1.Обзор
В настоящее время около 200 миллионов человек в мире страдают остеопорозом, из них около 1,5 миллиона пациентов ежегодно страдают от переломов, включая около 1/3 переломов позвонков, 1/5 переломов бедра, 1/6 переломов запястья и 1/6 других переломов. около 20% пациентов с переломами оказываются прикованными к постели в течение одного года из-за респираторных, сердечных и цереброваскулярных заболеваний, которые в конечном итоге приводят к смерти [1]. Большинство современных исследований по лечению остеопороза в настоящее время сосредоточены на внутренних болезнях, которые трудно продвигать из-за использования эстрогена, кальция, активных витаминов, кальцитонина и фторида, хотя они и обладают определенной эффективностью, но побочные эффекты велики и дороги. ВОЗ четко обозначила три основных принципа лечения ОП: прием добавок кальция, лечебная физкультура и модификация диеты.
1.1 Определение Остеопороз (ОП) был впервые предложен Поммером в 1885 году и определен Четвертым международным симпозиумом по остеопорозу в 1993 году как системное заболевание костей, характеризующееся снижением костной массы и ухудшением микроструктуры костей, что приводит к повышенной хрупкости костей и переломам. Для него характерно снижение костной массы, включая уменьшение доли костного минерала и костного матрикса; ряд явлений дегенерации костной микроструктуры, таких как резорбция кости, истончение, разрежение и даже разрушение костных трабекул; увеличение хрупкости кости, снижение прочности и способности выдерживать первоначальную нагрузку, что делает ее легко разрушаемой даже при действии небольших внешних сил. Это говорит о том, что остеопороз — это не болезнь, а состояние. Рисунок 1 наглядно демонстрирует суть остеопороза, т.е. уменьшение костной массы, при этом соотношение минеральных и органических веществ в костной ткани остается нормальным.
1.2 Классификация В зависимости от степени поражения ОП можно разделить на системный остеопороз и ограниченный остеопороз. Здесь мы рассматриваем в основном системный остеопороз. Он включает в себя.
(1) первичный (физиологический) остеопороз
Это физиологическое дегенеративное поражение, которое должно возникать с возрастом, и является наиболее распространенным типом. Среди них его можно разделить на два типа, тип I — постменопаузальный остеопороз, наблюдается у женщин в постменопаузе из-за снижения уровня эстрогена, приводящего к остеопорозу.
Тип II — старческий остеопороз, который обычно возникает у пожилых людей старше 65 лет.
Тип I и тип II часто встречаются вместе
(2) Вторичный остеопороз. Это остеопороз, вызванный другими заболеваниями или иными причинами. Например: гипертиреоз, гиперадренокортицизм, диабетический остеопороз и т.д.
(3) Идиопатический остеопороз. Обычно встречается у подростков или взрослых в возрасте от 8 до 14 лет, с семейным анамнезом и чаще у женщин.
1.3 Этиология и патогенез остеопороза
Этиология первичного остеопороза и его патогенез до сих пор недостаточно хорошо изучены. Среди множества возможных причин первичного остеопороза большинство ученых в настоящее время считают, что основными причинами являются дефицит эстрогенов и кальция. Снижение костной массы может быть обусловлено двумя факторами: с одной стороны, уменьшением образования костной ткани, а с другой — увеличением ее резорбции. Поэтому различные факторы, которые могут привести к снижению образования костной ткани и увеличению ее резорбции, могут привести к остеопорозу.
(1) Возрастной фактор
Первичный остеопороз чрезвычайно часто встречается у пожилых людей. Он чаще встречается у женщин после менопаузы и у мужчин после 55 лет. У женщин остеопороз начинается раньше и встречается в несколько раз чаще, чем у мужчин.
(2) Эндокринные факторы
Эстроген может уменьшать резорбцию костной ткани и увеличивать синтез органических веществ в кости, обеспечивая место для отложения солей кальция. После менопаузы уровень эстрогенов у женщин снижается, что приводит к дефициту кальция и влияет на образование органического вещества, приводя к остеопорозу. Снижение уровня андрогенов влияет на образование белка и является одной из основных причин остеопороза у пожилых мужчин. Другие гормоны, связанные с остеопорозом, — это паратиреоидный гормон, кальцитонин и активный витамин D.
