作者:鄭錦暢 陳建庭 裴衛(wèi)衛(wèi) 作者單位:(南方醫(yī)科大學(xué)南方醫(yī)院脊柱骨病外科,廣東 廣州 510515)
【摘要】 目的 觀察復(fù)合振動(dòng)儀治療骨質(zhì)疏松(OP)對(duì)骨代謝的影響。方法 70例OP志愿者隨機(jī)分成復(fù)合振動(dòng)組和對(duì)照組,每組35例。復(fù)合振動(dòng)組采用自行研制的復(fù)合振動(dòng)儀進(jìn)行全身振動(dòng)治療,振動(dòng)頻率45~55 Hz,振動(dòng)強(qiáng)度0.5~0.8 g,1次/隔天,30 min/次,連續(xù)3個(gè)月,對(duì)照組不進(jìn)行任何干預(yù),于試驗(yàn)開(kāi)始前3天、試驗(yàn)后第1、3個(gè)月分別檢測(cè)各組堿性磷酸酶(ALP)、骨鈣素(OC)、抗酒石酸酸性磷酸酶(TRAP)、鈣磷乘積(〔Ca〕×〔P〕)的變化。結(jié)果 第3個(gè)月,復(fù)合振動(dòng)組的ALP、OC、TRAP、〔Ca〕×〔P〕分別比試驗(yàn)前增加了44.6%、-9.4%、1.7%、7.5%,對(duì)照組的相應(yīng)指標(biāo)分別比試驗(yàn)前增加了22.8%、-13.3%、3.6%、4.7%,P值分別為0.108、0.788、0.606、0.171。結(jié)論 復(fù)合振動(dòng)儀治療OP對(duì)骨代謝的影響無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,但骨代謝的值有變化。
【關(guān)鍵詞】 復(fù)合振動(dòng);骨質(zhì)疏松;堿性磷酸酶;骨鈣素;抗酒石酸酸性磷酸酶;鈣磷乘積
Clinical observation of bone me[x]tabolism in osteoporosis patients treated with compound vibration machine
ZHENG JinChang, CHEN JianTing, PEI WeiWei.
Department of Orthopaedic Surgery and Spine, Nanfang Hospital, Southern Medical University, Guangzhou 510515, Guangdong, China
【Abstract】 ob[x]jective To observe the effect of bone me[x]tabolism in osteoporosis (OP) patients treated with compound vibration machine. Methods 70 OP volunteers were selected and were randomly divided into whole body compound vibration training group (WBCV, n=35) and control group (CON, n=35). The patients in WBCV group treated with 3month whole body compound vibration (30 min/d, 1 time/qd, oscillation frequency 45~55 Hz, intensity of vibration 0.5~0.8 g). The patients in CON group weren′t given any treatment, did not participate in any training, just keeping the normal life as before. Alkaline phosphatase (ALP), osteocalcin(OC), tartrateresistance acid phosphatase (TRAP) and calciumphosphorus product were measured on 3 days before experiment, 1 and 3 months after experiment. Results The level of ALP, OC, TRAP, 〔Ca〕×〔P〕 in WBCV group was increased by 44.6%, -9.4%, 1.7% and 7.5% respectively. However, it was increase by 22.8%, -13.3%, 3.6% and 4.7% respectively in CON group(P=0.108, 0.788, 0.606 and 0.171). Conclusions The whole body compound vibration training has no effect on bone me[x]tabolism in OP, while the absolute value of bone me[x]tabolism has been changed.
