老年人骨質疏松運動預防策略研究進展

孫悅婉 王冬梅* 王 瑋 孫璟川

1(上海交通大學機械與動力工程學院，上海 200000)2(第二軍醫大學附屬長征醫院骨科，上海 200003)

引言

日前，隨著全球人口老齡化進程加速，老年人口數量與日俱增，其健康和疾病問題亦備受關注。其中骨質疏松癥是中老年人群的常見病，以骨量減少、骨微結構破壞、骨強度下降、骨脆性增加、骨折風險增大等為特點。老年人發生骨質疏松后易引發軀體的疼痛及骨折，嚴重者可造成癱瘓，給個人、家庭及社會造成沉重負擔。骨質疏松癥影響了世界超過2.2億的人口[1]，2015年中國骨質疏松癥總患病率為12.4%，總人數已超過1.6億。據預測，到2020年，我國骨質疏松患者人數將增加至2.8億。我國50歲左右的男性和女性在一生中患骨質疏松性骨折的可能性分別為13.1%和39.7%[2]。骨質疏松危害大且發病率高，其早期預防尤為重要。

在1989年，WHO明確提出骨質疏松預防的三大原則：補鈣、飲食調節和運動療法[3]。其中，運動療法以其有效、價廉、安全、簡便、副作用少、依從性高等特點越來越多地用于臨床實踐中。已有研究表明，運動對于預防骨質疏松和提高骨密度有積極作用[4]。同時有研究表明，運動和康復措施可改善平衡障礙，降低跌倒風險，還具有減少體脂量、改善糖尿病和高脂血癥等方面的作用，從而提升老年人生活質量[5-9]。目前常見的運動處方主要為有氧、抗阻和振動運動。因此，下面著重對這3種運動在老年人骨質疏松預防中的作用做系統綜述，重點闡述其實現方法、效果及特點，并對目前存在的問題進行討論，幫助專業人員在該研究領域更深入地開展工作。

1 有氧運動

有氧運動是指機體在氧氣充足的情況下進行體育活動。目前，關于運動療法對老年人骨質疏松預防的作用研究主要集中在單一運動項目，如太極、走步、廣場舞等。大量研究結果均顯示，有氧運動可以有效延緩因年齡增長導致的骨量流失和骨質量下降，緩解骨質疏松，降低骨折的發生[10]。同時，有氧運動方式對中老年人群的身體各圍度指標均有改善作用，體重和體脂率均有下降趨勢[11-13]。下面重點對太極和行走兩種典型運動形式對預防老年骨質疏松的效果進行闡述。

太極作為中國傳統運動文化的精髓，深受廣大人民的喜愛。有研究選取45名老年女性，分為太極柔力球組和對照組作為受試對象，柔力球組進行6個月的干預。實驗后太極柔力球組與實驗前相比，上肢、大腿及軀干等部位的骨密度值略有下降，但無顯著性差異；而對照組實驗后與實驗前相比，對應身體各部位的骨密度均明顯下降，且與實驗前呈非常顯著性差異[14]。虞定海等[15]將117名絕經婦女分為太極健骨操組、太極組和對照組，進行12個月的干預，發現實驗組腰椎骨密度增加，結論為太極健骨操和太極均具有延緩絕經期女性骨質疏松的作用。以上研究均表明，太極運動對延緩老年人骨密度下降是有效的，但由于太極招式眾多，每個研究中所選取的太極方式也不完全相同，因此不能完全證明太極對預防老年人骨質疏松有積極影響。徐世民等[16]對現有的太極對絕經后女性骨密度影響研究的文獻進行了Meta分析，分析結果表明，目前尚未有足夠的證據證明太極對預防絕經后女性骨密度的影響積極有效。Liu等[17]對6篇文獻研究結果進行Meta分析，認為太極干預組和對照組的腰椎和脛骨骨密度無明顯差異，因此斷定太極在預防絕經后婦女腰椎和股骨頸骨密度降低方面沒有顯著作用。目前對于太極運動的研究所采用的太極招式、干預時長、運動頻率等研究方法存在著異質性，使得分析結果無顯著性差異(P>0.05)，因此無法得出太極運動對老年人骨密度有積極作用的結論。事實上，也沒有足夠的證據說明太極運動對骨密度不產生任何作用，或者是練習太極會對機體產生潛在性的危害。有研究指出，練習太極運動有助于提高身體的平衡性、增強肌肉力量、柔韌性和預防摔倒[18]。同時，太極拳對心血管系統、呼吸系統、運動系統的作用效果明顯，而且對中樞神經、內分泌系統、免疫系統這三大調節系統都具有改善作用[19]。

