达能营养中心第五届学术研讨会论文集

李可基
北京大学第三医院运动医学研究所，北京 100083

　　关键词:　骨质疏松症　体力活动　营养素　钙

　　中图分类号：R153.3　R151.2　　　文献标识码：A

Roles of physical activity and nutrition in osteoporosis treatment and prevention

Li Keji

Institute of Sports Medicine, the Third Hospital, Peking University, Beijing 100083，China

　　Abstract： Peak bone mass and osteoporosis are influenced by genetic factors. Hormonal level reduction is the internal and intrinsic cause of osteoporosis. Physical activity improves bone biomechanical property and increase peak bone mass. Adequate exercise is helpful to reduce bone loss and fracture risk in elderly. It is safe and beneficial to bone health to follow Chinese RNI for calcium to meet nutritional requirement for bone metabolism.

　　Keyword： osteoporosis， physical activity， nutrients， calcium

　　骨质疏松症对人类健康的威胁，随着人类寿命的延长而突现出来。骨质疏松症的危害是骨的脆性增加，易发生骨折。在成年早期最高骨量（骨量峰值）基础上，随着骨矿物质密度（BMD）的降低，骨折的危险增加。在骨量峰值基础上，BMD每降低10％，骨折的危险增加1.5～3倍。衰老过程引起的原发性骨质疏松，主要是绝经后雌激素水平下降和老年期雄激素水平降低等原因所至，表现为骨组织的新陈代谢（骨重建）过程中，破骨速率大于成骨速率。虽然健康的骨骼需要规律的体力活动、良好的钙营养和正常激素水平的共同支持，但是内分泌功能作为机体的内在机制，在骨代谢稳态中起支配作用，那么运动和营养因素又扮演着什么角色呢？ 1　运动和营养因素对骨代谢的影响

　　BMD水平与骨质疏松症家族史呈负相关关系，反映了遗传对骨代谢的决定性影响[1]。另一方面，骨组织的生长发育和代谢在遗传控制的基础上又受到环境因素的影响。在正常生理条件下，运动因素和营养因素通过它们与机体内分泌系统的相互作用影响骨组织的生长、塑造和重建过程。

11　运动

　　运动通过肌肉和肌腱对骨组织形成直接的机械刺激。很多研究者观察到肌肉量与骨量的正相关关系[2，3]，而肌肉量与运动量也呈正相关关系，因此间接反映了骨所受到的运动刺激的强弱。如网球运动员持拍手臂和舞蹈演员的双腿肌肉体积大，骨量也更高。机体不同部位运动强度的差异，也影响相应部位的骨量[4]。还有一些研究显示，运动对骨代谢的影响更突出的表现在皮质骨的骨量变化上[5]。

　　运动对骨组织的直接机械刺激还可以体现在承重性的体力活动上[6，7]。长期卧床或生活在失重的太空环境，骨量可以明显降低；而参加规律的承重运动者的总体骨量高于缺乏运动者。很多学者报道，BMD与体重、身高、体质指数（BMI）正相关，也都反映了这种承重对骨骼的刺激作用[7]。

　　运动还可以通过改善骨组织的血液循环、调节一些有关的生理代谢过程而间接影响骨的代谢[8]。如中等强度的体力活动可以刺激雌激素、雄激素和生长激素的分泌，抑制破骨作用、促进成骨作用。户外运动，接触阳光多，有助于保证维生素D的代谢转换，促进钙的吸收和骨组织的矿化。

　　运动不仅可以增加骨量，在骨的塑造过程中，运动通过参与骨组织结构的生长和改造，改善其生物力学性质。机体不同部位参与的不同方向的运动，使骨组织对这些机械刺激产生适应性反应，加强相应部位或区段的结构，并使其能够承受对应方向的更大应力负荷。这种力学作用可以影响骨折的发生以及预防。 12　营养