【Key words】 Compound vibration; Osteoporosis; Alkaline phosphatase (ALP); Osteocalcin (OC); Tartrateresistance acid phosphatase (TRAP); Calciumphosphorus product(〔Ca〕×〔P〕)
骨質(zhì)疏松(OP)及OP性骨折是危害中老年健康的常見(jiàn)病,尤以絕經(jīng)后婦女為甚。臨床上常采用藥物治療抑制骨吸收或者促進(jìn)骨形成,但藥物大多存在副作用。近年來(lái)物理療法(力學(xué)、電磁學(xué))防治OP的研究成為熱點(diǎn)〔1~4〕。低于引起骨組織損傷的機(jī)械振動(dòng)信號(hào)具有很強(qiáng)的成骨效應(yīng),是一種新型治療OP的模式,在防治老年性骨丟失中有廣闊的應(yīng)用前景〔5,6〕。本課題采用自行研制的復(fù)合振動(dòng)儀對(duì)OP志愿者進(jìn)行治療,觀察復(fù)合振動(dòng)對(duì)骨代謝的影響,探討復(fù)合振動(dòng)防治OP的機(jī)制。
1 對(duì)象與方法
1.1 研究對(duì)象 2008年9月~2009年1月在養(yǎng)老院生活的70例OP志愿者。納入標(biāo)準(zhǔn):參照WHO診斷標(biāo)準(zhǔn),選取志愿者中骨密度 (BMD)低于年輕成人BMD峰值2.5個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差(SD),同時(shí)伴或者不伴OP臨床癥狀,精神狀態(tài)好,行動(dòng)靈活方便并可以堅(jiān)持完成整個(gè)試驗(yàn)的志愿者。排除標(biāo)準(zhǔn):①藥物控制下,血壓高于160/110 mmHg或收縮壓小于90 mmHg;②有心腦血管病、癲癇及腎結(jié)石;③血栓或過(guò)去6個(gè)月有血栓史;④體內(nèi)有植入物或者心臟支架;⑤腰椎間盤(pán)突出或滑脫、腰椎神經(jīng)管狹窄或壓迫;⑥各種手術(shù)未愈;⑦關(guān)節(jié)外傷、骨折、肌肉拉傷未愈;⑧體弱多病、嚴(yán)重平衡障礙或眩暈;⑨患有痛風(fēng)、類(lèi)風(fēng)濕、糖尿病血糖控制欠佳,或其他嚴(yán)重影響骨代謝的疾病;近1個(gè)月內(nèi)曾服用過(guò)治療OP藥物或其他影響骨代謝的藥物;復(fù)合振動(dòng)訓(xùn)練時(shí),如志愿者發(fā)現(xiàn)明顯不適立即終止試驗(yàn)。終納入志愿者有70例,女54例,男16例,女性年齡52~89歲,平均(71.5±11.0)歲,平均絕經(jīng)年齡(48.9±5.0)歲,平均身高(150.6±5.8) cm,平均體重(53.5±10.9 )kg;男性志愿者年齡51~93歲,平均年齡(72.4±14.4)歲,平均身高(163.7±5.5) cm,平均體重(60.8±8.7) kg。入選志愿者在觀察期間未接受其他針對(duì)OP和疼痛的理療或者藥物治療。將70例OP志愿者隨機(jī)分成復(fù)合振動(dòng)組和對(duì)照組(n=35)。兩組在年齡、身高、體重及體重指數(shù)方面均無(wú)顯著差異(P>0.05)(見(jiàn)表1)。
1.2 儀器和試劑 復(fù)合振動(dòng)儀為自行研制(發(fā)明專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)CN101224159),由垂直方向(Y軸)的振動(dòng)和振動(dòng)平臺(tái)為軸心的表1 兩組基本情況
兩向(X、Z軸)振動(dòng)復(fù)合而成。垂直振動(dòng)采用掃頻方式(頻率精度為0.1 Hz);附加振動(dòng)為固定頻率0.4 Hz,每15 s更換1次振動(dòng)方向,平臺(tái)邊緣振幅為8 mm。復(fù)合振動(dòng)加速度以重力加速度g(1 g=9.8 m/s2)為單位(加速度為0.01 g)。Elecsys2010電化學(xué)發(fā)光分析儀(Roche),AU5400全自動(dòng)生化分析儀(Olympus),NMID骨鈣素(OC)試劑盒(Roche),堿性磷酸酶(ALP)診斷試劑盒(Olympus),抗酒石酸酸性磷酸酶(TRAP)測(cè)定試劑盒(humann),鈣(Ca)診斷試劑盒(Roche),磷試劑盒(Olympus)。
