朱僑宇 王 興

(1.上海大學 體育學院，上海 200444；2.上海體育學院，上海 200444)

骨骼是支撐人體日常生活與運動的重要器官，目前隨著我國人口老齡化問題的日益嚴重，發(fā)生原發(fā)性骨質(zhì)疏松的老年人數(shù)量逐年上升。[1]有統(tǒng)計表明約有60%的老年人在青春期時沒有積累過高的骨量而導(dǎo)致骨質(zhì)疏松，并且青春期通過體育鍛煉增加骨量對成年骨質(zhì)疏松的預(yù)防比很多藥物干預(yù)治療更有效并減少副作用。[2]國外有研究青春發(fā)育期間通過運動可以增加約1%～6%的額外骨量增長，而青春發(fā)育后運動卻只能增加0.3%～2%的骨量增長，因此青少年時期是完善骨骼形態(tài)結(jié)構(gòu)的最好時期，亦稱為“骨銀行時期”。[3]近年來，國內(nèi)采用運動訓(xùn)練的方式預(yù)防骨質(zhì)疏松的效果主要集中于老年人和更年期的女性，對國內(nèi)青少年骨密度(bone mineral density，BMD)影響研究較為少見。[4-6]有研究指出，目前世界范圍內(nèi)青少年由于缺少體育活動，體質(zhì)已經(jīng)出現(xiàn)了半個世紀的下滑趨勢。[7]

在查閱國內(nèi)外有關(guān)運動對青少年的測試和實驗研究后發(fā)現(xiàn)，國外研究較多選用訓(xùn)練方法進行干預(yù)實驗，如跳躍練習、增強式練習法。國內(nèi)則采用具體的運動項目進行的干預(yù)，但都很少有對不同運動方式所產(chǎn)生的效應(yīng)量進行比較和討論。不同運動方式產(chǎn)生的效果仍不明確，也很少有文獻考慮到自身的年齡和體重對BMD產(chǎn)生何種影響。[8-10]因此本文通過樣本量計算，選取滿足實驗條件的青少年參與測試，探究不同運動項目是否對BMD產(chǎn)生的影響和效益。

1 研究對象和方法

1.1 受試者納入標準

實驗組排除服用營養(yǎng)補劑以及相關(guān)代謝疾病、骨折等不良因素，篩選出無不良嗜好，和近期6個月無服用激素藥物的受試者以提高結(jié)果的準確性。問卷調(diào)查結(jié)果顯示，所有受試實驗組運動員練習該項運動項目時間均已超過1年；對照組同樣選取無骨折、骨代謝疾病、服用激素等藥物、平時除進行公共體育課鍛煉外，不參加其他體力訓(xùn)練運動，且每周鍛煉時間低于2h的健康同齡人群。本研究又結(jié)合英國生物學家丹納(J. M. Tanner )以英國的青少年為主要研究對象，進行“哈本頓成長研究”，重點探討青少年進入青春期以后生理發(fā)展的順序、類型情況得出的Tanner I～V分期理論，在根據(jù)分期理論得出Tanner V期約為16至20歲年齡階段設(shè)計測試更能明顯發(fā)現(xiàn)運動對骨骼影響效果，因此納入的受試者年齡均為16～20歲。[11-12]

1.2 入研究對象

運動組選取某體育學院附屬競技體校的青少年運動員，所有受試運動員食宿及訓(xùn)練均為體校統(tǒng)一管理，訓(xùn)練時間為周一至周六每天下午2.5h，周合計時間約15h。納入的青少年運動員共計91人，其中有1名男性中長跑與1名女性拳擊運動員年齡低于16歲被剔除分析庫，所有測試對象均被告知研究背景、目的、研究方法，并簽署知情同意書。

表1 各組別基本信息描述統(tǒng)計一覽表

1.3 測試指標與研究方法

1.3.1 測試指標

雙能X骨密度儀；美國GE公司生產(chǎn)的Lunar DPX-NT型號的雙能X線骨密度儀(DXA) ，儀器產(chǎn)生X射線管球經(jīng)過裝置所獲得兩種不同光束，即低能和高能光子峰。這種光子峰可以穿透人體組織，系統(tǒng)將掃描到體內(nèi)組織的信號送至計算機進行數(shù)據(jù)處理，得出骨礦物質(zhì)含量及體成分。目前該測試方法已在我國各大城市逐漸推廣使用，即雙能X線吸收法(dual energy X-ray absorptiometry，DXA)，選擇測定受試對象部位為全身各區(qū)域BMD數(shù)值、脂肪含量(fat mass，F(xiàn)M)與肌肉質(zhì)量(lean mass, LM)。