　　骨组织的构成包括有机质和无机质。有机质中的主要成分是蛋白质，还包括多糖和其他生物活性分子，如维生素和细胞因子等。无机质的主要成分是钙，还包括磷、镁、钠、氯、钾和氟、锰、锌、铜等微量元素。这些成分中的矿物质、维生素和合成蛋白质所需的必需氨基酸等都需要从膳食中供给。因此，理论上讲，如果膳食中这些营养素摄入量长期不合理，都会影响骨组织的健康。根据这些营养素膳食供给、体内代谢和生理功能情况，影响骨代谢的营养因素常常强调钙和维生素D。

　　目前，钙营养对骨代谢的影响是最受关注的问题。在生命的各个时期，都可以观察到BMD与钙的摄入量呈负相关关系。未成年期和成年早期的钙营养不良，可以导致骨量峰值的降低；而成年中后期和老年期充足的钙供给，有助于保持骨量和减少骨量的丢失[9，10]。但是，有关钙的适宜摄入量，还存在争议。

　　一些研究结果显示，有助于防治骨质疏松症的钙摄入量应在1000mg/d、甚至2000mg/d以上。这里的问题是：（1）骨骼含有多种矿物质元素，人们只是强调了钙，因为钙在骨骼中的含量最高。但是当机体通过钙补充剂摄入大量的钙时，其他矿物质的摄入量并没有成比例的增加。从骨骼中这些元素的含量看，这并不能保证正常元素比例的骨组织构成。（2）很多人群的钙摄入量很低，但是他们的骨钙含量并没有显著异常。例如，当代美国人在成年以前和成年以后，每日的钙摄入量并没有达到目前的推荐量（青少年1300 mg/d, 18～50岁1000 mg/d, 50岁以上1200 mg/d），而他们男女性的BMD分别维持为>1400g和1200g的正常范围内[11]。（3）因此，除遗传、内分泌和运动这些对骨代谢有决定性影响的因素之外，过分强调钙的营养有失片面。在机体得不到现在所认为的最佳钙摄入量时，必然有一定的适应机制使机体在较低的钙摄入量时，仍能达到相当高的骨量水平。其中可能有运动的刺激、更多的暴露于阳光而增加维生素D的合成、通过某些机制增加钙的吸收等[11]。上述观点已得到一些研究的支持证据，如宇航员在太空中的骨量丢失与钙摄入量变化无关[7，12]，不仅说明承重体力活动对骨量保持的重要性，也说明较高的钙摄入量不能保持骨量。在对比运动和钙营养对骨量影响的研究中，承重运动和体重使骨量增加，而钙摄入量的影响没有显著性[13]。在青少年对象的试验中可见，补钙使骨矿含量（BMC）增加17.9％，而停止补钙一年以后，骨量仅高于对照组5％，且差别没有显著。作者认为增加钙供给只是使骨代谢的转换率产生了移过性的降低，而并没有改变骨量增加的长期趋势和速率[14]。

　　因此，在传统膳食无法满足这样高的钙摄入量时，人为改变膳食习惯和应用钙制剂是否对骨代谢有益、是否会带来一些意外的不良作用还需要更多的观察和研究。而更值得探讨的问题是现代生活方式的改变对钙需要量的影响。体力活动的减少、化妆品的应用和户外紫外线接触的减少是否增加钙的需要量？传统膳食结构的改变对钙的生物利用度和需要量又有何影响？至少，以前有关钙需要量的数据回答这些问题存在明显的局限性。

　　中国营养学会制订的钙推荐摄入量（RNI）低于美国人新近制订的膳食供给标准[15]，如果考虑到中国人膳食钙的利用率较低这一因素，那么与发达国家相比，不仅我国居民膳食可达到的钙供给量低，实际吸收利用的钙可能更低。虽然在目前的科学认识水平上，这个量的合理性有一定的理论依据，但并不是阐明这一问题的结论。

　　在中国居民目前膳食钙实际摄入量较低的情况下，特别是对于青少年来讲，更应强调体力活动的重要性，因为运动可以对抗钙摄入量不足对骨量增加的不利影响，使其骨量能够保持增长[11]。

