基于运动特征的人体骨密度发展现状与影响机制研究.pdf
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1、文体用品与科技总第 527 期 2023 年 11 月(下)124SPORTS SCIENCE体育科学摘要:骨骼是支撑人体正常生命活动的重要器官,对人体内外系统及生命健康具有重要作用。在老龄化和大健康背景下,全生命周期的骨骼健康问题已成为全世界普遍关注的公共卫生问题。随着人们生活方式的改变,体力活动减少,伴随熬夜、久坐、精神压力和不规律的饮食作息,人们的骨性健康问题愈发凸显。研究有效治疗和促进人体骨健康的方法和手段已成为现实亟需的关键。本文基于调查法、文献资料法、逻辑分析法等方法研究了人体骨健康的发展现状,分析了人体骨发育及骨代谢的变化特征,比较了人体骨健康预防及治疗的手段。从体育运动的类别、
2、相关特性及运动要素出发,探究了体育运动对人体骨密度发展的机制及原理,探讨了不同特性体育运动对人体骨健康的干预疗效。研究发现,人体生长发育时期是提高人体峰值骨量和巩固骨密度的重要阶段,通过有效的运动干预,寻求预防骨骼健康问题、改善骨质健康水平的解决方案,对骨骼健康发展意义重大。在运动干预方面,不同体育运动所具有的特性对人体骨密度影响迥异,主要体现在机体的物理变化及激素、能量代谢等方面的反应。研究进一步发现,在不同特性的运动中,尤以规律性、连续性的冲击运动对人体骨密度具有更好的促进效果。由此,选择有效的运动手段、制定合理的运动安排对人体骨健康具有更为积极的作用。本文为进一步促进人体骨骼健康发展,降
3、低患病风险,控制和防治骨性疾病提供了理论依据。关键词:骨密度 运动特性 连续性冲击 运动健康中图分类号:G804 文献标识码:A 文章编号:1006-8902-(2023)-11-124-4-ZQ基金项目:大数据驱动下高校体育教育教学模式创新研究以东南大学本科体育教育为例,江苏省教育科学“十四五”规划课题,项目编号:7518009013,省部级。作者简介:周磊(1996-),男,汉族,江苏人,硕士研究生,研究方向:学校体育理论与实践。基于运动特征的人体骨密度发展现状与影响机制研究周磊 丁亮(东南大学 江苏 南京 211189)悠悠民生,健康最大。人民的健康问题是关乎国家建设和可持续发展的重大问
4、题。2016 年,国务院“健康中国 2030”规划纲要指出新阶段我国“全民健康”的新目标和新要求,提出开展健康骨骼行动,主张国民积极参与体育锻炼,增强体质。当下,由于现代人群长期久坐、伏案工作弯腰、熬夜、精神压力大、活动量少,日常饮食上又存在偏食、高盐饮食、快餐,大量饮用碳酸饮料、咖啡等饮品,喜欢吸烟、酗酒等不良生活方式,以致危害人体的骨骼健康。本文从运动的相关要素及特性出发探究其对人体骨密度的作用机制及干预疗效,以期通过有效的运动干预,寻求预防和改善骨骼健康问题的解决方案,对促进骨骼健康发展意义重大。1、人体骨健康的发展现状骨骼的健康发展关乎人体内外系统的功能和生命健康。一项全球研究显示,2
5、019 年全球骨病患病病例约 4.55 亿,自 1990 年以来增加近70%,其中新发病例1.78亿,同比1990年增长33.4%(如图1)。在我国,从儿童到中青年,再到老年人群,骨关节炎、骨质疏松、脆性骨折等骨骼健康问题日益凸显。2018 年中国骨质疏松症流行病学调查结果发现,我国仅骨质疏松症的患病率就高达 13%,预计到 2035 年,每年骨质疏松的数量将达到 483 万例次,到 2050 年预计约达到 599 万。我国存在骨骼健康风险的人群比例逐年增加。PengChen 等对中国骨质疏松症患病率进行荟萃分析中发现(如图 2),从 2003-2015 年的 12 年间,我国骨质疏松的患病率
