魏翔 卜淑敏 汪建紅

1 首都體育學(xué)院（北京100191） 2 新疆師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院

骨質(zhì)疏松是女性絕經(jīng)后面臨的嚴(yán)重健康問(wèn)題。臨床實(shí)踐證明，絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松是可以預(yù)防的，而且預(yù)防比治療更重要［1］，因此，研究增加骨量或減少骨量丟失的預(yù)防措施具有重要意義。運(yùn)動(dòng)對(duì)骨骼有積極效應(yīng)，由運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的力學(xué)負(fù)荷能增加骨量和骨強(qiáng)度，尤其在兒童和青少年時(shí)期，運(yùn)動(dòng)能極其有效地增加骨量［2］。如果運(yùn)動(dòng)對(duì)年輕時(shí)骨量和骨強(qiáng)度的效應(yīng)能被終身保存下來(lái)，兒童和青少年時(shí)期進(jìn)行運(yùn)動(dòng)將是一種預(yù)防由絕經(jīng)引起的婦女骨量下降的有效方法［3］。 Umemura 等報(bào)道［4］，跳躍運(yùn)動(dòng)對(duì)去卵巢大鼠骨骼的改善效應(yīng)在停訓(xùn)后仍被保持，而跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)對(duì)去卵巢大鼠骨骼的改善效應(yīng)在停訓(xùn)后能否被保持？目前未知。鑒于此，本實(shí)驗(yàn)觀察了中等強(qiáng)度跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練和停訓(xùn)對(duì)去卵巢大鼠腰椎骨密度、骨組織形態(tài)學(xué)結(jié)構(gòu)和骨髓脂肪細(xì)胞數(shù)目的影響，為采用運(yùn)動(dòng)療法防治絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物

健康3月齡雌性SD大鼠60只，體重（235±8）g，購(gòu)自北京維通利華實(shí)驗(yàn)動(dòng)物有限公司，在北京大學(xué)醫(yī)學(xué)部實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心飼養(yǎng) ［合格證號(hào)：SCKK （京）2006-0008］。

1.2 手術(shù)和分組

大鼠適應(yīng)飼養(yǎng)1周后，按體重分層后隨機(jī)分為假手術(shù)組（20只）和手術(shù)組（40只）。假手術(shù)組和手術(shù)組均禁食12 h后，腹腔注射10%水合氯醛（3 ml/kg）麻醉，手術(shù)組從背部切除雙側(cè)卵巢，假手術(shù)組不切除卵巢，而將卵巢旁與卵巢等大的脂肪組織切除。手術(shù)后恢復(fù)1周，將手術(shù)組大鼠按體重分層后隨機(jī)分為去卵巢靜止組（20只）和去卵巢運(yùn)動(dòng)組（20只）。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，有7只大鼠因手術(shù)感染而于實(shí)驗(yàn)的不同時(shí)間先后死亡，最后納入各組的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物分別為假手術(shù)組19只、去卵巢靜止組16只、去卵巢運(yùn)動(dòng)組18只。

1.3 運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練方案和運(yùn)動(dòng)后分組

手術(shù)后第2周，去卵巢運(yùn)動(dòng)組大鼠開(kāi)始在小動(dòng)物跑臺(tái)上適應(yīng)訓(xùn)練1周，跑速?gòu)牡?天的15 min逐漸增加到第4天的45 min。正式運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練期為14周，每周4次，每次45 min，跑臺(tái)坡度為5°，跑速為18 m/min。14周后，分別將三組大鼠按體重分層后隨機(jī)分為兩個(gè)亞組，分組情況和各組大鼠數(shù)目如下：假手術(shù)16周組 （Sham-16，9只）和假手術(shù)-32周組（Sham-32，10 只）、去卵巢 16 周組（OVX-16，8 只）和去卵巢32周組 （OVX-32，8只）、去卵巢運(yùn)動(dòng)組（EX，9 只）和停訓(xùn)組（DEX，9 只）。

1.4 骨密度檢測(cè)

Sham-16、OVX-16和EX三組大鼠在末次訓(xùn)練結(jié)束36-48小時(shí)內(nèi)，Sham-32、OVX-32和DEX三組大鼠在停訓(xùn)16周時(shí)，用10%水合氯醛（3 ml/kg）麻醉后，將其俯臥在DPX-Q型雙能X線吸收測(cè)量平臺(tái)下進(jìn)行掃描，通過(guò)計(jì)算機(jī)中小動(dòng)物軟件系統(tǒng)檢測(cè)活體腰椎骨密度（BMD）。

1.5 取材

檢測(cè)完BMD，腹主動(dòng)脈取血處死大鼠，迅速游離子宮并稱重以確定手術(shù)的成功。根據(jù)解剖位置截取腰椎，仔細(xì)分離第2～5腰椎（L2-5）并剝離干凈，將L2置于4%的多聚甲醛溶液中固定。