圖1 掃描部位切割線示意圖

掃描部位：全身掃描分割線如圖I所示，具體說明如下(引自GELunar Prodigy, enCORE TM Operator’s Manual )1)頭部分割線：頭部分割線位于頸部中央；2)左臂和右臂分割線：兩臂的分割線穿過腋窩，靠近肋骨，從肱骨頭將雙臂與軀干分開；3)左前臂和右前臂分割線：兩前臂將肘和前臂與身體隔離；4)左脊柱和右脊柱分割線：兩邊脊柱的分割線都貼近脊柱兩側(cè)，并且不包括肋骨支架；5)左骨盆和右骨盆分割線： 兩邊骨盆的分割線都通過股骨頸，并且不碰觸骨盆；6)骨盆頂部分割線：骨盆頂部分割線靠近盆骨并穿過第五腰椎；7)左腿和右腿分割線：兩腿的切線可將手、前臂與腿隔離；8)腿中切線：腿中分割線可隔離右腿和左腿。

測量嚴格按照儀器的測試標準：1)測試儀器啟用前必須確保通過每天日常的校準，體模掃描測量值與體模標準值相一致(±1)視為通過質(zhì)控；2)在測試前必須將身上的金屬物質(zhì)和身上佩戴堅硬的非金屬物質(zhì)摘除，換上輕薄的衣服，確保雙能X光束不被其他物質(zhì)消減；3)受試者測試時受試者仰臥平躺于測量床中央，頭部在測量框約3cm以下，身體成解剖姿勢，手腳放在測量區(qū)域的線框以內(nèi)，測試過程中讓受試者保持靜止，測量儀從受試者的頭部向下肢掃描，得出受試者的體成分指標。

1.3.2 問卷調(diào)查法

運動員受試者在測試前填寫身體基本信息表，主要記錄運動員的基本運動經(jīng)歷、周訓(xùn)練時間/次數(shù)、訓(xùn)練年限、年齡、服用營養(yǎng)補劑以及相關(guān)代謝疾病、骨折等信息作為分析的背景資料。

1.3.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計法

為了使測試結(jié)果具有更高的可信度，現(xiàn)采用G*Power3樣本計算軟件計算測試所需要的總樣本量，結(jié)果采用統(tǒng)計法為方差分析，模式選擇為(F test)F檢驗，效應(yīng)量輸入為0.4(大效應(yīng)量)，power(1-β)值為0.85(最小不得低于0.80)，α err prob值為0.05，測試組選擇6組，最后得到總測試樣本總數(shù)為90人，實際測試人數(shù)為116人滿足上述條件。

測試數(shù)據(jù)均采用 SPSS17.0 進行處理，顯著水平 P<0.05 為有顯著差異，P<0.001 認為有極顯著差異。將性別、運動項目等分類變量依次設(shè)置為啞變量(dummy variables)記為D，將橄欖球設(shè)置D1(1=橄欖球/0=非橄欖球)、D2(1=散打/0=非散打)、D3(1=拳擊/0=非拳擊)、D4(1=游泳/0=非游泳)、D5(1=中長跑/0=非中長跑)，以多元線性回歸(multiple linear regression)分析運動項目、體重、年齡、脂肪含量、肌肉含量對全身 BMD 的貢獻率，并采用協(xié)方差分析排除影響干擾因素，探究不同項目和體成分對 BMD 的影響，各指標數(shù)值以 X±S 表示。

2 測試結(jié)果

1)測量結(jié)果采用單因素方差分析檢驗得到表2，其中，每個項目有較大的BMD差異，結(jié)果中(全身、脊柱、盆骨、大腿)BMD指標可能受到多重因素干擾，需要對數(shù)據(jù)進一步分析。

表2 測試對象骨密度組間比較

表3 全身、脊柱、大腿及盆骨的BMD與不同運動項目進入式回歸結(jié)果

表4 全身、脊柱、大腿及盆骨BMD與運動項目多元逐步回歸結(jié)果

表5 控制年齡、體重后協(xié)方差估值組間比較

2)為更好探究運動項目的差異對BMD的影響效果，將運動項目分設(shè)啞變量D1、D2、D3、D4、D5采用進入法回歸分析得到表3。其中，運動項目的差異與(全身、脊柱、盆骨)BMD呈中等相關(guān)性(0.4