6、明显增加,其中发病年龄在 15-24 岁年龄段的骨质疏松患病率达 16.96%,25-35 岁年龄段的骨质疏松发病率高达28.09%。骨骼健康风险的增加,不仅大大提高骨病的风险指数,还可能引发某些并发症及慢性疾病,不仅严重危害人体健康,也给公共卫生系统造成了极大的负担。图 1 1990-2019 年全球骨病患病率增长变化图 图 2 2003-2015 年中国居民各年龄段骨质疏松患病率由于人们长期忽视骨骼健康问题,对骨健康状况缺乏关注及监测,导致了骨性疾病患病率急剧上升。不仅多发于老年人群,在中青年人群中的发病风险也持续增大。2018 年国家卫文体用品与科技总第 527 期 2023 年 11
7、月(下)125体育科学SPORTS SCIENCE生健康委的一项调查显示,我国居民对骨骼健康问题的认知普遍不足,20-40 岁人群关于骨质疏松症相关知识的知晓率仅为11.7%,其中男性 10.5%,女性 13%,城市地区为 17.8%,农村地区为 8.1%。在骨质疏松症患者中,知晓自身患病的比例也比较低。其中,20-50 岁人群接受过骨密度监测的比例仅为2.8%。2、骨密度诊断与人体健康 骨密度(bonemineraldensity,BMD)又称骨骼矿物质密度,是衡量骨骼强度、反映骨骼代谢状况、评价骨骼健康的重要指标。其诊断参数主要是反映骨密度及弹性的超声波传导速度(SOS)、表示受检者与同龄
8、同性别骨密度平均声速值百分比的骨质疏松指数(OI)、用以判断人体 BMD 是否正常的 T 值(T-score)及反映被检者与正常同龄人 BMD 差异的 Z 值(Z-score)。对正常人群的诊断标准通常使用低于-2.0 标准差法。世界卫生组织(WHO)制定的骨密度诊断标准,采用 T 评分和 Z 评分判断患者骨密度情况。指标计算方法及诊断标准如下:2.1、T 值计算方法及诊断标准表 1 T 值对照标准-1,1)(-2.5,-1)-2.5正常骨量低、骨质流失骨质疏松2.2、Z 值计算方法及诊断标准表 2 Z 值对照标准-2-2-2低于正常水平骨密度正常,机体异常正常人体骨量自出生起随年龄增长呈现出
9、先缓慢上升,在达到一定峰值时维持一段平台期,此后呈现逐年下降的变化趋势。当骨骼在某一时期达到最大骨量,即骨峰值时,骨密度达到最大值。随后骨量开始流失,继而出现骨质疏松等骨骼健康问题。除年龄和性别外,人体骨密度还与遗传、运动、身体成分、生活习惯和饮食等诸多因素有关。在治疗和预防骨骼健康问题上,传统药物治疗以激素为主,长期使用激素将对人体造成不可逆的损害,增加生殖器官恶性病变的风险。而传统合成代谢药物和抗吸收药物虽能够在一定程度上预防骨质疏松,但此类药物成本高且副作用大。当前,运动影响人体能量代谢,改善人体生理机制已被广泛接受,许多慢性疾病的预防与治疗都引入了运动疗法。研究发现,运动对骨量的影响比
10、例远超骨代谢相关激素、钙、维生素 D 等作用。运动作为关键变量被广泛用于骨密度的调节和控制,是影响人体 BMD 的重要物理因素,对骨骼健康问题具有积极效用。3、体育运动对人体骨密度的影响骨骼的新陈代谢与骨形成和骨吸收有关。研究表明,运动能够影响骨代谢,使 BMD 增加,延缓骨量流失。这是由于运动通过直接与间接两种方式作用于骨骼,增加骨骼的负载,能够刺激骨形成,使骨径变粗,提高骨的抗压、抗弯及抗扭转力等性能。然而,运动对人体的刺激反应比较复杂,除不同方式、强度及频率的区别,还体现在机体与骨代谢相关的激素水平等问题上。因此,根据年龄的阶段性特征选择适宜的运动方式及强度对人体骨健康的促进作用更明显。
11、3.1、体育运动对不同年龄人群骨密度的影响人体骨骼在不同年龄阶段表现出不同的力学特性。幼儿时期,骨骼的有机质和无机质比例均衡,各占 50%,骨骼柔软而富有弹性;成人骨骼的有机质和无机质的比例接近 3:7,骨骼硬度较大,弹性适中,骨的力学特性处于最佳状态;而老年人骨骼中无机物含量较高,骨骼脆性较高,具有较高的骨折风险。正是由于各年龄段人群特点不同,使运动对不同年龄人群的 BMD 产生差异性影响。青春期是影响峰值骨量最敏感时期,人体 50%的峰值骨量在此时期形成。青少年时期进行运动训练能够显著促进骨骼发育,更有助于 BMD 的提高。Janz 等探究 4-6 岁的学龄前儿童日常活动量与 BMD 的关
