耐训对成长大鼠骨骼品质的影响.pdf

耐訓對成長大鼠骨骼品質的影響學生：張明曜學生：張明曜指導師指導師：黃滄海黃滄海指導師指導師：黃滄海黃滄海中華民國九十七十一月中華民國九十七十一月大綱?緒?緒?問題背景?同運動模式對骨密影響?耐訓動物實驗結果?骨密?骨骼代謝骨基質?骨基質?研究目的?研究重要性?研究方法?研究方法緒-運動與骨骼健康?運動能有效改善骨骼健康?預防化所帶的骨骼疏鬆症(osteoprosis)?預防化所帶的骨骼疏鬆症(osteoprosis)?耐訓選手骨骼發現負面的結果?骨密(BMD),骨質含(BMC)強好壞壞緒-運動與骨骼健康?動物實驗結果發現，這型運動模式骨骼強(bone strength)並沒因此而受到影響。(bone strength)並沒因此而受到影響。?的減少能斷定骨骼強變差?微觀角探討骨骼強?骨基質與骨骼膠原排結構等?骨基質與骨骼膠原排結構等緒-骨基質(bone matrix)?骨基質?有機成份?膠原纖維(type I collagen)?無機成分?氫氧磷灰石?鈣和磷酸鹽鈣和磷酸鹽緒-骨骼品質(bone quality)新觀骨骼品質?新觀骨骼品質?根據美國國家健康研究院（National Institutes 根據美國國家健康研究院（of Health,NIH）指出骨骼品質涉及?骨骼結構(architecture)?骨骼結構(architecture)?傷害積(damage accumulation)?(如顯微骨折micro fractures)?(如，顯微骨折micro-fractures)?骨骼礦化(mineralization)?新轉換(t)?新轉換(turnover)問題背景-耐訓固定運動習慣健康受試者進骨含檢測?固定運動習慣健康受試者進骨含檢測?骨含與受試者每週跑步距呈現負相關(HETLAND et al.,1993)問題背景-耐訓?5-10，15-20，25-30，40-55，60-75 mile/wk，跑步距受試者進骨密檢mile/wk 跑步距受試者進骨密檢測?20 miles/wk 增加下肢骨密?20 miles/wk 增加下肢骨密。?60-to 75-mile/wk group 下肢骨密低趨勢趨勢。(MACDOUGALL et al.,1992)問題背景-耐訓?過去研究顯示耐訓對於骨骼密並無顯著益處益處(Emslander et al.,1998;Grimston,Tanguay,Gundberg,&Hanley,1993;Robinson et al.,1995)1993;Robinson et al.,1995)?耐訓運動員與體重相近的控制組比較骨密?耐訓運動員與體重相近的控制組比較骨密並無顯著差，且比體重較重者還的差。(Soot,Jurimae,Jurimae,Gapeyeva,&Paasuke,2005)問題背景-同運動模式種運動輕性運動員進骨密檢測?12種運動輕性運動員，進骨密檢測?發現跑步選手全身骨密明顯低於其他運動項目選手。(Mudd,Fornetti,&Pivarnik,2007)?耐型運動模式與爆發形運動模式的運動族群進?耐型運動模式與爆發形運動模式的運動族群進12個月的縱向研究?爆發型運動模式下肢與腰椎股的骨密結果都?爆發型運動模式下肢與腰椎股的骨密結果都較耐型運動模式的受試者的好。(Bh Pi hl A li&Ljh ll 1997)(Brahm,Piehl-Aulin,&Ljunghall,1997)問題背景-同運動模式?排球、橄欖球等需要較多高衝擊性負荷的運動模式研究顯示?這型運動選手骨密明顯高於跑步選手(Egan,Reilly,Giacomoni,Redmond,&Turner,2006)?衝擊性越高的運動受試者有較高骨密的趨勢(Dook,James,Henderson,&Price,1997)問題背景-骨骼代謝?在耐訓骨骼代謝指標呈顯結果並非負面(Hetland et al 1993;Thorsen et al 1997)(Hetland et al.1993;Thorsen et al.1997)問題背景-骨骼代謝?接受長期耐訓12以上的馬松選手(Brahm et al 1998)(Brahm et al.,1998)問題背景-小結?適當耐訓對骨骼有正面效果?高強耐訓似乎對骨骼健康產生負面效果?高強耐訓似乎對骨骼健康產生負面效果?這型選手是否有較高的骨折風險?高衝擊性運動相較於低衝擊性運動?高衝擊性運動相較於低衝擊性運動?高衝擊性運動對骨骼益處高於低衝擊性?高衝擊性運動適合特殊族群?高衝擊性運動適合特殊族群?骨骼代謝指標非負面影響耐訓對於骨骼或許是直接造成的增加而是?