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编号:10270876
运动对实验性骨质疏松大鼠骨量的影响
http://www.100md.com 《中国康复医学杂志》 2000年第4期
     作者:章晓霜 高顺生 李青南

    单位:章晓霜(湛江师范学院体育系,广东湛江,524048);高顺生(湛江师范学院体育系,广东湛江,524048);李青南(广东医学院骨生物学研究室)

    关键词:运动;去卵巢大鼠;组织计量学

    中国康复医学杂志000408 摘要 目的:探讨中等强度耐力性运动对去卵巢大鼠骨量减少的作用机理。方法:成年SD大鼠去卵巢建立骨质疏松模型,用骨形态计量学方法,研究8周的跑台运动(20 m/min, 1h/d,5d/w)对大鼠胫骨近心干骺端松质骨骨量减少的影响。结果:去卵巢安静组大鼠骨量减少,骨形成增加、骨吸收增加,为高转换型的骨代谢。运动组大鼠比去卵巢安静大鼠骨量增加(骨小梁面积百分比:+53%,P<0.05;骨小梁数目:+69%,P<0.01),骨形成减少(标记周长百分数:-42%, 骨形成率:-36%,P>0.05),骨吸收减少(破骨细胞数目:-42%,P<0.05),骨的高转换受到抑制,但仍比正常组大鼠骨量降低(骨小梁面积百分比:-61%,P<0.01)。结论:中等强度运动通过抑制高骨转换,尤其是抑制骨吸收,可减少去卵巢大鼠胫骨骨丢失,减轻骨质疏松的程度。
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    Effects of exercise on bone mass in ovariectomized rats

    ZHANG Xiaoshuang,GAO Shunsheng,LI Qingnan

    (Chinese Journal of Rehabilitation Medicine)

    Abstract Objective:To study the effect of moderate intensity exercise on bone loss of the proximal tibial metaphysis.Method:This research was investigated on adult ovariectomized (OVX) rats,compared with sedentary OVX and sedentary sham-operated rats(SHAM) by histomorphometric assessment. The exercise rats were trained on a treadmill at 20 m/min (OVX-EX) for 1h/day,5 days/week for 8 weeks.Result:OVX reduced trabecular bone structure.In OVX rats osteoclast number and bone formation rate of bone surface referent were higher than in SHAM rats,with indicating increased bone turnover in OVX rats. In OVX-EX rats,trabecular bone increased 53% (P<0.05) and 69% (P<0.01),bone formation rate and percent labelled parimeter were 36%(P>0.05)and 42% (P<0.05) respectivly, osteoclast cell number were lower 42% (P<0.05) than in OVX rats,indicating that moderate exercise suppressed increased bone turnover in OVX rats. Conclusion:Moderate exercise could reduce the cancellous bone loss on proximal tibial mataphysis in ovariectomized-induced osteoporosis by reduced bone turnover,especially reduced bone resorption.
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    Key words Exercise;Ovariectomized rats;Histomorphometry

    绝经后骨质疏松症是因为绝经、卵巢分泌的激素减少,引起全身性骨量减少、骨微结构改变,进而导致骨脆性增加、易发生骨折的一种疾病〔1〕。本研究以SD大鼠去卵巢为绝经动物模型,通过骨形态计量学方法,定量测定大鼠胫骨近心干骺端松质骨骨量指标,研究适宜强度跑台运动对雌激素缺乏大鼠骨质疏松的影响,以探讨运动对骨质疏松骨量影响的机制。

    1 材料与方法

    1.1 实验动物及分组

    雌性SD大鼠24只,14周龄,体重240g±10g,购自广东省医学实验动物中心。将大鼠随机分为3组: A组:正常对照组(即假手术组,SHAM);B组:去卵巢安静组(OVX,即骨质疏松模型组);C组:去卵巢运动组(OVX+EX)。分笼饲养,自由饮水及进食,每周称体重1次。
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    1.2 实验方法

    1.2.1 卵巢切除: A组行假手术〔2〕:2%的戊巴比妥钠(40mg/kg)麻醉下,行背部肋下入路,将双侧卵巢提出腹腔,不切除,然后放回腹腔,缝合切口。B组和C组行去卵巢术:按A组方法找出双侧卵巢并将其切除。

    1.2.2 动物训练:C组大鼠术后第4日起在小动物

    跑台(天津运动医学研究所研制)上运动。采取中等强度的运动。开始时跑速12m/min、持续时间20min,跑台倾斜度0°,隔日增加强度3m/min、持续时间增加10min,第二周起跑速达20m/min,持续60min,将跑台倾斜5°,维持此强度,5d/w,持续8周。

