不同运动项目对青少年运动员骨密度影响的差异分析

朱侨宇 王 兴

(1.上海大学 体育学院，上海 200444；2.上海体育学院，上海 200444)

骨骼是支撑人体日常生活与运动的重要器官，目前随着我国人口老龄化问题的日益严重，发生原发性骨质疏松的老年人数量逐年上升。[1]有统计表明约有60%的老年人在青春期时没有积累过高的骨量而导致骨质疏松，并且青春期通过体育锻炼增加骨量对成年骨质疏松的预防比很多药物干预治疗更有效并减少副作用。[2]国外有研究青春发育期间通过运动可以增加约1%～6%的额外骨量增长，而青春发育后运动却只能增加0.3%～2%的骨量增长，因此青少年时期是完善骨骼形态结构的最好时期，亦称为“骨银行时期”。[3]近年来，国内采用运动训练的方式预防骨质疏松的效果主要集中于老年人和更年期的女性，对国内青少年骨密度(bone mineral density，BMD)影响研究较为少见。[4-6]有研究指出，目前世界范围内青少年由于缺少体育活动，体质已经出现了半个世纪的下滑趋势。[7]

在查阅国内外有关运动对青少年的测试和实验研究后发现，国外研究较多选用训练方法进行干预实验，如跳跃练习、增强式练习法。国内则采用具体的运动项目进行的干预，但都很少有对不同运动方式所产生的效应量进行比较和讨论。不同运动方式产生的效果仍不明确，也很少有文献考虑到自身的年龄和体重对BMD产生何种影响。[8-10]因此本文通过样本量计算，选取满足实验条件的青少年参与测试，探究不同运动项目是否对BMD产生的影响和效益。

1 研究对象和方法

1.1 受试者纳入标准

实验组排除服用营养补剂以及相关代谢疾病、骨折等不良因素，筛选出无不良嗜好，和近期6个月无服用激素药物的受试者以提高结果的准确性。问卷调查结果显示，所有受试实验组运动员练习该项运动项目时间均已超过1年；对照组同样选取无骨折、骨代谢疾病、服用激素等药物、平时除进行公共体育课锻炼外，不参加其他体力训练运动，且每周锻炼时间低于2h的健康同龄人群。本研究又结合英国生物学家丹纳(J. M. Tanner )以英国的青少年为主要研究对象，进行“哈本顿成长研究”，重点探讨青少年进入青春期以后生理发展的顺序、类型情况得出的Tanner I～V分期理论，在根据分期理论得出Tanner V期约为16至20岁年龄阶段设计测试更能明显发现运动对骨骼影响效果，因此纳入的受试者年龄均为16～20岁。[11-12]

1.2 入研究对象

运动组选取某体育学院附属竞技体校的青少年运动员，所有受试运动员食宿及训练均为体校统一管理，训练时间为周一至周六每天下午2.5h，周合计时间约15h。纳入的青少年运动员共计91人，其中有1名男性中长跑与1名女性拳击运动员年龄低于16岁被剔除分析库，所有测试对象均被告知研究背景、目的、研究方法，并签署知情同意书。

表1 各组别基本信息描述统计一览表

1.3 测试指标与研究方法

1.3.1 测试指标

双能X骨密度仪；美国GE公司生产的Lunar DPX-NT型号的双能X线骨密度仪(DXA) ，仪器产生X射线管球经过装置所获得两种不同光束，即低能和高能光子峰。这种光子峰可以穿透人体组织，系统将扫描到体内组织的信号送至计算机进行数据处理，得出骨矿物质含量及体成分。目前该测试方法已在我国各大城市逐渐推广使用，即双能X线吸收法(dual energy X-ray absorptiometry，DXA)，选择测定受试对象部位为全身各区域BMD数值、脂肪含量(fat mass，FM)与肌肉质量(lean mass, LM)。

图1 扫描部位切割线示意图

扫描部位：全身扫描分割线如图I所示，具体说明如下(引自GELunar Prodigy, enCORE TM Operator’s Manual )1)头部分割线：头部分割线位于颈部中央；2)左臂和右臂分割线：两臂的分割线穿过腋窝，靠近肋骨，从肱骨头将双臂与躯干分开；3)左前臂和右前臂分割线：两前臂将肘和前臂与身体隔离；4)左脊柱和右脊柱分割线：两边脊柱的分割线都贴近脊柱两侧，并且不包括肋骨支架；5)左骨盆和右骨盆分割线： 两边骨盆的分割线都通过股骨颈，并且不碰触骨盆；6)骨盆顶部分割线：骨盆顶部分割线靠近盆骨并穿过第五腰椎；7)左腿和右腿分割线：两腿的切线可将手、前臂与腿隔离；8)腿中切线：腿中分割线可隔离右腿和左腿。

