林 敏

（杭州電子科技大學 體育與藝術部，浙江 杭州310018）

0 前 言

機械負荷或運動的成骨效應已被多項人體［1］及動物［2］實驗所證實。而跳躍運動一直被認為具有較高成骨效應因其具有較高的應力刺激強度，在跳躍運動中下肢骨受到來自地面應力刺激要顯著大于跑步和爬樓梯等運動方式［3］。已有多項研究表明，跳躍運動對青春期前后［4］青少年骨密度的增加尤為明顯。Kato等人的研究表明，經過6個月的低重復率、高沖擊性的跳躍運動，大學女生的股骨頸骨密度增加2.6%［5］。Burshell等人的研究也表明，絕經前女性在經過5個月的跳躍練習后，其股骨頸骨密度顯著增加［6］。而對于絕經期女性的研究結果也顯示，跳躍運動能夠明顯的減緩絕經期女性骨質流失的速度［7］。有關動物實驗的研究也得出同樣的結論，長期的跳躍訓練可顯著促進其骨形成作用而抑制其骨吸收作用［8］。

然而，以上多項研究均是對較長時間的跳躍運動干預后骨密度或骨代謝指標的研究，而對于短期的跳躍運動干預或長期運動干預的初始階段骨代謝變化情況的研究則未見報道。與以往的研究不同，本研究在于揭示短期（7天）的跳躍練習對于骨代謝的影響，在跳躍運動方式上，與以往的跳繩、雙腳連續(xù)縱跳、單腳交替跳以及跳遠等多次重復練習的方式不同，本研究采取了一種使下肢所受應力刺激較高的跳躍方式，而且在練習時，每次跳躍之間的時間間隔較長（30s），每次練習的跳躍次數(shù)也較少（10次/天），旨在揭示較高的應力刺激、適當?shù)奶S頻率和跳躍次數(shù)等因素在影響骨代謝中的作用。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象與分組

在自愿參與的前提下，招募非體育專業(yè)大學女生（19～22歲）32名，對受試者的招募條件為:沒有骨代謝方面的疾?。ㄈ绻琴|疏松等），月經正常，無飲食失調狀況，無吸煙習慣，在最近6個月內未出現(xiàn)過運動損傷，如有體育鍛煉習慣，每周體育鍛煉次數(shù)不超過3次。將受試者隨即分為跳躍組和對照組，每組16人。要求受試者填寫一般健康調查問卷和骨特異性體力活動評估量表［9］。一般健康調查問卷用以調查受試者是否符合本實驗對受試者的要求，而骨特異性體力活動統(tǒng)計量表則根據(jù)受試者過去的運動情況計算受試者的骨特異性體力活動得分（bone－specific physical activity quotient，BPAQ）。

1.2 訓練方案

跳躍組受試者每天進行10次的縱跳練習，每次縱跳練習之間的時間間隔為30s，連續(xù)訓練7天。每次跳躍練習的具體方案為:受試者從30cm高的木箱垂直跳下至Kistler測力板（瑞士Kistler儀器公司）上并迅速以最大能力向上縱跳，隨后下落至Kistler測力板上。在每次縱跳練習的過程中，受試者均有2次下落在Kistler測力板上，測力板分別記錄受試者第一次和第二次下落至測力板瞬間垂直地面的反作用力（vertical ground reaction force，VGRF），分別記為VGRF 1st和VGRF 2nd。受試者雙腳每次接觸測力板時，測力板的反作用力VGRF反應了受試者下落時對測力板的沖撞力和受試者縱跳的力量。對照組受試者在此期間只進行正常的日?；顒?，不進行跳躍訓練。

1.3 測試方法

于實驗前測量所有受試者的身高和體重；分別于實驗前和最后一次縱跳訓練48h后清晨對受試者肘部取靜脈血7ml，在4℃條件下，16 000轉/分離心20min，收集上層血清，于－80℃保存，酶免法測試血清骨形成指標OC和BAP以及骨吸收指標TRAP5b和CTX。測試OC、BAP、TRAP5b和CTX的ELISA試劑盒均購自美國QUIDEL公司，操作系統(tǒng)為美國IDS公司生產的免疫診斷操作系統(tǒng)，完全按照試劑盒使用說明書進行操作，OC濃度測試的平均批內、批間變異系數(shù)分別為4.2%～9%和4%～9.6%，BAP濃度測試的平均批內、批間變異系數(shù)分別為3.6%5.8%和5.3%～8.6%，TRAP5b濃度測試的平均批內、批間變異系數(shù)分別為2.6%和3.2%，CTX濃度測試的平均批內、批間變異系數(shù)分別為1%～7%和3%～8%。

