樊賢進，張煥發(fā)

(1.巢湖學院體育學院，安徽 合肥 238000； 2.巢湖市第三中學，安徽 合肥 238000)

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全身震動對大鼠體脂和骨健康的影響*

樊賢進1，張煥發(fā)2

(1.巢湖學院體育學院，安徽 合肥 238000； 2.巢湖市第三中學，安徽 合肥 238000)

取30只7月齡雌性344 Fischer大鼠，按照體重隨機分為3組：基本組、震動組和對照組，每組10只大鼠.將震動組大鼠置于震動平臺上，每天震動30min，頻率為30～50Hz(振幅值6mm)，每周5天，共12周.震動分為6個5min間隔進行，間隔時間1min.對三組大鼠脂肪、骨骼、瘦素和肌肉重量進行統(tǒng)計學分析對比.結果表明全身震動降低體脂和血清瘦素，不影響總體礦物質量、密度和瘦體重；但腰椎礦物質量和密度增加，說明震動可增加局部骨量和骨密度.另外，全身震動不影響食物消耗.

大鼠；全身震動；體脂；瘦素；瘦體重；骨骼

前言

近23.7%的中國人超重或肥胖[1].肥胖是眾多常見病如心臟病、糖尿病和癌癥的一個重要共患病因素[2].雖然一直強調體重控制，但是中國肥胖患病率持續(xù)增加，因為治療超重和肥胖的傳統(tǒng)方法是降低體重，但收效甚微.

眾所周知，體力活動是預防肥胖的一個重要方法.體力活動增加能量消耗，促進能量平衡，可以增加瘦體重和骨量，同時降低脂肪.體力活動有利于降低或改善慢性病狀況.盡管體力活動的好處得到廣泛認可，然而70%的中國成人缺乏體力活動.

近來，提出全身震動訓練作為可能的方法或者作為運動輔助.已報道全身震動訓練增加能量代謝，其增加的攝氧量與中等強度的行走相當[3].此外，站在頻率為26 Hz、振幅為6mm的震動平臺上，心率增加.自感用力度和血乳酸濃度接近完成中等強度運動[3].這些數(shù)據(jù)表明全身震動訓練增加能量消耗可以有效影響體成份.Rubin等[4]報道低強度震動降低大鼠脂肪細胞和體細胞分化，表明機械震動可能預防脂肪蓄積的可能機制.

雖然肥胖與消極健康有關，但是降低體重也不是沒有風險[5].降低體重與骨量和肌肉丟失有關，有可能增加少肌癥和骨質疏松的危險[6].因此，體重降低可能加速絕經期相關的骨量和肌肉丟失.

有人提出全身震動訓練作為改善骨量[7]和肌肉力量[8]的一種方法.然而，還未見針對震動對體成份的長期效應相關研究.因此，研究的目的是測定全身震動訓練是否能夠促進體重降低，同時維持或改善大鼠骨量和肌肉力量.

1 研究對象與方法

1.1 受試者

研究使用7月齡雌性344Fisher大鼠.分籠飼養(yǎng).12h光照(8～20點)，室溫保持在21～23 °C.每天對大鼠進行檢查，確保健康.為了檢驗大鼠是否能夠適應震動，注意大鼠的日常清潔行為變化、食物和水的消耗、活動水平、眼和鼻周圍分泌物.飲食方面：大鼠自由飲水和喂食標準飼料(含質量分數(shù)1.46%鈣、0.99%磷和每克含維生素D34.96IU).3～4周、7～8周和11～12周測定食物攝取量).

1.2 實驗設計

依據(jù)體重將大鼠隨機分為3組：基本組、震動組和對照組，每組10只大鼠.在實驗開始時，處死基本組大鼠，分析體成份、骨量和肌肉功能.震動組大鼠在13cm×28cm×15cm的空間里放置震動平臺，震動組大鼠每天進行30min全身震動，每周5天，共12周.

震動有6個5min間隔進行，間隔時間1min，振幅為6mm.每分鐘的震動包括頻率為30Hz的35s震動；40Hz的20s震動和50Hz的5s震動.重復循環(huán).5min震動后，大鼠有1min休息，因為最近研究表明，高頻震動結合休息期可能增加骨生成[9].對照組大鼠一直置于籠中，與震動平臺相隔約4m.

1.3 測量

1.3.1 全身掃描

用小動物雙能X線吸收法測量全身骨礦物質量、全身骨礦物質密度、瘦體重和脂肪含量、體脂質量比，以及股骨和腰椎(L1-L4)骨礦物質量和礦物質密度.在掃面過程中，用含體積分數(shù)為2%～3%異氟醚的氧(1.5 L min-1)麻醉大鼠.

1.3.2 微計算機斷層掃描

切除肌肉后，放血處死大鼠.切除右側脛骨、股骨和腰椎(L1-L4)，儲存于4°C 體積分數(shù)為70%乙醇溶液中.