3)先天的體重和年齡差異可能是影響測試結(jié)果的一個重要因素，因此將年齡、體重、脂肪百分比、全身肌肉含量等因素采用多元逐步回歸分析得到表4。其中，年齡、體重和脂肪比對全身BMD的影響最為顯著。

3 分析與討論

3.1 體重與年齡對骨密度產(chǎn)生顯著影響

通過表2調(diào)整年齡與體重影響的基線模型得到表5，表3、5分別顯示影響B(tài)MD因素的標準回歸系數(shù)Beta(Standard regression coefficient)。目前已有許多文獻證明青少年的骨量在Tanner V期存在顯著差異，[13-14]骨密度與年齡的關(guān)系很早就已經(jīng)被證實，表4中全身BMD隨著年齡的增長有線性作用，這與青少年身體激素水平的變化和生理發(fā)育特征是一致的。[15]因此需要對線性模型進行調(diào)整，矯正年齡的線性影響更能體現(xiàn)出運動項目特異性。

排除年齡發(fā)育的影響因素外，體重Beta值在全身、脊柱、盆骨BMD取值最大，因此是影響B(tài)MD最為重要的指標。運動員最佳體成分比例應(yīng)適應(yīng)項目特征的需求，因此不同項目運動員的體成分會有很大的差異，而體成分的差異能直接影響體重。目前有很多的研究認為，體重是影響B(tài)MD的一個重要因素，體重與BMD呈正相關(guān)關(guān)系，而體重較大部分又是由去脂軟組織質(zhì)量(lean soft tissue mass，LTM)、脂肪含量(fat mass ，F(xiàn)M)和骨礦鹽含量(bone mineral content，BMC)三部分共同決定的，這與本次研究結(jié)果一致。[16-17]另一方面，運動員身體需要適應(yīng)不同運動項目特征，因此不同項目運動員在身體成分上存在極大的差異。表4的結(jié)果也說明全身和脊柱BMD受到體重變化的影響，為使研究結(jié)果更能凸顯不同運動項目之間的特異性，這表明研究結(jié)果不能忽視體重差異這一重要的影響因素。FM在很大的程度上增加了體重，近年來青少年肥胖一直是各國該領(lǐng)域?qū)W者關(guān)注的焦點，也有觀點認為FM在增加了體重的同時，也可以維持較高的BMD。[18-19]然而，在本文研究中，表4顯示體脂百分比能少量增加脊柱BMD，但是仍然對全身BMD的Beta值為負數(shù)，這說明隨著脂肪量的增加全身BMD逐漸降低。同時，越來越多的證據(jù)也表明FM對BMD的影響是負面的，F(xiàn)M和LFM是影響B(tài)MD的兩個獨立的因素。[20]FM在效果上僅起到增加自負重的作用，最新的研究認為較多脂肪游離酸與Ca2+生成鈣化灶，干擾腸道吸收體內(nèi)鈣、磷等物質(zhì)吸收，降低骨生成。[21]缺少體力活動是造成FM增加的主要原因，本研究也顯示肌肉含量與大腿BMD有顯著的正相關(guān)，國內(nèi)專家也就增加骨骼肌含量與BMD的提高關(guān)系達成了共識，本研究也顯示增加肌肉含量而非FM對骨健康才是有利的。[22-23]

3.2 體育運動對青少年骨密度的影響

本研究提供了以中長跑、游泳為代表的周期有氧運動項目；拳擊和散打為代表的格斗類運動項目；橄欖球為代表的同場對抗類運動項目進行橫向面的研究。通過表3的啞變量回歸分析顯示，不同運動方式是改善全身BMD增加的主要因素(R2=0.431)，BMD提高的效果和項目特異性有著密切的關(guān)系，通過回歸方程可認為同場對抗和格斗類運動項目對全身BMD提高的效果要優(yōu)于有氧類運動項目，有氧類運動項目受試者全身BMD也稍高于對照組。運動促進骨代謝增加BMD主要由兩種途徑實現(xiàn)，一種表現(xiàn)為全身性骨密度增長和身高的增加。有研究顯示青少年時期骨骼對外界刺激敏感，運動的持續(xù)時間、強度、運動形式的變化均能改變血液中生長激素(GH)的濃度促進骨骼生長。[24-26]另一種方式主要為局部性的“骨載荷理論”體現(xiàn)為外界沖力，肌肉牽拉等機械負荷影響局部骨結(jié)構(gòu)代謝。表4全身肌肉含量Beta值顯示，能對大腿BMD產(chǎn)生極大的正向影響，這可能是由于下肢肌肉占全身肌肉含量比重較高所導(dǎo)致，肌肉的肌腱粘連在骨骼上，外界載荷通過肌肉傳導(dǎo)到骨骼就產(chǎn)生的局部效應(yīng)，因此肌肉的牽拉負荷與BMD有著顯著的關(guān)系，這與先前實驗的結(jié)果相似。[27]