1.3 方法 復(fù)合振動(dòng)組使用復(fù)合振動(dòng)儀連續(xù)進(jìn)行3個(gè)月的全身復(fù)合振動(dòng)治療,振動(dòng)頻率45~55 Hz,強(qiáng)度0.5~0.8 g,隔日1次,30 min/次。振動(dòng)頻率及強(qiáng)度分別以30 Hz、0.3 g起始,待志愿者適應(yīng)后逐步上調(diào)至試驗(yàn)振動(dòng)頻率和強(qiáng)度。對(duì)照組從觀察開(kāi)始到結(jié)束,維持原有的生活規(guī)律未作任何治療。
1.4 骨代謝檢測(cè)指標(biāo) 于試驗(yàn)前3天、試驗(yàn)后第1、3個(gè)月采集上午7∶00~9∶00 時(shí)間段的空腹血標(biāo)本,靜置后低溫離心分離血清,OC檢測(cè)由Elecsys2010電化學(xué)發(fā)光分析儀進(jìn)行。ALP、TRAP、Ca和P測(cè)定由AU5400全自動(dòng)生化分析儀進(jìn)行。
1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用SPSS13.0統(tǒng)計(jì)軟件包。計(jì)量數(shù)據(jù)以x±s表示。組間基本情況采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)分析,骨代謝指標(biāo)采用單個(gè)重復(fù)測(cè)量因素的方差分析。
2 結(jié) 果
兩組試驗(yàn)前ALP、TRAP、OC及〔Ca〕×〔P〕 的水平均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)(見(jiàn)表2)。復(fù)合振動(dòng)組在治療期間有1位志愿者在治療30 d后因內(nèi)科疾病住院放棄治療。第3個(gè)月,復(fù)合振動(dòng)組的ALP、OC、TRAP及〔Ca〕×〔P〕分別比試驗(yàn)前增加了44.6%、-9.4%、1.7%、7.5%,對(duì)照組的相應(yīng)指標(biāo)分別比試驗(yàn)前增加了22.8%、-13.3%、3.6%、4.7%,P值分別為0.108、0.788、0.606、0.171(見(jiàn)表2)。表2 兩組骨代謝指標(biāo)變化
3 討 論
OP是一種以低骨量、骨組織的微結(jié)構(gòu)破壞為特征,導(dǎo)致骨骼脆性增加和易骨折的全身性疾病。隨著世界老年人口的不斷增加,OP已成為一個(gè)世界范圍的、日漸嚴(yán)重的、影響健康的重要問(wèn)題。振動(dòng)不僅可防止骨丟失,還可以改善骨結(jié)構(gòu)和生物力學(xué)性能〔7,8〕。振動(dòng)應(yīng)力有利于骨的成熟與改進(jìn),而振動(dòng)頻率和強(qiáng)度影響了成骨的效果。本課題組先前已經(jīng)完成了細(xì)胞和動(dòng)物的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn),研究發(fā)現(xiàn),復(fù)合振動(dòng)促進(jìn)成骨細(xì)胞增殖和分化的佳頻率是15~45 Hz〔9〕,采取45~55 Hz,0.12~0.21 g的復(fù)合振動(dòng)能增加去卵巢SD大鼠腰椎、股骨的BMD,改善骨微機(jī)構(gòu)、提高骨強(qiáng)度〔3,10〕。目前,國(guó)外研究也都多采用30~50 Hz〔11〕,且在實(shí)驗(yàn)中尚未發(fā)現(xiàn)不良現(xiàn)象,提示這個(gè)頻率范圍對(duì)人體是安全的。因而,本試驗(yàn)采用了45~55 Hz的振動(dòng)頻率和0.5~0.8 g的振動(dòng)強(qiáng)度。振動(dòng)訓(xùn)練過(guò)程中,志愿者無(wú)不良反應(yīng)出現(xiàn),故本研究采用此振動(dòng)頻率和強(qiáng)度參數(shù)至試驗(yàn)結(jié)束。