三維斷層掃描評價腰椎骨松質結構.用Scanco μ CT40掃描儀，三維像素為20μm×20μm×20μm掃描腰椎.分析腰椎包括顱骨和尾部生長板之間的次級海綿骨區(qū)整個區(qū)域.直接骨松質測量包括：a)骨松質與組織質量比；b)骨小梁厚度(個體骨小梁平均厚度，μm)；c)骨小梁數(shù)量(樣本點骨小梁數(shù)量， mm-1)；d)骨小梁分離度(骨小梁間的距離，μm).

1.3.3血清瘦素和IGF-I

用瘦素ELISA試劑盒測量血清瘦素.用大鼠IGF-I放射免疫分析試劑盒測量血清胰島素樣生長因子-I(IGF-I).

1.4 統(tǒng)計分析

用單因素方差分析，評價干預對(基本組、對照組和震動組)體重、瘦體重和脂肪重量、體脂質量比、全身骨礦物質量、全身骨礦物質密度、瘦素和血清IGF-I水平的影響.如果單因素方差分析差異顯著，用Bonferroni事后檢驗評價三組間的差異.用t檢驗評價干預(對照組、震動組)對食物消耗、腰椎骨礦物質量和礦物質密度、腰椎骨松質結構和血清瘦素水平的影響.設P<0.05具有顯著統(tǒng)計學意義.

2 實驗結果

大鼠很快適應了震動，對震動有較好的耐受性，震動并未引起大鼠不適癥狀.此外，對照組和震動組食物和水的消耗沒有差異.三組大鼠食物消耗、體重、瘦體重和血清IGF-I水平情況，見表1.

表1 三組大鼠食物消耗、體重、瘦體重和血清IGF-I水平

2.1 血清IGF-I

震動組與對照組相比，血清IGF-I水平沒有差異.然而，震動組與對照組血清IGF-I低于基本組(P=0.01)(見表1).

2.2 體成份

根據(jù)表1數(shù)據(jù)分析可知，對照組和震動組大鼠體重顯著高于基本組，P=0.03；對照組體重大于震動組體重，P=0.03；對照組和震動組大鼠瘦體重大于基本組，P=0.01，但對照組和震動組大鼠瘦體重沒有顯著差異，P>0.05.震動組大鼠體脂較低，體脂質量比低于對照組和基本組，見表2.

表2 全身震動對大鼠體脂的影響

注：*表示震動組與基本組和對照組相比，P<0.05.

2.3 骨量和結構

雙能X線吸收法檢測結果可知，震動組和對照組全身骨礦物質量和全身骨礦物質密度顯著高于基本組(P=0.01).但是，對照組和震動組間的全身骨礦物質量和全身骨礦物質密度沒有差異.局部高分辨率雙能X線吸收掃面腰椎(L1-L4)顯示，震動組的腰椎骨礦物質量和腰椎骨礦物質密度高于對照組(腰椎骨礦物質量P=0.001，腰椎骨礦物質密度P=0.005).見表3.

表3 三組大鼠全身和腰椎(L1-L4)骨礦物質量和骨礦物質密度

微型計算機斷層掃描第1腰椎骨松質可知，震動組和對照組骨松質與組織質量比、骨小梁數(shù)量、骨小梁厚度和骨小梁分離度沒有差異，見表4.

表4 對照組、震動組大鼠第1腰椎骨松質量和結構

2.4 瘦素

研究結果顯示，對照組血清瘦素質量濃度為2.24ng/mL，震動組血清瘦素質量濃度為0.09ng/mL，震動組血清瘦素水平顯著低于對照組(P<0.01).研究未對基本組血清瘦素水平進行評價.

3 討論與分析

整個研究過程中，震動組大鼠保持健康，很好地耐受震動，沒有明顯的震動痛苦.12周全身震動后，震動組體成份與對照組有顯著差異.與非震動組相比，震動組體重降低，體脂降低，體脂質量比降低較多.另外，震動大鼠血清瘦素水平低于對照組.

血清瘦素水平與體脂和體重指數(shù)(BMI)強烈相關[10].瘦素作用于外周組織，通過刺激產生腫瘤壞死因子-α、白介素-6和白介素-12而增加炎癥應答.因而，瘦素水平的增加被認為是增加心血管疾病、前列腺癌和乳腺癌的獨立危險因素[11].因此，血清瘦素水平的大量降低表明，全身震動可能對疾病危險因素有利，作用大于體重降低.

流行病學、橫斷面和前瞻性相關研究表明,體力活動在保持體重降低中起基礎作用，前瞻性實驗的事后分析顯示體力活動與體重維持有明顯的劑量依賴關系[4].震動組降低脂肪蓄積的應答機制還不清楚.提出全身震動通過重復肌肉收縮而增加能量消耗[4].研究報道全身震動通過增加氧攝取而上調能量代謝，相當于中等強度的行走[3]，相應地增加心率應答、自感用力度和血乳酸水平[3].

