绝经女性体力活动特征及其与骨量关系的研究

郑陆 陈晓红 周志雄 崔玉鹏 叶鸣 谢海霞 王永升

首都体育学院（北京 100191）

研究表明，废用或骨骼失去负荷刺激导致骨量减少，而运动通过施加机械负荷刺激将有效增加骨量[1，2]，因此，运动在预防和改善骨质疏松中的作用日益受到关注。运动有利于成年期骨量保持，减少随年龄增长的骨丢失[3，4]，但对绝经女性骨骼的影响效应尚存在一定争议，总体认为，其延缓骨量丢失的效应优于提高骨量的效应，有利于预防和改善绝经后的骨质疏松，降低骨折风险[5－7]。

另一方面，随着年龄增长，人体整体机能水平降低，能量代谢减弱，机体体力活动水平下降，因而能耗减少[8－10]，机体能量代谢呈现正平衡，并继发向中性及全身脂肪增加，导致较高的患病率和死亡率[11]。据报道，中年期经常进行体力活动者和日均能耗较高的老人，寿命相对较长[12－14]。 因此，绝经女性有必要通过增加身体活动或适度运动增加机体能耗。此外，随着年龄的增长，瘦体重降低[15]，通常有骨量丢失[16]，也制约机体活动或运动[17，18]。 那么，绝经女性身体活动特征与骨量是否有关？健骨锻炼（健骨操）对绝经女性骨量的影响效果如何？本研究以北京市骨量低下的绝经女性为对象，探讨健骨操运动对骨量低下绝经女性骨量的影响效应；分析日常活动特征、能量消耗、体成分及骨密度 （Bone Mineral Density，BMD）等的变化特点，探讨体力活动与机体骨量变化的关系及其机制。

1 对象与方法

1.1 研究对象

实验时间为2010年4月～2011年12月。以北京市东城、西城、崇文、宣武、石景山、海淀等的主要社区中45～62岁绝经女性为对象，在问卷调查基础上，进行骨强度检测，初步筛选出428名备选者。经对428名备选者一对一的详细问诊，排除高血压、糖尿病、心脏病、甲状旁腺功能亢进症和活跃肾结石疾病等严重慢性疾病，以及有重大妇科疾病手术、运动障碍、近两年来服用过影响内分泌和骨代谢的药物史等对象，并据中国人种特点（BMD对应的T≥-1.0为骨量正常；-1.0 ＞ T ＞-2.0 为骨量减少；T ≥-2.0 为骨质疏松[19]），选出符合骨量减少标准且自愿参加健骨操运动的受试者24人作为运动组（exercise group，EG组），同时挑选23人作为骨量减少对照组（osteopenia group，OG组）。受试者签署知情同意书，实验期间，研究方为EG组购买1年期意外伤害保险。两组受试者年龄、身高、体重、绝经年限及全身骨密度 （TBBMD）等各项指标均无显著性差异 （P＞0.05），见表1。

表1 受试者基本资料（±s）

表1 受试者基本资料（±s）

EG??n = 24? OG??n = 23????? 56.04–2.88 58.13–5.14???cm? 157.35–3.43 156.40–5.99???kg? 61.23–7.00 62.51–8.66??????? 7.00–3.93 7.20–4.36 TBBMD?g/cm 1.054–0.08 1.056–0.07

1.2 实验方法

1.2.1 健骨操运动及测试

健骨操运动分为:准备活动12 min、正课36 min和整理活动12 min。准备活动为热身运动，主要包括颈椎活动、振臂、肩环绕、体侧运动、体转运动、体前屈、扩胸运动、手足运动、大步快走等；正课为有氧耐力运动、抗阻运动和冲击性有氧力量运动，主要包括翻手腕、拉手腕、大字站、后抬腿勾脚尖、手平举慢蹲起、旱地划船、旱地仰泳、十点十分操、跳跃动作等；整理活动为拉伸练习，主要包括拍打、大步慢走等放松性练习。

由于加速度计未将EG组各种形式活动或运动予以细化区别，故对健骨操运动的负荷强度及时间进行了测评[20]。采用德国 CORTEX－MetaMax 3B 便携式心肺功能遥测仪测试EG组进行健骨操运动时的负荷强度，计算运动强度及能耗。

