阻力訓練的研究中,訓練時間大約都要6 週以上,對於骨骼品質才能顯著提升;
在增補冬蟲夏草的研究中,增補時間也都在4 週以上,才有顯著效果。阻力訓練是利用
骨骼承受應力而產生的骨骼重塑,冬蟲夏草的增補則是有類似雌激素的作用。對於兩種 不同的介入,希望能縮短時間來達到提升骨品質的效果,能提升變相的經濟效益。將阻 力訓練配合上冬蟲夏草的增補,是否能在更短時間內就達到提升骨品質的效果,需要進 一步的研究才能知曉。
第四節 文獻總結
阻力訓練相關研究中了解,阻力訓練對於骨品質的提升有很大幫助,即使動作形 態迥異的老鼠實驗,只要能正確的操控訓練強度與訓練量,都有實行的方法與成效;在 冬蟲夏草增補研究也發現到,中高劑量的增補能有效提升骨品質。若作阻力訓練又加上 冬蟲夏草增補是否能有加成作用,訓練或增補時間是否能縮短即可達增加骨品質的效 果,值得進一步的研究。
第參章 方法
第一節 研究動物
本實驗將使用36 隻 7 週齡雄性 Sprague-Dawley 鼠,將飼養於國立台灣師範大學生 物動物房,動物房溫度控制於攝氏22±5 度,光照與黑暗時間各 12 小時,相對濕度為 40%~60%,每日定期更換飼料、水及灌食冬蟲夏草,實驗期間每週記錄動物體重。
第二節 實驗設計
將實驗動物依體重分成4 組,實驗開始時每組平均體重相近,組別名稱分別為:
控制組(Con)、阻力訓練組(T)、冬蟲夏草組(CM)、訓練+蟲草組(TCM);訓練時 間為6 週,在訓練前、3 週、6 週時各犧牲每組 4 隻(如圖四)。冬蟲夏草增補方式,將
其磨成粉末狀再溶於2 c.c.的水中,以灌食法每天餵食(圖三),劑量以每公斤大鼠體重
的200 毫克。
圖三、以灌食法餵食冬蟲夏草
第三節 阻力訓練
第四節 靜態骨骼組織形態學分析
本研究依蘇亦秀(2013)的方法利用左腿股骨來進行靜態骨骼組織形態分析,流程 如下:取下組織後以酒精保存,利用微電腦斷層掃瞄器(Micro computed tomography, Skysacn 1176, SkyScan, Belgium),以 Al 0.5mm 濾片在X光能量在 65 千電子伏特
(kev)、輸出電流為385µA 的條件下掃描半根骨頭,在影像解析度 9 µm 環境中,每 0.5 度拍一張,每張照片暴露1580 毫秒(mini-second)。將照片利用SkyScan (CT-Analyzer, Version 1.12.0.0, SkyScan, Belgium)軟體計算下列骨骼參數:皮質骨(cortical bone)與 海綿骨(spongiosa)骨質密度(bone mineral density)、次級海綿骨區(second spongiosa)
(股骨近端生長板下之海綿骨)的骨量比率(bone volume ratio, BV/TV, %)、股骨內海 綿骨小樑厚度(trabecular thickness, Tb.Th, µm)、間距(trabecular separation, Tb.Sp, µm)、
數量(trabecular number ,Tb.N , 1/mm)與結構模型指數(skeletal mass index, SMI),再 以這些變項數據做統計分析。
第五節 統計分析
收集的資料將以SPSS Statistics 21,無母數克-瓦二氏單因子變異數分析
(Kruskal-Wallis one-way analysis of variance by ranks),分別檢驗實驗處理與時間序列的 影響,曼-惠特尼U檢定(Mann-Whitney U test)方法進行事後比較,統計顯著性為α≤
0.05。
第四章 結果
第一節 皮質骨骨質密度與骨礦物質含量
統計結果,骨質密度(cortical bone mineral density, BMD)在不同時間點各組無顯 著差異(3wks:p=0.264,6wks:p=0.164)。在不同時間下,有顯著差異(Con:p=0.035,
