強(qiáng)度不同的間歇跑臺訓(xùn)練對生長期大鼠骨代謝及相關(guān)激素的影響＊

謝順成,馬學(xué)軍,郭成吉,劉洪珍

(曲阜師范大學(xué)體育科學(xué)學(xué)院,山東曲阜273165)

強(qiáng)度不同的間歇跑臺訓(xùn)練對生長期大鼠骨代謝及相關(guān)激素的影響＊

謝順成,馬學(xué)軍+△,郭成吉,劉洪珍

(曲阜師范大學(xué)體育科學(xué)學(xué)院,山東曲阜273165)

目的:探討強(qiáng)度不同的間歇跑臺訓(xùn)練對生長期大鼠骨代謝的影響,以期為青少年訓(xùn)練強(qiáng)度的制定提供理論支持。方法:選取4周齡雄性wistar大鼠70只,根據(jù)體重隨機(jī)搭配分成7組(n=10):即對照組和運(yùn)動組。運(yùn)動組按照大鼠攝氧量分為:65%組,70%組,75%組,80%組,85%組和90%組。跑臺訓(xùn)練9周,每周訓(xùn)練6 d,每組訓(xùn)練分3次,每次不低于10 min,中間間隔30 min。最后一次運(yùn)動后24 h,取股骨和血進(jìn)行骨密度(BMD)、骨量(BMC)和血清中的堿性磷酸酶(AKP),抗酒石酸酸性磷酸酶(Str-ACP)的測定。結(jié)果:①70%組股骨的BMD(0.1393±0.0031)、BMC(0.4525±0.0335)顯著高于對照組(BMD:0.1200±0.0095,BMC:0.3238±0.0485)和其他各運(yùn)動組(65%組BMD:0.1339±0.0062、BMC:0.4058±0.0492,75%組BMD:0.1296±0.0015、BMC:0.3869±0.0254,80%組BMD:0.1223±0.0082、BMC:0.3454±0.0483,85%組BMD:0.1250±0.0044、BMC:0.3731±0.0381,90%組BMD:0.1171±0.0047、BMC:0.3051±0.0286)(P＜0.05),90%組的BMD、BMC低于對照組但未達(dá)到顯著水平,其他各運(yùn)動組均高于對照組;②各運(yùn)動組血清AKP均顯著高于對照組,其中65%組(41.015±2.114)、70%組(46.035±2.611)、75%組(43.834±3.155)、80%組(38.043±4.073)血清AKP非常顯著高于對照組(26.875±1.188)(P＜0.01),70%組和75%組血清AKP顯著高于80%組、85%組、90%組(P＜0.05),同時70%組血清AKP顯著高于65%組(P＜0.05),這說明70%VO2max的訓(xùn)練強(qiáng)度成骨細(xì)胞最活躍。各運(yùn)動組血清StrACP均顯著高于對照組,隨著訓(xùn)練強(qiáng)度的增加,血清StrACP水平呈上升趨勢,80%組(22.430±1.591)、85%組(23.990±1.870)、90%組(28.009±1.839)血清StrACP顯著高于65%組(18.503±2.429)、70%組(16.447±2.120)和75%組(17.769±1.642)(P＜0.05),90%組血清StrACP均顯著高于80%組和85%組(P＜0.05)。結(jié)論:70%VO2max的中等強(qiáng)度間歇跑臺訓(xùn)練使生長期大鼠骨量、骨密度增加最明顯。