1.4 統(tǒng)計處理

所有數(shù)據(jù)結果均用平均值±標準差（Mean±SD）表示，利用統(tǒng)計軟件SPSS11.0，組間比較采用獨立樣本t檢驗，實驗前后比較采用配對樣本t檢驗，P＜0.05代表具有顯著性差異，P＜0.01代表具有非常顯著性差異。

2 結 果

2.1 受試者的一般指標

根據(jù)受試者在實驗前填寫的一般健康調查問卷和骨特異性體力活動評估量表進行統(tǒng)計，受試者的一般情況如表1所示，各數(shù)據(jù)在跳躍組和對照組之間均沒有顯著性差異。

表1 受試者的一般指標

2.2 受試者骨代謝指標的變化

從表2可以看出:與實驗前相比，跳躍組實驗后的骨形成指標OC和BAP均顯著升高（P＜0.01），而骨吸收指標TRAP5b和CTX的變化則無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）；而對照組的骨代謝指標，無論是骨形成指標還是骨吸收指標在實驗前后均無顯著性差異（P＞0.05）。

表2 受試者骨代謝指標的變化

2.3 跳躍組受試者跳躍練習時測力板的反作用力VGRF

本研究將跳躍組受試者每次跳躍練習時的VGRF的平均值除以受試者自身體重（body weight，BW）的值作為評價受試者在跳躍過程中下肢承受測力板反作用力的指標。經計算，在受試者每次跳躍練習中，其VGRF 1st和VGRF 2nd分別為3.82±0.26BW 和3.47±0.32BW，所受測力板的反作用力均超過了受試者自身體重的3倍。

2.4 跳躍組受試者骨代謝指標的變化與體重、VGRF和BPAQ的相關性

首先，用受試者各骨代謝指標的實驗后數(shù)據(jù)減去實驗前數(shù)據(jù)，所得差值為各骨代謝指標的變化值，分別記為△OC、△BAP、△TRAP5b和△CTX。對受試者骨代謝指標的變化值與體重、VGRF和BPAQ進行正態(tài)分布檢驗，結果顯示各項指標的數(shù)據(jù)均近似正態(tài)分布，分別對骨代謝指標的變化值與體重、VGRF和BPAQ進行相關性分析，結果如表3所示:受試者的骨形成指標OC的變化值與VGRF 1st和VGRF 2nd均呈顯著正相關，相關系數(shù)分別為r＝0.831和r＝0.638；而且受試者的骨形成指標BAP的變化值也與VGRF 1st和VGRF 2nd均呈顯著正相關，相關系數(shù)分別為r＝0.736和r＝0.562；而受試者骨形成指標OC和BAP的變化值與體重和BPAQ之間則沒有顯著的相關性；受試者骨吸收指標的變化值與體重、VGRF 1st、VGRF 2nd和BPAQ之間均沒有顯著的相關性。

表3 受試者骨代謝指標的變化值與體重、VGRF和BPAQ之間的偏相關系數(shù)

3 分析與討論

3.1 短期跳躍運動對大學女生骨代謝指標的影響

在本研究中，7天的跳躍練習使受試者骨形成指標OC和BAP均顯著升高，而對受試者骨吸收指標TRAP5b和CTX則沒有顯著影響。這說明，7天的跳躍練習顯著提高了受試者的骨形成作用而對骨吸收作用無顯著影響，有利于促進受試者骨質積累和骨密度的提高。

