复合振动仪治疗骨质疏松对骨代谢影响的临床观察

　　　　　　作者：郑锦畅 陈建庭 裴卫卫

【摘要】 目的 观察复合振动仪治疗骨质疏松(OP)对骨代谢的影响。方法 70例OP志愿者随机分成复合振动组和对照组，每组35例。复合振动组采用自行研制的复合振动仪进行全身振动治疗，振动频率45～55 Hz，振动强度0.5～0.8 g，1次/隔天，30 min/次，连续3个月，对照组不进行任何干预，于试验开始前3天、试验后第1、3个月分别检测各组碱性磷酸酶(ALP)、骨钙素(OC)、抗酒石酸酸性磷酸酶(TRAP)、钙磷乘积(〔Ca〕×〔P〕)的变化。结果 第3个月，复合振动组的ALP、OC、TRAP、〔Ca〕×〔P〕分别比试验前增加了44.6%、-9.4%、1.7%、7.5%，对照组的相应指标分别比试验前增加了22.8%、-13.3%、3.6%、4.7%，P值分别为0.108、0.788、0.606、0.171。结论 复合振动仪治疗OP对骨代谢的影响无统计学意义，但骨代谢的绝对值有变化。

【关键词】 复合振动;骨质疏松;碱性磷酸酶;骨钙素;抗酒石酸酸性磷酸酶;钙磷乘积

Clinical observation of bone metabolism in osteoporosis patients treated with compound vibration machine

　　ZHENG JinChang， CHEN JianTing， PEI WeiWei.

　　Department of Orthopaedic Surgery and Spine， Nanfang Hospital， Southern Medical University， Guangzhou 510515， Guangdong， China

　　【Abstract】 Objective To observe the effect of bone metabolism in osteoporosis (OP) patients treated with compound vibration machine. Methods 70 OP volunteers were selected and were randomly pided into whole body compound vibration training group (WBCV， n=35) and control group (CON， n=35). The patients in WBCV group treated with 3month 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)， tartrateresistance acid phosphatase (TRAP) and calciumphosphorus 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 metabolism in OP， while the absolute value of bone metabolism has been changed.

　　【Key words】 Compound vibration; Osteoporosis; Alkaline phosphatase (ALP); Osteocalcin (OC); Tartrateresistance acid phosphatase (TRAP); Calciumphosphorus product(〔Ca〕×〔P〕)

　骨质疏松(OP)及OP性骨折是危害中老年健康的常见病，尤以绝经后妇女为甚。临床上常采用药物治疗抑制骨吸收或者促进骨形成，但药物大多存在副作用。近年来物理疗法(力学、电磁学)防治OP的研究成为热点〔1～4〕。低于引起骨组织损伤的机械振动信号具有很强的成骨效应，是一种新型治疗OP的模式，在防治老年性骨丢失中有广阔的应用前景〔5，6〕。本课题采用自行研制的复合振动仪对OP志愿者进行治疗，观察复合振动对骨代谢的影响，探讨复合振动防治OP的机制。

　　1 对象与方法

　　1.1 研究对象 2008年9月～2009年1月在养老院生活的70例OP志愿者。纳入标准：参照WHO诊断标准，选取志愿者中骨密度 (BMD)低于年轻成人BMD峰值2.5个标准差(SD)，同时伴或者不伴OP临床症状，精神状态好，行动灵活方便并可以坚持完成整个试验的志愿者。排除标准：①药物控制下，血压高于160/110 mmHg或收缩压小于90 mmHg;②有心脑血管病、癫痫及肾结石;③血栓或过去6个月有血栓史;④体内有植入物或者心脏支架;⑤腰椎间盘突出或滑脱、腰椎神经管狭窄或压迫;⑥各种手术未愈;⑦关节外伤、骨折、肌肉拉伤未愈;⑧体弱多病、严重平衡障碍或眩晕;⑨患有痛风、类风湿、糖尿病血糖控制欠佳，或其他严重影响骨代谢的疾病;近1个月内曾服用过治疗OP药物或其他影响骨代谢的药物;复合振动训练时，如志愿者发现明显不适立即终止试验。最终纳入志愿者有70例，女54例，男16例，女性年龄52～89岁，平均(71.5±11.0)岁，平均绝经年龄(48.9±5.0)岁，平均身高(150.6±5.8) cm，平均体重(53.5±10.9 )kg;男性志愿者年龄51～93岁，平均年龄(72.4±14.4)岁，平均身高(163.7±5.5) cm，平均体重(60.8±8.7) kg。入选志愿者在观察期间未接受其他针对OP和疼痛的理疗或者药物治疗。将70例OP志愿者随机分成复合振动组和对照组(n=35)。两组在年龄、身高、体重及体重指数方面均无显著差异(P>0.05)(见表1)。

