短期跳跃运动对普通大学女生骨代谢的影响

林 敏

（杭州电子科技大学 体育与艺术部，浙江 杭州310018）

0 前 言

机械负荷或运动的成骨效应已被多项人体［1］及动物［2］实验所证实。而跳跃运动一直被认为具有较高成骨效应因其具有较高的应力刺激强度，在跳跃运动中下肢骨受到来自地面应力刺激要显著大于跑步和爬楼梯等运动方式［3］。已有多项研究表明，跳跃运动对青春期前后［4］青少年骨密度的增加尤为明显。Kato等人的研究表明，经过6个月的低重复率、高冲击性的跳跃运动，大学女生的股骨颈骨密度增加2.6%［5］。Burshell等人的研究也表明，绝经前女性在经过5个月的跳跃练习后，其股骨颈骨密度显著增加［6］。而对于绝经期女性的研究结果也显示，跳跃运动能够明显的减缓绝经期女性骨质流失的速度［7］。有关动物实验的研究也得出同样的结论，长期的跳跃训练可显著促进其骨形成作用而抑制其骨吸收作用［8］。

然而，以上多项研究均是对较长时间的跳跃运动干预后骨密度或骨代谢指标的研究，而对于短期的跳跃运动干预或长期运动干预的初始阶段骨代谢变化情况的研究则未见报道。与以往的研究不同，本研究在于揭示短期（7天）的跳跃练习对于骨代谢的影响，在跳跃运动方式上，与以往的跳绳、双脚连续纵跳、单脚交替跳以及跳远等多次重复练习的方式不同，本研究采取了一种使下肢所受应力刺激较高的跳跃方式，而且在练习时，每次跳跃之间的时间间隔较长（30s），每次练习的跳跃次数也较少（10次/天），旨在揭示较高的应力刺激、适当的跳跃频率和跳跃次数等因素在影响骨代谢中的作用。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象与分组

在自愿参与的前提下，招募非体育专业大学女生（19～22岁）32名，对受试者的招募条件为:没有骨代谢方面的疾病（如骨质疏松等），月经正常，无饮食失调状况，无吸烟习惯，在最近6个月内未出现过运动损伤，如有体育锻炼习惯，每周体育锻炼次数不超过3次。将受试者随即分为跳跃组和对照组，每组16人。要求受试者填写一般健康调查问卷和骨特异性体力活动评估量表［9］。一般健康调查问卷用以调查受试者是否符合本实验对受试者的要求，而骨特异性体力活动统计量表则根据受试者过去的运动情况计算受试者的骨特异性体力活动得分（bone－specific physical activity quotient，BPAQ）。

1.2 训练方案

跳跃组受试者每天进行10次的纵跳练习，每次纵跳练习之间的时间间隔为30s，连续训练7天。每次跳跃练习的具体方案为:受试者从30cm高的木箱垂直跳下至Kistler测力板（瑞士Kistler仪器公司）上并迅速以最大能力向上纵跳，随后下落至Kistler测力板上。在每次纵跳练习的过程中，受试者均有2次下落在Kistler测力板上，测力板分别记录受试者第一次和第二次下落至测力板瞬间垂直地面的反作用力（vertical ground reaction force，VGRF），分别记为VGRF 1st和VGRF 2nd。受试者双脚每次接触测力板时，测力板的反作用力VGRF反应了受试者下落时对测力板的冲撞力和受试者纵跳的力量。对照组受试者在此期间只进行正常的日常活动，不进行跳跃训练。

1.3 测试方法

于实验前测量所有受试者的身高和体重；分别于实验前和最后一次纵跳训练48h后清晨对受试者肘部取静脉血7ml，在4℃条件下，16 000转/分离心20min，收集上层血清，于－80℃保存，酶免法测试血清骨形成指标OC和BAP以及骨吸收指标TRAP5b和CTX。测试OC、BAP、TRAP5b和CTX的ELISA试剂盒均购自美国QUIDEL公司，操作系统为美国IDS公司生产的免疫诊断操作系统，完全按照试剂盒使用说明书进行操作，OC浓度测试的平均批内、批间变异系数分别为4.2%～9%和4%～9.6%，BAP浓度测试的平均批内、批间变异系数分别为3.6%5.8%和5.3%～8.6%，TRAP5b浓度测试的平均批内、批间变异系数分别为2.6%和3.2%，CTX浓度测试的平均批内、批间变异系数分别为1%～7%和3%～8%。

1.4 统计处理

所有数据结果均用平均值±标准差（Mean±SD）表示，利用统计软件SPSS11.0，组间比较采用独立样本t检验，实验前后比较采用配对样本t检验，P＜0.05代表具有显著性差异，P＜0.01代表具有非常显著性差异。

2 结 果

2.1 受试者的一般指标

根据受试者在实验前填写的一般健康调查问卷和骨特异性体力活动评估量表进行统计，受试者的一般情况如表1所示，各数据在跳跃组和对照组之间均没有显著性差异。

表1 受试者的一般指标

2.2 受试者骨代谢指标的变化

从表2可以看出:与实验前相比，跳跃组实验后的骨形成指标OC和BAP均显著升高（P＜0.01），而骨吸收指标TRAP5b和CTX的变化则无统计学意义（P＞0.05）；而对照组的骨代谢指标，无论是骨形成指标还是骨吸收指标在实验前后均无显著性差异（P＞0.05）。

