跑台运动训练和停训对去卵巢大鼠腰椎骨密度和骨髓脂肪细胞数目的影响

魏翔 卜淑敏 汪建红

1 首都体育学院（北京100191） 2 新疆师范大学生命科学学院

骨质疏松是女性绝经后面临的严重健康问题。临床实践证明，绝经后骨质疏松是可以预防的，而且预防比治疗更重要［1］，因此，研究增加骨量或减少骨量丢失的预防措施具有重要意义。运动对骨骼有积极效应，由运动产生的力学负荷能增加骨量和骨强度，尤其在儿童和青少年时期，运动能极其有效地增加骨量［2］。如果运动对年轻时骨量和骨强度的效应能被终身保存下来，儿童和青少年时期进行运动将是一种预防由绝经引起的妇女骨量下降的有效方法［3］。 Umemura 等报道［4］，跳跃运动对去卵巢大鼠骨骼的改善效应在停训后仍被保持，而跑台运动对去卵巢大鼠骨骼的改善效应在停训后能否被保持？目前未知。鉴于此，本实验观察了中等强度跑台运动训练和停训对去卵巢大鼠腰椎骨密度、骨组织形态学结构和骨髓脂肪细胞数目的影响，为采用运动疗法防治绝经后骨质疏松提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 实验动物

健康3月龄雌性SD大鼠60只，体重（235±8）g，购自北京维通利华实验动物有限公司，在北京大学医学部实验动物中心饲养 ［合格证号：SCKK （京）2006-0008］。

1.2 手术和分组

大鼠适应饲养1周后，按体重分层后随机分为假手术组（20只）和手术组（40只）。假手术组和手术组均禁食12 h后，腹腔注射10%水合氯醛（3 ml/kg）麻醉，手术组从背部切除双侧卵巢，假手术组不切除卵巢，而将卵巢旁与卵巢等大的脂肪组织切除。手术后恢复1周，将手术组大鼠按体重分层后随机分为去卵巢静止组（20只）和去卵巢运动组（20只）。实验过程中，有7只大鼠因手术感染而于实验的不同时间先后死亡，最后纳入各组的实验动物分别为假手术组19只、去卵巢静止组16只、去卵巢运动组18只。

1.3 运动训练方案和运动后分组

手术后第2周，去卵巢运动组大鼠开始在小动物跑台上适应训练1周，跑速从第1天的15 min逐渐增加到第4天的45 min。正式运动训练期为14周，每周4次，每次45 min，跑台坡度为5°，跑速为18 m/min。14周后，分别将三组大鼠按体重分层后随机分为两个亚组，分组情况和各组大鼠数目如下：假手术16周组 （Sham-16，9只）和假手术-32周组（Sham-32，10 只）、去卵巢 16 周组（OVX-16，8 只）和去卵巢32周组 （OVX-32，8只）、去卵巢运动组（EX，9 只）和停训组（DEX，9 只）。

1.4 骨密度检测

Sham-16、OVX-16和EX三组大鼠在末次训练结束36-48小时内，Sham-32、OVX-32和DEX三组大鼠在停训16周时，用10%水合氯醛（3 ml/kg）麻醉后，将其俯卧在DPX-Q型双能X线吸收测量平台下进行扫描，通过计算机中小动物软件系统检测活体腰椎骨密度（BMD）。

1.5 取材

检测完BMD，腹主动脉取血处死大鼠，迅速游离子宫并称重以确定手术的成功。根据解剖位置截取腰椎，仔细分离第2～5腰椎（L2-5）并剥离干净，将L2置于4%的多聚甲醛溶液中固定。

1.6 HE染色与测试

将多聚甲醛固定好的L2组织块，用质量分数为10%的乙二胺四乙酸（EDTA）于4℃条件下脱钙，每3天更换一次脱钙液。用针刺法检验是否完全脱钙：如果组织很容易被刺透，且未感到阻力，说明基本上脱钙完全。脱钙后，常规石蜡包埋；每组随机取3只大鼠的L2进行连续切片（5 μm），切片经常规HE染色后，在光学显微镜（Olympus BX51）下观察拍片。每只大鼠随机取L2染色照片3张，每张片子随机选取3个高倍镜（400倍）视野，统计视野内脂肪空泡数目。

1.7 统计学分析

各组数据均以均数±标准差表示，数据比较采用单因素方差分析。统计学分析用SPSS13.0软件处理。

2 结果

2.1 大鼠腰椎BMD

图1显示，运动训练结束时，OVX-16组腰椎BMD显著低于Sham-16组，EX组腰椎BMD显著高于OVX-16组。停训结束时，OVX-32组腰椎BMD显著低于Sham-32组，而DEX组与OVX-32组比较无显著性差异。此外，DEX组腰椎BMD显著低于EX组。