耐訓對於骨骼或許是直接造成的增加而是品質改變。問題背景-動物實驗週大的大鼠每天進 小時以速?10週大的大鼠每天進2小時以26.8m/min速分別進5天與10天的訓?脛骨與股骨骨密並無顯著差。(Forwood&Parker,1992)?週齡滿七週大鼠進八週耐訓，每週進五天的運動訓，運動強12m/min每天進20分鐘逐漸增加至22m/min每天60分鐘。/?跑步訓組與控制組在脛骨與股骨骨密並無顯著差。(Huang et al.,2003)(Huang et al.,2003)問題背景-動物實驗生物學壓斷測試卻顯示運動組骨骼組織?生物學壓斷測試卻顯示，運動組骨骼組織?能吸收能（energy absorption capacity）?服點後能（post-yield energy）(Huang et al.,2003；2008)問題背景-動物實驗?高強耐訓為期一?運動組分別在胸椎、腰椎及髂骨（ilium）的骨?運動組分別在胸椎、腰椎及髂骨（ilium）的骨質密顯著低於控制組6.5%9.5%?生物學壓斷測試卻發現骨骼強與控制無顯?生物學壓斷測試卻發現骨骼強與控制無顯著差?骨骼組織骨基質分析發現骨骼膠原(bone?骨骼組織骨基質分析發現骨骼膠原(bone collagen)排較佳(Puustjarvi et al.,1999)問題背景-骨骼品質?透過熱的方式使屍體(human cadaveric bone)骨骼膠原變質骨骼膠原變質?(37-200)造成樣本膠原同程變質?膠原變質：硬(stiffness)&強韌(toughness)g?未變質膠原:彈性系(elastic modulus)維持一致。(Wang et al.,2001)問題背景-骨骼品質?骨基質?礦化(mineral)硬(stiffness)(Viguet-Carrin et al.,2006)()()?膠原collagen能吸收(absorb energy)總結Endurance trainingBone turnover()training()Lower BMC&BMDImprove bone quality()Bone strength問題背景-動物模型公鼠為實驗對象的研究上發現為讓運動組與?公鼠為實驗對象的研究上，發現為讓運動組與控制組體重有相同的趨勢，刻意藉由飲食控制方法達到此效果。?骨密與骨質含明顯優於控制組。骨密與骨質含明顯優於控制組(Davicco et al.,1999;Joo,Sone,Fukunaga,Lim,&Onodera,2003)?刻意控制飲食使大鼠處於自然環境。研究目的?探討耐訓對成長中大鼠骨基質與骨骼強之關係。之關係?骨骼膠原的排(orientation)與含(content)?探討飲食控制動物模型對骨骼健康的影響即?探討飲食控制動物模型對骨骼健康的影響即可適用性。研究重要性?藉由動物實驗進一步實證低衝擊性耐訓運動，對改善骨骼品質與提升骨骼強之助運動對改善骨骼品質與提升骨骼強之助益，所得之研究結果可提供無法從事高衝擊性運動族群(如：人、骨質疏鬆症患性運動族群(如：人、骨質疏鬆症患者)多一種運動選擇。研究方法?實驗動物?實驗設計?運動訓設計?血液樣本收集分析?肌肉樣本收集分?骨骼樣本收集分析?骨基質含與排分析?生物學壓斷測試生物學壓斷測試?統計分析實驗動物?48隻Wistar rat(male)?環境溫約221?環境溫約221?光照與光照時間各為12個小時?記每週體重變化實驗設計實驗設計?動物平均分配成四組:?飲食控制給於運動組平均攝取。飲低強高強控制組飲食控制組maleN=12N=12N=12N=12運動訓設計運動訓設計?運動訓內容根據先前研究(Huang et al.,2008)方法。?動物跑步機為訓工具進八週；5 days/wk?低強:第一週：12m/min15m/min；?低強:第一週：12m/min15m/min；20min60min；第四週：增加至22m/min,60min。60min。?高強：第一週：15m/min18m/min；20min60min；第四週：增加至30m/min 20min60min；第四週：增加至30m/min,60min。運動訓設計運動訓設計全部動物於犧牲前第十天與第三天注射螢光劑?全部動物於犧牲前第十天與第三天注射螢光劑?calcein，8mg/kg b.w.。(Iwamoto et al.,1999)?八週運動訓結束後第三天，所有動物於腹膜下注射pentobarbital（65mg/kg）深麻醉後，注射pentobarbital（65mg/kg）深麻醉後，斷頭採血並採取骨骼樣本血液樣本收集與分析血液樣本收集與分析血液採集後在轉進分鐘心處後將?