表2 受试者骨代谢指标的变化

2.3 跳跃组受试者跳跃练习时测力板的反作用力VGRF

本研究将跳跃组受试者每次跳跃练习时的VGRF的平均值除以受试者自身体重（body weight，BW）的值作为评价受试者在跳跃过程中下肢承受测力板反作用力的指标。经计算，在受试者每次跳跃练习中，其VGRF 1st和VGRF 2nd分别为3.82±0.26BW 和3.47±0.32BW，所受测力板的反作用力均超过了受试者自身体重的3倍。

2.4 跳跃组受试者骨代谢指标的变化与体重、VGRF和BPAQ的相关性

首先，用受试者各骨代谢指标的实验后数据减去实验前数据，所得差值为各骨代谢指标的变化值，分别记为△OC、△BAP、△TRAP5b和△CTX。对受试者骨代谢指标的变化值与体重、VGRF和BPAQ进行正态分布检验，结果显示各项指标的数据均近似正态分布，分别对骨代谢指标的变化值与体重、VGRF和BPAQ进行相关性分析，结果如表3所示:受试者的骨形成指标OC的变化值与VGRF 1st和VGRF 2nd均呈显著正相关，相关系数分别为r＝0.831和r＝0.638；而且受试者的骨形成指标BAP的变化值也与VGRF 1st和VGRF 2nd均呈显著正相关，相关系数分别为r＝0.736和r＝0.562；而受试者骨形成指标OC和BAP的变化值与体重和BPAQ之间则没有显著的相关性；受试者骨吸收指标的变化值与体重、VGRF 1st、VGRF 2nd和BPAQ之间均没有显著的相关性。

表3 受试者骨代谢指标的变化值与体重、VGRF和BPAQ之间的偏相关系数

3 分析与讨论

3.1 短期跳跃运动对大学女生骨代谢指标的影响

在本研究中，7天的跳跃练习使受试者骨形成指标OC和BAP均显著升高，而对受试者骨吸收指标TRAP5b和CTX则没有显著影响。这说明，7天的跳跃练习显著提高了受试者的骨形成作用而对骨吸收作用无显著影响，有利于促进受试者骨质积累和骨密度的提高。

在有关运动对骨代谢影响的诸多研究中，比较一致的观点是，相对于运动时间而言，应力刺激强度被认为是影响骨代谢更重要的指标［10］。本研究采取了使受试者先从一定高度的箱子上跳下（drop jumps），然后立即向上尽力纵跳的跳跃练习方式，McKay等人［11］认为这种跳跃练习比其他跳跃方式具有更高的垂直地面的反作用力（VGRF）。Fuchs等人认为，在跳跃练习中，3倍体重的VGRF能较好地刺激青少年成骨作用的增强［12］，而在本研究中，在跳跃练习时，由于我们对受试者强调用其最大能力起跳，实验结果显示，在跳跃练习时，VGRF 1st和VGRF 2nd分别为体重的3.82倍和3.47倍，所以本研究采取的跳跃练习能较好地刺激受试者成骨作用的增强。在跳跃练习对于骨代谢作用的影响因素中，除了应力刺激的强度之外，另外两个重要的因素是每次跳跃练习的次数和每次跳跃动作之间的时间间隔（即跳跃频率）［10］。研究表明［8，10］，每天10次的最大力量跳跃练习即可以显著刺激骨形成作用的增加，而与此相比，将每天的跳跃练习次数增加至40次，其对骨组织的作用效果却几乎和每天10次的跳跃练习一样，这说明随着跳跃次数的增加，骨组织的机械敏感性则很快下降，过多的跳跃次数并不能增加骨组织代谢状态的更多改变。而骨组织对机械敏感性的下降可在适当的休息时间内得以恢复，Robling等人的报道，在动物实验中，单次负荷刺激之间的时间间隔能够增强骨代谢的成骨效应［13］，而Umemura的实验也表明，在每次跳跃练习之间30s的时间间隔比3s的时间间隔更能有效地刺激骨形［14］。基于以上动物实验研究结论，本研究采取了每次跳跃练习之间的时间间隔为30s，结果显示，这种练习方式能够较好地促进受试者骨形成指标的增加。