(3) Питательный статус
Суточная потребность организма составляет около 600-800 мг кальция. У женщин в постменопаузе суточная потребность составляет 1500 мг, весь этот объем должен быть получен из рациона. Если потребление кальция недостаточно, для поддержания нормального уровня сывороточного кальция его необходимо извлекать из костей. Ежедневное потребление кальция женщинами в постменопаузе в Китае составляет около 300-400 мг. Наше питание приводит к длительной диете с низким содержанием кальция, что является основной причиной остеопороза. Неправильное питание также может вызвать острую нехватку белка, что приводит к остеопорозу.
(4) Образ жизни и механическая активность
Физическая активность оказывает большое влияние на кости. Чем больше активность, тем сильнее тяговое усилие на кость, что может способствовать превращению остеокластов в остеобласты и образованию новой кости. Длительное безделье и различные причины неиспользования, связанные с недостаточной механической стимуляцией кости, приводят к меньшему образованию костной ткани и большей резорбции кости, что приводит к остеопорозу. Переломы и заболевания костей также могут привести к остеопорозу после длительной фиксации. Отсутствие активного отдыха и недостаточное количество солнечного света, приводящее к недостатку витамина D, также являются причинами остеопороза.
1.4 Общие принципы лечения остеопороза
(1) Увеличение костной массы и замедление потери костной массы
Принято считать, что рост костной массы происходит в возрасте до 20 лет, а потеря костной массы начинается постепенно после 40 лет. Поэтому в период роста костной массы, то есть в подростковом возрасте, необходимо активно заниматься спортом, чтобы максимально увеличить пик костной массы и сохранить ее на более длительный срок.
Gao Ping, Xu Ling [3] и др. определили и проанализировали показатели минеральной плотности костной ткани (МПК) у мужчин и женщин-спортсменов в Китае, которые занимались высокоинтенсивными тренировками более 8 лет, и обнаружили, что пиковая минеральная плотность костной ткани как у мужчин, так и у женщин-спортсменов была выше, чем у населения в целом, на всех исследуемых участках, что было статистически значимо. Zhao Jiexiu [4] и др. произвольно отобрали 171 студента мужского пола с факультета физического воспитания и химического факультета Южно-Китайского нормального университета и проверили их BMD и индекс массы тела, и результаты показали, что группа спринта, например, группа боевых искусств, имела более высокие показатели BMD по сравнению с контрольной группой, причем разница была весьма значительной (P<0,01). Эти результаты свидетельствуют о том, что физические упражнения оказывают положительное влияние на накопление пиковой костной массы, особенно у подростков на этапе роста, и что умеренные физические упражнения могут уменьшить возникновение остеопороза в будущем за счет эффективного увеличения пиковой костной массы. В возрасте потери костной массы, т.е. после 40 лет, особенно в период менопаузы у женщин, необходимо приложить усилия, чтобы отсрочить потерю костной массы; на стадии быстрой потери костной массы необходимо принять соответствующие терапевтические и профилактические меры. Чжан Линь и другие [5] провели шестимесячное исследование 75 постменопаузальных женщин-преподавателей в Университете Цинхуа, выполняя фитнес-упражнения в группе упражнений и такую же повседневную жизнь в контрольной группе, и результаты показали, что влияние упражнений на поддержание костной массы у постменопаузальных женщин в основном заключается в торможении процесса резорбции костной ткани в процессе костного метаболизма. (2) Предотвращение возникновения переломов Перелом является самым серьезным последствием остеопороза. Наиболее эффективными мерами профилактики переломов, помимо максимального увеличения пиковой костной массы и замедления потери костной массы, являются улучшение условий жизни и транспорта и уменьшение внешних условий для падений. Умеренные физические упражнения могут значительно улучшить мышечную силу, усилить контроль над суставами и снизить вероятность падений. В то же время, увеличение мышечной силы может эффективно снизить скорость потери костной массы; физические упражнения могут значительно