除太極外，行走運動也是常見的老年運動。Martyn等[20]對行走運動的骨質疏松預防效果的研究結果進行了Meta分析，發現行走對于維持絕經婦女的脊椎骨密度無顯著作用，但對于股骨骨密度維持有積極作用,并認為其原因可能是行走所產生的應力刺激無法達到提高骨密度的所需的閾值。盡管普通行走運動對于維持骨密度的作用不明顯，但有大量研究結果表明，快走運動對維持骨密度有積極作用。Bergstr?n等[21]對92名絕經后患骨質疏松婦女鍛煉的生物力學效果進行了持續一年的跟蹤研究，觀察到髖部骨密度明顯增加，表明快走對于治療骨質疏松有積極作用。由于快走運動時肌肉對骨骼的刺激較大，因此在延緩骨密度流失方面的效果要好于太極運動[22]。有研究調查了105名有3年以上的相關運動經歷的老人，分為太極拳組、快走組和游泳組，結果顯示快走組根骨骨密度最高，而游泳組根骨骨密度最低[23]。因此說明快走相比太極和游泳更能維持老年人的骨密度。孫威等[24]將60名老年女性分為太極組、快走組和對照組，接受16周的訓練，發現在停練階段快走對骨密度和骨代謝的維持效果要好于太極拳鍛煉。因此，相比于太極拳鍛煉，老年人可以考慮將快走運動作為首選的改善骨密度的鍛煉方式，以預防骨質疏松。

2 抗阻運動

抗阻訓練(resistance training)也稱為力量訓練，是機體依靠骨骼肌肌力克服外界阻力的運動方式。骨組織和機械應力之間存在一種生理平衡，骨對應力的適應遵循Wolff定律[25]，即骨在需要的地方(承重和受應力刺激的部位)生長，在不需要的地方骨質吸收；并且在適宜的負荷下，運動強度越大，對骨的應力刺激也越大，越有利于骨密度的維持和提高?？棺柽\動致使骨量增加，主要通過機械負荷的直接刺激和肌肉收縮的間接刺激來完成。Kawano等[26]的研究表明，在抗阻運動過程中肌肉收縮，牽拉連帶骨干增加了骨的應力負荷，增加骨組織血液供應及減緩骨量丟失，可促進骨細胞的生成。目前已有大量研究表明，通過抗阻訓練可以增加老年人的骨密度[27]。Kelley等[28]在對29篇文獻研究結果的Meta分析后指出，抗阻訓練對于維持絕經后婦女股骨、撓骨的骨密度有益。Bolam等[29]通過對現有文獻研究成果的分析，討論了抗阻訓練對中老年人腰椎和股骨骨密度的影響，發現抗阻訓練可以提高老年人骨密度，并且效果優于低強度的運動，如行走等。

目前對于抗阻訓練預防骨質疏松的研究所采用的訓練方式可分為兩類：一類為簡單的肢體動作，如伸髖、壓腿、伸腿等；另一類為使用器械的運動，如負重運動和拉力帶運動等。申瀟竹等[30]對50名老年腦卒中患者進行抗阻訓練，訓練動作包括伸腿、屈腿、俯臥撐等，6個月后發現試驗組腰椎、頸椎、股骨Wards三角及大粗隆骨密度值均明顯高于對照組(38人)在相同部位的骨密度值(P<0.05)。此研究表明，采用簡單肢體動作的抗阻訓練，對提高老年人骨密度有積極作用。由于簡單動作對場地和器材要求少，并且易于學習和掌握，因此適合老年人在日常生活中進行鍛煉。