先前對于全身震動的研究顯示，用頻率范圍為20～90Hz的全身震動影響骨量和肌肉力量[12].最近，Rubin等[4]研究顯示成長中的大鼠進行15周高頻、低幅機械震動，90Hz、峰值0.2mm加速降低脂肪細胞數(shù)量.與研究結果相似，Rubin等報道兩組大鼠間的食物攝取沒有差異.這表明，震動不影響食欲，盡管降低了瘦素水平，增加能力消耗可能減少脂肪細胞的蓄積.此外，他們的結論指出震動組大鼠軀干脂肪低于對照組大鼠約28%.另外，與2型糖尿病相關的脂肪化合物水平，如甘油三酯和自由脂肪酸，震動組大鼠肝臟中分別降低約43%和39%.研究延伸了他們的研究，結果表明震動降低了正常飲食的成熟大鼠脂肪蓄積.

老年人體重增加與增加全身骨礦物質密度和降低髖骨折的發(fā)病率有關[13].但體重與這個結果相反.因為體重降低是骨質疏松的一個危險因素.體重的骨保護效應機制還不清楚.數(shù)據(jù)表明可能是增加骨骼肌負荷和血漿骨活化激素(如雌二醇)導致的，因為體重和雌二醇水平被認為是決定人類全身骨礦物質密度的主要因素.

有研究報道全身震動增加殘疾兒童[14]、低骨量年輕女性[15]和絕經婦女[16]的骨量.因此，全身震動可能增加骨量，其機制類似于通過增加骨骼負荷而增加體重獲得骨量增加.研究中沒有發(fā)現(xiàn)全身骨量的增加.但是，腰椎全身骨礦物質量和全身骨礦物質密度增加表明震動可能導致局部骨量和密度的增加.重要的是，研究結果表明震動預防體重增加對肌肉或骨量沒有負面影響.

震動降低脂肪體積但沒有影響瘦體重.即使全身震動訓練組體重降低，含有較少的脂肪體積和體脂百分比降低，但對照組和全身震動組瘦體重和骨量沒有受到影響.一些研究表明由于能量限制，體重降低30%以上可能歸因于瘦體重的降低[17].因此，減肥計劃加上全身震動可能通過增加脂肪消耗和保持瘦體重而積極影響體成份.需要進一步研究證實這種可能性.

以前的研究報道全身震動訓練急性增加血漿生長激素和血清IGF-I濃度.研究中，全身震動訓練沒有影響IGF-I水平.然而，全身震動組和對照組的IGF-I水平與基本值相比有所降低.這與之前的研究結果一致，健康人群血清IGF-I水平隨年齡的增加以可預測性方式降低.在青春期突增期達到峰值后，最初的三十年里，平均循環(huán)IGF-I水平降低2倍，隨著年齡增加穩(wěn)定下降.研究中的震動組與對照組比基本組大12周，認為年齡較大的大鼠的IGF-I水平降低與自然老化有關.

4 結論

總之，研究顯示全身震動降低成熟大鼠年齡相關的脂肪體積增加.這種效應的發(fā)生沒有伴隨瘦體重、骨量、肌肉質量和功能的改變以及飲食也沒有變化.這些結果表明，全身震動訓練抑制成年大鼠脂肪蓄積.需要進一步研究測定全身震動是否能夠預防人類脂肪的蓄積.如果成功，這項研究的意義在于全身震動預防兒童肥胖和其他與體重增加相關的代謝紊亂.

[1]中國疾病預防和控制中心.中國肥胖人口已達3.25億部分年輕人盲目跟風減肥[EB/OL]. http://www.chinacdc.cn/mtdx/mxfcrxjbxx/201202/t20120202_56887.htm，2012-02-02.

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Effects of Whole Body Vibration on Body Fat and Bone Health in Rats

FAN Xian-jin1， ZHANG Huan-fa2,

(1. College of Physical Education, Chaohu University, Hefei Anhui 238000, China;2. No. 3 Middle School of Chaohu, Hefei Anhui 238000, China)

30 female seven-month-aged 344 Fischer rats are randomly divided into three groups according to their weight: basic group, vibration group and contrast group, 10 rats in each. The vibration group of rats are placed on the vibration platform, with vibration 30min every day, the frequency of 30～50Hz (amplitude value of 6mm), 5 days a week, 12 weeks. Vibration is divided into 6 5min interval, with interval time of 1min. Then the fat, bone, leptin and muscle weight of the three groups are compared and analyzed. The results show that the whole body vibration decreases body fat and serum leptin and doesn’t affect the total mineral mass, density and lean body mass, but the increased bone mineral mass and density indicates that the vibration can increase the local bone mass and bone mineral density. In addition, the whole body vibration does not affect food consumption.

rats; body vibration; body fat; leptin; lean body weight; bone

1673-2103(2016)05-0095-05

2016-07-10

安徽省高等學校人文社會科學重點研究項目(SK2016A062)

樊賢進(1975-)，男，安徽合肥人，副教授，碩士，研究方向：人體科學與運動訓練.

G 804.49

A