ускорить кровообращение, избежать скованности суставов, эффективно улучшить регуляторные способности нервной системы, уменьшить падения и снизить риск перелома. (3) Симптоматическое лечение Симптомы и особенности боли и перелома можно лечить с помощью медикаментов, физических и хирургических мер. 2. Обзор лечебной физкультуры при остеопорозе В 1947 году в Британском медицинском журнале была опубликована знаменитая статья Ашера под названием "Опасность в постели". Он указал, что длительное отсутствие физической активности приводит к серьезной потере костной массы [6]. Позже это было продемонстрировано на примере астронавтов, поскольку невесомость схожа с бездействием. При измерении BMD спортсменов было обнаружено, что у всех них BMD выше, чем у населения в целом. Это подтверждает положительный эффект физических упражнений с другой стороны. В последние 20 лет большинство исследований проводилось на женщинах в менопаузе и пожилых людях, и в них основное внимание уделялось тому, какие виды физических упражнений и какие программы физических упражнений более эффективны для улучшения и поддержания BMD. Однако точная частота, интенсивность и продолжительность физических упражнений до сих пор не ясны. В настоящее время, с развитием молекулярной биологии и клеточной биологии, исследования костных эффектов физических упражнений развиваются все глубже. Было установлено, что различные гены рецепторов ВД влияют на костные эффекты физических упражнений, и люди с рецепторами bb-типа реагируют на физические упражнения сильнее, чем люди с другими генотипами [7]. Иными словами, при одинаковом объеме физических упражнений минеральную плотность костной ткани людям с ВД-рецепторами типа bb легче улучшить и поддерживать, чем людям других типов. 3. Механизмы эффекта лечебной физкультуры 3.1 Стрессовый эффект физических упражнений Стресс, создаваемый физическими упражнениями на кости, приводит к специфической деформации костной ткани и стимулирует как костные клетки, так и остеобласты. Эксперименты показали, что механический стресс, применяемый к остеобластам in vitro, приводит к увеличению синтеза ДНК, за которым следует увеличение синтеза коллагена, продукта экспрессии ДНК, что повышает уровень костной массы, когда скорость образования костной ткани больше, чем без физических упражнений, таким образом, физические упражнения приводят к увеличению костной массы и последующему увеличению BMD. У женщин в постменопаузе и пожилых людей физические упражнения в некоторой степени компенсируют значительную потерю костной массы и, таким образом, играют роль в поддержании уровня костной массы. 3.2 Гормональные эффекты физических упражнений Умеренные физические упражнения повышают уровень эстрогена и тестостерона, которые действуют на костную ткань путем регуляции эндокринной системы, и Алайя в своем исследовании о физических упражнениях и здоровье костей пришла к выводу, что эндокринная система играет очень важную роль в поддержании нормального метаболизма костной ткани [6]. В первую очередь, он может способствовать синтезу белка в кости, что увеличивает общее количество костного матрикса, который, в свою очередь, способствует кальцификации. В частности, тестостерон и эстрадиол способствуют росту и развитию костей, утолщают костный кортекс, способствуют удержанию и отложению кальция, ускоряют сращение ствола и эпифиза длинной кости. Исследования показывают, что умеренные физические нагрузки могут способствовать выделению тестостерона и эстрогена. Поэтому длительные умеренные физические упражнения могут способствовать метаболизму костной ткани и увеличению плотной костной массы. 3.3 Влияние добавок кальция на физические упражнения Ca является важным питательным веществом для скелетной системы, и более 99% кальция в организме человека находится в костях. Исследования показали, что дефицит кальция является одной из основных причин остеопороза. Физические упражнения увеличивают потребность в Ca при увеличении костной массы, т.