    1.2.3 动物处死、制样及测量〔2,8〕: 各组大鼠在2%的戊巴比妥钠(40mg/kg)腹腔麻醉下,右心室抽血处死,处死前大鼠以盐酸四环素(25mg/kg)和Calcein(5mg/kg, Sigma,USA)进行双荧光标记,前者在处死前第13d和第14d、后者在处死前第3d和第4d各皮下注射1次。处死后立即取左胫骨用合金低速骨锯锯为3段,取胫骨近心段沿胫骨粗隆行额状面锯开暴露骨髓腔,置70%酒精内,系列脱水后以甲基丙烯酸甲酯行不脱钙骨包埋。硬组织切片机切片。Masson-Goldner 三色染色。骨形态计量学测量采用美国的半自动图像数字化分析系统进行分析,该系统由日本Nikon荧光显微镜、Macintosh图像数字化板、Apple微机、体视学显微镜、形态学程序“Stereology”体视学软件(KSS Computer Engneers,Magna,UT,美国)组成,对骨片从距离胫骨近端骺线1mm处至远端3mm范围内的胫骨近端松质骨进行测量。
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    1.3 骨形态计量分析指标

    静态指标:骨小梁面积百分比、骨小梁数目、骨小梁厚度和骨小梁分离度。

    动态指标:其中骨形成指标有:标记周长百分数、骨矿沉积率、骨形成率。 骨吸收指标有:破骨细胞数目及破骨细胞活性。静态指标是骨量和骨形态的客观表现,动态指标用以对静态指标进行解释。1.4 统计分析

    数据用SPSS进行统计分析,参数以均值±标准差表示。组间以ANOVA分析。

    变化百分率(%)=(X2/X1×100)-100。

    2 结果

    2.1 体重的变化

    实验结束时去卵巢组大鼠(OVX:358.3g;OVX+EX:377.1g)体重增加明显大于SHAM组(305.3g,);与A组比较,B组和C组体重增加了17%和24%,P<0.05;C组体重较B组增加5%,但差异无显著性意义(P>0.05)。
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    2.2 骨组织形态结构的变化(附表)

    附表 运动对胫骨近心干骺端松质骨组织形态计量的影响 分 组

    A组(SHAM,8例)

    B组(OVX,6例)

    B组与A组比变化率(%)

    C组(OVX+EX,7例)

    C组与A组比

    变化率(%)

    C组与B组比

    变化率(%)

    骨小梁面积百分比(%)
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    22.42±5.95

    5.65±2.47

    -75

    8.67±2.42

    -61

    53

    骨小梁厚度(mm)

    62.84±8.79

    58.92±9.14

    -6

    54.30±11.23
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    -14

    -8

    骨小梁数目(#/mm)

    3.59±0.95

    0.94±0.35

    -74

    1.59±0.20

    -56

    69

    骨小梁分离度(μm)

    233.69±79.19
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    1129.70±421.94

    383

    585.90±85.59

    151

    -48

    标记周长百分数(%)

    12.46±5.57

    21.84±7.12

    75

    12.68±6.33

    2
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    -42

    骨矿沉积率(μm/d)

    1.16±0.13

    1.43±0.28

    23

    1.61±0.18

    39

    13

    日骨形成率(mm/d*100)

    14.28±5.57

    30.70±10.95
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    115

    19.57±8.07

    37

    -36

    年骨形成率(%/year)

    141.69±61.74

    316.50±96.16

    123

    220.89±90.25

    56

    -30

    破骨细胞数目(#/mm2)
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    4.10±2.24

    13.47±5.49

    229

    7.19±3.34

    75

    -47

    N.OC/Tb.Pm(#/mm)

    0.15±0.08

    0.45±0.11

    200

    0.26±0.12
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    73

    -42

    注:①P<0.05,②P<0.01,③P<0.005,④P<0.001。

    2.2.1 B组与A组比较:①静态指标:骨量明显减少,表现为骨小梁面积百分比和骨小梁数目降低(图1,2),骨小梁分离度增加。②动态指标:骨形成指标的标记周长百分数、骨矿沉积率、骨形成率均增加; 骨吸收指标的破骨细胞数目及破骨细胞活性均增加,呈明显的高转换型骨质疏松。

    2.2.2 C组与A组和B组比较:C组与B组比:①静态指标:骨量明显增多,表现为骨小梁面积百分比增多,骨小梁数目增多(图1,2),骨小梁分离度明显降低。②动态指标:骨形成减少,如标记周长百分数(标记周长百分数)降低,骨形成率降低,P>0.05;骨矿沉积率增加,P>0.05。骨吸收指标降低。C组与A组比:骨量仍然降低,骨形成和骨吸收指标升高,但无统计学意义,显示运动不能使骨量恢复到正常水平。
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    3 讨论