测量严格按照仪器的测试标准：1)测试仪器启用前必须确保通过每天日常的校准，体模扫描测量值与体模标准值相一致(±1)视为通过质控；2)在测试前必须将身上的金属物质和身上佩戴坚硬的非金属物质摘除，换上轻薄的衣服，确保双能X光束不被其他物质消减；3)受试者测试时受试者仰卧平躺于测量床中央，头部在测量框约3cm以下，身体成解剖姿势，手脚放在测量区域的线框以内，测试过程中让受试者保持静止，测量仪从受试者的头部向下肢扫描，得出受试者的体成分指标。

1.3.2 问卷调查法

运动员受试者在测试前填写身体基本信息表，主要记录运动员的基本运动经历、周训练时间/次数、训练年限、年龄、服用营养补剂以及相关代谢疾病、骨折等信息作为分析的背景资料。

1.3.3 数据统计法

为了使测试结果具有更高的可信度，现采用G*Power3样本计算软件计算测试所需要的总样本量，结果采用统计法为方差分析，模式选择为(F test)F检验，效应量输入为0.4(大效应量)，power(1-β)值为0.85(最小不得低于0.80)，α err prob值为0.05，测试组选择6组，最后得到总测试样本总数为90人，实际测试人数为116人满足上述条件。

测试数据均采用 SPSS17.0 进行处理，显著水平 P<0.05 为有显著差异，P<0.001 认为有极显著差异。将性别、运动项目等分类变量依次设置为哑变量(dummy variables)记为D，将橄榄球设置D1(1=橄榄球/0=非橄榄球)、D2(1=散打/0=非散打)、D3(1=拳击/0=非拳击)、D4(1=游泳/0=非游泳)、D5(1=中长跑/0=非中长跑)，以多元线性回归(multiple linear regression)分析运动项目、体重、年龄、脂肪含量、肌肉含量对全身 BMD 的贡献率，并采用协方差分析排除影响干扰因素，探究不同项目和体成分对 BMD 的影响，各指标数值以 X±S 表示。

2 测试结果

1)测量结果采用单因素方差分析检验得到表2，其中，每个项目有较大的BMD差异，结果中(全身、脊柱、盆骨、大腿)BMD指标可能受到多重因素干扰，需要对数据进一步分析。

表2 测试对象骨密度组间比较

表3 全身、脊柱、大腿及盆骨的BMD与不同运动项目进入式回归结果

表4 全身、脊柱、大腿及盆骨BMD与运动项目多元逐步回归结果

表5 控制年龄、体重后协方差估值组间比较

2)为更好探究运动项目的差异对BMD的影响效果，将运动项目分设哑变量D1、D2、D3、D4、D5采用进入法回归分析得到表3。其中，运动项目的差异与(全身、脊柱、盆骨)BMD呈中等相关性(0.4

3)先天的体重和年龄差异可能是影响测试结果的一个重要因素，因此将年龄、体重、脂肪百分比、全身肌肉含量等因素采用多元逐步回归分析得到表4。其中，年龄、体重和脂肪比对全身BMD的影响最为显著。

3 分析与讨论

3.1 体重与年龄对骨密度产生显著影响

通过表2调整年龄与体重影响的基线模型得到表5，表3、5分别显示影响BMD因素的标准回归系数Beta(Standard regression coefficient)。目前已有许多文献证明青少年的骨量在Tanner V期存在显著差异，[13-14]骨密度与年龄的关系很早就已经被证实，表4中全身BMD随着年龄的增长有线性作用，这与青少年身体激素水平的变化和生理发育特征是一致的。[15]因此需要对线性模型进行调整，矫正年龄的线性影响更能体现出运动项目特异性。

