运动干预原发性骨质疏松症：不同运动方式、强度及频率对骨密度的影响

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2014.38.023

摘要/Abstract

摘要：

背景：研究证明，运动是骨质疏松症治疗的重要组成部分，适量的运动可以改善骨代谢、提高骨生物力学性能、增加骨密度。
目的：从运动对骨代谢的影响、运动对骨生物力学的影响、运动对不同年龄段人群骨密度的影响及不同运动方式、运动强度、运动时间和频率对骨质疏松症的影响等方面，就运动干预对原发性骨质疏松症的研究现状进行探讨。
方法：检索2000年1月至2014年6月PubMed数据库及维普中文科技数据库。英文检索词为“Osteoporosis；Bone Density；Bone Diseases，Metabolic；Exercise Therapy”；中文检索词为“骨质疏松症；运动干预；骨密度；骨代谢”。根据纳入标准保留33篇进一步归纳总结。
结果与结论：运动对骨代谢影响的实验提示中等强度运动刺激和雌激素都可以改善骨质疏松的发生程度，对于骨质疏松症的预防、减缓及治疗有积极意义。经过适量运动训练，大鼠去卵巢后体内骨改建的高转换状态可以得到缓解。运动对骨生物力学的影响研究显示，运动和雌激素均能显著提高大鼠股骨骨密度和骨生物力学性能，但运动能够更好地提高骨硬度和增强骨抵抗变形的能力。说明运动训练对骨质疏松大鼠的骨骼和肌肉有良好的刺激效果，肌肉的增大对骨骼质量也有良性的刺激作用。研究结果提示，参加体育活动越早，有可能获得的骨峰值越高，任何时候开始有规律的运动，对维持一定的骨量都有积极的作用。不同时期的运动作用效果不同，儿童期增加骨量，成人期获得骨量并保存骨量，老年期保存骨量减少骨丢失，因此，不同的运动方式和运动强度、频率对骨密度的影响也不同，应根据患者的实际情况，选择合适的运动方式。

关键词: 组织构建, 骨组织工程, 原发性骨质疏松症, 运动干预, 骨密度, 骨代谢

Abstract:

BACKGROUND: The studies have shown that exercise is an important part of the treatment of osteoporosis, and moderate exercise can improve bone metabolism, improve the biomechanical properties of bone and increase bone density.
OBJECTIVE: From aspects of the effects of exercise on bone metabolism, bone biomechanics and bone mineral density in different age, and effects of exercise pattern, exercise intensity, exercise time and frequency on osteoporosis, to investigate the research status of exercise intervention on primary osteoporosis.
METHODS: PubMed database and VIP Chinese Science and Technology Database were retrieved for articles published from January 2000 to June 2014. The keywords were “osteoporosis; bone density; bone diseases, metabolic; exercise therapy” in English and Chinese. According to the inclusion criteria, 33 articles were further summarized.
RESULTS AND CONCLUSION: In the experiments of exercise effect on bone metabolism, the moderate-intensity exercise stimulation and estrogen can improve osteoporosis, and has positive significance for the prevention, mitigation and treatment of osteoporosis. After the appropriate amount of exercise training, in vivo bone remodeling of ovariectomized rats at high conversion status can be alleviated. Research about the effects of exercise on bone biomechanics have shown that exercise and estrogen can significantly increase bone mineral density and bone biomechanical properties of rat femur, but the exercise can better improve bone hardness and enhance the ability of bone to resist deformation. It suggests that the exercise training has a good stimulation effect on the bone and muscle in rats with osteoporosis, and increased muscle also has a good stimulating effect on the quality of bone. The results suggest that by participating in sports activities more early, higher peak bone mass may be obtained; at any time to start regular exercise has a positive effect for the maintenance of the certain bone mass. Exercises in different periods exhibit different effects, which can increase bone mass in childhood, obtain bone mass and save bone mass in adulthood, preserve bone mass and reduce bone loss in the elderly. Therefore, the effects of different exercise pattern, intensity and frequency on bone mineral density are different, and patients should choose the appropriate exercise based on the actual situation,.