全部锻炼均在社区健身教练示范和专人指导下进行，本项目组成员全程跟踪。同时制定考勤制度，实行监管，保证出勤率。每周运动3～4次，每次60 min左右。本实验测试工作在首都体育学院“运动机能评定与技术分析”北京市重点实验室完成。本实验时间为2010年4月～2011年12月。

1.2.2 指标测试

能量消耗测试:测定在2011年5月份一个月内完成。采用日本OMRON公司hja－350it三轴感应加速度计，测试所有受试者1周体力活动和能量消耗。OMRON加速度计自动记录并显示各项能量消耗及1～8 MET 强度活动时间（表2），其中，3MET 以下活动均默认为生活方式能耗，3MET以上活动均为步行能耗（WEE）。每日能量消耗中，总能耗为体力活动与基础代谢能耗之和，体力活动能耗是步行能耗与生活方式能耗之和。测试仪器统一佩戴在受试者右髋部，除游泳、洗澡外，全程佩戴仪器。

身体形态指标测试:分别于实验前和1年后（即实验开始时和结束时）测定受试者身高、体重（BW），并计算身体质量指数 BMI＝ 体重 ／身高（kg／m2）。

BMD和体成分测试:分别于实验前和1年后，采用美国GE公司Lunar Prodigy双能X线骨密度测试仪测试受试者腰椎 2－4（L2－4）、股骨颈（FN）、股骨近端 （FP）和全身 （TB）BMD以及瘦体重百分比（PBM）、体脂百分比 （PBF）。骨密度仪的精度误差（CV）:L2－4为 0.93%，FN 为 0.79%，TB 为 0.66%。

肌肉力量测试:分别于实验前和1年后，采用德国ISOMED2000等速肌力测试仪测试受试者髋部和腰部肌肉峰力矩和相对峰力矩。

1.3 统计学分析

采用SPSS16.0软件进行描述性统计分析，各测试指标以均值±标准差表示；对实证研究的各类指标进行正态性检验，数据不符合正态分布，故组间差异采用Independent－Samples t检验，组内差异性采用Paired－Samples t检验，相关分析采用Spearman积差相关分析。

2 结果

2.1 每日体力活动能耗

表2显示，EG组步行、体力活动及总能耗三项均显著高于OG组。两组受试者日均能量消耗差异主要由步行能耗导致。EG组基础代谢能耗高于OG组，但无显著差异。

表2 两组受试者每日能量消耗比较

表3显示，两组受试者活动步数、步行时间及3－6 MET活动时间差异显著。EG组3 MET及以上强度运动时间占总运动时间的12.74%，高于OG组。

表3 两组受试者每日活动状况比较

2.2 健骨操测试结果

共17人参加健骨操测试，结果为:平均HR为（117.59±9.41）bpm，HRmax 为 （165.12±9.26）bpm，VO2为（19.94±6.88）ml／kg／min，运动时间为（52.88±1.89）min，METmax 为（5.70±1.97），能耗为（312.07±94.20）kcal，强度为（52.94±8.56）%VO2max。

将健骨操运动强度和时间与BMD进行相关分析，结果（表4）显示，运动时间与 L2－4、FNL及 TB 的BMD显著相关。运动强度（摄氧量）与TBBMD负相关。运动时间及强度对骨代谢均有影响。

表4 运动组进行健骨操运动的强度和运动时间与BMD的关系（n＝17）

2.3 BMI和体成分

表5显示，EG 组运动 1年后，BW、BMI、PBF 及PBM较运动前均发生了显著变化，BW、BMI和PBF显著降低，PBM显著升高，而肌肉含量（BM）变化无统计学意义。OG组实验1年前后，自身比较各项指标均无显著改变，但实验1年后，OG组BW、BMI、PBF均显著高于EG组。

由表6可见，两组受试者BW及体成分指标均与全身BMD显著相关，其中PBM与全身BMD显著负相关。

2.4 BMD

表7显示，自身比较，实验1年后EG组各主要部位BMD较实验前均呈升高趋势，FNL的升高有统计学意义。OG组各主要部位BMD较1年前均呈现降低趋势， 其中，L2－4、FNL、FNR和 TB 的差异具有统计学意义。实验1年后两组比较，除FPL外，EG组受试者各主要部位BMD均高于OG组，差异有统计学?意义。

