跑步运动对去睾大鼠胫骨骨量和骨结构的影响

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摘 要：目的：探讨不同强度的跑步运动对去睾大鼠胫骨骨量和骨显微结构的影响和机制。方法：12周龄SD雄性大鼠40只，随机分为5组，即假手术组（SHAM）、去睾模型组（ORX）、去睾后低强度运动组（ORX+ EX1）、去睾后中强度运动组（ORX+ EX2）、去睾后高强度运动组（ORX+ EX3）。12周后，处死取胫骨上端，做不脱钙骨切片，并测定骨形态计量学各骨量、骨结构、骨代谢参数。各组参数作方差分析，显著性检验。结果：（1）ORX组各参数与SHAM组比较显示：骨量降低（P

关键词：去睾大鼠跑步运动胫骨骨量骨显微结构骨组织形态计量学

中图分类号：R255.2文献标识码：B 文章编号：1673-7717（2011）04-0864-04

The Study of Running on the Orchidectomized Rats’ Tibia Mass and Bone Structure

CHENG Yi【sup】1【/sup】, LOU Hong-kan【sup】2【/sup】,ZHU Hang【sup】1【/sup】,HUANG Hai【sup】1【/sup】,

（1.Hangzhou hospital of TCM,Hangzhou 310007,Zhejiang,China3.ningbo hospital of TCM,Ning bo 315000,Zhejiang,China）

Abstract:Objective:This paper discussed the effect and mechanism of different intensity tread mill exercise on tibia of the orchidectomized Rats.Methods：Forty male Sprague Dawly rats aged at 12 weeks were divided into following groups: SHAM, ORX, three groups of individual exercise of different intensity:ORX+ EX1,ORX+ EX2 and ORX+ EX3. After running for 12 weeks, we kill them and choose proximal tibia metaphysis （PTM ） to make bone slices without decalcification,meanwhile, to determinate diverse bone mass indexs and bone architecture indexs and bone metabolism of bone morphological metrology and make ANOVA.Results:（1） The indexs of ORX to compare SHAM shows:bone mass downs（P

Key words:Rat OrchidectomizedRun exercisesTibiaBone massBone【sup】,【/sup】s architectureHistomorphometr

目前，对于骨质疏松的防治对策大致有3种主要方法，即营养疗法、药物疗法和运动疗法，而后者更待进一步深入研究和多角度探索。据国内外最新研究发现，运动对骨密度的影响（40%）远远超过了与骨代谢相关的激素、钙及维生素D对骨密度的影响（3%～10%）【sup】［1］【/sup】，长期科学地进行运动锻炼能维护和提高骨量。它具有简便、易行、安全、经济和疗效持久等特点，能为人们所认同并接受。本实验采用大鼠去睾骨质疏松模型，通过骨组织形态计量学方法测定各组大鼠胫骨上端骨量变化，同时观察目前被多数学者所重视的骨微结构变化，以了解不同强度跑步运动对去睾大鼠胫骨上端骨量和骨微结构的影响，为跑步运动防治骨质疏松提供实验依据。

1 材料和方法

1.1 动物分组及模型制备 将40只12周龄雄性SD大鼠体重（290±25）g随机分为假手术组、去睾模型组、去睾后低运动组、去睾后中运动组、去睾后强运动组。所有大鼠均以3%戊巴比妥纳40mg・kg【sup】－1【/sup】腹腔内注射麻醉，除假手术组行单纯切开阴囊术外，其余四组均行去睾术（切除双侧）【sup】［2］【/sup】。置大鼠于常温（22±1）℃下分笼饲养，自由摄水、进食。饲料为全价营养颗粒饲料。

1.2 跑步运动和四环素标记 所有大鼠术后恢复3天，从第4天开始3组运动组大鼠在动物跑台上进行跑步运动训练，运动强度逐渐增大，3周内达到设计强度。运动强度的确定，根据Bedford【sup】［3］【/sup】研究进行。整个运动期为12周，运动频度为每周5次，运动时间为每次60min。在处死前第14天，每日以0.25%盐酸四环素35mg・Kg【sup】-1【/sup】腹腔内注射2天，于处死前第4天，再以同样剂量同一时间内注射2天。