е. повышают порог. И наоборот, длительное бездействие, например, постельный режим или иммобилизация конечностей, снижает потребность в Ca в костной массе, и тогда даже большие дозы добавок кальция не окажут существенного эффекта. Большое количество кальция выводится с мочой, тем самым снижая плотность костной ткани. Кроме того, при занятиях на свежем воздухе можно получить достаточное количество солнечного света, который повышает уровень витамина D и тем самым способствует усвоению кальция. Также считается, что после правильных физических упражнений увеличивается величина кровотока в костной коре, что улучшает кровоснабжение костной ткани и тем самым способствует усвоению кальция. 3.4 Мышечный эффект физических упражнений FROST предполагает, что немеханические факторы (кальций, витамин D, гормоны и т.д.) не являются самыми важными в патогенезе остеопороза, и что мышечная масса (включая мышечную массу и мышечную силу) под регуляцией нервной системы является важным фактором в определении прочности костей (включая костную массу и костную структуру). Chow (1986) и Pocock (1986) обнаружили, что масса золы позвонков значительно и положительно коррелирует с весом поясничной мышцы, и что вес поясничной мышцы является ключевым фактором, определяющим массу золы позвонков [8].Chow (1986) и Pocock (1986) обнаружили, что BMD поясничного отдела позвоночника и бедренной кости связана с максимальной мышечной силой, а также установили, что соответствующая костная масса у людей находится в приблизительно постоянной пропорциональной зависимости, и что возрастная и костная потеря у женщин, как правило, сопровождается соответствующим снижением мышечной силы. Поэтому физические упражнения поддерживают мышечную силу, сохраняя соответствующую костную массу. 4. Исследования по назначению физических упражнений 4.1 Выбор способа выполнения упражнений Nawhall и др. обнаружили, что увеличение дистанции бега не сопровождается увеличением BMD. Более того, большие отягощения (т.е. большая нагрузка на скелет) в течение короткого периода времени могут привести к значительному увеличению значений BMD, чем небольшие отягощения в течение длительного периода времени [9]. Похожие выводы были получены в ходе исследований на людях: Хейнонен и др. изучали тяжелоатлетов, спортсменов-бегунов, лыжников и велосипедистов и обнаружили, что у тяжелоатлетов BMD в поясничном отделе позвоночника, шейке бедра, лопатке и дистальном отделе лучевой кости намного выше, чем у других групп, и что тяжелоатлеты тренировались в течение более короткого периода времени, чем другие группы спортсменов. Как видно, упражнения с большими отягощениями превосходят упражнения с малыми отягощениями в улучшении BMD. Японское исследование также показало, что среднее содержание костной соли в поясничном отделе позвоночника L2-L4 и содержание костного минерала в большом трохантере бедренной кости у спринтеров превышает таковое у бегунов на длинные дистанции при сравнении содержания костного минерала у спринтеров и бегунов на длинные дистанции. Это указывает на то, что взрывные упражнения более полезны, чем упражнения на выносливость, для поддержания и увеличения BMD. Исследование, проведенное Jiexiu Zhao и др., показало, что спринтерский бег, футбол, баскетбол, бег на средние и длинные дистанции имели снижающуюся интенсивность тренировок, и ИМТ спортсменов, занимающихся этими видами спорта, также имели тенденцию к снижению в этом порядке. Таким образом, тренировки с отягощениями и взрывные упражнения являются более стрессовыми для скелета, чем аэробные упражнения, и поэтому эти виды тренировок имеют преимущества в поддержании и улучшении BMD. Однако тренировки с отягощениями и взрывной нагрузкой могут нанести вред системе кровообращения, особенно у пожилых людей. Поэтому режим тренировок, рекомендуемый Американским колледжем спортивной медицины для профилактики ОП, - это силовые тренировки, фитнес-бег и ходьба. Соответственно, если рассматривать профилактику ОП с этой точки зрения, можно рассмотреть вопрос об улучшении общепринятых методов фитнеса у наших пожилых людей. Большинство упражнений для пожилых людей в Китае основаны на медленной ходьбе, беге трусцой и цигун. Если физическое состояние позволяет, целесообразно использовать большую нагрузку, взрывные методы тренировки, например, бег, можно использовать бег с отягощением или быстрый бег, используя комплексный тренер по фитнесу, можно использовать среднюю или большую нагрузку или взрывную форму упражнений. Это принесет большую