　　1.2 仪器和试剂 复合振动仪为自行研制(发明专利公开号CN101224159)，由垂直方向(Y轴)的振动和振动平台为轴心的表1 两组基本情况

　　两向(X、Z轴)振动复合而成。垂直振动采用扫频方式(频率精度为0.1 Hz);附加振动为固定频率0.4 Hz，每15 s更换1次振动方向，平台边缘振幅为8 mm。复合振动加速度以重力加速度g(1 g=9.8 m/s2)为单位(加速度为0.01 g)。Elecsys2010电化学发光分析仪(Roche)，AU5400全自动生化分析仪(Olympus)，NMID骨钙素(OC)试剂盒(Roche)，碱性磷酸酶(ALP)诊断试剂盒(Olympus)，抗酒石酸酸性磷酸酶(TRAP)测定试剂盒(humann)，钙(Ca)诊断试剂盒(Roche)，磷试剂盒(Olympus)。

　　1.3 方法 复合振动组使用复合振动仪连续进行3个月的全身复合振动治疗，振动频率45～55 Hz，强度0.5～0.8 g，隔日1次，30 min/次。振动频率及强度分别以30 Hz、0.3 g起始，待志愿者适应后逐步上调至试验振动频率和强度。对照组从观察开始到结束，维持原有的生活规律未作任何治疗。

　　1.4 骨代谢检测指标 于试验前3天、试验后第1、3个月采集上午7∶00～9∶00 时间段的空腹血标本，静置后低温离心分离血清，OC检测由Elecsys2010电化学发光分析仪进行。ALP、TRAP、Ca和P测定由AU5400全自动生化分析仪进行。

　　1.5 统计学方法 采用SPSS13.0统计软件包。计量数据以x±s表示。组间基本情况采用独立样本t检验分析，骨代谢指标采用单个重复测量因素的方差分析。

　　2 结 果

　　两组试验前ALP、TRAP、OC及〔Ca〕×〔P〕 的水平均无统计学意义(P>0.05)(见表2)。复合振动组在治疗期间有1位志愿者在治疗30 d后因内科疾病住院放弃治疗。第3个月，复合振动组的ALP、OC、TRAP及〔Ca〕×〔P〕分别比试验前增加了44.6%、-9.4%、1.7%、7.5%，对照组的相应指标分别比试验前增加了22.8%、-13.3%、3.6%、4.7%，P值分别为0.108、0.788、0.606、0.171(见表2)。表2 两组骨代谢指标变化

　　3 讨 论

　　OP是一种以低骨量、骨组织的微结构破坏为特征，导致骨骼脆性增加和易骨折的全身性疾病。随着世界老年人口的不断增加，OP已成为一个世界范围的、日渐严重的、影响健康的重要问题。振动不仅可防止骨丢失，还可以改善骨结构和生物力学性能〔7，8〕。振动应力有利于骨的成熟与改进，而振动频率和强度影响了成骨的效果。本课题组先前已经完成了细胞和动物的基础实验，研究发现，复合振动促进成骨细胞增殖和分化的最佳频率是15～45 Hz〔9〕，采取45～55 Hz，0.12～0.21 g的复合振动能增加去卵巢SD大鼠腰椎、股骨的BMD，改善骨微机构、提高骨强度〔3，10〕。目前，国外研究也都多采用30～50 Hz〔11〕，且在实验中尚未发现不良现象，提示这个频率范围对人体是安全的。因而，本试验采用了45～55 Hz的振动频率和0.5～0.8 g的振动强度。振动训练过程中，志愿者无不良反应出现，故本研究采用此振动频率和强度参数至试验结束。

　　Robling等〔12〕发现，分次给予刺激的效果显著好于连续刺激。Rubin等〔13〕认为骨细胞是力学刺激对骨作用的敏感和转导细胞，其对机械刺激的敏感性程度决定机械振动对骨量和骨强度的作用效果。连续刺激会产生骨适应性反应饱和现象，从而降低骨细胞的机械敏感性。本研究采取了隔日1次，30 min/次，连续振动3个月，既有足够的刺激时间，又能让骨细胞每次有最佳接受机械刺激的能力。

　　本研究采用自行研制的复合振动仪，其主要特点是在垂直正弦振动基础上增加了小幅随机多轴运动装置，使施加的振动载荷为动态的应变而不是静态的应力，更有利于神经肌肉系统的锻炼，更有助于增强神经肌肉系统的协调性和肌力的维持，更大程度上降低了OP的骨折风险。