Key words: osteoporosis, bone density, bone diseases, metabolic, exercise therapy

中图分类号:

R318

杨路昕，郭郡浩，蔡辉. 运动干预原发性骨质疏松症：不同运动方式、强度及频率对骨密度的影响[J]. 中国组织工程研究, 2014, 18(38): 6200-6204.

Yang Lu-xin, Guo Jun-hao, Cai Hui. Exercise for primary osteoporosis: effects of different exercise pattern, intensity and frequency on bone mineral density[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2014, 18(38): 6200-6204.

图/表（结果） 1

2.1 运动对骨代谢的影响骨代谢是一个由成骨细胞的骨形成和破骨细胞的骨吸收构成的动态平衡过程，成骨细胞和破骨细胞在骨代谢中起着重要作用。两种细胞分布在骨膜、骨小梁及骨皮质处，破骨细胞黏附在骨表面，促进骨吸收，继而成骨细胞分泌类骨质，促进矿化沉积形成新骨，若破骨细胞活跃，破骨作用大于成骨作用，就会形成骨质疏松。常用的骨代谢检测包括：碱性磷酸酶、骨钙素、抗酒石酸酸性磷酸酶、1，25-羟基维生素D等指标。

动物实验研究发现，运动可以改善骨代谢。李亚义等^[2]将大鼠随机分组，以运动和雌激素刺激，测定碱性磷酸酶、抗酒石酸酸性磷酸酶骨钙素，结果不同组别大鼠骨密度和生化指标变化明显，提示中等强度运动刺激和雌激素都可以改善骨质疏松的发生程度，对于骨质疏松症的预防、减缓及治疗有积极意义。

黄泽锋等^[3]将实验大鼠随机分为正常对照组、单纯去势组以及运动训练组，测定血清钙、血清磷、血清碱性磷酸酶水平、骨钙素以及腰椎骨密度等指标，结果显示：①运动训练组腰椎骨密度明显高于单纯去势组(P < 0.01)。②运动训练组钙离子、碱性磷酸酶、骨钙素水平明显低于单纯去势组(P < 0.01)。③运动训练组骨小梁数目增加，厚度增加，视野下穿孔的数量少于单纯去势组。提示经过适量运动训练，大鼠去卵巢后体内骨改建的高转换状态可以得到缓解。

李军汉等^[4]研究被动运动和电刺激对失用性骨质疏松模型大鼠的预防作用，随机将大鼠分为假手术组、对照组、被动运动组、电刺激组和混合干预组，观察大鼠骨钙素和抗酒石酸盐酸性磷酸酶的变化；结果发现与假手术组相比，各干预组骨钙素值均呈显著性降低(P < 0.01)、抗酒石酸酸性磷酸酶值升高，但差异不具显著性意义(P > 0.05)；与对照组比较，各干预组骨钙素值均升高，其中混合干预组呈显著性升高(P < 0.05)、抗酒石酸酸性磷酸酶值均呈非常显著性降低(P < 0.01)。提示大鼠失神经支配可致骨形成减少、骨吸收增加，电刺激和被动运动治疗可有效抑制大鼠去神经后的骨形成减少以及骨吸收增加。

Notomi等^[5]揭示了跳跃抗阻训练可以通过增加成骨细胞的数量以增加骨的形成，同时通过减少破骨细胞数量来减少骨质的吸收。

2.2 运动对骨生物力学的影响骨组织和机械应力之间存在一种生理平衡，骨对应力的适应遵循Wolff定律^[6]，即骨在需要的地方生长(承重和接应力的部位)，不需要的地方骨质吸收；并且在适宜的负荷下，运动强度和骨密度呈正相关，运动强度越大，对骨的应力刺激也较大，也越有利于骨密度的维持和提高。运动通过直接刺激和肌肉牵拉可以增加骨负荷，从而刺激骨形成。陈柏龄等^[7]通过测定大鼠股骨骨密度和极限剪切载荷、剪切强度极限、最大剪应变、剪切弹性模量等生物力学指标，用于对比受到运动和雌激素干预的去卵巢大鼠的股骨骨密度和生物力学性能的影响，结果显示，运动和雌激素均能显著提高大鼠股骨骨密度和骨生物力学性能，但运动能够更好地提高骨硬度和增强骨抵抗变形的能力。