　　维生素D是钙代谢和骨代谢调节的关键因子，可以促进钙吸收和骨矿化。人体内可以合成维生素D，这一过程需要紫外线的作用。在老年期，机体的合成转化能力降低，加上得不到充分日照的机会增加，老年人发生维生素营养不良的危险也同时增加[14]。因此，建议高龄老人补充不需代谢转换的活性维生素α－ D3。

　　骨的代谢还包括其他的一些矿物质元素[15]。磷在骨矿化中的作用几乎与钙同样重要，在肠道的吸收、肾脏的排泄、以及骨组织的矿化过程中，都要求一定的钙磷比例。由于膳食中磷来源较广，不易缺乏。所以在影响骨代谢的营养因素中更多的强调了钙。氟刺激成骨作用，也有预防龋齿的作用。但是否是一种人类的必需营养素还未定论，用于骨质疏松的预防和治疗也还有争议。锌缺乏可以导致生长迟缓，包括骨组织。

　　一些维生素也参与骨的代谢[15]。维生素K参与骨钙素的形成，骨钙素可以促进成骨作用。有学者报道，在老年妇女中，血浆维生素K水平与骨折发生率呈负相关关系，与BMD呈正相关关系。但是，目前尚没有充分证据说明维生素K缺乏可以导致骨质疏松。维生素A通过某种未知的机制参与调节骨重建过程中成骨和破骨作用的偶联，还参与氨基多糖的代谢。动物试验观察到维生素A缺乏可以造成骨组织的过度生长，而大剂量维生素A可以刺激骨吸收。维生素C参与胶原蛋白合成过程中的羟化反应和氨基多糖的合成，缺乏时，可以抑制胶原和蛋白多糖的合成，造成骨形成障碍。

2　体力活动预防和治疗骨质疏松症的作用

　　理论上讲，如果人后半生骨量丢失的速度保持不变，那么在成年早期形成的较高骨量，可以使骨组织在老年期也保持相对高的骨量，而延迟骨质疏松的发生。运动有助于形成更高的骨量峰值。Vuori在30～55岁的绝经前妇女中进行承重性训练，包括有氧和力量练习，在12～18月以后，BMD有不同程度的增加，最多可达3％[16]。Barley报道，参加休闲运动的青年男女的BMD比同年龄不运动者分别高9％和17％，运动在青春期前的儿童也同样有利于骨骼的生长[17]。但是，运动带来的这种有益于骨骼健康的作用，是否可以影响生命晚期的骨折发生率，目前还没有资料。有学者提出，较高的骨量峰值在骨量随着年龄增长而丢失的过程中，可能并没有优势，保持不了更高的骨量[16，18]。但是，如果在一生中坚持运动锻炼，可以保持相对高的骨量[2～5]。

　　对于绝经后妇女和老年人，通过运动是否可以达到绝对骨量的增加还存在争议。早期的研究曾报道运动训练可以增加绝经后妇女的骨量， Kohrt还报道，如果同时使用激素替代疗法，通过运动所能达到的骨量增加可以进一步加倍[19]。但是，后来许多设计更严谨、条件控制更严格的研究，没有观察到老年人和绝经后妇女运动训练后绝对骨量的增加。目前更为一致的观点认为，运动有助于减少骨量的进一步丢失，而缺乏体力活动可以加速骨

量的丢失。这对于老年期骨骼的健康已经是非常宝贵了。此外，运动还可以减少老年人发生跌倒的危险和骨折的发生率。

　　虽然运动减少骨量丢失的有效运动剂量还难以准确地把握。这里可以提出的建议是：对于骨骼强度还可以承受较大运动量的人群，有益于骨骼健康的运动强度应达到中等以上、包括多肌群参与的多方向运动。

