低氧环境对骨代谢影响的研究与进展

中国组织工程研究第20卷第33期2016–08–12出版ChineseJournalofTissueEngineeringResearchAugust12,2016Vol.20,No.33ISSN2095-4344CN21-1581/RCODEN:ZLKHAH4963·综述·李广周，男，1973年生，河南省淮阳县人，汉族，硕士，副教授，主要从事运动康复的研究。通讯作者：吴伟，硕士，上海体育学院，上海市200438中图分类号:R318文献标识码:A文章编号:2095-4344(2016)33-04963-07稿件接受：2016-06-04低氧环境对骨代谢影响的研究与进展李广周1，吴伟2(1重庆三峡学院体育与健康学院，重庆市404100；2上海体育学院，上海市200438)引用本文：李广周，吴伟.低氧环境对骨代谢影响的研究与进展[J].中国组织工程研究，2016，20(33):4963-4969.DOI:10.3969/j.issn.2095-4344.2016.33.014ORCID:0000-0001-9038-0542(吴伟)文章快速阅读：文题释义：低氧：是指高原环境随海拔增高,形成大气压下降和其中的氧分压降低,即空气中的氧含量低下,导致吸入气氧分压下降而引起人体的低氧血症。骨代谢：骨的功能是为肌肉收缩提供附着处及保护内脏等重要的生命器官。一般认为骨在细胞水平上是不活跃的，事实上骨的细胞在不停地进行着细胞代谢，不仅骨的细胞之间会相互作用，还存在骨髓中的红细胞生成细胞、基质细胞相互作用，以进行骨的改建和重建。有两种细胞在骨代谢中起着重要的作用，一种是吸收骨基质的破骨细胞，另一种是合成骨基质的成骨细胞。该两者分布在骨膜、骨小梁及骨皮质处。在两种细胞相互作用的部位被称作为基本多细胞单位。在每一个基本多细胞单位，骨可因破骨细胞的吸收而消失，也能被重新合成骨的成骨细胞所取代。有些成骨细胞被掺合在骨基质中变成骨细胞。摘要背景：以往的研究中，在低氧刺激下机体的有氧运动能力、心血管系统、血液成分、免疫系统、神经内分泌系统、自由基抗氧化系统、酸碱平衡系统等都会产生影响，但目前低氧环境对于骨代谢的影响以及其相关机制的研究尚不明确。目的：从低氧诱导因子及成骨细胞和破骨细胞相关通路入手，详细阐述低氧环境对骨代谢的影响，同时也分析和评价低氧环境下运动训练对骨骼的影响，为高原训练对骨吸收和骨形成提供一定理论依据。方法：应用计算机检索中国学术期刊全文数据(CNKI)和PubMed数据库中2000年1月至2015年9月关于低氧环境对骨代谢影响的文章，检索词为“低氧环境；低氧诱导因子；骨代谢；运动；高原训练”；英文检索词为“hypoxiaenvironment,hypoxiainduciblefactors,bonemetabolism,exercise,altitudetraining”。初检文献233篇，根据纳入标准保留46篇进行分析、综述。结果与结论：①低氧环境中对骨代谢的影响较复杂，主要通过低氧诱导因子及成骨细胞和破骨细胞相关通路的作用，随着作用时间及氧浓度不同作用不同；②目前发现低氧诱导因子对骨骼影响主要以低氧诱导因子1为主。一方面低氧诱导因子1α可以通过血管内皮生长因子而促进骨骼生长，另一方面也可以直接作用于成骨细胞和破骨细胞；③低氧环境下低氧诱导因子1主要是通过酸化作用刺激破骨细胞，而增加骨吸收能力；④不同的骨代谢相关信号通路在低氧环境下被激活的程度不一，成骨细胞介导的骨形成和破骨细胞介导的骨吸收平衡随之发生改变。高原训练可能会对骨代谢产生不利影响，要控制好高原的海拔，训练的周期及强度。关键词：组织构建；骨组织工程；低氧环境；低氧诱导因子；骨代谢；运动；高原训练主题词：低氧；缺氧诱导因子1；代谢；运动医学；成骨细胞；组织工程低氧环境对骨代谢的影响低氧环境会对机体的有氧运动能力、心血管系统、血液成分、免疫系统、神经内分泌系统、自由基抗氧化系统、酸碱平衡系统产生影响，对机体维持身体健康具有一定的促进作用。文章着重阐述了低氧环境下，通过低氧诱导因子及成骨细胞和破骨细胞相关通路对骨代谢的影响。并且根据这些影响的规律，分析和评价在低氧环境下，运动训练对骨代谢的作用。以往的高原训练主要以研究有氧耐力、心肺功能为主。少有涉及骨代谢方面的研究，文章主要阐述低氧环境对骨代谢的影响机制，为高原训练提供一定的理论参考。李广周，等.低氧环境对骨代谢影响的研究与进展P.O.Box10002,Shenyang110180:WuWei,Master,Investigator,ShanghaiUniversityofSport,Shanghai200438,ChinaResearchprogressinbonemetabolisminthehypoxicenvironmentLiGuang-zhou1,WuWei2(1SchoolofSportsandHealth,ChongqingThreeGorgesUniversity,Chongqing404100,China;2ShanghaiUniversityofSport,Shanghai200438,China)AbstractBACKGROUND:Ithasbeenreportedthathumanaerobicendurance,cardiovascularsystem,bloodconstituent,immunesystem,neuroendocrinesystem,freeradicalantioxidantsystem,andacid-basebalancesystemcanbeinfluencedunderhypoxicconditions.However,verylittleisknownregardingbonemetabolismunderhypoxicconditionsandtheunderlyingmechanisms.OBJECTIVE:Tosummarizetheeffectsofhypoxicconditionsonbonemetabolismfromtheviewsofhypoxiainduciblefactors,osteblastsandosteoclasts,andtheeffectsofexercisetrainingunderhypoxicconditionsontheskeleton,contributingtounderstandingthetheoreticaladvantagesanddisadvantagesofaltitudetraining.METHODS:Acomputer-basedonlinesearchwasconductedinCNKIandPubMeddatabasesfromJanuary2000toSeptember2015usingthekeywords“hypoxiaenvironment,hypoxiainduciblefactors,bonemetabolism,exercise,altitudetraining”toscreentherelevantEnglishandChineseliteratures.Atotalof233literatureswerescreenedandfinally46eligibleliteratureswereincluded.RESLUTSANDCONCLUSION:Theeffectsofhypoxicconditionsonbonemetabolismarecomplex,whicharemainlylinkedtohypoxiainduciblefactors,osteblastsandosteoclasts.Hypoxia-induciblefactor1isconsideredtoinfluencetheskeletonbypromotingthebonegrowthinducedbyvascularendothelialgrowthfactoranddirectlyaffectingtheosteblastsandosteoclasts.Additionally,hypoxia-induciblefactor1hasbeenshowntoenhanceosteoclast-mediatedboneresorption.Thebalancebetweenosteoblast-mediatedboneformationandosteoclast-mediatedboneresorptionisdisturbedunderhypoxicconditions.Weneedtopayattentiontothetrainingperiodandintensityataltitudebecausealtitudetrainingmaynotbenefitthebonemetabolism.Subjectheadings:Anoxia;Hypoxia-InducibleFactor1;Metabolism;SportsMedicine;Osteoblasts;TissueEngineeringCitethisarticle:LiGZ,WuW.Researchprogressinbonemetabolisminthehypoxicenvironment.ZhongguoZuzhiGongchengYanjiu.2016;20(33):4963-4969.0引言Introduction低氧环境是指相对于海平面高度常氧环境[大气压为1个标准大气压即101.08kPa，氧含量为20.9%，氧分压为21.28kPa)而言氧分压较低的一种环境，包括自然高海拔低氧环境和人工低氧环境。在低氧刺激下，机体的有氧运动能力、心血管系统、血液成分、免疫系统、神经内分泌系统、自由基抗氧化系统、酸碱平衡系统等都会产生影响。适当的海拔高度可以调节人体的潜在机能，有助于人类身体健康。目前低氧环境对于骨吸收和骨形成的影响以及其相关机制的研究尚不明确，骨骼系统对于机体维持健康也是非常重要的一部分，因此文章主要针对低氧环境下骨吸收和骨形成的表型及相关因子直接和间接对骨代谢影响的机制进行具体阐述。同时，在低氧环境下，对运动训练进行分析和评价。为高原训练提供一定的理论参考。1资料和方法Dataandmethods1.1资料来源应用计算机检索CNKL数据库()；PubMed数据库()的相关文献。检索时间为2000年1月至2015年9月。中文检索词为“低氧环境；低氧诱导因子；骨代谢；运动；高原训练”；英文检索词为“hypoxiaenvironment,hypoxiainduciblefactors，bonemetabolism,exercise，altitudetraining”。共检索到233篇。1.2检索方法纳入标准：①具有原创性，论点论据可靠的文章。②针对性强，相关度高的文章。③发表在国内外专业内权威杂志。排除标准：论文陈旧、缺乏创新的重复性研究。质量评估：文献筛选和质量评价由作者独立进行并核对，通过阅读题名和摘要，排除与研究目的、内容不相关及研究重复的文章123篇，对其余111篇查找全文，其中英文文献50篇，中文文献61篇，最后保留与纳入标准完全符合的46篇文章进行整理分析。文献检索流程图见图1。2结果Results2.1低氧环境下低氧诱导因子对骨骼的影响低氧诱导因子是迄今为止发现的组织细胞在低氧状态下诱李广周，等.低