排除年龄发育的影响因素外，体重Beta值在全身、脊柱、盆骨BMD取值最大，因此是影响BMD最为重要的指标。运动员最佳体成分比例应适应项目特征的需求，因此不同项目运动员的体成分会有很大的差异，而体成分的差异能直接影响体重。目前有很多的研究认为，体重是影响BMD的一个重要因素，体重与BMD呈正相关关系，而体重较大部分又是由去脂软组织质量(lean soft tissue mass，LTM)、脂肪含量(fat mass ，FM)和骨矿盐含量(bone mineral content，BMC)三部分共同决定的，这与本次研究结果一致。[16-17]另一方面，运动员身体需要适应不同运动项目特征，因此不同项目运动员在身体成分上存在极大的差异。表4的结果也说明全身和脊柱BMD受到体重变化的影响，为使研究结果更能凸显不同运动项目之间的特异性，这表明研究结果不能忽视体重差异这一重要的影响因素。FM在很大的程度上增加了体重，近年来青少年肥胖一直是各国该领域学者关注的焦点，也有观点认为FM在增加了体重的同时，也可以维持较高的BMD。[18-19]然而，在本文研究中，表4显示体脂百分比能少量增加脊柱BMD，但是仍然对全身BMD的Beta值为负数，这说明随着脂肪量的增加全身BMD逐渐降低。同时，越来越多的证据也表明FM对BMD的影响是负面的，FM和LFM是影响BMD的两个独立的因素。[20]FM在效果上仅起到增加自负重的作用，最新的研究认为较多脂肪游离酸与Ca2+生成钙化灶，干扰肠道吸收体内钙、磷等物质吸收，降低骨生成。[21]缺少体力活动是造成FM增加的主要原因，本研究也显示肌肉含量与大腿BMD有显著的正相关，国内专家也就增加骨骼肌含量与BMD的提高关系达成了共识，本研究也显示增加肌肉含量而非FM对骨健康才是有利的。[22-23]

3.2 体育运动对青少年骨密度的影响

本研究提供了以中长跑、游泳为代表的周期有氧运动项目；拳击和散打为代表的格斗类运动项目；橄榄球为代表的同场对抗类运动项目进行横向面的研究。通过表3的哑变量回归分析显示，不同运动方式是改善全身BMD增加的主要因素(R2=0.431)，BMD提高的效果和项目特异性有着密切的关系，通过回归方程可认为同场对抗和格斗类运动项目对全身BMD提高的效果要优于有氧类运动项目，有氧类运动项目受试者全身BMD也稍高于对照组。运动促进骨代谢增加BMD主要由两种途径实现，一种表现为全身性骨密度增长和身高的增加。有研究显示青少年时期骨骼对外界刺激敏感，运动的持续时间、强度、运动形式的变化均能改变血液中生长激素(GH)的浓度促进骨骼生长。[24-26]另一种方式主要为局部性的“骨载荷理论”体现为外界冲力，肌肉牵拉等机械负荷影响局部骨结构代谢。表4全身肌肉含量Beta值显示，能对大腿BMD产生极大的正向影响，这可能是由于下肢肌肉占全身肌肉含量比重较高所导致，肌肉的肌腱粘连在骨骼上，外界载荷通过肌肉传导到骨骼就产生的局部效应，因此肌肉的牵拉负荷与BMD有着显著的关系，这与先前实验的结果相似。[27]

3.3 不同类别运动项目BMD的特异性

3.3.1 有氧运动项目特点对BMD的影响

目前国际上对有氧运动项目提高BMD的效果得出的结论并不一致。有观点认为耐力性的项目可以通过反复的应力载荷来加强骨量数并提高BMD，或改善身体代谢分泌增强OC(骨钙素)、BALP(γ-羧基谷氨酸骨蛋白)等骨形成标志物的分泌。[28-29]另一观点认为有氧运动对骨骼并无显著的影响，甚至低于对照组人群，而这与本次研究的结果相反。[30]

表2显示游泳组的全身和脊柱BMD显著高于中长跑和对照组，通过控制体重、年龄基线后，表5游泳组、中长跑组、对照组之间全身BMD不再具有显著差异，游泳组的脊柱BMD显著高于中长跑组和对照组。而中长跑组全身和大腿BMD显著高于游泳组和对照组，盆骨BMD也显著高于对照组。另外一项关于游泳运动员BMD对比普通对照组和冲击项目组的荟萃分析中的结论与本研究测得的结果具有相似性。[31]引起游泳组脊柱BMD增加的主要因素可能是在流体环境中，推进力量来源主要为躯干，并且核心力量能稳定身体姿态以降低在水中的波浪阻力，因此脊柱受到反复肌肉的牵拉力引起的骨量增加。[32]另外，游泳项目对比其他运动项目而言，需要较高的FM与LTM和较低的BMD来减少身体下沉所增加的阻力。中长跑组通过调整体重与年龄基线后全身BMD显著高于游泳组和对照组，根据回归方程很大一部分原因为中长跑运动员与对照组全身BMD相似，但对照组的体重大于中长跑运动员所造成的。中长跑项目受力能从骨生理生长方向施加自身体重的载荷，施加的载荷量依次从脚踝、膝盖、股骨头、腰椎向颈部递减。研究也显示中长跑运动员大腿BMD显著高于对照组与游泳运动员，随着测量部位升高，体重产生的载荷降低，直至盆骨产生的作用不再与游泳呈显著关系，但仍高于对照组。由此可见，有氧运动是基于外界反作用力对骨骼起载荷作用，运动效果并非对骨骼整体起到平均的增长作用，只限于动作的技术结构局部的应力载荷引起相应部位BMD的提高。