3　营养因素预防和治明疗骨质疏松症的作用

　　钙摄入量始终是骨质疏松症防治过程中最受重视的因素。有明确的人群数据显示，不论是在青少年女性人群还是老年人群[9，20]，钙营养不良都可以造成BMD水平降低。Holbrook报道的一个14年前瞻性研究表明，在50～76岁的男女性人群中，钙摄入大于每天765mg者发生骨折的危险降低60％[10]。但是，在英国的一项队列研究结果中，通过数据校正，避免BMI、年龄、血清骨钙素水平对BMD的交互影响，受试者在调查期间每日钙摄入量223～2197 mg的范围内，膳食钙摄入量和其他营养指标与BMD水平的变化均不相关[21]。虽然饮食习惯的变异对BMD的长期变化趋势会有一定影响，使作者用现况的钙摄入量来推断调查对象的BMD存在一定的局限性。但是其结果还显示绝经早期妇女的钙摄入量与血清骨钙素相关，这预示着钙摄入量会影响绝经后成骨与破骨的代谢平衡，可能还会影响其骨密度的长期变化。因此，仍然不能否定膳食钙对BMD的影响。

关于骨量峰值，遗传可能起着更为决定性的作用，运动和内分泌也有明显的影响，而增加钙供给的作用同样不确定。虽然很多研究报道，在未成年和成年早期，增加钙的供给，可以增加量骨，并推测可以增加骨量峰值。但是，在一项青少年人群中进行的试验中可见，虽然补钙使BMC增加，而停止补钙一年以后，骨量与对照组没有显著差别[13]。因此，要证实钙摄入量在多大程度上影响骨量峰值，还需要更长时间和更大人群的前瞻性试验。

还有报道，运动促进骨量增加的作用有赖于钙的营养。Specker认为，只有钙的摄入量达到每天1000mg以上时，运动才可以促进骨量的增加[22]。这里还应注意到一个现象，在众多没有能够观察到运动增加骨密度的工作中，3个报道运动增加骨密度研究的试验对象的钙摄入量都超过1500mg/d [23～25]。虽然由于目前在这些研究中还无法分辨运动对钙代谢的影响以及其中的机制，运动是否增加钙的需要量也无法确定。但是，很多学者认为，摄入1000～1500mg钙首先是安全的，其次通过服用市场上各种钙补充剂达到这个摄入水平也是可行的。

在一些人群试验中，补充维生素K可以使老年妇女的BMD增加，但是当维生素K的摄入量超过2 μg/kg BW时，并没有使BMD进一步增加[26]。大豆中含有一类具有雌激素活性的物质——大豆异黄酮，可抑制破骨细胞，还具有心血管保护和预防肿瘤的作用。一些研究报道，日本妇女股骨颈骨折发生率低于美国妇女，与其大豆制品的服用量高有关。日本妇女乳腺癌的发生率低也部分归因于此。但是，没有确凿的证据说明大豆异黄酮可以增加人类的骨密度，而过量补充还可能有不同的副作用[27]。此外，近年来还有报道一些具有抑制胆固醇合成的天然植物成分有促进成骨的作用，一些补肾、强壮的中药有改善骨质疏松的作用，其中也包括一些药食同源的品种。

4　小结

　　骨骼的健康需要三个支点：规律的体力活动、良好的钙营养和正常的激素水平。通过运动改善骨的生物力学性质和达到尽量高的骨量峰值，并通过终生的体力活动减少骨量的丢失，有包括减少骨折发生危险在内的多方面健康促进作用；而遵从我国RNI的钙推荐量有益于骨骼的健康，也不存在安全问题。合理的营养措施应强调平衡膳食，在适宜的钙供给量之外，应同时兼顾维生素D、K的营养。激素水平的降低是造成骨质疏松的内在和本质原因，内分泌功能的调整是防治骨质疏松的关键措施之一，膳食中某些植物成分具有内分泌调节作用。为保持骨骼的健康，建议在一天中进行多次承重的、多肌群参与的多方向运动。由于骨骼在发生结构性损伤以后，修复再生能力有限，应更为重视骨质疏松症的预防。

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