пользу для поддержания их BMD. 4.2 Выбор программы упражнений Исследователи изучали BMD спортсменов, занимающихся различными видами спорта, и обнаружили, что у теннисистов значительно выше BMD в кистях и предплечьях, у мужчин-пловцов значительно выше BMD в предплечьях и позвоночнике, у спортсменов, занимающихся бегом и скалолазанием, значительно выше BMD в пяточной кости, а у спортсменов, занимающихся тяжелой атлетикой и греблей, значительно выше BMD в предплечьях. Это говорит о том, что каждый вид спорта имеет свое специфическое место для увеличения BMD. Увеличение ИМТ коррелирует с костями, прикрепленными к основным группам мышц, используемых в данном виде спорта, что означает, что вероятность увеличения ИМТ наиболее часто используемых костей выше. Поэтому выбор программы упражнений должен быть целенаправленным, основанным на цели занятий, характеристиках программы упражнений и интересах. Некоторые исследования показали, что подъем по лестнице является эффективной программой упражнений для увеличения BMD проксимального отдела бедренной кости, поскольку он создает больший мгновенный стрессовый стимул для бедренной кости. Поэтому, если вы хотите предотвратить перелом бедра, подъем по лестнице - подходящая программа упражнений. Другое исследование показало, что плотность костной ткани поясничного отдела позвоночника была значительно выше после формальных тренировок по гимнастике. Это объясняется высокой интенсивностью тренировок в гимнастике и тем, что тренировки всегда включают нагрузки в разных направлениях. Согласно последним исследованиям, это более подходящий метод тренировок из-за того, что на кость действуют различные силы, такие как давление и сдвиг, которые могут эффективно увеличить плотность костной ткани. Очевидно, что гимнастические тренировки являются более эффективной программой упражнений для эффективного поддержания и улучшения профилактики переломов поясничного отдела позвоночника. Также было измерено, что содержание минералов в костной ткани плечевой и лучевой костей руки, держащей ракетку, у профессиональных теннисистов на 13% и 7,9% выше, чем на противоположной стороне, в то время как содержание минералов в костной ткани противоположной стороны существенно не отличается от такового у их обычных сверстников. Поэтому, если человек хочет сохранить и улучшить минеральную плотность костной ткани верхней конечности и предотвратить уязвимость к переломам Коллеса, теннис - это та программа, которую следует выбрать, но с вниманием к одновременным упражнениям с обеих сторон. Нельсон провел 52 недели высокоинтенсивных силовых тренировок два раза в неделю у женщин в менопаузе в возрасте 50-70 лет без каких-либо тренировок на сопротивление в контрольной группе. Метод тренировки был следующим: разгибание бедра, разгибание колена, разгибание позвоночника, разгибание поясницы и сгибание живота на пневматическом тренажере с сопротивлением, при этом на каждое движение давалась нагрузка в 80% от максимальной нагрузки. В результате плотность костной ткани шейки бедра и поясничного отдела позвоночника в экспериментальной группе увеличилась на 0,9% и 1,0% соответственно, а в контрольной группе уменьшилась на 2,5% и 1,0% соответственно. Кроме того, содержание минералов в костной ткани всего тела в экспериментальной группе осталось на прежнем уровне, а в контрольной группе снизилось на 1,2%. Кроме того, в экспериментальной группе значительно увеличилась мышечная сила и равновесие, что значительно отличалось от контрольной группы (P>0,01). Брейт сообщил о 3% снижении BMD всего тела у пациентов через 2 месяца после трансплантации сердца из-за бездействия, в результате чего 9 пациентов вернулись к своему дооперационному BMD после 6 месяцев тренировок с сопротивлением, в то время как у 8 нетренированных пациентов BMD продолжал снижаться. Однако BMD 8 нетренированных пациентов продолжал снижаться. В заключение следует отметить, что эффективность тренировок с сопротивлением в профилактике и лечении остеопороза была подтверждена. Упражнения с сопротивлением имеют преимущества: они просты, легко выполняются, легко контролируются и не ограничены пространством по сравнению с другими программами упражнений (бег, плавание, пешие прогулки, игры с мячом и т.д.).