12、系,发现体力活动与儿童的骨矿物含量和 BMD 均相关且具有促进作用。Hind 等发现青春发育期之前参加身体活动可额外增加约1%-6%的骨量,而青春发育期后额外增加的骨量仅有 0.3%-2%。可见,儿童时期特别是青春发育期前进行体育运动更能促进骨量的增长和骨骼发育。另有研究表明,青少年时期增加的骨量在成年期以后仍然与初始骨量有密切相关性,老年期近 60%的骨质疏松是由青少年时期总骨量(bonemineralcontent,BMC)的积累过少引起的。刘忠民等对 147 名 20-60 岁的女性进行运动干预,测量受试者跟骨 BMD,发现运动对不同年龄段女性的跟骨 BMD 具有促进作用,其中 20 岁
13、、40 岁、50 岁三个年龄段存在显著差异。因此,青少年时期是影响成年后人体的骨量峰值的关键时期,通过运动干预能更有助于人体基础骨量的提高。3.2、不同运动强度对骨密度的影响运动强度与 BMD 密切相关,不同的强度设置影响干预的效果和水平,对 BMD 影响不同。相关研究显示,当强度处于骨骼承受力的阈值内时,运动强度与 BMD 呈正相关。随着运动强度增大,BMD 呈增长趋势,当超出阈值,骨代谢发展受抑,无法有效提升BMD 且增加了骨折风险。不同强度的干预对机体的作用效果存在区别。低强度运动不能有效提高 BMD,这是由于低强度负荷低于骨应变的应力阈值,不能有效刺激骨组织,无法达到明显增强 BMD
14、的作用。而中等强度运动更具效用,主要表现在骨代谢水平及 BMD 的提高上。其作用机制如下:(1)适宜强度的运动通过应力对骨产生负荷,骨骼接受刺激并产生应变使成骨细胞活性增加,骨形成大于骨吸收使骨矿物质积累,造成 BMD 增加;(2)机体进行适宜强度的运动时,一系列的生化反应增加了前列腺素的合成与释放,促进细胞内 DNA 和 RNA 生成,引发骨细胞的分化与增值,导致新骨形成;(3)适宜强度的运动影响体内性激素水平,骨代谢受骨血流量等多种机制作用,使骨量升高。刘玉琳等在不同强度跑步运动对文体用品与科技总第 527 期 2023 年 11 月(下)126SPORTS SCIENCE体育科学2 型糖
15、尿病并发骨质疏松大鼠的研究中,发现中低强度运动对改善骨质疏松具有积极影响。强度过大则可能引起骨代谢的负向发展,导致 BMD 下降,不利于骨健康。目前已有研究对此作出解释:(1)大强度运动引发机体内分泌功能失调,运动医学中的“女运动三联征”就是从该方面对骨密度降低做出解释。长期进行大强度运动使机体过度疲劳,干扰了下丘脑垂体性腺轴,使性激素的生成受抑,血液中雌激素(雄激素)浓度降低,骨代谢过程中骨吸收大于骨形成,从而导致 BMD 下降;(2)大强度运动造成肌肉疲劳,减弱了肌肉对应力的缓冲作用,导致应力集中,因而出现骨折及骨量流失。曹鹏在探究不同负荷跑台运动对老龄雌性大鼠骨量及骨代谢指标影响的实验中
16、,论证了低、中强度对老龄雌性大鼠 BMD 的积极作用,而大强度运动无显著效果。此外,Frost 提出“力学稳态理论”也解释了过量运动导致 BMD 下降的机理。从运动强度的角度研究能够维持和增加 BMD 水平的运动处方,发现力量性训练的强度为 1RM 的 60%-80%,耐力训练的强度为人体最大心率的 60%-85%,或大于本人无氧阈水平均能维持和增加 BMD。而强度过大甚至可能引起 BMD 下降。因此,一般认为运动强度保持人体最大摄氧量的 60%-70%能够更好地促进骨密度增大,从而达到更好的锻炼效果。3.3、不同运动时间和频率对骨密度的影响在特定运动项目与运动强度的干预下,不同的运动时间周期
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