目前負重運動的研究中多采用負重背心、啞鈴等器材來增加老年人的自重，從而解決了人體自重無法達到骨重建應力刺激閾值的問題。Pruitt等[31]對27名絕經7年內婦女進行負重訓練，受試者隨機分為對照組和每周訓練3次的負重訓練組。9 個月后訓練組椎骨骨密度增加了1.6%，對照組下降了3.6%。雖然訓練組的增加并不顯著，但是其與對照組的變化相比卻很明顯，所以可以認為負重訓練對維持椎骨骨密度有積極作用。除負重運動，使用拉力帶進行的訓練多為漸進式抗阻訓練。漸進性抗阻訓練(progressive resistance training)是指在訓練過程中不斷增加阻力負荷以刺激肌肉連續適應性和提高力量的過程。而拉力帶被拉長時阻力是從零開始，被拉長的比例是與阻力增加比例協調遞增的，從而可以有效地進行抗阻訓練。同時，阻力的方向不會受地心引力影響，完全由拉力帶的拉力方向決定，使得訓練動作更為靈活。胡煜等[32]將60例65歲以上老人隨機分為3組，分別為對照組、有氧運動組和有氧運動+漸進式抗阻運動組，進行6個月的訓練，抗阻運動組使用Thera-Band漸進式彈性阻力訓練帶進行訓練。結果表明，抗阻運動組T2、T4、左髖部骨密度增高較對照組及有氧運動組更明顯(P<0.05)，L2、L4的骨密度升高與運動阻力大小的增加存在相關性。該研究說明，漸進式抗阻訓練對提高骨密度有積極作用。

由于抗阻運動的強度更高，在相同時間內，對于提高骨密度較有氧運動更為有效。在一項針對71名老年女性的研究中，隨機分為抗阻運動組、有氧運動組和對照組，進行1周3次，持續8個月的運動訓練，僅抗阻運動組股骨轉子骨密度提高2.9%，全髖提高1.5%，有氧運動組和對照組均無明顯骨密度增加，但兩個運動組的平衡功能均有所提高[33]。表1中對比分析了代表性研究的實驗要素，從中也可以看出，有氧運動實驗結果多為維持骨密度，而抗阻訓練則能提高老年人骨密度。盡管抗阻運動效率較高，但骨質疏松是一種全身性骨病，而抗阻訓練是對局部肌肉的鍛煉，因此具有部位特異性，所產生的刺激只能作用在局部骨骼，較有氧運動作用范圍小，因此將抗阻運動和有氧運動相結合是一種較為全面的運動方案。有研究將40名中年男女隨機分為運動組和對照組，實驗組采用有氧運動結合抗阻力量練習方式，對照組采用單純有氧運動方式。2 個月的運動干預結束后，實驗組骨礦物含量、超聲聲速、跟骨超聲振幅、骨強度均出現增長，而對照組均出現不同程度下降[34]。并且，已有研究成果表明抗阻運動不僅對預防骨質疏松有積極作用，并且對提高心血管功能起著重要的作用。同時，抗阻運動也可以提高老年人自理能力，改善生活質量[35]。

3 振動運動

全身振動訓練是一種通過機械振動和外在抗阻負荷誘發神經肌肉反射，促進肌肉收縮，同時給予骨骼重復性的應力刺激進而改善肌肉-骨骼系統結構和功能的康復訓練方法。2001年，由NASA資助的科學家們和國際太空生物醫學研究協會發現了輕微的振動(0.3g，90 Hz)可能刺激骨生長，科學家們建議航天員可以通過每天站在一個輕微振動的平臺上 10～20 min來防止骨丟失[36]。目前，機械振動作為一種短期、簡便、無創、不良反應少的物理療法，在骨質疏松預防中受到廣泛關注。

機械振動的成骨效應已在多項細胞和動物實驗中得到驗證，并獲得臨床試驗的支持。2001年，Rubin等[37]對成年綿羊施加機械振動(0.3g，30 Hz，20 min /d)并研究其對骨密度的影響，持續1年后發現，實驗組綿羊股骨近端的骨小梁密度較對照組提高34.2%，由此證明機械振動能夠作用于骨組織，對復雜的骨重塑周期產生影響，從而刺激骨的形成，提高骨密度。隨后，Rubin等[38]又嘗試將機械振動用于人體。選擇70名絕經后婦女志愿者作為測試對象，研究短時間(<20 min)、低強度機械信號(0.2 g，30 Hz)在抑制骨質疏松方面的作用效果。結果顯示，經過連續12個月的振動刺激，絕經后骨質疏松婦女股骨頸骨密度較對照組增加 2.17%，腰椎骨密度較對照組增加1.5%。Ma等[39]對3 599篇研究全身振動對于預防絕經后女性骨流失作用的文獻進行Meta分析，結果表明，低幅度全身振動療法可以顯著降低絕經后婦女腰椎骨質丟失。此外，有研究結果顯示全身振動可以同時增強骨骼肌肌肉力量和運動功能，改善平衡、協調性和步態能力，適合作為一種干預手段預防跌倒[40]。