在有關運動對骨代謝影響的諸多研究中，比較一致的觀點是，相對于運動時間而言，應力刺激強度被認為是影響骨代謝更重要的指標［10］。本研究采取了使受試者先從一定高度的箱子上跳下（drop jumps），然后立即向上盡力縱跳的跳躍練習方式，McKay等人［11］認為這種跳躍練習比其他跳躍方式具有更高的垂直地面的反作用力（VGRF）。Fuchs等人認為，在跳躍練習中，3倍體重的VGRF能較好地刺激青少年成骨作用的增強［12］，而在本研究中，在跳躍練習時，由于我們對受試者強調用其最大能力起跳，實驗結果顯示，在跳躍練習時，VGRF 1st和VGRF 2nd分別為體重的3.82倍和3.47倍，所以本研究采取的跳躍練習能較好地刺激受試者成骨作用的增強。在跳躍練習對于骨代謝作用的影響因素中，除了應力刺激的強度之外，另外兩個重要的因素是每次跳躍練習的次數(shù)和每次跳躍動作之間的時間間隔（即跳躍頻率）［10］。研究表明［8，10］，每天10次的最大力量跳躍練習即可以顯著刺激骨形成作用的增加，而與此相比，將每天的跳躍練習次數(shù)增加至40次，其對骨組織的作用效果卻幾乎和每天10次的跳躍練習一樣，這說明隨著跳躍次數(shù)的增加，骨組織的機械敏感性則很快下降，過多的跳躍次數(shù)并不能增加骨組織代謝狀態(tài)的更多改變。而骨組織對機械敏感性的下降可在適當?shù)男菹r間內得以恢復，Robling等人的報道，在動物實驗中，單次負荷刺激之間的時間間隔能夠增強骨代謝的成骨效應［13］，而Umemura的實驗也表明，在每次跳躍練習之間30s的時間間隔比3s的時間間隔更能有效地刺激骨形［14］。基于以上動物實驗研究結論，本研究采取了每次跳躍練習之間的時間間隔為30s，結果顯示，這種練習方式能夠較好地促進受試者骨形成指標的增加。

有關運動對骨組織影響的研究，人們多數(shù)采用核磁共振（MRI）、定量CT（pQCT）和雙能X射線骨密度儀（DEXA）的方法檢測運動對于骨量的影響［2］，然而運用這些方法測量需要運動干預的時間較長才能見到效果，而無法檢測運動干預早期階段骨代謝的變化。而利用血清骨代謝指標的變化既可以檢測短期運動干預對于骨代謝的影響，也可以檢測長期運動干預的早期階段骨代謝的變化［15］。而且血清骨代謝指標反映的是全身骨代謝的情況，而不是某一特定部位骨代謝的變換情況［16］。由于本研究的目的在于揭示短期的運動對于骨代謝的影響效果，而骨密度和骨結構的變化又需要較長時間的干預才能見到效果，所以不適合采用核磁共振（MRI）、定量CT（pQCT）和雙能X射線骨密度儀（DEXA）等方法對骨密度和骨結構進行測量，而采用血清骨代謝指標則能較好地反應短期跳躍運動對于骨代謝狀況的改變。已有大量研究測試了耐力訓練（如走、跑、有氧操和爬樓梯等運動方式）對男性和女性血清骨代謝指標的影響［17］，Eliakim等人的研究發(fā)現(xiàn)，耐力運動可使男性青少年骨形成指標升高并使骨吸收指標降低［18］。Adami等人的研究發(fā)現(xiàn)，4周的耐力訓練使絕經前女性骨形成指標增加而骨吸收指標無變化［17］。Evans等人的研究顯示，男性和女性新兵在入伍8周后骨形成指標和骨吸收指標均顯著增加，而當訓練至16周時，骨形成指標保持和8周時水平不變，而骨吸收指標卻回落至基礎水平［19］。另外，12周的抗阻訓練可顯著增加受試者的骨形成指標［20］，而8周的跳躍訓練使骨形成指標顯著增加而骨吸收指標無顯著變化［21］。綜合以上多項研究結果，運動對于骨代謝的影響比較確定的結論是運動可以顯著增加骨形成的作用［17，18］。而關于運動對骨吸收作用的研究結果卻不太一致，大部分研究結果顯示運動可以抑制骨吸收作用或對骨吸收作用無明顯效果［17，18］，只有少數(shù)研究結果顯示運動能夠促進骨吸收作用［19］。其原因可能和運動干預的時間和強度有關。值得注意的是，以上研究結論均是在相對較長時間的運動干預下骨代謝的變化，而對于短時間運動干預對于骨代謝的影響還未見報道，本研究通過7天的跳躍運動干預，旨在揭示短期的低頻率、高沖擊力的運動方式對于骨代謝的影響，本研究的結果顯示，短期的跳躍運動對骨代謝能夠產生積極的影響，促進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 骨代謝指標的變化與體重、VGRF和BPAQ的相關性分析