1.6 HE染色與測(cè)試

將多聚甲醛固定好的L2組織塊，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的乙二胺四乙酸（EDTA）于4℃條件下脫鈣，每3天更換一次脫鈣液。用針刺法檢驗(yàn)是否完全脫鈣：如果組織很容易被刺透，且未感到阻力，說(shuō)明基本上脫鈣完全。脫鈣后，常規(guī)石蠟包埋；每組隨機(jī)取3只大鼠的L2進(jìn)行連續(xù)切片（5 μm），切片經(jīng)常規(guī)HE染色后，在光學(xué)顯微鏡（Olympus BX51）下觀察拍片。每只大鼠隨機(jī)取L2染色照片3張，每張片子隨機(jī)選取3個(gè)高倍鏡（400倍）視野，統(tǒng)計(jì)視野內(nèi)脂肪空泡數(shù)目。

1.7 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

各組數(shù)據(jù)均以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，數(shù)據(jù)比較采用單因素方差分析。統(tǒng)計(jì)學(xué)分析用SPSS13.0軟件處理。

2 結(jié)果

2.1 大鼠腰椎BMD

圖1顯示，運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練結(jié)束時(shí)，OVX-16組腰椎BMD顯著低于Sham-16組，EX組腰椎BMD顯著高于OVX-16組。停訓(xùn)結(jié)束時(shí)，OVX-32組腰椎BMD顯著低于Sham-32組，而DEX組與OVX-32組比較無(wú)顯著性差異。此外，DEX組腰椎BMD顯著低于EX組。

圖1 各組大鼠腰椎BMD的比較

2.2 大鼠腰椎組織形態(tài)學(xué)和骨髓脂肪細(xì)胞數(shù)目

骨組織形態(tài)學(xué)觀察結(jié)果（圖2A）顯示，Sham-16組和Sham-32組L2骨小梁排列致密整齊，間距小，厚度較均勻，骨髓腔內(nèi)組織致密；OVX-16組和OVX-32組大鼠L2骨小梁排列稀疏，骨髓腔內(nèi)組織稀疏，被大量脂肪細(xì)胞填充，脂肪細(xì)胞數(shù)目分別顯著多于 Sham-16和 Sham-32組 （圖2B）；EX 組 L2骨小梁數(shù)量多于OVX-16組，骨髓腔內(nèi)脂肪細(xì)胞數(shù)目顯著少于OVX-16組（圖2B）。DEX組L2骨小梁數(shù)量雖多于OVX-32組，但骨髓腔內(nèi)脂肪細(xì)胞數(shù)目與OVX-32組比較無(wú)顯著性差異 （圖2B）。此外，DEX組L2骨小梁數(shù)量雖與EX組比較無(wú)顯著性差異，但骨髓腔內(nèi)脂肪細(xì)胞數(shù)目顯著增加（圖2B）。

圖2 各組大鼠L2組織形態(tài)學(xué)（A，HE圖片，×100）和骨髓脂肪細(xì)胞數(shù)目（B）比較

3 討論

絕經(jīng)后女性由于卵巢功能衰竭易發(fā)生肥胖和骨質(zhì)疏松等疾病，引發(fā)肥胖的脂肪細(xì)胞和骨質(zhì)疏松的成骨細(xì)胞來(lái)源于共同的祖細(xì)胞，即骨髓基質(zhì)細(xì)胞［5］。臨床研究表明，絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松與骨髓脂肪發(fā)生增加有關(guān)［6，7］。 Rodríguez 等報(bào)道［8］，健康絕經(jīng)后婦女骨髓基質(zhì)細(xì)胞的成骨能力低于健康未絕經(jīng)婦女，而能刺激骨髓基質(zhì)細(xì)胞向脂肪細(xì)胞分化的基因的表達(dá)卻增加。本研究中，與Sham-16組比較，OVX-16組大鼠腰椎骨小梁間隙增大、脂肪細(xì)胞顯著增加。此結(jié)果與我們前期［9］和 Somjen 等的報(bào)道［10］相似。再次證實(shí)，去卵巢大鼠骨量減少是與骨髓脂肪細(xì)胞數(shù)目增多伴行的。此外，本研究還發(fā)現(xiàn)，OVX-32組大鼠腰椎脂肪細(xì)胞數(shù)目與OVX-16組大鼠無(wú)顯著差異，提示，去卵巢導(dǎo)致的大鼠腰椎脂肪細(xì)胞數(shù)目增加發(fā)生在去卵巢后的3個(gè)月內(nèi)，而在去卵巢后的3～8個(gè)月則變化不大。