表5 两组受试者1年前后BMI和体成分的变化

表6 两组受试者全身BMD与体重、BMI及体成分指标的相关性分析（n＝47）

2.5 肌力

表8显示，自身比较，实验1年后EG组肌力较实验前发生显著变化，其中，髋等速 90°伸（Hie－90）、髋等速 180°屈（Hif－180）、髋等速 180°伸（Hie－180）及腰等速 120°屈（Dif－120）肌力均较 1年前明显升高。OG组肌力亦发生显著变化，Hif－180及Hie－180肌力均较1年前明显降低。两组受试者腰等速120°伸（Die－120）、腰等长 15°屈（Dimf－15）及腰等长 15°屈相对肌力（Dimf－15／W）均无明显改变。实验1年后， EG 组 Hif－180、Hie－180 及 Die－120 肌力均显著高于 OG 组， 而 Hie－90、Dif－120、Dimf－15 及 Dim f－15／W两组间无明显差异。

表7 两组受试者1年实验前后各部位BMD比较（g／cm2）

表8 两组受试者1年实验前后肌力比较

3 讨论

3.1 受试者日常体力活动特征分析

正常体重受试者（BMI 为 18.5～25 kg／m2）随年龄增加，体力活动水平和总能量消耗逐渐降低。体力活动水平（总能耗与静态能耗之比）由20岁的1.75下降到90岁的1.28，总能量消耗每10年下降约150 kcal，而食物热效应则无相应的变化[21]。本研究受试者BMI处于正常范围，采用OMRON加速度计记录受试者每日各种体力活动的情况，该加速度计将3MET强度以下活动均归为“生活方式”范畴，而“步行”活动为 3 MET 及以上强度活动[22，23]，两组受试者日均活动时间为:3 MET强度以下EG组为766.73 min，OG 组为 775 min；3－6 MET 强度 EG 组为 110.31 min，OG 组为 76.67 min，分别占每日总活动时间的12.74%和9%；仅EG组有6 MET强度以上活动，为1.59 min。EG组3－6 MET强度活动时间显著长于OG组。3－6 MET属中等强度，故本研究中，EG组日均中等强度活动（包括运动）时间显著长于OG组。

分析每日能量消耗可知，总能耗 （total energy expenditure，TEE）为体力活动能耗（physical activity energy expenditure，PAEE） 与基础代谢能耗（basal metabolism energy expenditure，BMEE） 之 和 ，PAEE是步行与生活方式能耗之和。OMRON加速度计的能耗记录已经删去了食物特殊动力作用的额外能量，因此，体力活动部分测值基本满足PAEE＝[TEE（0.9）-BMEE][24]。 本研究中，两组受试者生活方式能耗接近，分别为 456.8 和 457.1 kcal；EG 组的BMEE略高于OG组，但亦无显著差异；EG组步行、体力活动及总能耗三项均显著高于OG组。可见，两组受试者日均能量消耗差异主要由活动能耗造成，特别是步行能耗。EG为期1年的健骨操运动能耗也包括其中。因此，步行活动能耗（WEE）应视为受试者的有效体力活动能耗。OG组WEE显著低于EG组，表明该组活动程度低，其日均WEE仅为675.10 kcal，即通过有效肌肉收缩对机体施加的负荷刺激相对较小。推测低于675.10 kcal的日均有效体力活动能耗可能将影响维持骨量所需的负荷刺激，导致机体相应骨骼受力点因承受负荷减少产生破骨漂移和骨量减少。因此，体力活动能耗与骨量密切相关，这也是EG组骨量高于OG组的决定因素。

3.2 运动强度、运动时间及运动方式对骨量的影响

研究认为，BMD是诊断骨质疏松的金标准[25]，也是预测骨折风险的最好指标[26，27]。运动强度、时间及负荷形式对BMD均有显著影响。中等强度活动（运动）有益于中老年人健康已成为共识[28，29]。 对于骨代谢平衡而言，合理有效的运动增加对骨骼的机械刺激，提高骨代谢水平。合理有效的健骨运动应满足以下条件:中等强度有氧运动[30]；抗重力和阻力运动[31，32]；具有一定冲击性的运动[33，34]。 本研究中，OG 组受试者由于缺乏运动，每日3 MET以上强度的活动显著低于EG组，对骨形成的刺激效应明显不足，中高强度活动较少可能是该组骨量低下的重要因素。

骨质疏松症多发于绝经后2年，也有发生于绝经后5～10年。绝经后的头3年，女性骨量每年以2.5%的速率递减，之后每年减少 0.75%～1%[35]。 本研究中，两组受试者绝经年限基本一致，均处于绝经后骨量递减的年龄阶段，OG组受试者1年中TBBMD显著降低，符合绝经后骨量随年龄增长而自然递减的规律，而EG组历经1年中等强度健骨操运动后，尽管自身1年前后比较仅有左股骨颈BMD测定值显著升高，但机体各部位BMD（除FPL外）与OG组相比均显著升高。健骨操平均强度为中等运动强度，并包括有氧耐力、抗阻及较高冲击性练习、柔韧及平衡练习等综合内容，基本满足绝经女性健骨运动的负荷要求。因此，每周3～4次、每次60 min左右、持续1年的健骨操运动，对维持和增加骨量具有较好的效果，是EG组受试者整体BMD水平优于OG组的根本原因。

3.3 体成分与BMD关系

研究表明，体重较大者BMD水平较高，因而BMD 与体重高度相关[36，37]。体重能够解释 BMD 大约30%的变异[38]。而体重由各种体成分共同构成，其中肌肉及脂肪比例具有决定作用。因此，体成分比例的改变可能导致机体骨量的相应变化。本研究相关分析结果表明，两组受试者体成分指标均与全身BMD显著相关，其中PBM与全身BMD显著负相关，相关系数由高到低排序依次为:BMI、PBM、BW、PBF 和BM。这表明受试者体成分指标对全身BMD有不同程度的影响。 这与文献报道[39－41]一致。

本研究中，EG组经过 1年运动，BW、BMI及PBF均显著降低，PBM显著升高，而髋等速90°伸、髋等速180°伸、髋等速180°屈及腰等速120°屈的肌力均较1年前明显升高。OG组实验1年前后，自身比较体成分各项指标均无显著改变，但1年后，BW、BMI、PBF均显著高于EG组。OG组实验1年前后，自身比较肌力表现为Hif－180及Hie－180的肌力均较 1 年前明显降低，EG 组 Hif－180、Hie－180 及 Die－120肌力均显著高于OG组。这表明，1年健骨操运动有效改善了EG组受试者的体成分，瘦体重比例相对提高，肌肉力量显著增加，均成为EG组骨量显著高于OG组的重要原因。

Frost指出，肌肉力量决定骨结构和骨量，使骨强度适应于力学负荷。肌肉力量变化先于骨强度改变，骨强度改变由肌肉力量变化引起。当处于废用状态或机体雌激素缺乏时，肌肉力量下降速度快于骨强度下降；而当较高强度负荷刺激或再补充雌激素时，肌肉力量增加则先于骨强度提高[42，43]。 综合分析本研究两组受试者肌肉力量的变化特点可以看出，其维持和改善BMD的主要原因是1年健骨操运动导致的肌肉相对比例的改善和肌肉力量的显著增加，特别是肌肉力量增加，有效维持或增加了机体骨量。OG组受试者由于缺乏运动刺激，致使肌肉力量降低，减弱了对骨骼的机械拉力刺激，出现骨量持续低下。

综上所述，机体骨量变化受运动负荷、运动方式、体成分、能量消耗等多种因素影响。不同程度的体力活动（运动）施加于机体的负荷刺激的强度及量具有差异，导致能量消耗的差异，进而影响体成分及骨量的变化。合理有效的运动通过改善体成分，增加肌肉力量，增加对骨骼的力学负荷刺激等诸多因素，维持和增加骨量。本研究中健骨操运动具有比较理想的维持和改善骨量的效果，其运动强度、时间及内容均比较适宜。

4 小结

4.1 有效的体力活动（包括运动）与体成分变化密切相关，体成分改变是导致骨量变化的重要因素。

4.2 健骨操运动改善体成分，增加肌肉相对比例，增加肌肉收缩力量，有效地维持和改善机体骨量。

4.3 3～6 MET 强度、每周 3～4 次、每次 60 min 左右的“健骨操”运动（有氧耐力、抗阻练习、一定冲击性练习、柔韧及平衡练习等），是绝经女性骨量维持和改善所需要的适宜运动。

[1]Howe TE，Shea B，Dawson LJ，et al.Exercise for preventing and treating osteoporosis in postmenopausal women.Cochrane Database Syst Rev，2011， （7）:CD000333.doi:10.1002 ／14651858.