Существует три типа упражнений с сопротивлением: изометрические, изотонические и изокинетические. При лечении пациентов с остеопорозом, страдающих от боли, изометрические упражнения более выгодны, поскольку суставы не производят движения, тем самым уменьшая боль, вызванную движением суставов. В отличие от этого, об изокинетических тренировках, особенно для пациентов с остеопорозом, специально использующих изокинетические тренажеры, не сообщалось.
4.3 Исследования объема физических упражнений
4.3.1 Интенсивность упражнений В определенном диапазоне, чем выше интенсивность упражнений, тем больше стрессовая стимуляция кости и тем больше пользы для поддержания и улучшения плотности кости. За пределами определенного диапазона существует риск усталостных переломов, а переносимость кровеносной системы каждого человека ограничена. Поэтому перед физической нагрузкой необходимо выполнять необходимые упражнения в соответствии с тестом, например, тест с пластиной, степ-тест, тест на силовом велосипеде. Строго контролируйте интенсивность физических упражнений в соответствии с результатами теста. Строго контролировать интенсивность физических упражнений в соответствии с результатами существующих тестов. Согласно существующей литературе, большинство исследователей устанавливают интенсивность аэробных упражнений на уровне 60%-90% от максимальной частоты сердечных сокращений, если нет других заболеваний.
4.3.2 Время выполнения упражнений Не существует единого стандарта для времени выполнения упражнений, но для общих аэробных упражнений интенсивность упражнений высокая, а время короткое; интенсивность упражнений низкая, а время может быть немного больше. Большинство исследователей устанавливают время выполнения упражнений на уровне 30-60 минут.
4.3.3 Частота физических упражнений в основном основывалась на субъективных ощущениях слушателей, при этом степень усталости на следующий день не ощущалась. Как правило, целесообразно 3-5 дней в неделю. Слишком малое количество упражнений неэффективно, а слишком частое приводит к усталости.
4.3.4 Фаза упражнений Многие ученые считают, что чем дольше придерживаться, тем лучше. Долгосрочное соблюдение запланированных и регулярных физических упражнений и создание хороших привычек может не только улучшить физическую форму, но и оказать определенное влияние на задержку потери костной массы.
5. Резюме
(1) Для подростков в период роста и развития физические упражнения могут увеличить пиковый уровень костного кальция. С увеличением интенсивности физических упражнений и ростом стажа тренировок наблюдается тенденция к повышению показателей BMD. Назначение физических упражнений для укрепления здоровья костей в молодом зрелом возрасте должно осуществляться последовательно. Программа должна представлять собой высокоинтенсивные упражнения, подходящие для конкретного человека.
(2) Старение вызывает значительное снижение содержания минералов в костной ткани, но соответствующие физические упражнения могут замедлить потерю костной ткани, которая происходит со старением. Более того, его эффект возрастает с увеличением нагрузки в пределах соответствующей нагрузки, но за пределами определенной нагрузки содержание минералов в костной ткани не увеличивается, как и плотность кости, а происходит торможение остеогенеза и вызывает микроскопическое повреждение кости и увеличение местной резорбции кости. На основе сочетания и принципов упражнений для всего тела и специальных упражнений для зон, подверженных остеопорозу (предплечье, поясничный отдел позвоночника, бедро, нижняя конечность и т.д.), следует подбирать соответствующие программы упражнений и частоту занятий.
(3) Поскольку содержание минералов в костной ткани и плотность костной ткани увеличиваются под воздействием физических упражнений после периода прекращения тренировок, с возрастом и ускорением потерь плотность костной ткани снижается. Поэтому для профилактики остеопороза необходимо поддерживать длительные физические нагрузки.
(4) Не заменяйте заместительную гормональную терапию в начале менопаузы усиленными физическими упражнениями; комбинированное действие физических упражнений и лекарств или питания для профилактики остеопороза лучше, чем действие какого-либо одного средства.