有关运动对骨组织影响的研究，人们多数采用核磁共振（MRI）、定量CT（pQCT）和双能X射线骨密度仪（DEXA）的方法检测运动对于骨量的影响［2］，然而运用这些方法测量需要运动干预的时间较长才能见到效果，而无法检测运动干预早期阶段骨代谢的变化。而利用血清骨代谢指标的变化既可以检测短期运动干预对于骨代谢的影响，也可以检测长期运动干预的早期阶段骨代谢的变化［15］。而且血清骨代谢指标反映的是全身骨代谢的情况，而不是某一特定部位骨代谢的变换情况［16］。由于本研究的目的在于揭示短期的运动对于骨代谢的影响效果，而骨密度和骨结构的变化又需要较长时间的干预才能见到效果，所以不适合采用核磁共振（MRI）、定量CT（pQCT）和双能X射线骨密度仪（DEXA）等方法对骨密度和骨结构进行测量，而采用血清骨代谢指标则能较好地反应短期跳跃运动对于骨代谢状况的改变。已有大量研究测试了耐力训练（如走、跑、有氧操和爬楼梯等运动方式）对男性和女性血清骨代谢指标的影响［17］，Eliakim等人的研究发现，耐力运动可使男性青少年骨形成指标升高并使骨吸收指标降低［18］。Adami等人的研究发现，4周的耐力训练使绝经前女性骨形成指标增加而骨吸收指标无变化［17］。Evans等人的研究显示，男性和女性新兵在入伍8周后骨形成指标和骨吸收指标均显著增加，而当训练至16周时，骨形成指标保持和8周时水平不变，而骨吸收指标却回落至基础水平［19］。另外，12周的抗阻训练可显著增加受试者的骨形成指标［20］，而8周的跳跃训练使骨形成指标显著增加而骨吸收指标无显著变化［21］。综合以上多项研究结果，运动对于骨代谢的影响比较确定的结论是运动可以显著增加骨形成的作用［17，18］。而关于运动对骨吸收作用的研究结果却不太一致，大部分研究结果显示运动可以抑制骨吸收作用或对骨吸收作用无明显效果［17，18］，只有少数研究结果显示运动能够促进骨吸收作用［19］。其原因可能和运动干预的时间和强度有关。值得注意的是，以上研究结论均是在相对较长时间的运动干预下骨代谢的变化，而对于短时间运动干预对于骨代谢的影响还未见报道，本研究通过7天的跳跃运动干预，旨在揭示短期的低频率、高冲击力的运动方式对于骨代谢的影响，本研究的结果显示，短期的跳跃运动对骨代谢能够产生积极的影响，促进青少年骨形成作用的提高，有利于提高青少年的骨密度。

3.2 骨代谢指标的变化与体重、VGRF和BPAQ的相关性分析

根据以往关于体重、体育锻炼以及在运动中骨组织所受应力与骨代谢关系的文献资料［22，23］，我们推测本研究跳跃组受试者骨代谢指标的变化可能与受试者的体重、VGRF和BPAQ等因素有关。因此，在本研究中，对跳跃组受试者骨代谢指标的变化值与受试者体重、VGRF和BPAQ进行了相关性分析。从相关分析的结果可知，受试者的骨形成指标OC和BAP的变化值与VGRF 1st和VGRF 2nd均显著性相关，而OC和BAP的变化值与体重和BPAQ之间则没有显著的相关性；受试者骨吸收指标的变化值与体重、VGRF 1st、VGRF 2nd和BPAQ之间均没有显著的相关性。这说明在跳跃练习中，受试者下肢所受测力板的反作用力对受试者的骨形成作用具有显著的促进作用，而对骨吸收作用则没有相应的效应。研究表明［24］，应力是促进骨组织代谢变化的重要因素，骨组织是能够其自身的应力环境改变其代谢和结构的组织。经常从事体育运动的人由于其骨组织受到来自地面的应力显著大于正常人，故其骨密度比正常人显著提高［25］，而由于某些疾病长期卧床休息的病人，在卧床静养期间，由于其骨组织所受应力远远小于正常人，所以其骨密度显示出明显的下降［26］。

至于体重对骨代谢的影响，多数研究认为［27］，由于体重是影响骨组织日常应力的重要因素之一，在运动中或日常活动中，体重较大者在行走或进行日常活动时，其骨组织所受地面的反作用力也相应较大，故体重较大者往往具有较高的骨密度。动物实验也表明［28］，大鼠的骨密度与体重尤其是瘦体重存在较高的正相关。而在本研究中，受试者骨代谢指标的变化值与其自身的体重并不具有相关性，这说明虽然体重是影响骨密度的重要因素之一，但对于短期的运动干预，体重并不是影响骨代谢发生变化的主要因素，体重对骨代谢的影响作用可能也只能通过运动时骨组织所受应力的改变来实现。

另外，在本研究中，受试者骨代谢指标的变化与其BPAQ并不具有相关性，这说明短期跳跃练习对骨代谢的影响并不受其以往的运动情况所影响。Weeks等人的研究表明［9］，受试者骨特异性体力活动得分（BPAQ）与受试者自身的骨密度具有显著的相关性。这说明，受试者过去的运动情况只能影响受试者以往的骨密度，而在短期跳跃运动对于骨代谢影响的过程中并不是一个主要影响因素。

4 结 论

4.1 跳跃运动可显著促进青少年的骨形成作用，是一种较好地增加骨密度的运动方式。

4.2 较高的应力刺激、适当的跳跃频率和跳跃次数是影响跳跃运动促进骨形成作用的重要因素。

4.3 通过对血清骨代谢指标的测试，能够较好地反应短期运动干预对骨代谢的影响或长期运动干预的早期阶段骨代谢的变化情况。

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