目前對于振動運動的研究主要集中在振動治療儀的應用及其全身振動的效果。方斌等[41]選擇了114例骨質疏松患者，分為全身振動+碳酸鈣組、阿侖膦酸鈉+碳酸鈣組和碳酸鈣組。對全身振動組進行1次/d，20 min/次，每周5次的振動訓練，振動頻率為30～35 Hz，振幅為0.3g。持續6個月后發現，振動組和阿侖膦酸鈉治療組腰椎、左側股骨頸的骨密度均較治療前增加，差異有統計學意義(P<0.05)。李志春等[42]選擇了70例45～75歲的中老年骨質疏松患者，分為全身振動組和對照組。對振動組的被試者進行振動實驗(10 min/d， 每周 5次)，3個月后發現振動組在振動治療后腰椎骨密度平均上升1.29%，股骨的骨密度平均上升1.65%，上升的有效率為80%。以上研究均表明，全身振動對于預防骨質疏松、提高骨密度具有積極作用。

從現有的研究來看，振動運動與阻抗運動相比，對于提高骨密度和肌肉力量更為有效。Verschuere等[43]把70位老年人志愿者隨機分為全身振動組、抗阻訓練組和對照組，全身振動組和抗阻訓練組每周訓練3次，共24周。全身振動組在振動臺上進行動力性和靜力性伸膝練習，抗阻訓練組進行動力性的屈伸練習，強度為20 RM到8 RM。振動訓練后等長和等動肌肉力量分別提高了15% 和16%，髖部的骨密度提高了0.93%；而抗阻訓練組和對照組的髖部骨密度分別降低了0.60%和0.62%。同時從表1中的實驗時間來看，振動運動相比抗阻運動能夠在更短的時間內實現骨密度的提高。到目前為止，將振動運動和阻抗運動進行對比的研究較少，因此仍需進一步地研究驗證振動運動與阻抗運動的有效性差異。

然而，全身振動訓練區別于其他運動訓練方法的優勢并不完全在于治療效應更為顯著，而在于能夠以較小的負荷有效提高骨密度，使得該方法更適合于骨質疏松人群中高齡、運動功能受損、長期臥床或活動受限的患者。而且由于肌肉-骨骼結構對全身振動訓練的振動劑量和強度非常敏感，很短時間的訓練過程即可產生效果。Skerry等[44]研究發現，僅僅作用于骨組織72 s的振動刺激即可產生成骨負荷效應。因此，如表1所示，全身振動訓練時間很短(一般不超過 20 min)，且操作方法簡單，更易于為老年患者所接受。

目前，振動運動對于骨密度的作用機理尚不明確。普遍認為，機械振動對于骨的作用來自兩個方面：振動引起的機械應力對骨的作用和振動引起的肌肉力對骨的作用。有學者認為，骨組織中存在一類對應力刺激敏感的細胞，這類細胞通過細胞核的振蕩來感知機械應力的變化，進而引起骨量和結構的改變，以應對機械載荷[45]。也有學者認為，正常情況下骨量的維持或增加取決于骨負荷或骨應力，二者主要來自肌肉的主動收縮，肌力對骨結構和骨量具有決定作用，并且肌力的改變總是先于骨強度的改變。振動運動通過增強肌肉收縮來增加肌力，使得肌肉對骨的作用力增加，從而提高骨密度[46]。

對于振動運動的頻率，目前沒有較為準確的最佳頻率。由于人體有3個共振頻率段:5～8 Hz、10～12 Hz、20～25 Hz，因此振動頻率必須避開這些共振頻率，以免造成機體損傷，而且低頻率(<5 Hz)多誘發暈動相關病理現象，80 Hz 以上的振動因人體的阻尼幾乎無法向遠處傳遞，僅表現為局部振動[47]。研究表明，當機械振動的頻率為30 Hz 時，有70% 的機械振動可以傳遞到大腿骨和脊骨[48]，這說明頻率選為30 Hz較為合適。目前的研究共識是：高頻(>30 Hz)、低強度(<0.3g，1g=9.8 m/s)和短時(<30 min)的全身振動有利于骨形成?，F有研究存在的主要問題是若振動強度較大(>1g)，人體的不適感較強，不利于長期應用，而振動強度過低成骨效應也相應降低或消失。如何在兩者之間尋找一個適宜的平衡點是未來研究需要考慮的重要內容。