根據(jù)以往關于體重、體育鍛煉以及在運動中骨組織所受應力與骨代謝關系的文獻資料［22，23］，我們推測本研究跳躍組受試者骨代謝指標的變化可能與受試者的體重、VGRF和BPAQ等因素有關。因此，在本研究中，對跳躍組受試者骨代謝指標的變化值與受試者體重、VGRF和BPAQ進行了相關性分析。從相關分析的結果可知，受試者的骨形成指標OC和BAP的變化值與VGRF 1st和VGRF 2nd均顯著性相關，而OC和BAP的變化值與體重和BPAQ之間則沒有顯著的相關性；受試者骨吸收指標的變化值與體重、VGRF 1st、VGRF 2nd和BPAQ之間均沒有顯著的相關性。這說明在跳躍練習中，受試者下肢所受測力板的反作用力對受試者的骨形成作用具有顯著的促進作用，而對骨吸收作用則沒有相應的效應。研究表明［24］，應力是促進骨組織代謝變化的重要因素，骨組織是能夠其自身的應力環(huán)境改變其代謝和結構的組織。經常從事體育運動的人由于其骨組織受到來自地面的應力顯著大于正常人，故其骨密度比正常人顯著提高［25］，而由于某些疾病長期臥床休息的病人，在臥床靜養(yǎng)期間，由于其骨組織所受應力遠遠小于正常人，所以其骨密度顯示出明顯的下降［26］。

至于體重對骨代謝的影響，多數(shù)研究認為［27］，由于體重是影響骨組織日常應力的重要因素之一，在運動中或日?；顒又校w重較大者在行走或進行日?；顒訒r，其骨組織所受地面的反作用力也相應較大，故體重較大者往往具有較高的骨密度。動物實驗也表明［28］，大鼠的骨密度與體重尤其是瘦體重存在較高的正相關。而在本研究中，受試者骨代謝指標的變化值與其自身的體重并不具有相關性，這說明雖然體重是影響骨密度的重要因素之一，但對于短期的運動干預，體重并不是影響骨代謝發(fā)生變化的主要因素，體重對骨代謝的影響作用可能也只能通過運動時骨組織所受應力的改變來實現(xiàn)。

另外，在本研究中，受試者骨代謝指標的變化與其BPAQ并不具有相關性，這說明短期跳躍練習對骨代謝的影響并不受其以往的運動情況所影響。Weeks等人的研究表明［9］，受試者骨特異性體力活動得分（BPAQ）與受試者自身的骨密度具有顯著的相關性。這說明，受試者過去的運動情況只能影響受試者以往的骨密度，而在短期跳躍運動對于骨代謝影響的過程中并不是一個主要影響因素。

4 結 論

4.1 跳躍運動可顯著促進青少年的骨形成作用，是一種較好地增加骨密度的運動方式。

4.2 較高的應力刺激、適當?shù)奶S頻率和跳躍次數(shù)是影響跳躍運動促進骨形成作用的重要因素。

4.3 通過對血清骨代謝指標的測試，能夠較好地反應短期運動干預對骨代謝的影響或長期運動干預的早期階段骨代謝的變化情況。

［1］Kohrt WM，Bloomfield SA，Little KD，et al.American college of sports medicine position stand:physical activity and bone health ［J］.Med Sci Sports Exerc，2004，36（11）:1985－1996.

［2］Umemura Y，Nagasawa S，Honda A，et al.Highimpact exercise frequency per week or day for osteogenic response in rats［J］.Bone Miner Metab，2008，26（5）:456－460.

［3］Lanyon LE，Rubin CT.Static vs dynamic loads as an influence on bone remodeling ［J］.Biomech，1984，17（12）:897－905.

［4］Hind K，Burrows M.Weight－bearing exercise and bone mineral accrual in children and adolescents:a review of controlled trials［J］.Bone，2007，40（1）:14－27.

［5］Kato T，Terashima T，Yamashita T，et al.Effect of low－repetition jump training on bone mineral density in young women［J］.Appl Physiol，2006，100（3）:839－843.

［6］Burshell AL，M ricke R，Correa－Rotter R，et al.Correlations between biochemical markers of bone turnover and bone density responses in patients with glucocorticoid－induced osteoporosis treated with teriparatide or alendronate［J］.Bone，2010，46（4）:935－939.

［7］Snow CM，Shaw JM，Winters KM，et al.Long－term exercise usingweighted vests prevents hipbone loss inpostmenopausal women ［J］.Gerontol A Biol Sci Med Sci，2000，55（9）:489－491.