間歇跑臺訓(xùn)練;骨量;骨密度

青少年的骨密度在整個青春期呈上升趨勢[1],青春期前期進(jìn)行運(yùn)動干預(yù)是提高骨密度的最佳時期[2,3],對骨密度的有利作用更明顯,青春期進(jìn)行負(fù)重(跳躍)運(yùn)動可以提高峰值骨量[4],青春期是峰值骨量形成的敏感時期,在這生長發(fā)育的高峰期參加運(yùn)動可以促進(jìn)骨的構(gòu)建。結(jié)合目前動物和人體實(shí)驗(yàn)的研究結(jié)果,強(qiáng)度不同的間歇跑臺訓(xùn)練骨代謝有顯著影響[5],本次試驗(yàn)我選擇生長期大鼠為研究對象,通過對生長期大鼠股骨的骨含量和骨密度以及血液中骨代謝相關(guān)指標(biāo)的測定,探討不同負(fù)荷的間歇跑臺訓(xùn)練對生長期大鼠骨代謝的影響,以期為廣大青少年運(yùn)動鍛煉和專業(yè)青少年運(yùn)動員的科學(xué)訓(xùn)練提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)動物及分組

選用4周齡雄性wistar大鼠70只,平均體重為(67.99g±5.83)g,由山東魯抗醫(yī)藥股份有限公司提供,采用分籠飼養(yǎng)(一開始10只一籠,喂養(yǎng)2周后5只一籠),室溫維持在23℃～28℃,濕度為50%～65%,國家標(biāo)準(zhǔn)嚙齒類動物飼料喂養(yǎng),自由飲食,自然光照。根據(jù)體重隨機(jī)搭配分成7組(n=10),參照1979年Bedford等人總結(jié)出的SD大鼠攝氧量與動物跑臺速度和坡度的量值關(guān)系[6]:即對照組和運(yùn)動組:65%組,70%組,75%組,80%組,85%組和90%組。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

大鼠購進(jìn)后,首先在實(shí)驗(yàn)室適應(yīng)性喂養(yǎng)1周。在適應(yīng)性喂養(yǎng)期間,各組大鼠每天進(jìn)行一次8 m/min×10 min適應(yīng)性跑臺練習(xí)。正式訓(xùn)練從第二周開始:對照組在籠中靜養(yǎng);運(yùn)動組采取的跑臺方案如下,每次運(yùn)動時間12 min(保證運(yùn)動對生長激素的促分泌作用),時間間歇為30 min(有利于骨組織對機(jī)械應(yīng)力作用的感知)[7],每周訓(xùn)練6 d,運(yùn)動速度逐周增加,一共訓(xùn)練8周(表1)。

Tab.1 Different strength intermittent treadmill training plan of growth period rats(m/min)

1.3 樣本采集

各組大鼠在最后一次訓(xùn)練24 h后宰殺,宰殺前稱量體重并記錄。毀壞脊髓,摘眼球取血,放入離心管中,低溫離心機(jī)3 000 r/min離心15 min,取上清存于-84℃超低溫冰箱內(nèi),以備堿性磷酸酶(alkline phosphatase,AKP)、抗酒石酸鹽酸性磷酸酶(tartrate resistant acid phosphatase,Str-ACP)。取大鼠股骨,剝離股骨上附著的肌肉和結(jié)締組織,用生理鹽水浸透的紗布包裹,存于-84℃超低溫冰箱內(nèi),待骨含量(bone mineral content,BMC)和骨密度(bone mineral density,BMD)指標(biāo)的測試。

1.4 指標(biāo)測定

1.4.1 各指標(biāo)的測定 BMD、BMC測定采用美國Norland XR-46雙能X線骨密度測量儀(北京體育大學(xué))。AKP、StrACP采用比色法,儀器為722S分光光度計,試劑盒均購于南京建成生物工程研究所。

1.4.2 實(shí)驗(yàn)藥品 AKP試劑盒、StrACP試劑盒。以及生理鹽水、去離子水等。

1.4.3 實(shí)驗(yàn)儀器 RS-100動物跑臺、MDF-U2086S型超低溫冰箱、722S分光光度計、G L-20-Ⅱ型高速冷凍離心機(jī)、HS-4型精密恒溫水浴槽、超聲清洗器、干燥箱、百得自動移液器、動物手術(shù)器械等。