3.3 不同類別運動項目BMD的特異性

3.3.1 有氧運動項目特點對BMD的影響

目前國際上對有氧運動項目提高BMD的效果得出的結(jié)論并不一致。有觀點認為耐力性的項目可以通過反復(fù)的應(yīng)力載荷來加強骨量數(shù)并提高BMD，或改善身體代謝分泌增強OC(骨鈣素)、BALP(γ-羧基谷氨酸骨蛋白)等骨形成標志物的分泌。[28-29]另一觀點認為有氧運動對骨骼并無顯著的影響，甚至低于對照組人群，而這與本次研究的結(jié)果相反。[30]

表2顯示游泳組的全身和脊柱BMD顯著高于中長跑和對照組，通過控制體重、年齡基線后，表5游泳組、中長跑組、對照組之間全身BMD不再具有顯著差異，游泳組的脊柱BMD顯著高于中長跑組和對照組。而中長跑組全身和大腿BMD顯著高于游泳組和對照組，盆骨BMD也顯著高于對照組。另外一項關(guān)于游泳運動員BMD對比普通對照組和沖擊項目組的薈萃分析中的結(jié)論與本研究測得的結(jié)果具有相似性。[31]引起游泳組脊柱BMD增加的主要因素可能是在流體環(huán)境中，推進力量來源主要為軀干，并且核心力量能穩(wěn)定身體姿態(tài)以降低在水中的波浪阻力，因此脊柱受到反復(fù)肌肉的牽拉力引起的骨量增加。[32]另外，游泳項目對比其他運動項目而言，需要較高的FM與LTM和較低的BMD來減少身體下沉所增加的阻力。中長跑組通過調(diào)整體重與年齡基線后全身BMD顯著高于游泳組和對照組，根據(jù)回歸方程很大一部分原因為中長跑運動員與對照組全身BMD相似，但對照組的體重大于中長跑運動員所造成的。中長跑項目受力能從骨生理生長方向施加自身體重的載荷，施加的載荷量依次從腳踝、膝蓋、股骨頭、腰椎向頸部遞減。研究也顯示中長跑運動員大腿BMD顯著高于對照組與游泳運動員，隨著測量部位升高，體重產(chǎn)生的載荷降低，直至盆骨產(chǎn)生的作用不再與游泳呈顯著關(guān)系，但仍高于對照組。由此可見，有氧運動是基于外界反作用力對骨骼起載荷作用，運動效果并非對骨骼整體起到平均的增長作用，只限于動作的技術(shù)結(jié)構(gòu)局部的應(yīng)力載荷引起相應(yīng)部位BMD的提高。

3.3.2 格斗運動項目特點對BMD的影響

格斗類運動項目本質(zhì)上屬于沖擊性運動，與跳躍運動產(chǎn)生的地面反作用力效果相同。目前國際上已經(jīng)有許多圍繞跳躍運動設(shè)計的實驗研究，并且效果都能顯著提高承重骨的BMD。[33-34]本文的研究結(jié)果顯示格斗類運動項目在全身與承重骨部位BMD上顯著高于對照組(p<0.001)，并且顯著高于有氧運動項目運動員(p<0.001),這樣的結(jié)果應(yīng)該是格斗類運動項目特征訓(xùn)練所造成的。散打與拳擊的特征是徒手擊打?qū)Ψ近c位得分來獲取勝利，但散打與拳擊又有一定區(qū)別，散打允許使用下肢對對手進行攻擊，并且還能結(jié)合摔法動作。格斗類項目講究一招制勝的思想，因此要求運動員控制自身體重的同時，也要有較好的爆發(fā)力和抗擊打的能力。[35]維持最佳的身體成分比例有助于提高競技能力和更快適應(yīng)比賽強度。[36]較高的LFM被證實與力量和爆發(fā)力呈正相關(guān)關(guān)系，而較多的FM在增加運動員體重的同時還增加了肌肉收縮過程中的粘滯性，身體靈活能力降低。[37]測試結(jié)果顯示散打、拳擊格斗類運動項目與中長跑項目受試者都有較低的脂肪含量，這有利于維持骨健康。

