不同負荷的力量訓練對未成年大鼠骨密度的影響

李天

馬鞍山學院大阪醫工學院 安徽馬鞍山 243000

1 研究背景

骨骼對人體起著支撐、保護和運動的作用，骨骼由骨膜、骨髓、骨質、神經和血管等構成。骨密度是檢測骨骼強度的重要指標。骨密度過低會誘發骨質疏松和骨關節疼痛。中小學學生的年齡段正處在生長發育的加速時期，中小學學生骨骼的特點是骨質密度不足，骨骼的韌性大，軟骨組織、骨組織內水分和有機物多，無機鹽少，骨骼生長快。青少年期是人體骨骼發育的重要時期，骨密度、骨量、骨長度、骨寬度和骨硬度以較快的方式增長。有學者對7～18歲年齡階段的青少年進行骨密度的測試，得出青少年發育階段隨著年齡的增長骨密度逐漸增加[1]。由于平日缺乏有效的力量訓練，導致青少年骨質疏松現象越來越普遍，青少年同老年人一樣會出現低骨密度的風險[2]。

研究表明運動是可以促進青少年骨骼發育和骨密度的增長[3]。為了促進青少年健康成長和增強身體素質，中小學積極推廣學校體育運動，體育活動逐漸多元化，力量訓練在體育訓練中引起了極大的關注，力量訓練可以提高身體機能，使人變得肌肉發達，體格強壯，還可以提高運動能力，對于提高運動成績具有積極的作用。科學合理的力量訓練可以改善人體全身骨骼系統的代謝和功能，提高其峰值骨量，預防骨質疏松癥的發生，增加骨密度。不恰當負荷的力量訓練會直接影響青少年骨骼發育，導致骨骼變形、骨鈣流失和骨骺過早閉合等。因此研究符合生長期骨骼發育的力量訓練負荷已經成為當前勢必解決的重大問題。

本次實驗采用動物實驗，以未成年大鼠為研究對象，創建了不同負荷力量訓練的動物模型，觀察8周訓練后骨密度的變化，測量大鼠體長和體重，以探討不同負荷力量訓練在生長期骨骼發育中的作用。

2 實驗方法

2.1 實驗動物

購買4周齡健康wistar大鼠24只，正常飼養到6周齡。每日更換墊料，飼養室內長期消毒，保持衛生。飼養室內溫度控制在20～25℃，濕度控制在50%～60%。

2.2 實驗動物分組

將未成年大鼠分為兩大組實驗組(S)和對照組(C)，其中實驗組分為無負重組(S1)，四分之一體重負荷組(S2)，二分之一體重負荷組(S3)。

2.3 不同負荷模型建立

訓練負荷分別設置為低強度的力量訓練(S1)、中等強度的力量訓練(S2)和高強度的力量訓練(S3)，S1組沒有外加負荷，S2組和S3組以沙袋作為外加負荷，用塑料扎帶將沙袋固定在大鼠后背上，S2組沙袋重量為大鼠體重的四分之一，S3組沙袋重量為大鼠體重的二分之一，根據大鼠體重的增加每周調整一次沙袋重量。

2.4 力量訓練模型建立

根據李世昌等研究，本次實驗采用大鼠縱跳方式[4]。首先建立一個長寬高分別為1m、0.8m、1.2m的立體有機玻璃，被4塊1.2m高的有機玻璃平均分隔為5個立體空間作為大鼠的跳臺。跳臺由泡沫板塊疊加而成，一塊泡沫板塊的長寬高分別為0.25m、0.8m、0.3m。其次在有機玻璃低端設置電板，電壓設置為30V，頻率為50Hz。一開始大鼠不進行跳躍，通過導電，刺激大鼠往上縱跳，時間長了，大鼠產生條件反射，只要落在電板上，不用導電就縱跳。總共訓練8周，每周訓練6天。訓練強度設置為3個訓練組，在第1周訓練時放置2塊泡沫板，之后每1周遞增1塊泡沫板。每次跳臺訓練各訓練組訓練3個組次，每次跳躍20下，每組次間歇時間為10分鐘。

2.5 麻醉大鼠

8周訓練完成后測其體重。用10%水合氯醛、0.3mL/100g腹腔注射麻醉。

2.6 測量體長和體重

測量體長和體重，對S2組和S3組所有大鼠每周進行一次體重測量，根據體重調整沙袋重量。各組大鼠麻醉后從鼻腔頂端到尾巴末端的距離測量體長。

2.7 骨密度測試

骨密度掃描設備為骨密度測量儀，對各組大鼠進行全身掃描。

2.8 數理統計法

采用spss15.0統計所得數據，數據以平均數±標準差表示(x±s)。組間比較用單因素方差分析，P<0.05代表差異有統計學意義，P<0.01代表差異具有顯著統計學意義。