1.3 取材和组织标本制作 40只大鼠均在实验结束时以过量戊巴比妥钠腹腔注射麻醉后，截取右胫骨中上段，剔除肌肉及软组织后，常规福尔马林溶液固定，乙醇上升梯度脱水，甲基丙烯酸甲酯包埋【sup】［4］【/sup】。用硬组织切片机（LEICA 2500E）沿胫骨上端矢状面做不连续切片，在胫骨上端中矢面时，分别取厚度为12 μm和5 μm切片数张。12 μm切片不染色为荧光观察用，5μm切片用1%甲苯胺蓝染色。

1.4 骨组织形态计量学分析 采用Olympus BX50荧光显微镜、Kodak DC 420数码相机和计算机图像分析系统IPP（Image-Pro Plus 6.0 media Cybernetics公司）。首先获取前期数据：（1）骨小梁面积（TB.Ar）；（2）骨小梁表面总长度（Tb.pm）；（3）吸收表面长度（Re.pm）：即骨小梁表面吸收陷窝的长度，包括静止的Howship陷窝和有破骨细胞的活性表面；（4）骨小梁结点数（Tb.n）：为3条或4条骨小梁交汇处的数目；（5）骨小梁游离末端数：与任何其它骨小梁不连接的骨小梁末端的数目（骨小梁与ROI边界相交形成的末端不属于此）；（6）四环素双标记间的距离；（7）骨小梁分离度（Th.Sp）：为骨小梁之间平均距离。然后将前期数据输入Execl2000软件中，经过骨形态计量学指标运算公式推算骨形态计量学最终参数：（1）骨量参数：骨小梁体积（TV/BV）%和骨小梁厚度（Tb.Th）μm；（2）骨结构参数：骨小梁分离度（Th.Sp）μm、骨小梁结点数（N.Nd）个・mm【sup】2・-1【/sup】和骨小梁终端数（N.Tm）个・mm【sup】2・-1【/sup】；（3）骨代谢参数：矿化沉积率（MAR） μm・d【sup】-1【/sup】、单位骨小梁周长骨形成率（BFR/BS）μm・d&100【sup】-1【/sup】、骨形成荧光标记周长百分率（%L.Pm）%和单位骨小梁周长破骨细胞数（ Oc.N／Tb.Pm）个・mm【sup】-1【/sup】。

1.5 统计学方法 计量资料数据均用±s表示，采用SPSS 13.0统计软件，计量资料两样本均数之间的比较用t检验，多样本均数之间的比较用方差分析，均以P

2 结 果

2.1 各组大鼠胫骨骨量参数比较 由表1可见，模型组大鼠胫骨骨小梁相对体积（TV/BV），骨小梁厚度（Tb.Th）均较假手术组明显减少（P＜0.05）；低、中强度运动组胫骨骨小梁相对体积（TV/BV），骨小梁厚度（Tb.Th）均较模型组明显增多（P＜0.05）；高强度运动组与模型组比较无显著性差异。

表1 各组大鼠胫骨骨量参数比较（±s）

注：假手术组比较，*P

2.2 各组大鼠胫骨骨结构参数比较 由表2可见，模型组胫骨骨小梁分离度（Th.Sp），骨小梁终端数（N.Tm）均较假手术组明显增多（P＜0.05），骨小梁结点数（N.Nd）较假手术组明显减少（P＜0.05）；低、中强度运动组胫骨骨小梁分离度（Th.Sp），骨小梁终端数（N.Tm）均较模型组明显减少（P＜0.05），骨小梁结点数（N.Nd）较模型组增多（P＜0.05）；高强度运动组与模型组比较，骨小梁分离度（Th.Sp）减小（P＜0.05），另两参数无显著性差异。

