总共训练8周，每周训练6天。训练强度设置为3个训练组，在第1周训练时放置2块泡沫板，之后每1周递增1块泡沫板。每次跳台训练各训练组训练3个组次，每次跳跃20下，每组次间歇时间为10分钟。

2.5 麻醉大鼠

8周训练完成后测其体重。用10%水合氯醛、0.3mL/100g腹腔注射麻醉。

2.6 测量体长和体重

测量体长和体重，对S2组和S3组所有大鼠每周进行一次体重测量，根据体重调整沙袋重量。各组大鼠麻醉后从鼻腔顶端到尾巴末端的距离测量体长。

2.7 骨密度测试

骨密度扫描设备为骨密度测量仪，对各组大鼠进行全身扫描。

2.8 数理统计法

采用spss15.0统计所得数据，数据以平均数±标准差表示(x±s)。组间比较用单因素方差分析，P<0.05代表差异有统计学意义，P<0.01代表差异具有显著统计学意义。

3 结果与分析

3.1 体长和体重

实验组各组大鼠经过8周负重跳台训练后，与对照组一同测量体长和体重，体长：S1>C>S3>S2，体重：C>S1>S2>S3。S2组和S3组体长显著低于C组，说明中高强度负荷的力量训练能够影响未成年大鼠正常骨骼生长发育。S1组体长与C组对比不具备统计学意义，S2组和S3组体长低于S1组，说明无负荷低强度的力量训练不会影响未成年大鼠骨骼正常生长发育，低强度运动训练更有利于未成年大鼠。

S1组体重显著低于C组，S2组和S3组体重显著低于C组和S1组，S3组低于S2组。随着力量训练负荷的增强，体重降低越显著，说明力量训练会降低未成年大鼠体重，与负荷的增加成反比。

3.2 骨密度

根据下图可以看出各组大鼠骨密度值S1>S2>C>S3。S1组骨密度值显著高于S2组、S3组和C组，说明低强度力量训练可以有效增加未成年大鼠骨密度。S2组骨密度值高于C组，说明中等强度的力量训练可以增加未成年大鼠骨密度，但是效果要低于低强度的力量训练。S2组骨密度值高于S3组(P<0.01)，具有统计学意义，C组骨密度值高于S3组，但不具有统计学意义，说明高强度的力量训练不能够增加未成年大鼠骨密度。实验组骨密度值随着负重的增加呈递减模式，如下图所示。

各组大鼠骨密度图

4 讨论

4.1 不同负荷的力量训练对大鼠骨密度的影响

近年来，不同运动方式对骨密度影响的研究颇多，有氧运动和无氧运动都能够提高大鼠的骨密度，但是无氧运动提高骨密度需要的时间较短，效果更显著[5]。青少年运动量过高和过低都不利于正常生长发育，运动过低容易诱发骨质疏松，运动量过大易造成运动损伤。国内外关于力量训练干预中小学生骨密度的研究不多，有人提出给生长期的青少年进行负重练习增加骨密度，预防骨质疏松症，并且证明了这种练习的合理性[6]。

本次实验采用动物实验，中等强度和高强度的力量训练使得未成年大鼠骨密度显著低于低强度力量训练，进行中等强度力量训练的未成年大鼠骨密度高于对照组和高强度的力量训练，进行高强度力量训练的未成年大鼠骨密度与对照组不具备统计学意义。对未成年进行力量素质训练，低强度和中等强度能够提高骨密度，有研究儿童中等强度的负重训练可以刺激骨矿物质积累[7]，与本文研究结论一致，可以提高未成年大鼠骨密度，但是本文研究低强度的力量训练增加更为显著。有学者对处于青春期的体操运动员和非运动员的学生进行骨密度的测量，体操运动员的骨密度显著性低于学生，可能是由于长时间的大强度运动导致[8]。本次实验进行大强度力量训练的未成年大鼠骨密度略低于对照组，但是不具备统计学意义。可能是营养摄入导致体操运动员与学生相比具有显著性差异，实验组大鼠饮食正常，而体操运动员需要控制饮食。魏亚茹等学者对冰上运动项目运动训练与骨密度进行相关性研究，得出的结论是虽然冰上项目运动对运动员下肢骨密度有促进作用，但长期高强度的运动训练对冰上项目运动员跟骨密度产生一定的负面影响[9]。本次实验结果也证明低强度的力量训练对未成年大鼠骨密度的促进最为有效。

4.2 不同负荷的力量训练对大鼠骨骼生长发育的影响

青少年进行力量训练，有效的生物运动力学干预可以促进骨骼的生长发育，运动力学的刺激对骨细胞的分化和增殖起到重要作用，维持骨代谢的平衡，但是受到运动强度大小的影响[10]。本次实验中等强度的力量训练和高等强度的力量训练显著性降低，未成年大鼠随着负重的增加，体长和体重下降明显。有学者对青春期前的女性进行9个月的高强度锻炼后，发现身高和体重均增加[11]，本次实验结果与其不同，可能存在动物实验的局限性和训练手段不同导致的。

低强度力量训练的未成年大鼠体长与对照组相比结果相似，体重显著性降低，骨密度在所有组别中最高。说明低强度的力量训练可以提高骨密度，促进骨骼正常发育。中等强度力量训练的未成年大鼠虽然骨密度有所增加，但是体长和体重显著性降低，影响未成年大鼠骨骼正常发育。高强度力量训练骨密度未能得到提高，反而体长和体重在所有组别最低，说明高强度的力量训练严重损害未成年大鼠的正常骨骼生长发育。