图1 各组大鼠腰椎BMD的比较

2.2 大鼠腰椎组织形态学和骨髓脂肪细胞数目

骨组织形态学观察结果（图2A）显示，Sham-16组和Sham-32组L2骨小梁排列致密整齐，间距小，厚度较均匀，骨髓腔内组织致密；OVX-16组和OVX-32组大鼠L2骨小梁排列稀疏，骨髓腔内组织稀疏，被大量脂肪细胞填充，脂肪细胞数目分别显著多于 Sham-16和 Sham-32组 （图2B）；EX 组 L2骨小梁数量多于OVX-16组，骨髓腔内脂肪细胞数目显著少于OVX-16组（图2B）。DEX组L2骨小梁数量虽多于OVX-32组，但骨髓腔内脂肪细胞数目与OVX-32组比较无显著性差异 （图2B）。此外，DEX组L2骨小梁数量虽与EX组比较无显著性差异，但骨髓腔内脂肪细胞数目显著增加（图2B）。

图2 各组大鼠L2组织形态学（A，HE图片，×100）和骨髓脂肪细胞数目（B）比较

3 讨论

绝经后女性由于卵巢功能衰竭易发生肥胖和骨质疏松等疾病，引发肥胖的脂肪细胞和骨质疏松的成骨细胞来源于共同的祖细胞，即骨髓基质细胞［5］。临床研究表明，绝经后骨质疏松与骨髓脂肪发生增加有关［6，7］。 Rodríguez 等报道［8］，健康绝经后妇女骨髓基质细胞的成骨能力低于健康未绝经妇女，而能刺激骨髓基质细胞向脂肪细胞分化的基因的表达却增加。本研究中，与Sham-16组比较，OVX-16组大鼠腰椎骨小梁间隙增大、脂肪细胞显著增加。此结果与我们前期［9］和 Somjen 等的报道［10］相似。再次证实，去卵巢大鼠骨量减少是与骨髓脂肪细胞数目增多伴行的。此外，本研究还发现，OVX-32组大鼠腰椎脂肪细胞数目与OVX-16组大鼠无显著差异，提示，去卵巢导致的大鼠腰椎脂肪细胞数目增加发生在去卵巢后的3个月内，而在去卵巢后的3～8个月则变化不大。

虽然补充外源性雌激素可有效缓解和改善女性因绝经引起的骨质疏松症，但研究显示，长期使用雌激素使绝经后妇女患子宫内膜癌的危险增加6～12倍［1］。 相比之下，运动疗法方便、廉价、副作用少，备受亲睐。国内外关于绝经后预防骨质疏松的研究表明，运动疗法是预防绝经后骨质疏松最有效、最基本的方法［11］。本实验中，去卵巢大鼠进行为期14周的跑台运动训练后，腰椎骨密度和骨小梁数目显著高于去卵巢静止组，而骨髓脂肪细胞数目明显减少。这与我们前期的实验结果相同［9］，表明一定强度跑台运动能减缓去卵巢大鼠松质骨骨量的丢失，改善去卵巢大鼠腰椎组织形态学结构，抑制去卵巢大鼠腰椎骨髓脂肪细胞的产生。

Umemura等报道［4］，为期 8周的跳跃运动对去卵巢大鼠骨组织的改善效应在停训24周后仍被保持。而Iwamoto等报道［12］，为期1年的快走和体操训练虽显著增加患骨质疏松症的绝经后妇女腰椎的骨密度，但增加效应在停训1年后消失。本研究中，为期14周的跑台训练对去卵巢大鼠骨组织的改善效应和对骨髓脂肪细胞数目增加的抑制效应在停训16周后消失。以上研究结果提示，跳跃运动对绝经后骨质疏松的预防效应在停跳后还能保持［4］，而跑台运动、快走和体操训练对绝经后骨质疏松的预防效应在停止运动后不能保持。由此，提倡女性在青少年时期，要多进行一些诸如跳跃运动的抗阻力运动，这将有助于预防绝经后骨质疏松的发生。至于为什么跳跃运动对去卵巢大鼠骨组织的改善效应在停训后能保持，而跑台运动却不能，其机制还有待进一步揭示。

4 小结

本实验证明中等强度跑台运动对去卵巢大鼠腰椎骨密度和骨组织形态学的改善效应在停训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.

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［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］王颖捷，卜淑敏，季刚.中等强度跑台运动对去卵巢大鼠腰椎骨量、骨髓脂肪细胞数量和血脂水平的影响.中国运动医学杂志，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.