运动在增强肌肉力量的同时，也增加骨质的水平。在神经系统调控下的肌肉质量(包括肌块质量和肌力)是决定骨强度(包括骨量和骨结构)的重要因素。体内肌力对应骨量是一个大致不变的比例关系，与年龄相关的骨丢失往往会伴随着相应的肌力下降。因此，运动在保持肌力的同时，也保持住了相应的骨量。刘弢^[8]对大鼠进行递增负荷训练，测量大鼠比目鱼肌和胫骨前肌质量，检测其横断面积，测定胫骨的最大负荷值、结构硬度和能量吸收值等指标，计算骨密度和骨容积，结果显示经过训练的大鼠骨强度、质量、密度以及肌肉质量均高于未经训练的大鼠，且肌肉的重量与骨骼力量呈正相关的关系。说明运动训练对骨质疏松大鼠的骨骼和肌肉有良好的刺激效果，肌肉的增大对骨骼质量也有良性的刺激作用。

此外，Turner等^[9]研究发现，对骨骼进行机械负载可以促进级联式的细胞性活动，其中包括增加细胞内钙的含量，促进生长因子的表达，提高骨基质的产生，增加成骨作用。

2.3 运动对不同年龄段人群骨密度的影响骨密度是决定骨强度的主要因素之一，骨密度检测是诊断骨质疏松症的金指标，也是预测骨质疏松骨折风险、比较骨量丢失程度以及评估骨质疏松疗效的有效参数。大量研究表明，运动可以增加骨峰值，减少和延缓骨量丢失^[10-14]。不同时期运动对骨骼的作用不同，儿童青少年时期是骨骼发育的关键时期，在此时期进行适当的运动可以改善正处于发育时期的骨组织的血液循环，促进骨塑建的过程，同时，骨和骨骺软骨骨板的生长受到压力和张力的刺激作用，促进了骨骺软骨骨板的增生，加速骨生长。适当的运动对于成年人来说可以保持骨量和骨峰值，提高骨强度和骨密度。对于老年人来说，适当的运动能够减缓和防止骨量丢失，防治骨质疏松症和骨质疏松性骨折的发生。

王玉昕等^[15]根据早年或现在是否参加体育活动将35-70岁的健康女性94人分为运动组和对照组，对受试者桡、尺骨骨矿含量和骨密度测定后发现，运动组骨矿含量、骨密度显著高于对照组，两组骨矿含量、骨密度均随年龄的增长而下降，对照组的下降幅度有高于运动组的倾向，结果提示，参加体育活动越早，有可能获得的骨峰值越高，任何时候开始有规律的运动，对维持一定的骨量都有积极的作用。

李秀芬等^[16]通过检索中国期刊全文数据库(CNKI：1985至2009年)和Medline database(1985至2009年)，归纳总结运动对青少年儿童、中年、老年不同人群骨密度影响研究现状，结果显示儿童青少年正处在生长发育期，其骨密度的质量对骨密度的峰值及成年之后骨质疏松的情况都会产生重要的影响；中年雌激素水平降低可能会影响运动对骨量变化的作用；有氧运动对维持骨矿含量和延缓老年性骨质疏松症的出现有良好的影响；提示运动对各人群的骨骼骨密度都有一定的影响，不同类型运动对骨密度影响不同，负重运动明显较非负重运动有益于骨密度增长；长期运动对骨密度的影响应受重视。

2.4 不同运动方式、运动强度、运动时间和频率对骨质疏松症的影响

2.4.1 不同运动方式对骨质疏松症的影响运动干预治疗骨质疏松症的形式多样，包括抗阻性运动、耐力性运动、冲击性运动等。不同的运动方式产生的运动负荷不同，对骨骼产生的相应刺激不一样，进而对骨密度的影响也各不相同。