3.3.2 格斗运动项目特点对BMD的影响

格斗类运动项目本质上属于冲击性运动，与跳跃运动产生的地面反作用力效果相同。目前国际上已经有许多围绕跳跃运动设计的实验研究，并且效果都能显著提高承重骨的BMD。[33-34]本文的研究结果显示格斗类运动项目在全身与承重骨部位BMD上显著高于对照组(p<0.001)，并且显著高于有氧运动项目运动员(p<0.001),这样的结果应该是格斗类运动项目特征训练所造成的。散打与拳击的特征是徒手击打对方点位得分来获取胜利，但散打与拳击又有一定区别，散打允许使用下肢对对手进行攻击，并且还能结合摔法动作。格斗类项目讲究一招制胜的思想，因此要求运动员控制自身体重的同时，也要有较好的爆发力和抗击打的能力。[35]维持最佳的身体成分比例有助于提高竞技能力和更快适应比赛强度。[36]较高的LFM被证实与力量和爆发力呈正相关关系，而较多的FM在增加运动员体重的同时还增加了肌肉收缩过程中的粘滞性，身体灵活能力降低。[37]测试结果显示散打、拳击格斗类运动项目与中长跑项目受试者都有较低的脂肪含量，这有利于维持骨健康。

对比中长跑、游泳等周期有氧运动项目组，格斗类项目运动员骨骼除受到重力载荷影响外，还受到横向的冲力载荷。由于横向载荷并不施加于骨生理生长的方向，造成骨的剪切、弯曲和扭转等变形，在一定程度上能刺激骨量生长。[38]散打对比拳击又增加了腿法和摔法，全身动作结构变化幅度更大，受力点增多，更容易使全身BMD增加。格斗类项目与游泳训练都讲究核心力量的训练，训练中的蹬地、出拳、闪躲都要通过腰部的扭转将力量有效传导到四肢，因此腰椎骨经常受到肌肉的牵拉，而从提高脊柱BMD。高质量的骨质水平也在竞技方面给运动员提供了一个较好的损伤防护，减少伤病的发生。

3.3.3 同场对抗运动项目特点对BMD的影响

同场对抗项目训练通常含有几种练习方式组合，如采用冲击性运动+抗阻运动、抗阻运动+有氧运动等，其练习手段较为多样，对BMD的影响也优于其他单项类运动项目。另外，同场对抗类运动项目不受体重限制，表2中也可看出橄榄球全身BMD测量值明显高于散打之外的所有运动项目，符合同场对抗类运动员身材特征。国外最新一项对终身练习橄榄球平均年龄约71岁的老年男性和平均年龄24岁未经过体育训练的青年男性BMD的对比研究，发现尽管相差47岁，但老年橄榄球运动员的股骨粗隆和腿部BMD甚至比未经训练的年轻人高，这也说明同场对抗类运动影响BMD效果显著。

橄榄球作为同场球类对抗项目要求运动员同时具备超强的力量、速度和耐力。在比赛中具有激烈的身体对抗，运动员常运用到扑搂、掌推等动作参与身体对抗。参与防守队员需要擒抱持球进攻人迫使其倒地后快速起身对持球人进行抢断，身体不同部位在对抗过程中倒地并承受地面反作用力载荷，因此骨骼也经常受到横向地面反作用力的冲击积累更高的全身BMD。队员进攻则需要快速摆脱防守人，与跑步提升BMD的方式相似，运动员大力蹬地变向产生不同方向的应力刺激盆骨，足球的带球过人和壁球的移动接球与这一动作效果相一致。Nikander将这一影响效果称为分散冲击载荷，是影响盆骨BMD最好的运动效果之一，因此本研究也得到结果：橄榄球>散打=拳击>中长跑>游泳=普通人。脊柱连接盆骨作为人体最主要的减震器官同样受到盆骨分散冲击载荷的传导，因此橄榄球运动员脊柱BMD的测量结果与盆骨对比其他项目相似。

4 结论

1)青春末期阶段全身BMD主要受到运动项目、体重、年龄、和脂肪含量的影响，并且运动项目对全身BMD的影响起到主要的作用，而对脂肪含量影响是负面的，降低脂肪提高瘦体重才有助于骨骼的健康；

2)同场对抗类运动项目与格斗类运动项目人群提升BMD主要为全身性的提高，而有氧运动项目人群更多体现在局部性的提升，同场对抗类运动项目与格斗类运动项目人群的BMD优于有氧运动项目人群和普通人群，有氧运动人群在局部BMD又高于普通人群；

3)运动训练对BMD的影响具有正效应，且不同运动项目特点能施加对应部位的骨载荷从而提高骨密度，充分的体现了不同运动项目的特异性。