血液採集後在1500轉進20分鐘心處後將血清存放於80。?ELISA(Enzyme-Linked ImmunoSorbent Assay)?骨生成指標:osteocalcin?骨生成指標:osteocalcin?骨吸收指標：tartrate-resistant acid phosphatase(TRAP)activityphosphatase(TRAP)activity?生長因子:insulin-like growth factor I(IGF-I)?檢測壓賀爾蒙 Ctit?檢測壓賀爾蒙 Corticosterone 肌肉樣本收集與分析肌肉樣本收集與分析證明耐運動對於大鼠有氧代謝能是否有改變?證明耐運動對於大鼠有氧代謝能是否有改變?心臟(heart)()?橫膈膜(diaphragm)?伸趾長肌(extensor digitorum longus)?伸趾長肌(extensor digitorum longus)?比目魚肌(soleus)檢測檸檬酸合成酶活性（h?檢測檸檬酸合成酶活性（citrate synthase activity）骨骼樣本收集與分析骨骼樣本收集與分析左右腳脛骨與股骨去除附著於骨骼的軟組織?左、右腳脛骨與股骨去除附著於骨骼的軟組織?左脛骨左脛骨?骨骼組織型態學分析?福馬固定24小時後，以10%EDTA進四週脫鈣，?福馬固定24小時後，以10%EDTA進四週脫鈣，再經脫水後包埋片後以Hematoxylin&Eosin（H&E）。（H&E）?TRAP染色，標定破骨細胞，以計算破骨細胞。骨骼樣本收集與分析骨骼樣本收集與分析?右脛骨?動態組織學分析?動態組織學分析?Image Pro Plus 5.1 for windows 分析軟體?計算斷面幾何據?計算斷面幾何據?寬，高?骨骼斷面?骨骼斷面?Total area,marrow area,cortical area,l h kcortical thickness?骨生成比(mineral surface/bone surface)骨基質含與排分析骨基質含與排分析?以Ptji的方法?以Puustjarvi的方法?以偏光顯微鏡攝得未染色骨骼組織片影像，針對脛骨皮質骨的膠原排進分析骨皮質骨的膠原排進分析。?高效能液態分析(HPLC)法?骼組織之膠原含（collagen content)?膠原之酵素性或非酵素性之交叉結（crosslinks）?Pyridinium crosslinks(PYD)?定戊素(pentosidine)的方式分析膠原化（glycation）的情形。骨骼樣本收集與分析骨骼樣本收集與分析?右股骨?Micro-CT Skyscan 1076 Kontich?Micro-CT,Skyscan 1076,Kontich,Belgium?3D結構掃描並計算骨密?3D結構掃描並計算骨密生物學壓斷測試生物學壓斷測試?採用三點彎曲壓斷模式?美國MTS公司所生產製造之MTS-819高速動態?美國MTS公司所生產製造之MTS 819高速動態材測試系統。?伏點負荷值（yield load）斷負荷值?伏點負荷值（yield load）、斷負荷值（ultimate load）、伏點前能值（i ld）伏點後能值（pre-yield energy）、伏點後能值（post-yield energy）、骨骼斷能值（l i ld）（ultimate load energy）生物學壓斷測試生物學壓斷測試?骨骼組織在壓斷後進斷面攝影?Image Pro Plus 5.1 for windows 分析軟體?計算皮質骨(cortical bone)斷面面積及厚，計算斷面轉動冠矩(CSMI)?應（stress）與應變（strain）值，而可得?應（stress）與應變（strain）值，而可得?骨骼組織之伏點應值（yield stress）、斷應值（ultimate stress）、應值（ultimate stress）?伏點前強韌值（pre-yield toughness）、伏點後強韌值（post-yield toughness）、伏點後強韌值（post yield toughness）、骨骼斷強韌值（ultimate load energy）統計方法統計方法?本實驗分析所得之據以one-way ANOVA 進性別與運動之間差性之比較，當p 值.05 時，性別與運動之間差性之比較當p 值05 時以Fishers LSD方法進事後比較。?骨骼生物學值與骨基質及骨骼組織型態等相?骨骼生物學值與骨基質及骨骼組織型態等相關值，進逐步回歸分析(step-wise regression)觀察這些與骨骼強之關係。regression)觀察這些與骨骼強之關係。