振动训练对骨量的影响及其机制研究进展

Influence of Vibration Training on Bone Mass and Research

Review of Its Mechanism

张娜娜，李世昌，彭海霞

Zhang Nana, Li Shichang, Peng Haixia

振动训练对骨量的影响及其机制研究进展

Influence of Vibration Training on Bone Mass and Research

Review of Its Mechanism

张娜娜，李世昌，彭海霞

Zhang Nana, Li Shichang, Peng Haixia

作者单位：华东师范大学体育与健康学院，上海200241

前言

振动训练是近20年才出现的一种训练方法，是一种通过机械振动和外在抗阻负荷诱发神经肌肉反射，促进肌肉收缩，同时给予骨骼重复性的应力刺激进而改善肌肉-骨骼系统结构和功能的康复训练方法。

根据振动实施的方法可有准确性振动，节段性振动和全身振动[1]。其中全身振动训练逐步成为训练和康复领域研究的热点,而且其对骨量有积极的影响。然而由于振动装置、运动强度、时间、频率等因素的不同，研究结果存在一定的差异。但其具作用体机制尚不清楚。本文对振动训练对骨矿物质含量的影响和作用机制进行综述，以深入探讨其对骨质的影响作用。

1振动训练对骨量的影响

1.1　振动训练动物实验研究进展

近年来，大量动物实验表明振动训练对骨量有积极响。Lynch等[2]对成年小鼠和老年小鼠分别进行5周的振动训练，发现成年小鼠小腿的骨量有所增加。Wenger等人[3]对大龄雄性大鼠进行12周的振动训练,发现有较高的骨密度。这个结果与Tezval等人的去卵巢大鼠模型研究结果一致,Tezval等人[4]对去卵巢大鼠进行了7周的训练，发现大鼠骨量明显高于非振动训练去卵巢大鼠。然而并非所有的实验都支持这一观点。Vander等人[5]对去卵巢大鼠进行10周的振动训练，发现低频的振动不能预防骨量的减少,只能影响大鼠的体重。

综上所述，研究结果存在着差异，是怎样形成的呢?Judex等[6]指出遗传基因的不同，其对骨合成分解代谢刺激的敏感度就不同。例如3-月龄C57BL，BALB/c和C3H小鼠尽管类似的体重，却表现出不同的骨密度。提示造成动物实验研究结果不同的原因可能是研究中的小鼠种类不同，对振动刺激的敏感性不同。另一方面，研究中使用的振动仪器、振动幅度、振动频率等不同也会影响研究的结果。由于振动训练包括三个要素即振幅、频率、加速度，其不同的组合有不同的训练方案，所以这也很难比较不同研究的不同结果[7]。振动频率和振幅的不同可以解释不同研究结果的差异[8]。在此基础上Pasqualini等[9]探索了加速度固定时，不同频率的振动对小鼠骨骼的影响，指出90Hz是对小鼠最有益的频率，8Hz是最有害的频率。此外，振动训练的加速度也会影响研究的结果[10]。这种背景下，不同的频率、幅度、加速度需要更好地界定。

1.2　振动训练人体实验的研究进展

那么其对人体骨量的影响效果如何呢?研究发现[11]6个月的振动训练之后能够提高绝经妇女髋关节处的骨密度。Rittweger等[12]发现振动训练可以减少卧床者骨质的流失，预防骨量减少。Reyes等[13]和Wren等人[14]发现高频低强度的振动训练可以提高残疾儿童的骨量。然而，另一些人体实验结果与上述结果不一致，没有发现振动训练对老年人的骨量、骨密度有任何积极地影响。Bemben等人[15]对老年绝经妇女分成振动训练和抗阻运动组、抗阻运动组、控制组，经过8个月的实验并没有发现其各组骨密度、碱性磷酸酶有显著差异。另一项研究[16]发现短时间的全身振动训练不能改变老年人的骨量和骨密度，只是对骨结构有轻微的影响。笔者认为造成这种差异的原因很可能与动物实验差异的原因相似，不同振幅、频率都可能影响研究结果。然而，对于不同的群体用何种振动治疗方案，最能达到我们所期望的效果还需要我们进步探索。

2振动训练增加骨量的分子机制研究进展

尽管很多研究者已经证实了振动训练可以增强骨重建，防止骨丢失。然而对其介导的分子途径仍不清楚。

2.1　振动训练对破骨细胞相关细胞因子的影响

RANKL可促进破骨细胞分化，增强成熟破骨细胞的活力，阻止破骨细胞凋亡，是破骨细胞分化成熟和维持功能所需的重要因子。RANKL和M-CSF是破骨细胞生成前体分化为成熟和维持功能所需的重要因子。Wu等人[17]发现振动训练可以降低RANKL诱导的抗酒石酸酸性磷酸酶(TRAP)阳性多核细胞(MNCs)的数量，降低破骨细胞特异性基因表达。Lau等人[18]也发现振动训练可以降低RANKL和PGE2水平，虽然不能改变OPG的含量，但是降低了RANKL/OPG的比值。提示振动训练通过降低RANKL水平，阻止RANKL与RANK之间的结合，抑制破骨的细胞的分化，进而抑制骨吸收。