表1 運動策略對比分析Tab.1 Contrastive analysis of sports strategies

4 強度與頻率

對于運動強度，根據Wolff定律，運動強度需達到一定閾值才能對骨產生刺激，使骨密度增加，說明低強度的運動對骨密度作用不大。一項研究顯示，對兩組絕經后婦女進行抗阻運動訓練，有相同的載荷、組數、重復數量等，速率較大的運動組可保持她們脊柱和髖部的骨密度，而另一組下降2%，該研究表明運動量相同情況下，需一定的運動強度才能對骨密度起到積極作用[49]。但運動強度過大，可能會對骨密度起負面作用。Rockwell等[50]發現，34～42歲婦女經過9個月的負重運動訓練后，腰椎的骨密度反而出現下降。目前，對于運動強度，研究者達成的普遍共識是：低強度運動對提高骨密度的作用不明顯；中等強度的各種形式的運動對改善骨代謝、提高骨密度有積極作用；過大強度運動可能會導致骨密度下降，對骨健康產生負面影響。

目前對于有氧運動的研究，主要是通過老年人的耗氧量和心率來控制運動過程中的運動強度。一般認為，運動強度保持在人體最大攝氧量的60%～70% 或者最大心率的70%～80% 能夠更好地促進骨密度增長，保持或者延緩骨量流失，降低骨折風險，從而達到最佳的運動鍛煉效果[51]。運動時心率的普遍標準為：老人的心律≤170次/min。當前應用最廣和易于簡單計算的心率公式[52]為

最佳心率范圍=(220-年齡)×(70%-85%)

(1)

較為理想的運動強度應表現為: 老年人運動時不緊張，無面紅耳赤，氣不急喘，感覺輕松。如果運動后身體無發熱感、無脈搏加速，或者運動后2 min即可恢復常態，則說明運動強度偏小；反之，如果運動后大汗淋漓、胸悶氣短、運動后15 min脈搏還不能恢復到常態，則說明運動強度過大，需要適當減少運動強度[53]。對于抗阻運動的強度，通常用一次最大重復(1 RM)的百分比或最大重復次數(RM)來表示。用RM來確定適宜的訓練負荷是最簡單的方法，通常將1～6 RM負荷的訓練稱為高強度抗阻訓練， 8～12 RM為中等強度，10～15 RM為低強度[54]。對于振動運動的強度，通常通過振動的加速度來表示，小于0.3g為低強度，0.3～1g為中等強度，大于1g為高強度[55]。

對于運動的時間，相關研究顯示，8～12個月的運動持續時間才能增加少量的骨密度量[56]，這是由于骨的重建至少需要持續4～6個月。在表1中，除振動運動時間較短外，有氧和抗阻運動實驗均需6個月以上，也間接證明骨的重建需較長時間。同時，如果運動負荷停止,則增加的骨量可再度消失，因此要維持已獲得的骨量，必須對骨結構有著長期不斷的負荷刺激。對于運動頻率，從表1中可以得到，目前研究者的共識為每周3～5次。有學者將絕經婦女分為A、B、C三組，每周分別鍛煉3、4、5次，經過半年時間，結果顯示A 組的骨密度平均值上升5.3%。其余兩組的骨密度沒有明顯變化[57]。該研究顯示，骨密度值的變化與運動頻率不存在正相關的關系。因此，運動處方可根據老年人身體狀況，在每周3次的基礎上進行調整。對于運動頻率的研究，目前還不完善，需要進行進一步的研究。

5 有待深入研究的問題

目前骨質疏松預防的運動療法中還有以下有待深入研究的問題：

1) 目前運動預防骨質疏松的研究中選擇的多為絕經后婦女，對于老年男性的研究較少。50歲左右的男性骨折后的死亡率是女性的近3倍[58]，因此對于男性骨質疏松的研究是十分必要的。而且研究中對于各個年齡區間的患者沒有進一步劃分，缺少更加細致的針對各個年齡區間的統計研究。

2) 對于運動處方中的強度、頻率和運動持續時間，還需要進一步更為深入的研究。并且運動中選用的動作需要統一的規范，以便后續橫向比較研究。

3) 目前的研究沒有對于運動過程中力學機理的進一步研究，只是從統計結果來證明運動的效果。而運動中的力學機理對于制定運動規范和確定運動參數是十分重要的。

4) 目前的研究對于不同程度骨質疏松的患者沒有進一步的分組統計研究。同種運動對于不同骨質疏松程度的患者所產生的效果可能不同，單純的統計所有患者的骨密度變化可能對于運動效果的判斷產生偏差。