Robling等〔12〕發(fā)現(xiàn),分次給予刺激的效果顯著好于連續(xù)刺激。Rubin等〔13〕認(rèn)為骨細(xì)胞是力學(xué)刺激對(duì)骨作用的敏感和轉(zhuǎn)導(dǎo)細(xì)胞,其對(duì)機(jī)械刺激的敏感性程度決定機(jī)械振動(dòng)對(duì)骨量和骨強(qiáng)度的作用效果。連續(xù)刺激會(huì)產(chǎn)生骨適應(yīng)性反應(yīng)飽和現(xiàn)象,從而降低骨細(xì)胞的機(jī)械敏感性。本研究采取了隔日1次,30 min/次,連續(xù)振動(dòng)3個(gè)月,既有足夠的刺激時(shí)間,又能讓骨細(xì)胞每次有佳接受機(jī)械刺激的能力。
本研究采用自行研制的復(fù)合振動(dòng)儀,其主要特點(diǎn)是在垂直正弦振動(dòng)基礎(chǔ)上增加了小幅隨機(jī)多軸運(yùn)動(dòng)裝置,使施加的振動(dòng)載荷為動(dòng)態(tài)的應(yīng)變而不是靜態(tài)的應(yīng)力,更有利于神經(jīng)肌肉系統(tǒng)的鍛煉,更有助于增強(qiáng)神經(jīng)肌肉系統(tǒng)的協(xié)調(diào)性和肌力的維持,更大程度上降低了OP的骨折風(fēng)險(xiǎn)。
本研究發(fā)現(xiàn)復(fù)合振動(dòng)組的ALP比對(duì)照組有明顯的上升趨勢(shì)(分別是44.6%、22.8%),且復(fù)合振動(dòng)組比對(duì)照組值增加較多,但兩組上升無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。Pavlin等〔14〕發(fā)現(xiàn):機(jī)械載荷首先使骨細(xì)胞發(fā)生分化,進(jìn)而誘導(dǎo)骨基質(zhì)的沉積;ALP是機(jī)械載荷誘導(dǎo)成骨細(xì)胞分化的早期標(biāo)志。Genge等〔15〕通過(guò)體外實(shí)驗(yàn)證實(shí)沒(méi)有ALP的存在,骨組織鈣化就不會(huì)發(fā)生。查丁勝等〔9〕研究發(fā)現(xiàn)15~30 Hz和25~45 Hz能增強(qiáng)骨細(xì)胞ALP活性(P<0.01)。本研究復(fù)合振動(dòng)組的ALP明顯增加可能是復(fù)合振動(dòng)的結(jié)果,但由于試驗(yàn)時(shí)間較短,未得到統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。Iwamoto等〔16〕12個(gè)月振動(dòng)治療OP患者,ALP水平都有所下降,也無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,與本研究有差別,推測(cè)機(jī)械振動(dòng)促使ALP表達(dá)到一個(gè)高峰后有下降的趨勢(shì),這需要進(jìn)一步的研究證實(shí)。Torvinen等〔8〕在健康年輕人(21例男性,35例女性,年齡19~38歲)上作振動(dòng)實(shí)驗(yàn),結(jié)果發(fā)現(xiàn),受試者的ALP和BMD都沒(méi)有顯著性改變,這可能與該年齡段骨量處于峰值,振動(dòng)不能刺激骨轉(zhuǎn)換指標(biāo)和骨量明顯變化有關(guān)。
OC水平存在晝夜節(jié)律變化,峰值與谷值之差為10%~30%。本研究在同一時(shí)間段采集血標(biāo)本,嚴(yán)格控制采樣條件,大程度排除非實(shí)驗(yàn)因素對(duì)OC的影響。Ivaska等〔17〕研究表明血循環(huán)中的OC濃度反映骨形成的速率。
TRAP是酸性磷酸酶6種同功酶(0~5型)中的一種,血清中的TRAP主要來(lái)源于破骨細(xì)胞,破骨細(xì)胞活性增強(qiáng)時(shí),分泌TRAP增多,通過(guò)檢測(cè)TRAP水平即可反映破骨細(xì)胞活性,了解骨吸收情況。Andersson等〔18〕認(rèn)為,TRAP對(duì)骨吸收有促進(jìn)作用,具有潛在調(diào)節(jié)破骨細(xì)胞與骨結(jié)合的功能,所以破骨細(xì)胞的活性及骨吸收可通過(guò)測(cè)量血漿中的TRAP水平來(lái)反映。