對比中長跑、游泳等周期有氧運動項目組，格斗類項目運動員骨骼除受到重力載荷影響外，還受到橫向的沖力載荷。由于橫向載荷并不施加于骨生理生長的方向，造成骨的剪切、彎曲和扭轉(zhuǎn)等變形，在一定程度上能刺激骨量生長。[38]散打?qū)Ρ热瓝粲衷黾恿送确ê退し?，全身動作結(jié)構(gòu)變化幅度更大，受力點增多，更容易使全身BMD增加。格斗類項目與游泳訓(xùn)練都講究核心力量的訓(xùn)練，訓(xùn)練中的蹬地、出拳、閃躲都要通過腰部的扭轉(zhuǎn)將力量有效傳導(dǎo)到四肢，因此腰椎骨經(jīng)常受到肌肉的牽拉，而從提高脊柱BMD。高質(zhì)量的骨質(zhì)水平也在競技方面給運動員提供了一個較好的損傷防護，減少傷病的發(fā)生。

3.3.3 同場對抗運動項目特點對BMD的影響

同場對抗項目訓(xùn)練通常含有幾種練習方式組合，如采用沖擊性運動+抗阻運動、抗阻運動+有氧運動等，其練習手段較為多樣，對BMD的影響也優(yōu)于其他單項類運動項目。另外，同場對抗類運動項目不受體重限制，表2中也可看出橄欖球全身BMD測量值明顯高于散打之外的所有運動項目，符合同場對抗類運動員身材特征。國外最新一項對終身練習橄欖球平均年齡約71歲的老年男性和平均年齡24歲未經(jīng)過體育訓(xùn)練的青年男性BMD的對比研究，發(fā)現(xiàn)盡管相差47歲，但老年橄欖球運動員的股骨粗隆和腿部BMD甚至比未經(jīng)訓(xùn)練的年輕人高，這也說明同場對抗類運動影響B(tài)MD效果顯著。

橄欖球作為同場球類對抗項目要求運動員同時具備超強的力量、速度和耐力。在比賽中具有激烈的身體對抗，運動員常運用到撲摟、掌推等動作參與身體對抗。參與防守隊員需要擒抱持球進攻人迫使其倒地后快速起身對持球人進行搶斷，身體不同部位在對抗過程中倒地并承受地面反作用力載荷，因此骨骼也經(jīng)常受到橫向地面反作用力的沖擊積累更高的全身BMD。隊員進攻則需要快速擺脫防守人，與跑步提升BMD的方式相似，運動員大力蹬地變向產(chǎn)生不同方向的應(yīng)力刺激盆骨，足球的帶球過人和壁球的移動接球與這一動作效果相一致。Nikander將這一影響效果稱為分散沖擊載荷，是影響盆骨BMD最好的運動效果之一，因此本研究也得到結(jié)果：橄欖球>散打=拳擊>中長跑>游泳=普通人。脊柱連接盆骨作為人體最主要的減震器官同樣受到盆骨分散沖擊載荷的傳導(dǎo)，因此橄欖球運動員脊柱BMD的測量結(jié)果與盆骨對比其他項目相似。

4 結(jié)論

1)青春末期階段全身BMD主要受到運動項目、體重、年齡、和脂肪含量的影響，并且運動項目對全身BMD的影響起到主要的作用，而對脂肪含量影響是負面的，降低脂肪提高瘦體重才有助于骨骼的健康；

2)同場對抗類運動項目與格斗類運動項目人群提升BMD主要為全身性的提高，而有氧運動項目人群更多體現(xiàn)在局部性的提升，同場對抗類運動項目與格斗類運動項目人群的BMD優(yōu)于有氧運動項目人群和普通人群，有氧運動人群在局部BMD又高于普通人群；

3)運動訓(xùn)練對BMD的影響具有正效應(yīng)，且不同運動項目特點能施加對應(yīng)部位的骨載荷從而提高骨密度，充分的體現(xiàn)了不同運動項目的特異性。