　　本研究发现复合振动组的ALP比对照组有明显的上升趋势(分别是44.6%、22.8%)，且复合振动组比对照组绝对值增加较多，但两组上升无统计学意义。Pavlin等〔14〕发现：机械载荷首先使骨细胞发生分化，进而诱导骨基质的沉积;ALP是机械载荷诱导成骨细胞分化的早期标志。Genge等〔15〕通过体外实验证实没有ALP的存在，骨组织钙化就不会发生。查丁胜等〔9〕研究发现15～30 Hz和25～45 Hz能增强骨细胞ALP活性(P<0.01)。本研究复合振动组的ALP明显增加可能是复合振动的结果，但由于试验时间较短，未得到统计学意义。Iwamoto等〔16〕12个月振动治疗OP患者，ALP水平都有所下降，也无统计学意义，与本研究有差别，推测机械振动促使ALP表达到一个高峰后有下降的趋势，这需要进一步的研究证实。Torvinen等〔8〕在健康年轻人(21例男性，35例女性，年龄19～38岁)上作振动实验，结果发现，受试者的ALP和BMD都没有显著性改变，这可能与该年龄段骨量处于峰值，振动不能刺激骨转换指标和骨量明显变化有关。

　　OC水平存在昼夜节律变化，峰值与谷值之差为10%～30%。本研究在同一时间段采集血标本，严格控制采样条件，最大程度排除非实验因素对OC的影响。Ivaska等〔17〕研究表明血循环中的OC浓度反映骨形成的速率。

　　TRAP是酸性磷酸酶6种同功酶(0～5型)中的一种，血清中的TRAP主要来源于破骨细胞，破骨细胞活性增强时，分泌TRAP增多，通过检测TRAP水平即可反映破骨细胞活性，了解骨吸收情况。Andersson等〔18〕认为，TRAP对骨吸收有促进作用，具有潜在调节破骨细胞与骨结合的功能，所以破骨细胞的活性及骨吸收可通过测量血浆中的TRAP水平来反映。

　　骨的生长、更新和Ca、P代谢密切关系，血浆Ca、P之间处于相当恒定状态，成人二者的乘积即〔Ca〕×〔P〕为30～40 mg2/dl2。当(〔Ca〕×〔P〕)>40 mg2/dl2，则Ca和P以骨盐形式沉积于骨组织;若(〔Ca〕×〔P〕)<35 mg2/dl2则妨碍骨的钙化，甚至可使骨盐溶解，影响成骨作用。

　　本研究中发现OC和TRAP分别在复合振动组和对照组增加了-9.4%、1.7%和-13.3%、3.6%，然而均无统计学意义(P>0.05)。在绝对值上OC在复合振动组比对照组增加了，而TRAP减少了，是否能一定程度说明复合振动使复合振动组骨形成增加及骨吸收减少了，还不能确定。本研究样本量少、时间短是一个影响因素。Verschueren等〔19〕研究发现，25～45 Hz频率，2.0～6.0 g振幅范围的振动能引起BMD增加和骨结构等的改变，但不能引起绝经后妇女的骨代谢指标OC、Ⅰ型胶原C末端肽显著性变化。Iwamoto等〔16〕将绝经后OP患者分成为2组：阿伦膦酸盐(ALN)组和ALN+振动组，振动组给予1次/w，4 min/次，连续12个月的20 Hz的振动刺激，结果发现，两组尿中Ⅰ型胶原N末端肽(NTX)和ALP水平都有所下降，但两组NTX和ALP下降幅度并没有统计学意义。Verschueren等〔19〕推测振动所至BMD的增加不是振动干预抑制了骨吸收，而是振动干预扭转了骨钙负平衡形成了正性平衡。本研究中〔Ca〕×〔P〕有增加的趋势，但在复合振动组和对照组间无统计学意义(P>0.171)，推测是受样本量少、时间短的影响。

　　目前对振动的成骨作用机制并不是十分清楚。主要有肌动力学说、骨血灌注增加学说。本研究及国内外的研究都认同振动所至BMD的增加不是振动干预抑制了骨吸收〔16，19〕，笔者认为可能是振动干预扭转了骨钙负平衡形成了正性平衡，振动对BMD的正性作用也可能是局部作用的结果。

　　综上所述，复合振动仪治疗OP对ALP、OC、TRAP、〔Ca〕×〔P〕短期影响无统计学意义，但绝对值有改变，长时间治疗是否对骨代谢有影响，需要进一步进行大样本量、长时间的临床研究。此外，复合振动对内分泌系统的影响及其机制也是需要探索的问题。复合振动安全简便，有望成为治疗OP的另一途径，但如何根据不同人群的特点制定适宜的振动频率、振动强度及时间参数，仍需要进一步研究探索。

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