骨的生長(zhǎng)、更新和Ca、P代謝密切關(guān)系,血漿Ca、P之間處于相當(dāng)恒定狀態(tài),成人二者的乘積即〔Ca〕×〔P〕為30~40 mg2/dl2。當(dāng)(〔Ca〕×〔P〕)>40 mg2/dl2,則Ca和P以骨鹽形式沉積于骨組織;若(〔Ca〕×〔P〕)<35 mg2/dl2則妨礙骨的鈣化,甚至可使骨鹽溶解,影響成骨作用。
本研究中發(fā)現(xiàn)OC和TRAP分別在復(fù)合振動(dòng)組和對(duì)照組增加了-9.4%、1.7%和-13.3%、3.6%,然而均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。在值上OC在復(fù)合振動(dòng)組比對(duì)照組增加了,而TRAP減少了,是否能一定程度說(shuō)明復(fù)合振動(dòng)使復(fù)合振動(dòng)組骨形成增加及骨吸收減少了,還不能確定。本研究樣本量少、時(shí)間短是一個(gè)影響因素。Verschueren等〔19〕研究發(fā)現(xiàn),25~45 Hz頻率,2.0~6.0 g振幅范圍的振動(dòng)能引起B(yǎng)MD增加和骨結(jié)構(gòu)等的改變,但不能引起絕經(jīng)后婦女的骨代謝指標(biāo)OC、Ⅰ型膠原C末端肽顯著性變化。Iwamoto等〔16〕將絕經(jīng)后OP患者分成為2組:阿倫膦酸鹽(ALN)組和ALN+振動(dòng)組,振動(dòng)組給予1次/w,4 min/次,連續(xù)12個(gè)月的20 Hz的振動(dòng)刺激,結(jié)果發(fā)現(xiàn),兩組尿中Ⅰ型膠原N末端肽(NTX)和ALP水平都有所下降,但兩組NTX和ALP下降幅度并沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。Verschueren等〔19〕推測(cè)振動(dòng)所至BMD的增加不是振動(dòng)干預(yù)抑制了骨吸收,而是振動(dòng)干預(yù)扭轉(zhuǎn)了骨鈣負(fù)平衡形成了正性平衡。本研究中〔Ca〕×〔P〕有增加的趨勢(shì),但在復(fù)合振動(dòng)組和對(duì)照組間無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.171),推測(cè)是受樣本量少、時(shí)間短的影響。
目前對(duì)振動(dòng)的成骨作用機(jī)制并不是十分清楚。主要有肌動(dòng)力學(xué)說(shuō)、骨血灌注增加學(xué)說(shuō)。本研究及國(guó)內(nèi)外的研究都認(rèn)同振動(dòng)所至BMD的增加不是振動(dòng)干預(yù)抑制了骨吸收〔16,19〕,筆者認(rèn)為可能是振動(dòng)干預(yù)扭轉(zhuǎn)了骨鈣負(fù)平衡形成了正性平衡,振動(dòng)對(duì)BMD的正性作用也可能是局部作用的結(jié)果。
綜上所述,復(fù)合振動(dòng)儀治療OP對(duì)ALP、OC、TRAP、〔Ca〕×〔P〕短期影響無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,但值有改變,長(zhǎng)時(shí)間治療是否對(duì)骨代謝有影響,需要進(jìn)一步進(jìn)行大樣本量、長(zhǎng)時(shí)間的臨床研究。此外,復(fù)合振動(dòng)對(duì)內(nèi)分泌系統(tǒng)的影響及其機(jī)制也是需要探索的問(wèn)題。復(fù)合振動(dòng)安全簡(jiǎn)便,有望成為治療OP的另一途徑,但如何根據(jù)不同人群的特點(diǎn)制定適宜的振動(dòng)頻率、振動(dòng)強(qiáng)度及時(shí)間參數(shù),仍需要進(jìn)一步研究探索。
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