［8］Nagasawa S，Honda A，Sogo N，et al.Effects of lowrepetition jump exercise on osteogenic response in rats［J］.Bone Miner Metab，2008，26（3）:226－230.

［9］Weeks BK，Beck BR.The BPAQ:a bone－specific physical activity assessment instrument［J］.Osteoporos Int，2008，19（11）:1567－1577.

［10］Turner CH，Robling AG.Designing exercise regimens to increase bone strength［J］.Exerc Sport Sci Rev，2003，31（1）:45－50.

［11］McKay H，Tsang G，Heinonen A.et al.Ground reaction forces associated with an effective elementary school based jumping intervention ［J］.Br J Sports Med，2005，39（1）:10－14.

［12］Fuchs RK，Bauer JJ，Snow CM.Jumping improves hip and lumbar spine bone mass in prepubescent children:a randomized controlled trial［J］.Bone Miner Res，2001，16（1）:148－156.

［13］Robling AG，Burr DB，Turner CH.Recovery periods restore mechanosensitivity to dynamically loaded bone［J］.Exp Biol，2001，204（19）:3389－3399.

［14］Umemura Y，Sogo N，Honda A.Effects of intervals between jumps or bouts on osteogenic response to loading［J］.J Appl Physiol，2002，93（4）:1345－1348.

［15］Fuchs RK，Snow CM.Gains in hip bone mass from high－impact training are maintained:a randomized controlled trial in children［J］.Pediatr，2002，141（3）:357－362.

［16］Syed Z，Khan A.Bone densitometry:applications and limitations ［J］.Obstet Gynaecol Can，2002，24（6）:476－484.

［17］Adami S，Gatti D，Viapiana O，et al.Physical activity and bone turnover markers:a cross－sectional and a longitudinal study ［J］.Calcif Tissue Int，2008，83（6）:388－392.

［18］Eliakim A，Raisz LG，Brasel JA，et al.Evidence for increased bone formation following a brief endurance－type training intervention in adolescent males［J］.Bone Miner Res，1997，12（10）:1708－1713.

［19］Evans RK，Antczak AJ，Lester M，et al.Effects of a 4－month recruit training program on markers of bone metabolism ［J］.Med Sci Sports Exerc，2008，40（11）:660－670.

［20］Lester ME，Urso ML，Evans RK，et al.Influence of exercise mode and osteogenic index on bone biomarker responses during short－term physical training［J］.Bone，2009，45（4）:768－776.

［21］Erickson CR，Vukovich MD.Osteogenic index and changes in bone markers during ajump training program:apilot study［J］.Med Sci Sports Exerc，2010，42（8）:1485－1492.

［22］Kemmler W，von Stengel S，Engelke K，et al.Exercise effects on bone mineral density，falls，coronary risk factors，and health care costs in older women:the randomized controlled senior fitness and prevention（SEFIP）study［J］.Arch Intern Med，2010，170（2）:179－185.

［23］Lindén C，Alwis G，Ahlborg H，et al.Exercise，bone mass and bone size in prepubertal boys:oneyear data from the pediatric osteoporosis prevention study［J］.Scand J Med Sci Sports，2007，17（4）:340－347.

［24］Jasmine MI，Yezdani AA，Tajir F，et al.Analysis of stress in bone and microimplants during en－masse retraction of maxillary and mandibular anterior teeth with different insertion angulations:a 3－dimensional finite element analysis study［J］.Am J Orthod Dentofacial Orthop，2012，141（1）:71－80.

［25］Nieves JW，Melsop K，Curtis M，et al.Nutritional factors that influence change in bone density and stress fracture risk among young female cross－country runners［J］.PMR，2010，2（8）:740－750.

［26］Suzuki A，Masuda T，Takahashi I，et al.Changes in stress distribution of orthodontic miniscrews and surrounding bone evaluated by 3－dimensional finite element analysis［J］.Am J Orthod Dentofacial Orthop，2011，140（6）:273－280.

［27］Chen YM，Ho SC，Lam SS，et al.Beneficial effect of soy isoflavones on bone mineral content was modified by years since menopause，body weight，and calcium intake:a double－blind，randomized，controlled trial［J］.Menopause，2004，11（3）:246－54.

［28］Rector RS，Rogers R，Ruebel M，et al.Lean body mass and weight－bearing activity in the prediction of bone mineral density in physically active men ［J］.Strength Cond Res，2009，23（2）:427－435.