抗阻性运动即负重运动，是依靠自身力量克服外界阻力的运动方式，对肌肉和骨骼的负荷刺激最大。Stengel等^[17]将绝经后妇女随机分为强度训练组(ST)和力量训练组(PT)后，对这两个群体进行了超过12个月的渐进性阻力训练，体操训练和在家训练。结果提示，力量训练在减少绝经后妇女骨丢失方面比强度训练更有效。

Chuin等^[18]对绝经后妇女采取抗阻力训练，结果发现，训练组的腰椎骨密度和髋关节骨密度保持不变，但是对照组的显著降低；提示抗阻力运动可阻止绝经后妇女腰椎骨骨密度丢失。耐力性运动可以通过反复的冲力负荷对骨密度的增加产生有益影响。

欧阳梅等^[19]对越野行走老年人骨密度与非运动组进行了比较，发现越野组的腰椎前后位 L₂_-₄、左侧股骨颈、大转子和wards区的骨密度显著高于非运动组。

Rotstein等^[20]对35名绝经后妇女进行为期7个月的水运动训练后发现，运动组右腿的骨矿物含量表现为持续增加的趋势，而对照组(静止组)表现为下降的趋势。

一般认为，适当的抗阻力运动比耐力运动对骨质疏松症的作用更好，抗阻训练的运动员骨密度值要高于耐力训练的运动员，在一项对青春期女运动员的研究中发现，游泳运动员全身骨密度值是最低的^[21]。

也有研究显示，耐力性训练可以提高骨生物力学特性，马涛等^[22]通过不同运动方式对生长期大鼠骨密度和生物力学指标的影响研究发现，游泳组大鼠L₁_-₄椎体骨密度比对照组显著性升高，L₅椎体生物力学指标也比对照组显著性升高。

高冲击力运动是指对骨施加重力负荷作用的运动或者说是需要身体站立克服重力的运动，如跑步、体操、举重、篮球等；低冲击力运动是指仅克服阻力的运动或者说不需要站立的运动，如游泳、划船等。冲击性练习有助于提高骨骼的骨质量和骨密度，高冲击性运动比低冲击性运动更有助于达到理想的峰值骨量。

Creighton等^[23]提出参加高冲力运动的女运动员的骨密度值高于低冲击力运动的女运动员。也有研究表明，参加高冲击力运动更有利于中老年人维持骨量，减少骨折的风险^[24]。但对于已经患有骨质疏松症的老年人，应选择合适的高冲击性运动，减少骨折发生风险，避免加重病情。

2.4.2 不同运动强度对骨质疏松症的影响不同强度的运动对骨密度值的影响也不相同。轻强度运动对骨密度没有什么影响，中等强度的运动能够增加骨密度，改善骨质疏松症；运动强度过大可能对骨质疏松症产生负面影响。

有研究显示，运动强度刺激有一个阈值，在该阈值下运动，运动强度增大，骨密度值提高，超过该阈值，刺激强度增大，骨密度值不再随之增长^[25]。

Chien等^[26]发现70%VO_2max以上高冲击力的有氧运动能使绝经后妇女L₂_-₄和股骨颈的骨密度显著增加，说明高冲击力的中等强度有氧运动能有效弥补绝经后妇女骨量的下降。

曹鹏^[27]探讨不同负荷跑台运动对老龄雌性大鼠骨量及骨代谢相关指标的影响，结果显示，低、中强度运动可使老龄雌性大鼠骨密度增加；而高强度组没有显著变化。

杨国敏^[28]研究大强度跳跃训练对生长期大鼠股骨成长和骨盐含量的影响，发现大鼠股骨长轴方向成长受到了明显抑制，大鼠股骨骨盐含量明显下降，且运动量越大表现越明显。

就运动量来说，一般应达到最大摄氧量的60%-70%或最大心率的70%-85%，这不仅能有效地增加骨密度，预防和延缓骨质丢失，还能使身体得到全面锻炼，增进健康提高体质。当前应用最广和易于简单计算的是：运动的最佳心率范围=(220-年龄)×(70%-85%)^[29]。

2.4.3 不同运动时间和频率对骨质疏松症的影响运动的时间和频率并没有统一的标准，一般以能够耐受，次日不感疲劳为度。文献报道的干预性实验运动多以每周3次以上，每次30-120 min不等。