IL-1和TNF-α可通过促进祖破骨细胞增生而增强破骨细胞形成，并激活成熟破骨细胞。研究[19]指出振动训练能够降低间充质细胞中IL-1和TNF-α的水平，进而减少骨质流失,预防骨量减少。此外，Wang等[20]研究指出振动训练使血液中TGF-β水平升高。

另外，ERK1/2在骨形成和骨吸收中起重要作用。Zhou等人[21]发现12周的振动训练后成骨细胞中ERK1/2的磷酸化水平升高，同时M-CSF和RANKL降低，后者可能是由于ERK1/2的竞争抑制作用，进而指出振动训练可能是通过ERK1/2信号上调成骨细胞活性和下调成骨细胞介导的破骨细胞的生成，从而增加骨密度的。提示振动训练可以通过ERK1/2信号促进骨形成，抑制骨吸收，进而提高骨量。

2.2　振动训练对成骨细胞相关细胞因子的影响

糖原合成酶激酶-3(GSK-3)是一种丝氨酸/苏氨酸激酶，包括两个亚型(GSK-3α和GSK-3β)，其中主要是GSK-3β参与了细胞内β-catenin蛋白水平的调控。GSK-3β磷酸化能抑制自身激酶活性，进而激活Wnt/β-catenin 信号通路下，促进成骨细胞分化。Wang等人[22]发现去卵巢大鼠全身振动训练后，骨髓细胞中p-GSK3β表达量显著高于非全身振动组。提示全身振动训练能激发大鼠骨髓细胞GSK3β的磷酸化，进而激活Wnt/β-catenin 信号通路，使成骨细胞数量增多，加速骨的重建和骨量的积累。

2.3　全身振动对骨髓间充质干细胞的影响

骨髓间充质干细胞向成骨细胞、脂肪细胞和软骨细胞分化。近年来的研究发现，机械刺激可以直接刺激骨髓间充质细胞数量增加并且分化为成骨细胞谱系，进而促进成骨，使骨量增加。王慧敏等[26]对去卵巢大鼠振动训练后取骨髓细胞染色，发现与去卵巢静止组比较,去卵巢振动组骨髓细胞碱性磷酸酶阳性染色细胞数目显著增加,而骨髓细胞NileRed阳性染色细胞百分比和胫骨骨髓脂肪空泡数目显著下降。提示全身垂直振动不仅增加去卵巢骨质疏松大鼠骨髓细胞的成骨分化能力,而且降低去卵巢骨质疏松大鼠骨髓细胞的成脂分化能力。进一步实验证明骨髓间充质干细胞通过Wnt信号通路的调控成脂分化和成骨分化过程，李萍华等人[27]通过Wnt信号通路PCR基因芯片观察大鼠骨髓间充质干细胞分化为脂肪细胞和成骨细胞后相关基因表达的变化，发现成骨诱导后,Wnt信号通路表达上调的基因(β-catenin,Wnt11)等6个。提示Wnt信号通路在骨髓间充质干细胞成脂细胞分化和成骨细胞分化中发挥重要作用。

3小结与展望

振动训练作为一种新兴的训练方法以其安全、简单、有效的特点已经在提高肌肉力量和预防骨量减少方面显示了极大的优势和潜力。但是对于不同的实验群体采取何种的振动方面的研究还相对不足,仍需进一步深人研究。以期对不同的群体进行振动训练，能明确具体的振动幅度、频率、加速度，以便对骨能达到最有益的效果。另外振动训练对骨影响的分子学机制还尚不十分清楚，需要进一步探索。

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School of Sports and Health, East China Normal University, Shanghai 200241, China.

摘要：振动训练是一种新型的训练方式，逐渐被应用到多个领域。近年来振动训练对骨的影响的研究也逐渐深入，本文在查阅近年来相关资料的基础上，对振动训练对骨量的影响及其机制进行综述。结果表明振动训练能增加动物和人的骨量，但由于具体的振动方案不同,也有不同的结果。究竟不同的群体采取何种的振动方案，才能对骨产生最优的效果，还是今后研究的重点。另外其具体生物学机制不甚清楚,因此还探讨了振动运动影响骨的生物机制。

关键词：振动训练；骨矿物质含量；分子机制；进展

Abstract:Vibration training, a new way of training, is gradually applied to many fields. Recent years have seen deepening research on influence of vibration training on bones. On the basis of consulting relevant materials of recent years, the paper reviews the influence of vibration training on bone mass and its mechanism. Results show that vibration training can increase bone mass in animals and people; but different results also exist due to different vibration program. Future research focus would still be: taking which kind of vibration program on different groups can produce optimal effect on bones. Given the still unclear specific biological mechanism, the paper also probes into the biological mechanism that vibration training exerts on bones.

Key words:vibration training; bone mineral content; molecular mechanism; progress

doi:10.3969/ j.issn.1005-0256.2016.01.025

中图分类号：G804

文献标识码：A

文章编号：1005-0256(2016)01-0055-3

作者简介：第一张娜娜(1989-),女，河南商丘人，在读硕士研究生，研究方向：运动和适应。