1.5 統(tǒng)計方法

采用SPSS 17.0統(tǒng)計軟件對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)理,測定結(jié)果以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(±s)表示,數(shù)據(jù)經(jīng)K-S檢驗(yàn)呈正態(tài)分布,不同組之間進(jìn)行單因素方差(one-way ANOVA)分析,并用two related samples of nonparametric test進(jìn)行組間比較。

2 結(jié)果

2.1 體重

實(shí)驗(yàn)前各組大鼠之間體重差異無統(tǒng)計學(xué)意義。實(shí)驗(yàn)后70%組大鼠體重顯著低于安靜對照組(P＜0.05),75%～90%組非常顯著低于安靜對照組(P＜0.01),90%組顯著低于65%組和70%組(P＜0.05,表2)。

Tab.2 Body weight changes of the rats before and after the experiment(g,±s,n=8～10)

Tab.2 Body weight changes of the rats before and after the experiment(g,±s,n=8～10)

＊P＜0.05,＊＊P＜0.01vscontrol group;#P＜0.05vs65%group;△P＜0.05vs70%group

Group(VO2max) n Before the experiment After the experiment Control 10 66.80±3.68 501.60±26.65 65% 8 66.80±5.43 457.75±30.17 70% 9 67.90±6.19 447.33±34.15＊75% 8 68.70±7.97 425.00±33.35＊＊80% 9 66.60±8.64 416.89±37.42＊＊85% 8 69.30±4.42 422.50±34.02＊＊90% 8 69.80±3.19 394.50±27.29＊＊#△

2.2 骨量

70%和75%組股骨BMD顯著高于對照組(P＜0.05);65%組、75%組、85%組股骨BMC顯著高于對照組(P＜0.05),70%組非常顯著高于對照組(P＜0.01)。70%組股骨BMD顯著高于65%組(P＜0.05),85%組、90%組顯著低于65%組(P＜0.05);90%組股骨BMC顯著低于65%組(P＜0.05)。75%組、80%組、85%組、90%組股骨 BMD、BMC 均顯著低于70%組(P＜0.05)。85%組、90%組股骨BMD和90%組BMC均顯著低于75%組(P＜0.05)。90%組股骨BMD、BMC均顯著低于85%組(P＜0.05,表 3)。

Tab.3 Changes of BMD and BMC comparison after the experiment among groups(±s,n=8～10)

Tab.3 Changes of BMD and BMC comparison after the experiment among groups(±s,n=8～10)

BMD:Bone mineral density;BMC:Bone mineral content＊P＜0.05,＊＊P＜0.01vscontrol group;#P＜0.05vs65%group;△P＜0.05vs70%group;▲P＜0.05vs75%group;○P＜0.05vs85%group

Group(VO2max) n BMD(g/cm2) BMC(g)Control 10 0.1200±0.0095 0.3238±0.0485 65% 8 0.1339±0.0062 0.4058±0.0492＊70% 9 0.1393±0.0031＊# 0.4525±0.0335＊＊75% 8 0.1296±0.0015＊△ 0.3869±0.0254＊△80% 9 0.1223±0.0082△ 0.3454±0.0483△85% 8 0.1250±0.0044#△▲0.3731±0.0381＊△90% 8 0.1171±0.0047#△▲○0.3051±0.0286#△▲○

2.3 運(yùn)動對骨形成和骨吸收生化標(biāo)志物的影響

9周跑臺訓(xùn)練后,各運(yùn)動組血清AKP、StrACP均顯著高于對照組(P＜0.05),其中65%組、70%組、75%組、80%組血清AKP和80%血清StrACP非常顯著高于對照組(P＜0.01)。70%組血清AKP顯著高于65%組(P＜0.05),85%組、90%組血清AKP顯著低于 65%組(P＜0.05);80%組、85%組、90%組血清StrACP顯著高于65%組(P＜0.05)。80%組、85%組、90%組血清AKP顯著低于70%組和75%組(P＜0.05);血清StrACP均顯著高于70%組和75%組(P＜0.05)。90%組血清StrACP顯著高于80%組和85%組(P＜0.05,表4)。