Kemmler等^[30]发现，在补充钙和维生素D的情况下，每周2次以上的强度训练有助于改善个体的骨密度值，增加肌肉力量。

Yamazaki等^[31]认为，中等强度的运动如行走，以每周4-5次，每次45-60 min为宜，可改善绝经后妇女骨质疏松的骨代谢情况。

骨骼对持续时间达到一定长度的刺激产生适应反映。骨重建周期需三四个月，超过此时间段的运动干预有效，骨量明显增加。Xavier等^[32]针对运动时间对骨密度的影响进行了研究，发现要想对骨密度产生影响，持续时间不能低于4周。

参考文献

[1] 中华医学会骨质疏松和骨矿盐疾病分会.原发性骨质疏松症诊治指南(2011)[J].中华骨质疏松和骨矿盐疾病杂志，2011,4(14): 2-17.
[2] 李亚义,张凡,卜淑敏.中等强度运动与雌激素对去势雌性大鼠骨代谢的影响[J].中国热带医学,2009,9(5):836-837.
[3] 黄泽锋,常祺.去势大鼠腰椎骨密度及血清生化指标改变及运动训练的干预[J].中国组织工程研究与临床康复，2007,11(23): 4520-4522.
[4] 李军汉,黄雷.被动运动和电刺激对失神经大鼠骨BGP和TRACP含量的影响[J].重庆医科大学学报,2010,35(8):1198-1200.
[5] Notomi T, Lee SJ, Okimoto N, et al. Effects of resistance exercise training on mass strength and turnover of bone in growing rats.Eur J Appl Physiol.2000;4 (3):268-274.
[6] 魏杰,史晓林,何伟涛.运动干预绝经后骨质疏松症的研究进展[J].中华中医药学刊,2010,28(2):376-379.
[7] 陈柏龄,黎艺强,李佛保,等.运动与雌激素对去卵巢大鼠股骨骨密度及生物力学性能的影响[J].中国运动医学杂志, 2009,28(6): 657-659.
[8] 刘弢.递增负荷练习对骨质疏松大鼠骨骼和骨骼肌特性的影响[J].中国体育科技,2009,45(1):107-110.
[9] Turner CH, Robling AG. Designing exercise regimens to increase bone st rength. Exe Sport Sci Rev.2003;31(1):45-50.
[10] 龚雄辉,闫福芝,张红霞.登山对绝经后骨质疏松症患者骨量的影响[J].现代中西医结合杂志,2006,15 (19):2611-2612.
[11] 周丽萍,刘新,王智红,等.运动对绝经后妇女骨量和骨代谢影响情况分析[J].中国妇幼保健,2007,22 (3):394-396.
[12] Wayne PM, Kiel DP, Krebs DE, et al. The effects of Tai Chi on bone mineral desity in postmenopausualwomen: a systematic review.Arch PhysMed Rehahil.2007;88 (5):673-680.
[13] Babatunde OO,Forsyth JJ,Gidlow CJ.A meta-analysis of brief high = impact exercises for enhancing bone health in premenopausal women.Osteoporos Int.2012;23:109-119.
[14] Kemmler W,Stengel SV,Bebenek M,et al.Exercise and fractures in postmenopausal women: 12-year results of the Erlangen Fitness and Osteoporosis Prevention Study (EFOPS). Osteoporos Int.2012;23:1267-1276.
[15] 王玉昕,王仁钢,邱燕春.青少年时期体育活动对中老年女性骨密度的影响[J].中国临床康复,2002,6 (7):1008-1009.
[16] 李秀芬,崔巴特尔,郝博文,等.不同人群负重和非负重运动对骨密度的影响[J].中国组织工程研究与临床康复, 2010,14(24): 4495-4498.
[17] Stengel SV, Kemmler W, Pintag R, et al. Power training is more effective than strength training for maintaining bone mineral density in postmenopausal women. J Appl Physiol. 2005;99(1):181-188.
[18] Chuin A, Labonté M, Tessier D, et al.Effect of antioxidants combined to resistance training on BMD in elderly women: a pilot study. Osteoporos Int.2008; 20.
