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落地運動對骨骼的影響之動物實驗評析

從本研究所搜尋的文獻顯示,使用落地動物模型之研究數量並不多,如表 1 所呈 現,至今僅有 5 篇(其中包括本人一篇會議報告之研究成果)。以下依動物種類、運動 強度、運動頻率、運動效果分別探討:

一、動物種類

在五篇的落地運動與骨骼效果的相關研究中,除了一篇是以12 週大的白來亨雄雞 (white Leghorn rooster) 作為實驗動物 (Judex & Zernicke, 2000b) 以外,其餘皆使用 6.5 或7 週大的雌性大鼠 (Lin et al., 2011; Welch et al., 2008; Welch et al., 2004; 林欣仕等,

2010)。就年齡而言,這些研究主要著重於落地訓練對於成長期的骨骼效應。然而,就 動物種類方面,各研究者則有不同的想法。以使用公雞為例,主要的特色在於模擬人類 落地時的雙肢型態,但公雞的骨骼與生理之構造,相較於大鼠與人類骨組織而言,則相

似度較低。因此,使用兩種動物的考量各有不同,但亦各有優劣。

二、運動強度

落地的運動強度主要受落下高度的影響,高度越高骨骼必須承受的負荷也越高,因 而此類研究可在高度設計上作改變以調整運動強度。從文獻顯示,Judex與Zernicke 使 用的運動強度是50 至 60 公分之高度 (Judex & Zernicke, 2000b),不同於Welch等人的 30 公分、45 公分、60 公分 (Welch et al., 2008; Welch et al., 2004),也與Lin等人使用的 40 公分不相同 (Lin et al., 2011; 林欣仕等,2010)。在另一方面,若以生物力學儀器測量運 動強度,也呈現許多差異的存在,例如Judex與Zernicke並未使用測力板收集地面反作用 力,而是透過手術的方式加裝形變裝置感應器於骨骼,進而獲取骨骼形變率的資料。根 據其結果顯示,落地時的跗蹠骨形變率高於走路 7.4 倍。至於Welch等人與Lin等人雖然 都使用雌性大鼠為研究對象,亦均使用測力板為評量工具,但地面反作用力的結果卻呈 現相反。

Welch研究的動物落地時的肢體所承受的地面反作用力由前腳的 13-17 倍體重至後 腳的4-7 倍體重 (Welch et al., 2004),明顯不同於本實驗室先前研究的前腳 4-5 倍體重至 後腳的 10-15 倍 (Lin et al., 2011; 林欣仕等,2010),造成這樣的差異應是標準化 (normalized) 的方式不同。在地面反作用力的數據標準化過程中,兩篇研究者都是用地 面反作用力的峰值除以體重,不同之處在於Welch是以前腳的地面反作用力除以前半身 的體重,後腳的地面反作用力除以後半身的體重,本研究則是皆除以全身的體重,加上 Wistar品種的大鼠全身體重分佈(後半身高於前半身),因而造成先前的測量結果後腳有 較高的地面反作用力。從以上的文獻,只能確定各項研究所設計的高度均能造成足夠的 衝擊力作用於骨骼,但相互間在比較仍有困難之處。

三、訓練頻率

Judex與Zernicke每天讓動物進行 200 次的落地,連續訓練三天休息一天,為期三週 (Judex & Zernicke, 2000b)。Welch則使動物進行每天 10 次的落地、每次休息 10 秒鐘、

每週五天、為期8 週 (Welch et al., 2008; Welch et al., 2004)。Lin等人的研究則與Welch 相同,差別在於Lin的研究只有為期一週,屬短期研究 (Lin et al., 2011; 林欣仕等,2010)。

因此,除了與Judex和Zernicke的運動頻率不同之外,其餘大致相同。

Judex & Zernicke (2000b)

四、運動效果

Judex Zernicke透過動態組織型態學分析顯示,骨內外膜的骨生成率 (bone formation rate) 經落地訓練達顯著增加。此研究主要強調高形變率與骨代謝率之間的關 係,但缺乏骨強度的分析,並無法證實訓練是否對骨骼材料特性有所影響 (

Judex &

Zernicke, 2000b)。Welch的研究則顯示,訓練後大鼠的尺骨與橈骨的骨強度均顯著增加,

但效果僅限於前腳,後腳的股骨則未具有差異水準 (Welch et al., 2008; Welch et al., 2004)。Lin等人的研究則顯示 5 天的短期訓練後,可增進尺骨之骨生成率與骨強度 (Lin et al., 2011),然而,卻會造成股骨的骨骼幾何參數與骨強度都低於控制組(林欣仕等,

2010)。相較於實驗大鼠的前腳而言,後腳的落地模式較能模擬人類落地動作,但過去 的研究無法呈現較系統性且結論性的結果,有待規劃更完整之研究以釐清。

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