T:p=0.016,CM:p=0.012,TCM:0.018)。事後比較控制組、訓練組、蟲草組與訓練 +蟲草組,在第 3 週(p=0.021)與 6 週(p=0.021)顯著高於 baseline,3 週與 6 週間無 顯著差異。
圖七、各組皮質骨骨質密度 註:*與 baseline 比較(p<0.05)
*
時間(週)
組別
*
* *
* *
* *
圖六、皮質骨骨質密度變化
骨礦物質含量(bone mineral content, BMC)不同時間各組無顯著差異(3wks:
p=0.176,6wks: p=0.492),不同實驗處理在 3 週與 6 週皆有顯著差異(Con: p=0.026, T:
p=0.02,CM: p=0.007, TCM:p=0.007),事後比較控制組、訓練組與訓練+蟲草組,在 3 週與6 週都顯著高於 baseline(Con: 3wks: p=0.034、6wks: p=0.021;T: 3wks: p=0.034、
6wks: p=0.034;TCM: 3wks: p=0.021、6wks: p=0.021),6 週也顯著高於 3 週(Con: p=0.043, T: p=0.021, TCM: p=0.021);冬蟲夏草組 3 週並無顯著差異(p=0.248),6 週有顯著高於 baseline(p=0.020)和 3 週(p=0.020)。
圖九、各組皮質骨骨礦物質含量
註:*與baseline 比較;#與 3 週比較(p<0.05)
時間(週)
* * *
*
* *
* *
# # #
組別
圖八、皮質骨骨礦物質含量變化
第二節 海綿骨骨質密度與骨礦物質含量
海綿骨骨質密度(spongiosa mineral density)在實驗處理間,3 週與 6 週皆無差異
(3wks: p=0.350, 6wks: p=0.226)。在不同時間點,控制組與蟲草組有顯著差異(Con:
p=0.03, CM: p=0.049),訓練組(p=0.122)與訓練+蟲草組(P=0.268)未達顯著
。
事後 比較控制組 3 週與 6 都顯著高於 baseline (3wks: p=0.034, 6wks: p=0.021),6 週與 3 週 無顯著差異(p=1.00);蟲草組6 週顯著高於 baseline(p=0.021),3 週則無差異(p=0.248)。
圖十一、各組海綿骨骨質密度 註:*與baseline比較(p<0.05)
時間(週)
*
* *
組別 圖十、海綿骨骨質密度
海綿骨骨礦物質含量(spongiosa mineral content)在3週與6週各組皆無顯著差異
(3wks: p=0.281, 6wks: p=0.073)。不同時間點,各實驗處理皆有顯著差異(Con:
p=0.024,T: p=0.027, CM: p=0.10, TCM: p=0.024),事後比較控制組、蟲草組、訓練組、
訓練+蟲草組3週與6週皆顯著高於baseline(Con: 3wks: p=0.021 6wks: p=0.021, T: 3wks:
p=0.034 6wks: p=0.021, CM: 3wks: p=0.043 6wks: p=0.021, TCM: 3wks: p=0.021 6wks:
p=0.021),蟲草組在6週顯著高於3週(p=0.021),其餘則無差異(Con: p=0.773, T: p=0.480, TCM: p=0.885)。
圖十三、各組海綿骨骨礦物質含量
註:*與baseline比較;#與3週比較(p<0.05)
時間(週)
*
*
*
* *
* *
* #
組別
圖十二、海綿骨骨礦物質含量
第三節 骨量比率