[19] 欧阳梅.越野行走对老年人骨密度和骨代谢指标的影响[J].北京体育大学学报,2007,30(8):1065-1067.
[20] Rotstein A, Harush M, Vaisman N. The effect of a water exercise program on bone density of postmenopausal women. J Sports Med Phys Fitness.2008;48(3):352-359.
[21] Lawson M, Nichols J, Barkai HS, et al. Influence of sport on bone mineral density of female high school athletes.Am Col SporMed.2004;36(5):37.
[22] 马涛,李世昌.不同运动方式对生长期大鼠骨密度和生物力学指标的影响[J].浙江体育科学,2009,31(2).97-101.
[23] Creighton DL,Morgan AL, Debra B, et al.Weight-bearing exercise andmarkers of bone turnover in female athletes. Applied Physiology.2001;90(2): 565-570.
[24] Jakes RW, Khaw K, Day NE, et al Patterns of physical activityand ultrasound attenuation by heelbone among Norfolk cohortofEuropean Prospective Investiga-lion o1 Cancer(EPIC Norfolk):population based study.BMJ.2001; 32(2):140.
[25] 张林.不同强度运动对骨质疏松大鼠生物力学性能的影响[J].体育科学,2000,20(5):72-76.
[26] Chien MY, Wu YT, Hsu AT, et al. Efficacy of a 24 week aerobic exercise program for osteopenic post menopausal women. Calcif Tissue Int.2000, 67(6):443-448.
[27] 曹鹏.不同强度跑台运动对老龄雌性大鼠骨量及骨代谢的影响[J].北京体育大学学报,2009,32(2):74-75.
[28] 杨国敏.大强度跳跃训练对生长期大鼠股骨成长和骨盐含量的影响[J].成都体育学院学报,2000,26(3):75-78.
[29] 王沛,刘春,黄欣加.骨质疏松的运动防治研究[J].南京体育学院学报:自然科学版,2003,2(4):3.
[30] Kemmler W, Engelkek K, Lauber D, et al. Exercise effectson fitness and bone mineral density in early postmenopausal women :12year EFOPS results. Med Sci Sports Exercise. 2002;34 (12) :2115-2123.
[31] Yamazaki S,Ichimura S,lwamoto J,et al.Efect ofwalking exercise on bonemetabolism in postmenopansal women with osteopenia /osteoporosis.J Bone Miner Metab.2004;22: 500-508.
[32] Xavier H, Erik Z. Bone mass increases in less than 4 wk of voluntary exercising in growing rats.Med Sic Sports Exerc. 2000;32 (9):1562-1569.
[33] 段晓丽.跑跳运动对女大学生骨密度和骨代谢指标的影响[J].广州:第十一届国际骨矿研究学术会议暨第十三届国际骨质疏松研讨会,2013.
[34] 蓝徐芸,李芬芳,陈淑萍.健康教育联合运动干预在老年女性骨质疏松治疗中的应用[J].中国基层医药,2014,(15): 2388-2388, 2389.
[35] 赵春琪.长期冬泳对老年人骨健康指标的影响[J].中国骨质疏松杂志,2014,(6):644-648.
[36] 宋立源,轩应利,杨军,等.绝经后 T2DM合并OP患者饮食及运动管理与糖、骨代谢及骨密度相关性的临床研究[J].中国骨质疏松杂志,2014,(2):156-160.
[37] 王立源,莫璐丽,谭周纯,等.曾睿运动疗法和灸药结合治疗绝经后骨质疏松症临床及双能X线骨密度观察[J].实用医技杂志, 2014, (4): 351-353.
[38] 王加谋,邹季,刘彤鸥.运动结合中药复方对去势骨质疏松模型大鼠骨骼肌变化的实验研究[J].黑龙江中医药,2014,43(2):46-48.
[39] 孟迅吾.应重视原发性骨质疏松症防治的基础措施[J].中华骨质疏松和骨矿盐疾病杂志,2012,5(2):77-82.