[2]Bonaiuti D，Shea B，Iovine R，et al.Exercise for preventing and treating osteoporosis in postmenopausal women.Cochrane Database Syst Rev，2002，（3）:CD000333.

[3]Borer KT.Physical activity in the prevention and amelioration of osteoporosis in women:interaction of mechanical，hormonal and dietary factors.Sports Med，2005，35 （9）:779－830.

[4]Wayne PM，Kiel DP，Buring JE，et al.Impact of Tai Chi exercise on multiple fracture －related risk factors in postmenopausal osteopenic women:a pilot pragmatic randomized trial.BMC Complement Altern Med，2012，12:7.

[5]Engelke K，Kemm ler W，Lauber D，et al.Exercise maintains bone density at spine and hip EFOPS:a 3－year longitudinal study in early postmenopausal women.Osteoporos Int，2006，17（1）:133－142.

[6]Martyn－St James Mand Carroll S.Meta－analysis of walking for preservation of bone mineral density in postmenopausal women.Bone，2008，43（3）:521－531.

[7]Yamazaki S，Ichimura S，Iwamoto J，et al.Effect of walking exercise on bone metabolism in postmenopausal women with osteopenia／osteoporosis.J Bone Miner Metab，2004，22（5）:500－508.

[8]Poehlman ET.Energy expenditure and requirements in aging humans.J Nutr，1992，122（11）:2057－2065.

[9]Houston DK，Nicklas BJ，Zizza CA.Weighty concerns:the growing prevalence of obesity among older adults.J Am Diet Assoc，2009，109（11）:1886－1895.

[10]Lührmann PM，Bender R，Edelmann －Sch a fer B，et al.Longitudinal changes in energy expenditure in an elderly German population:a 12 －year follow －up.Eur J Clin Nutr，2009，63（8）:986－992.

[11]Starling RD.Energy expenditure and aging:effects of physical activity.Int J Sport Nutr Exerc Metab，2001，11（Suppl）:S208－217.

[12]Sun Q，Townsend MK，Okereke OI，et al.Physical activity at midlife in relation to successful survival in women at age 70 years or older.Arch Intern Med，2010，25 （2）:194－201.

[13]Sun Q，Townsend MK，Okereke OI，et al.Adiposity and weight change in mid－life in relation to healthy survival after age 70 in women:prospective cohort study.BMJ，2009，29；339－347.

[14]Manini TM，Everhart JE，Patel KV，et al.Daily activity energy expenditure and mortality among older adults.JAMA，2006，12（2）:171－179.

[15]Poehlman ET，Arciero PJ，Goran MI.Endurance exercise in aging humans:effects on energy metabolism.Exerc Sport Sci Rev，1994，22:251－284.

[16]WHO （World Health Organization）.Study Group on Assessment of fracture risk and its application to screening for postmenopausal osteoporosis.Technical Report Series，1994，843:1－10.

[17]Ho－Pham LT，Nguyen ND，Lai TQ，et al.Contributions of lean mass and fat mass to bone mineral density:a study in postmenopausal women.BMC Musculoskelet Disord，2010，26（11）:59.

[18]Houston DK，Nicklas BJ，Zizza CA.Weighty concerns:the growing prevalence of obesity among older adults.J Am Diet Assoc，2009，109（11）:1886－1895.

[19]中国老年学学会骨质疏松委员会骨质疏松诊断标准学科组.中国人骨质疏松症建议诊断标准 （第二稿）.中国骨质疏松杂志，2000，6（1）:1－3.

[20]Swain DP，Abernathy KS，Smith CS，et al.Target heart rates for the development of cardiorespiratory fitness.Med Sci Sports Exerc，1994，26（1）:112－116.

[21]Roberts SB，Dallal GE.Energy requirements and aging.Public Health Nutr，2005，8（7A）:1028－1036.

[22]Chun MY.Validity and reliability of korean version of international physical activity questionnaire short form in the elderly.Korean J Fam Med，2012，33（3）:144－151.