    90年代以来出现了以大鼠去卵巢为模型研究运动对骨量影响的报道〔4〕,多数是骨密度测量和力学方法的研究,用骨形态计量学从机理上研究的报道不多,国内报道极少。各国学者研究的报道都显示了大鼠去卵巢后体重明显增加〔4~8〕,本研究结果也如此,这是机体雌激素减少后通过肥胖对抗骨丢失的保护性反应〔5,8〕。关于运动对去卵巢大鼠体重的影响,报道不一。Nordsletten〔5〕的研究显示了27m/min的高强度运动可以抑制去卵巢大鼠体重的增加,Peng〔6〕等的研究显示18m/min的跑台运动可以降低去卵巢大鼠的体重增加。但本研究显示中等强度的跑台运动对去卵巢大鼠的体重增加无明显抑制作用,且与安静组比,中等强度运动组大鼠体重增加的幅度比去卵巢安静组大。

, 百拇医药     图1 3组骨小梁面积百分比的比较

    图2 3组骨小梁数目的比较

    本研究中去卵巢安静组大鼠表现为明显的骨形成和骨吸收同时增加的高转换型骨代谢特征,骨量明显减少,出现了骨质疏松,这与报道相一致〔5~8〕,也说明了造模测量成功。中等强度运动能有效地减少大鼠去卵巢后导致的骨丢失,其机理人们的研究结果不尽相同。Barengolts〔3〕认为去卵巢大鼠中等强度运动骨形成率显著增高,骨吸收减少,所以骨量增多。Peng〔6〕的研究显示,18m/min的运动可以使得股骨干骨内膜的骨形成率和骨矿沉积率增加,可抑制股骨干骺端破骨细胞数目的增加。Yeh.JK〔9〕认为运动主要作用是抑制骨吸收。本研究结果显示:中等强度运动抑制了骨吸收,因为破骨细胞数目减少(破骨细胞数目:-47%,P<0.05)、活性降低(N.OC/Tb.Pm:-42%,P<0.05);同时骨形成也受到了抑制,其骨形成率降低骨形成率:-36%,P>0.05;BFR/BV也降低:-30%,P>0.05。此外荧光标记周长百分率显著降低,说明这种强度的运动导致了去卵巢大鼠骨形成-骨吸收的点减少,即重吸收减少,但成骨细胞的活性是升高的,因为骨矿沉积率升高(MAR:13%,P>0.05)。本研究表明中等强度运动主要抑制了去卵巢后骨吸收和骨形成,但抑制骨吸收的作用更明显,且增加了骨矿的沉积作用,最终骨形成大于骨吸收,因此与去卵巢安静组相比骨量增多。
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    尽管中等强度运动能有效地减少大鼠去卵巢后导致的骨丢失,但仍不能使去卵巢大鼠的骨量恢复到正常对照组水平。原因在于与正常安静组比中等强度运动组大鼠由于去卵巢其骨形成和骨吸收参数仍然是升高的,如骨形成率骨形成率增加,而骨吸收参数破骨细胞数目增加75%、N.Oc/Tb.Pm增加73%,依然表现出了骨形成和骨吸收同时升高的高转换型骨代谢特征,所以与正常安静组比中等强度运动仍然是有明显的骨丢失的。也进一步说明中等强度的运动只是在一定程度上抑制了由于雌激素减少所致的高转换型的骨代谢,并无明显的骨形成作用,所以仍可发生骨质疏松,只是与去卵巢安静组比程度有所减轻。

    广东省卫生厅“科教兴医五个一工程重点实验室”

    参考文献

    1,刘忠厚.骨质疏松学.北京:科学出版社,1998.

    2,李朝阳,吴铁,林柏云等.乙烯雌酚对去卵巢大鼠骨代谢影响的定量研究.中国药理学通报, 1997,13(1):33.
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    3,Barengolts EL.et al. Effects of two non-endurance exercise protocols on established bone loss in ovariectomized adults rats.Calcif-Tissue Int,1993,52(3):239-243.

    4,Kalu DN,et al. The ovariectomized rat model of postmenopausal bone loss. Bone Miner,1991,15(3):175-191.

    5,Nordsletten L,et al. The development of femoral osteopenia in ovariectomized rats is not reduced by high intensity treadmill training: a mechanical and densitometric study. Calcif Tissue Int,1994,55(6):436-442.
, 百拇医药
    6,Peng ZQ,et al. Ovariectomized-induced bone loss can be affected by different intensities of treadmill running exercise in rats. Calcif Tissue,1997,60(5).

    7,Qingnan Li,et at. Effects of total coumarins of Fruxtus Cnidii on skeleton of ovariectomized rats. Acta Pharmacologica,1994,15(6):528-532.

    8,Qingnan Li,et al. Skeletal effect of constant and terminated use of risedronate on cortical bone in ovariectomized rats. J Bone and Mineral Metabolism,1999,17:18-22.

    9,Yeh JK,et al. Addictive effect of treadmill exercise and 17 beta-estradiol replacement on prevention of tibial bone loss adult ovariectomized rar.J Bone Miner Res,1993,8(6):667-683.

    收稿日期:1999-12-09, 百拇医药