Tab.4 AKP and Str-ACP comparison after the experiment among groups(±s,n=8～10)

Tab.4 AKP and Str-ACP comparison after the experiment among groups(±s,n=8～10)

AKP:Alkline phosphatase;StrACP:Tartrate resistant acid phosphatase＊P＜0.05,＊＊P＜0.01vscontrol group;#P＜0.05vs65%group;△P＜0.05vs70%group;▲P＜0.05vs75%group;○P＜0.05vs80%group;●P＜0.05vs85%group

Group(VO2max) n AKP(K/100ml) StrACP(U/L)Control 10 26.875±1.188 12.837±1.377 65% 8 41.015±2.114＊＊ 18.503±2.429＊70% 9 46.035±2.611＊＊# 16.447±2.120＊75% 8 43.834±3.155＊＊ 17.769±1.642＊80% 9 38.043±4.073＊＊△▲ 22.430±1.591＊＊#△▲85% 8 35.392±2.716＊#△▲23.990±1.870＊#△▲90% 8 34.597±2.323＊#△▲28.009±1.839＊#△▲○●

3 討論

3.1 強(qiáng)度不同的間歇跑臺訓(xùn)練對生長期大鼠骨量和骨密度的影響

運(yùn)動強(qiáng)度不同對骨密度的影響有很大差異[8],本實(shí)驗(yàn)的研究結(jié)果是70%組股骨BMD、BMC顯著高于對照組和其他各運(yùn)動組。適度的運(yùn)動能增加骨量[9],大強(qiáng)度運(yùn)動反而導(dǎo)致BMD降低[10],90%組的BMD、BMC低于對照組,其他各運(yùn)動組均高于對照組,其中 70%和75%組顯著高于對照組。70%VO2max的中等強(qiáng)度跑臺訓(xùn)練使BMD、BMC增加最明顯,與其余各組比較有顯著性差異;運(yùn)動強(qiáng)度超過90%VO2max時,骨密度和骨量反而減小。表明運(yùn)動強(qiáng)度對BMD、BMC刺激有一閾值,這一閾值強(qiáng)度約為70%VO2max的運(yùn)動,在該閾值下運(yùn)動,隨運(yùn)動強(qiáng)度的漸增,BMD、BMC增高;超過該閾值,刺激強(qiáng)度增大,BMD、BMC有減少趨勢。值得注意的是85%組沒有隨BMD、BMC下降曲線一直減少,反而出現(xiàn)一個反彈,出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因可能是大鼠機(jī)體對運(yùn)動強(qiáng)度的適應(yīng),防止BMD、BMC減少的過快。

3.2 強(qiáng)度不同的間歇跑臺訓(xùn)練對生長期大鼠骨代謝生化標(biāo)志物的影響

血漿AKP、StrACP能夠反映成骨細(xì)胞、破骨細(xì)胞的活動以及骨基質(zhì)和骨礦物質(zhì)的變化[11]。成骨活躍時,成骨細(xì)胞分泌大量堿性磷酸酶,一部分參與骨的鈣化,一部分釋放到血液中,使血液中AKP活性升高,因此血漿中AKP活性可反映成骨細(xì)胞活躍狀況。本實(shí)驗(yàn)的研究結(jié)果是各運(yùn)動組血清AKP均顯著高于對照組,其中65%組、70%組、75%組、80%組血清AKP非常顯著高于對照組。表明運(yùn)動訓(xùn)練組大鼠成骨細(xì)胞活躍,骨形成作用明顯好于對照組。70%組和75%組血清AKP顯著高于80%組、85%組、90%組,同時70%組血清AKP顯著高于65%組,這說明70%VO2max的訓(xùn)練強(qiáng)度成骨細(xì)胞最活躍。