[23]Ainsworth BE，Haskell WL，Whitt MC，et al.Compendium of Physical Activities:an update of activity codes and MET intensities.Med Sci Sports Exerc，2000，32 （9 Suppl）:S498－504.

[24]Starling RD，Toth MJ，Matthews DE，et al.Energy requirements and physical activity of older free－living African－Americans:a doubly labeled water study.J Clin Endocrinol Metab，1998，83（5）:1529－1534.

[25]NIH consensus development panel on osteoporosis prevention，diagnosis，and therapy. JAMA，2001，285:785－795.

[26]Nguyen ND，Pongchaiyakul C，Center JR，Identification of high －risk individuals for hip fracture:a 14 －year prospective study.J Bone Miner Res，2005，20 （11）:1921－1928.

[27]Johnell O，Kanis JA，Oden A，et al.Predictive value of BMD for hip and other fractures.J Bone Miner Res，2005，20（7）:1185－1194.

[28]Brach JS，Simonsick EM，Kritchevsky S，et al. The association between physical function and lifestyle activity and exercise in the health，aging and body composition study.J Am Geriatr Soc，2004，52 （4）:502－509.

[29]Roghani T，Torkaman G，Movasseghe S，et al.Effects of short－term aerobic exercise with and without external loading on bone metabolism and balance in postmenopausal women with osteoporosis.Rheumatol Int，2012，Mar 24.[Epub ahead of print]

[30]Gómez－Cabello A，Ara I，González－Agüero A，et al.Effects of training on bone mass in older adults:a systematic review.Sports Med，2012，42（4）:301－325.

[31]Wolff I，van Croonenborg JJ，Kemper HC，et al.The effect of exercise training programs on bone mass:a meta－analysis of published controlled trials in pre－ and postmenopausal women.Osteoporos Int，1999，9（1）:1－12.

[32]Egan E，Reilly T，Giacomoni M，et al.Bone mineral density among female sports participants.Bone，2006，38 （2）:227－233.

[33]Taaffe DR，Robinson TL，Snow CM，et al.High－impact exercise promotes bone gain in well－trained female athletes.J Bone Miner Res，1997，12（2）:255－260.

[34]Sugiyama T，Yamaguchi A，and Kawai S.Effects of skeletal loading on bone mass and compensation mechanism in bone:a new insight into the “mechanostat” theory.J Bone Miner Metab，2002，20（4）:196－200.

[35]Orsatti FL，Nahas EA，Nahas－Neto J，et al.Low appendicular muscle mass is correlated with femoral neck bone mineral density loss in postmenopausal women.BMC Musculoskelet Disord，2011，12:225.

[36]Nguyen TV，Kelly PJ，Sambrook PN.Lifestyle factors and bone density in the elderly:implications for osteoporosis prevention.J Bone Miner Res，1994，9（9）:1339－1346.

[37]Afghani A，Barrett－Connor E，Wooten WJ.Resting energy expenditure:a better marker than BMI for BMD in African－American women.Med Sci Sports Exerc，2005，37（7）:1203－1210.

[38]Nguyen TV，Center JR，Eisman JA.Osteoporosis in elderly men and women:effects of dietary calcium，physical activity，and body mass index.J Bone Miner Res，2000，15（2）:322－331.

[39]Liu JM，Zhao HY，Ning G，et al.Relationship between body composition and bone mineral density in healthy young and premenopausal Chinese women.Osteoporos Int，2004，15（3）:238－242.

[40]Taaffe DR，Cauley JA，Danielson M，et al.Race and sex effects on the association between muscle strength，soft tissue，and bone mineral density in healthy elders:the health，aging，and body composition study.J Bone Miner Res，2001，16（7）:1343－1352.

[41]Gnudi S，Sitta E，Fiumi N.Relationship between body composition and bone mineral density in women with and without osteoporosis:relative contribution of lean and fat mass.J Bone Miner Metab，2007，25（5）:326－332.

[42]Frost HM.A 2003 update of bone physiology and Wolff’s Law for clinicians.Angle Orthod，2004，74（1）:3－15.

[43]Schiessl H，Frost HM，Jee WS.Estrogen and bone－muscle strength and mass relationships.Bone，1998，22（1）:1－6.