骨量比率(percent bone volume, BV/TV, %)3 週和 6 週在各實驗處理組皆無顯著差 異(3wks: p=0.855, 6wks: p=0.147)。不同時間點,控制組沒有顯著差異(p=0.055),其 餘組別皆有顯著差異(T: p=0.020, CM: p=0.012, TCM: p=0.012),事後比較 6 週皆顯著 高於baseline(T: 6wks: p=0.021, CM: 6wks: p=0.021, TCM: 6wks: p=0.021),訓練組、蟲 草組與訓練+蟲草組3 週顯著高於 baseline(T: 3wks: p=0.034, CM: 3wks: p=0.021, TCM:
3wks: p=0.021)。
圖十四、骨量比率
圖十五、各組骨量比率
註:*蟲草組顯著大於控制組(p<0.05)
*
* * *
* *
第四節 骨小樑平均厚度
骨小梁平均厚度(trabecular thickness, Tb.Th, µm)3 週與 6 週實驗處理皆無顯著差 異(3wks: p=0.863, 6wks: p=0.356)。在不同時間點,實驗處理皆有顯著差異(Con: p=0.012, T: p=0.0012, CM: p=0.007, TCM: p=0.007),3 週與 6 週顯著高於 baseline(Con: 3wks:
p=0.021 6wks: p=0.021, T: 3wks: p=0.034 6wks: p=0.021, CM: 3wks: p=0.021 6wks:
p=0.021, TCM: 3wks: p=0.021 6wks: p=0.021),訓練組、蟲草組與訓練+蟲草組6 週顯著 高於3 週(T: p=0.034, CM: p=0.021, TCM: p=0.021)其餘則無差異(Con: p=0.083)。
圖十六、骨小樑厚度
圖十七、各組骨小樑厚度
註:*與baseline 比較;#與 3 週比較(p<0.05)
* *
* *
* *
* *
#
# #
第五節 骨小樑間距
骨小樑間距(trabecular separation, Tb.Sp)在 3 週與 6 週各組皆無顯著差異(3wks:
p=0.860, 6wks: p=0.134),不同時間點在訓練+蟲草組有顯著差異(p=0.022),其餘皆沒 有(Con: p=0.146, T: p=0.406, CM: p=0.472),事後比較訓練+蟲草組 3 週與 6 週顯著低 於baseline(3wks: p=0.043, 6wks: p=0.021),3 週與 6 週無顯著差異(p=0.149)。
圖十九、各組骨小樑間距
註:*與baseline 比較(p<0.05)
* *
圖十八、骨小樑間距
第六節 骨小樑數量
骨小梁數量(trabecular number, Tb.N)在 3 週與 6 週各組皆無顯著差異(3wks:
p=0.855, 6wks: p=0.218)。不同時間點,除了控制組(p=0.069),其餘有皆有顯著差異(T:
p=0.024, CM: p=0.030, TCM: p=0.021),事後比較 6 週皆顯著高於 baseline(T: 6wks:
p=0.034, CM: 6wks: p=0.021, TCM: 6wks: p=0.021),訓練組與訓練+蟲草組3 週顯著高於 baseline(T: 3wks: p=0.034, TCM: 3wks: p=0.021),蟲草組則無(p=0.083)。
圖二十一、各組骨小樑數量
註:*與baseline比較
* *
* *
*
圖二十、骨小樑數量
第七節 骨骼結構模型指數
骨骼結構模型指數(skeletal mass index, SMI) 3 週與 6 週實驗處理皆無顯著差異