血漿中的StrACP主要來源于破骨細(xì)胞,其水平反映破骨細(xì)胞活性和骨吸收的高低。本研究中各運(yùn)動組血清StrACP均顯著高于對照組,生長期運(yùn)動大鼠新陳代謝旺盛,破骨細(xì)胞活躍[12],血清StrACP活性升高。隨著訓(xùn)練強(qiáng)度的增加,血清StrACP水平呈上升趨勢,80%組、85%組、90%組血清StrACP顯著高于65%組、70%組和75%組,90%組血清 StrACP均顯著高于80%組和85%組。說明訓(xùn)練強(qiáng)度大于80%VO2max時,破骨細(xì)胞活性增加迅速,從而影響骨量的積累和峰值骨量的形成。

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Different strength intermittent treadmill training of growth period rats and related bone metabolism of the hormone influence＊

XIE Shun-cheng,MA Xue-jun+△,GUO Cheng-ji,LIU Hong-zhen
(Qufu Normal University Sports Science College,Qufu 273165,China)

Objective:To explore the influence of different strength intermittent treadmill training of growth period rats on the bone metabolism,so as to provide the training intensityof teenagers to set theory support.Methods:Select 70 male four weeks Wistar rats according to body weight randomly divided into seven groups(n=10):the control group and the exercise group.According to the VO2max the exercise group was divided into 6 groups:65%、70%、75%、80%、85%and 90%group.Nine weeks treadmill training,training six days a week,each group of training three times,each time not less than 10min,the interval was 30 min.The last movement after 24 h,took the femur and blood to measured the bone mineral density(BMD),bone mass(BMC)and alkaline phosphatase(AKP),resist tartaric acid acidic phosphatase(Str-ACP).Results:①The femoral BMD(0.1393±0.0031)、BMC(0.4525±0.0335)of 70%group were significantly higher than those in the control group(BMD:0.1200±0.0095,BMC:0.3238±0.0485)and the other sports group(65%BMD:0.1339±0.0062、BMC:0.4058±0.0492,75%BMD:0.1296±0.0015、BMC:0.3869±0.0254,80%BMD:0.1223±0.0082、BMC:0.3454±0.0483,85%BMD:0.1250±0.0044、BMC:0.3731±0.0381,90%BMD:0.1171±0.0047、BMC:0.3051±0.0286)(P＜0.05),the femoral BMD,BMC of 90%group were lower than those of the control group,the other in the exercise group were higher than those in the control group;②Serum AKP in the exercise group were significantly higher than those in the control group,the group of 65%(41.015±2.114),70%(46.035±2.611),75%(43.834±3.155),and 80%(38.043±4.073)were very significantly higher than those in the control group(26.875±1.188)(P＜0.01);70%group and 75%group were significantly higher than those in the 80%group,85%group and 90%group,while 70%group serumAKP level were significantly higher than those in 65%group(P＜0.05),it showed that 70%of the VO2max training intensity of osteoblasts was most active.The serum Str-ACP of exercise group were significantly higher than those in the control group,along with the increase of the training intensity,serum Str-ACP level was rising and the group of 80%(22.430±1.591),85%(23.990±1.870),and 90%(28.009±1.839)serum of Str-ACP were significantly higher than those in the group of 65%(18.503±2.429),70%(16.447±2.120)and 75%(17.769±1.642)(P＜0.05),the group of 90%serum Str-ACP were significantly higher than those in the group of 80%and 85%(P＜0.05).Conclusion:The training of 70%of the VO2max,moderate intensity intermittent running,make the growth period rat bone mass and bone mineral density to increase obviously.

intermittent treadmill training; bone mass; bone mineral density

G80-3

A

1000-6834(2012)03-271-04

山東省科技攻關(guān)計劃項(xiàng)目(032050117)

2011-12-05

2012-03-02

△【通訊作者】Tel:0537-4458368;E-mail:xigua8368@163.com;

+:并列第一作者