表2 各组大鼠胫骨骨结构参数比较（±s）

注：假手术组比较，*P

2.3 各组大鼠胫骨骨代谢参数比较 由表3可见，模型组胫骨矿化沉积率（MAR），单位骨小梁周长骨形成率（BFR/BS），骨形成荧光标记周长百分率（%L.Pm）均较假手术组明显减少（P＜0.05），单位骨小梁周长破骨细胞数（ Oc.N／Tb.Pm）较假手术组明显增多（P＜0.05）；低、中强度运动组胫骨矿化沉积率（MAR），单位骨小梁周长骨形成率（BFR/BS），骨形成荧光标记周长百分率（%L.Pm）均较模型组明显增多（P＜0.05），单位骨小梁周长破骨细胞数（ Oc.N／Tb.Pm）较模型组明显减少（P＜0.05）。高强度运动组与模型组比较成骨参数和破骨参数均明显增多（P＜0.05）。

表3 各组大鼠胫骨骨代谢参数比较（±s）

注：与假手术组比较，P

2.4 骨显微结构组织形态观察 具有良好载荷功能的骨结构形态应该是，骨小梁分离度较小、骨小梁终端数较少和骨小梁结点数较多的骨小梁结构形态。各组大鼠胫骨骨小梁显微结构比较见图1～4。

与其他组比较，可见骨小梁分离度相对较小，骨小梁终端数相对较少和骨小梁结点数相对较多

与假手术组比较，骨小梁分离度明显较大，骨小梁终端数明显较多和骨小梁结点数明显较少。

与去睾模型组比较，骨小梁分离度相对较小，骨小梁终端数相对较少和骨小梁结点数相对较多。

与去睾后中运动组比较，骨小梁分离度相对较大，骨小梁终端数相对较多和骨小梁结点数相对较少。

3 讨 论

3.1 雄性大鼠去睾后对胫骨骨量和骨微结构的影响 实验结果表明，大鼠去睾模型组12周后的胫骨与假手术组比较其骨量下降，表现为骨小梁厚度和骨小梁体积均下降（P

3.2 低、中强度跑步运动对去睾大鼠胫骨骨量和骨微结构的影响 1892年，Wolff定律的提出说明人们早已认识到力学因素对骨量变化的重要意义。雄性大鼠去睾后进行低、中强度跑步运动12周后与去睾模型组比较，胫骨的骨量丢失和骨微结构质量都有所改善（P

Wolff定律仅道出了一个轮廓，力学因素通过何种机制和控制系统来影响骨骼的骨量不得而知。因此，此后许多学者对该定律的研究做了大量的工作。其中，Frost作了较深入的研究探讨，并提出了应变假说及力学控制系统理论【sup】［8-10］【/sup】。Frost认为，骨重建的方式决定于骨应变的大小，而应变有一个阈值范围，其上限和下限称为“调节点”。当应变低于下限时，骨量减少；当应变介于上、下限之间时，骨量可维持在一定水平；当应变超过上限时，骨量将增加。性激素可以降低阈值【sup】［10］【/sup】，机体性激素水平下降后，使阈值升高，原来维持骨量的力学负荷及肌肉收缩力所致的应变已达不到性激素下降后维持骨量所需的应变程度，因而骨骼进行着骨重建负平衡，导致骨量下降。结合本实验结果，对老年性因性激素水平低下引起的骨质疏松症，跑步运动可增加骨骼力学负荷和肌肉收缩的应力刺激，能有效的防治骨量丢失。至于运动是否能同时改善骨显微结构质量，是目前尚待进一步深入研究的问题，本实验采用骨组织形态计量学方法研究提示：一定量的跑步运动不但能增加骨量还能改善骨显微结构，提高骨质量，从而可降低骨脆性减少骨折的发生率，这在防治骨质疏松中与提高骨量同样具有重要意义。

3.3 高强度跑步运动对去睾大鼠胫骨骨量和骨微结构的影响 有学者报道【sup】［11］【/sup】，马拉松运动员骨密度低于其他赛跑运动员，因此过量运动是否对维持或增加骨量不利，值得进一步深入研究。本实验大鼠去睾后高运动组与去睾模型组比较，胫骨骨量丢失和骨微结构破坏均无明显改善，两者的骨代谢参数比较显示：高运动组的成骨细胞活性和破骨细胞活性均增高（P

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