3 結果與分析

3.1 體長和體重

實驗組各組大鼠經過8周負重跳臺訓練后，與對照組一同測量體長和體重，體長：S1>C>S3>S2，體重：C>S1>S2>S3。S2組和S3組體長顯著低于C組，說明中高強度負荷的力量訓練能夠影響未成年大鼠正常骨骼生長發育。S1組體長與C組對比不具備統計學意義，S2組和S3組體長低于S1組，說明無負荷低強度的力量訓練不會影響未成年大鼠骨骼正常生長發育，低強度運動訓練更有利于未成年大鼠。

S1組體重顯著低于C組，S2組和S3組體重顯著低于C組和S1組，S3組低于S2組。隨著力量訓練負荷的增強，體重降低越顯著，說明力量訓練會降低未成年大鼠體重，與負荷的增加成反比。

3.2 骨密度

根據下圖可以看出各組大鼠骨密度值S1>S2>C>S3。S1組骨密度值顯著高于S2組、S3組和C組，說明低強度力量訓練可以有效增加未成年大鼠骨密度。S2組骨密度值高于C組，說明中等強度的力量訓練可以增加未成年大鼠骨密度，但是效果要低于低強度的力量訓練。S2組骨密度值高于S3組(P<0.01)，具有統計學意義，C組骨密度值高于S3組，但不具有統計學意義，說明高強度的力量訓練不能夠增加未成年大鼠骨密度。實驗組骨密度值隨著負重的增加呈遞減模式，如下圖所示。

各組大鼠骨密度圖

4 討論

4.1 不同負荷的力量訓練對大鼠骨密度的影響

近年來，不同運動方式對骨密度影響的研究頗多，有氧運動和無氧運動都能夠提高大鼠的骨密度，但是無氧運動提高骨密度需要的時間較短，效果更顯著[5]。青少年運動量過高和過低都不利于正常生長發育，運動過低容易誘發骨質疏松，運動量過大易造成運動損傷。國內外關于力量訓練干預中小學生骨密度的研究不多，有人提出給生長期的青少年進行負重練習增加骨密度，預防骨質疏松癥，并且證明了這種練習的合理性[6]。

本次實驗采用動物實驗，中等強度和高強度的力量訓練使得未成年大鼠骨密度顯著低于低強度力量訓練，進行中等強度力量訓練的未成年大鼠骨密度高于對照組和高強度的力量訓練，進行高強度力量訓練的未成年大鼠骨密度與對照組不具備統計學意義。對未成年進行力量素質訓練，低強度和中等強度能夠提高骨密度，有研究兒童中等強度的負重訓練可以刺激骨礦物質積累[7]，與本文研究結論一致，可以提高未成年大鼠骨密度，但是本文研究低強度的力量訓練增加更為顯著。有學者對處于青春期的體操運動員和非運動員的學生進行骨密度的測量，體操運動員的骨密度顯著性低于學生，可能是由于長時間的大強度運動導致[8]。本次實驗進行大強度力量訓練的未成年大鼠骨密度略低于對照組，但是不具備統計學意義。可能是營養攝入導致體操運動員與學生相比具有顯著性差異，實驗組大鼠飲食正常，而體操運動員需要控制飲食。魏亞茹等學者對冰上運動項目運動訓練與骨密度進行相關性研究，得出的結論是雖然冰上項目運動對運動員下肢骨密度有促進作用，但長期高強度的運動訓練對冰上項目運動員跟骨密度產生一定的負面影響[9]。本次實驗結果也證明低強度的力量訓練對未成年大鼠骨密度的促進最為有效。

4.2 不同負荷的力量訓練對大鼠骨骼生長發育的影響

青少年進行力量訓練，有效的生物運動力學干預可以促進骨骼的生長發育，運動力學的刺激對骨細胞的分化和增殖起到重要作用，維持骨代謝的平衡，但是受到運動強度大小的影響[10]。本次實驗中等強度的力量訓練和高等強度的力量訓練顯著性降低，未成年大鼠隨著負重的增加，體長和體重下降明顯。有學者對青春期前的女性進行9個月的高強度鍛煉后，發現身高和體重均增加[11]，本次實驗結果與其不同，可能存在動物實驗的局限性和訓練手段不同導致的。

低強度力量訓練的未成年大鼠體長與對照組相比結果相似，體重顯著性降低，骨密度在所有組別中最高。說明低強度的力量訓練可以提高骨密度，促進骨骼正常發育。中等強度力量訓練的未成年大鼠雖然骨密度有所增加，但是體長和體重顯著性降低，影響未成年大鼠骨骼正常發育。高強度力量訓練骨密度未能得到提高，反而體長和體重在所有組別最低，說明高強度的力量訓練嚴重損害未成年大鼠的正常骨骼生長發育。

5 結論

(1)中等強度和高強度的力量訓練降低大鼠的身長和體重，影響大鼠正常生長發育。低強度力量訓練不影響大鼠身長發育。

(2)低強度力量訓練和中等強度的力量訓練能夠有效的促進大鼠骨密度的增加，骨密度值隨著力量訓練負荷增加而降低。