雖然補(bǔ)充外源性雌激素可有效緩解和改善女性因絕經(jīng)引起的骨質(zhì)疏松癥，但研究顯示，長(zhǎng)期使用雌激素使絕經(jīng)后婦女患子宮內(nèi)膜癌的危險(xiǎn)增加6～12倍［1］。 相比之下，運(yùn)動(dòng)療法方便、廉價(jià)、副作用少，備受親睞。國(guó)內(nèi)外關(guān)于絕經(jīng)后預(yù)防骨質(zhì)疏松的研究表明，運(yùn)動(dòng)療法是預(yù)防絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松最有效、最基本的方法［11］。本實(shí)驗(yàn)中，去卵巢大鼠進(jìn)行為期14周的跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練后，腰椎骨密度和骨小梁數(shù)目顯著高于去卵巢靜止組，而骨髓脂肪細(xì)胞數(shù)目明顯減少。這與我們前期的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相同［9］，表明一定強(qiáng)度跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)能減緩去卵巢大鼠松質(zhì)骨骨量的丟失，改善去卵巢大鼠腰椎組織形態(tài)學(xué)結(jié)構(gòu)，抑制去卵巢大鼠腰椎骨髓脂肪細(xì)胞的產(chǎn)生。

Umemura等報(bào)道［4］，為期 8周的跳躍運(yùn)動(dòng)對(duì)去卵巢大鼠骨組織的改善效應(yīng)在停訓(xùn)24周后仍被保持。而Iwamoto等報(bào)道［12］，為期1年的快走和體操訓(xùn)練雖顯著增加患骨質(zhì)疏松癥的絕經(jīng)后婦女腰椎的骨密度，但增加效應(yīng)在停訓(xùn)1年后消失。本研究中，為期14周的跑臺(tái)訓(xùn)練對(duì)去卵巢大鼠骨組織的改善效應(yīng)和對(duì)骨髓脂肪細(xì)胞數(shù)目增加的抑制效應(yīng)在停訓(xùn)16周后消失。以上研究結(jié)果提示，跳躍運(yùn)動(dòng)對(duì)絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松的預(yù)防效應(yīng)在停跳后還能保持［4］，而跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)、快走和體操訓(xùn)練對(duì)絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松的預(yù)防效應(yīng)在停止運(yùn)動(dòng)后不能保持。由此，提倡女性在青少年時(shí)期，要多進(jìn)行一些諸如跳躍運(yùn)動(dòng)的抗阻力運(yùn)動(dòng)，這將有助于預(yù)防絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松的發(fā)生。至于為什么跳躍運(yùn)動(dòng)對(duì)去卵巢大鼠骨組織的改善效應(yīng)在停訓(xùn)后能保持，而跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)卻不能，其機(jī)制還有待進(jìn)一步揭示。

4 小結(jié)

本實(shí)驗(yàn)證明中等強(qiáng)度跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)對(duì)去卵巢大鼠腰椎骨密度和骨組織形態(tài)學(xué)的改善效應(yīng)在停訓(xùn)16周后未能保持。

［1］Schmitt NM，Schmitt J，D..ren M.The role of physical activity in the prevention of osteoporosis in postmenopausal women-An update.Maturitas，2009，63（1）：34-38.

［2］Iwamoto J，Sato Y，Takeda T，et al.Role of sport and exercise in the maintenance of female bone health.J Bone Miner Metab，2009，27（5）：530-537.

［3］Modelsk.Does exercise during growth has a long-term effect on bone health?Exerc Sports Sci Rev，2002，30：171-176.

［4］Umemura Y，Nagasawa S，Sogo N，et al.Effects of jump training on bone are preserved after detraining，regardless ofestrogen secretion state in rats.JApplPhysiol，2008，104（4）：1116-1120.

［5］Elabd C，Basillais A，Beaupied H，et al.Oxytocin controls differentiation of human mesenchymal stem cells and reverses osteoporosis.Stem Cells，2008，26（9）：2399-2407.

［6］Duque G，Li W，Adams M，et al.Effects of risedronate on bone marrow adipocytes in postmenopausal women.Osteoporos Int，2011，22（5）：1547-1553.

［7］Syed FA，Oursler MJ，Hefferanm TE，et al.Effects of estrogen therapy on bone marrow adipocytes in postmenopausal osteoporotic women.Osteoporos Int，2008，19 （9）：1323-1330.

［8］Rodríguez JP，Garat S，Gajardo H，et al.Abnormal osteogenesis in osteoporotic patients is reflected by altered mesenchymal stem cells dynamics.J Cell Biochem，1999，75（3）：414-423.

［9］王穎捷，卜淑敏，季剛.中等強(qiáng)度跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)對(duì)去卵巢大鼠腰椎骨量、骨髓脂肪細(xì)胞數(shù)量和血脂水平的影響.中國(guó)運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)雜志，2011，30（1）：48-52.

［10］Somjen D，Katzburg S，Kohen F，et al.The effects of native and synthetic estrogenic compounds as well as vitamin D less-calcemic analogs on adipocytes content in rat bone marrow.J Endocrinol Invest，2011，34（2）：106-110.

［11］Siegrist M.Role of physical activity in the prevention of osteoporosis.Med Monatsschr Pharm，2008，31 （7）：259-264.

［12］Iwamoto J，Takeda T，Ichimura S.Effect of exercise training and detraining on bone mineral density in postmenopausal women with osteoporos.J Orthop Sci，2001，6（2）：128-132.