(3wks: p=0.623, 6wks: p=0.216)。在不同時間點,實驗處理皆有顯著差異(Con: p=0.025, T: p=0.029, CM: p=0.018, TCM: p=0.015),事後比較 3 週與 6 週顯著低於 baseline(Con:
3wks: p=0.021 6wks: p=0.021, T: 3wks: p=0.034 6wks: p=0.021, CM: 3wks: p=0.021 6wks:
p=0.021, TCM: 3wks: p=0.021 6wks: p=0.021),3 週與 6 週無顯著差異(Con: p=1.000, T:
p=0.724, CM: p=0.248, TCM: p=0.147)。
圖二十二、骨骼結構模型指數
圖二十三、各組骨骼結構模型指數 註:*與baseline 比較
* * * * * * * *
第伍章 討論與結論
第一節 骨質密度與骨礦物質含量
本研究探討冬蟲夏草的增補與阻力訓練對於大鼠骨品質是否有提升的效果,本研究
結果皮質骨骨密度(如圖六)、骨礦物質含量(如圖八)與海綿骨骨密度(如圖十)、骨
礦物質含量(如圖十二),根據 Shiquemoto 等(2012)研究,利用大鼠進行 10 週負重攀 爬的阻力訓練,結果骨質密度與骨礦物質含量皆顯著提升。Ahles 等(2013)利用無負 重的攀爬方式進行大鼠阻力訓練,骨質密度也有顯著提升。Godfrey(2009)利用 6 週 齡鼠做6 週攀爬阻力訓練,結果發現骨質密度有顯著提升。Iwamoto(2004)利用 6 週
齡鼠做11 週的運動,結果發現其骨礦物質含量有顯著提升,但在骨密度上卻沒有,作
者認為在成長階段的年輕鼠,短時間的負重訓練主要增加骨礦物質含量來適應。結合上 述研究發現,大鼠阻力訓練能增加骨質密度與骨礦物質含量,但需要較長的時間才能達 到效果。
本研究利用大鼠進行 3 週與 6 週的攀爬負重訓練後骨質密度與骨礦物質含量皆無顯 著提升,推測 3 週的阻力訓練是因訓練時間過短,導致骨質密度與骨礦物質含量無顯著 差異。骨礦物質含量,經過 3 週和 6 週的阻力訓練,實驗組皆有高於的控制組的趨勢,
推測攀爬訓練有增加骨礦物質含量的效果,可能是本研究樣本數較少(每小組 n=4)、
標準差大,造成統計上不易達顯著,因此導致運動的效果不明顯。
Qi 等(2010)將摘除卵巢的母鼠進行 8 週冬蟲夏草的增補,結果對於骨質密度與骨 礦物質含量都有顯著提升。隔年 Qi 等(2011)利用 6 個月大的大鼠進行 8 週間斷式增補 冬蟲夏草,期間同時將後腿懸吊,結果骨質密度與骨礦物質含量也顯著提升。本研究對 於 7 週齡的大鼠在無後腿懸吊亦無卵巢摘除條件下,只接受冬蟲夏草的增補,結果在骨 質密度與骨礦物質含量上皆無顯著差異。綜合本研究結果與上述研究內容發現,增補冬
蟲夏草能有效提升摘除卵巢母鼠骨質密度與骨礦物質含量,但對於骨代謝旺盛的年輕大 鼠,冬蟲夏草增補對提升骨質密度與骨礦物質含量上,效果並不明顯。
第二節 骨量比率
本研究各實驗處理中沒有顯著差異(如圖十四)。Iwamoto(2000)指出 4 週齡鼠經 過 8 週運動訓練後,能有效提升骨量比率,作者指出,在成長中的年輕骨骼,骨量是骨 骼重塑的重要角色,本研究結果雖未達顯著差異,但在 6 週時,實驗介入組都有高於控 制組的趨勢,因此可能是因為訓練時間不足導致結果沒有顯著差異。
Qi 等(2011)利用 8 週間斷式,文獻利用中劑量間斷式增補 8 週對於骨量比率無 顯著提升,間斷式增補 8 週是利用 4 週的增補-4 週停止-4 週增補,結果在 4 週中劑 量連續增補對骨量比率無顯著提升,該研究提升劑量後有顯著增加骨量比率,因此本研 究骨量比率沒有顯著提升可能是因為劑量不足或增補時間太短造成的。
阻力訓練加冬蟲夏草結果並對於提升骨量比率的效果不明顯,在短時間的增補也沒 有明顯的效果。隨著大鼠年齡增加,骨量比率有顯著提升,但可能是因成長因素造成,
而非實驗介入的影響。