尽管体育锻炼已被证明可以改善骨量,但一天中促进骨骼生长的最佳锻炼时间仍不确定。
2024年5月28日,华中科技大学陈莉莉团队在
Nature Metabolism
在线发表题为“
Time of exercise differentially impacts bone growth in mice
”的研究论文,
该研究发现在早期活动阶段ZT13【Zeitgeber Time(授时因子时间):一种人为控制的实验室时间,ZT 0为开灯时间(08:00),ZT13 为 21:00】进行体育锻炼,而不是在晚期活动或休息阶段,会导致雄性和雌性小鼠的骨长度增加得更明显。
转录组学联合代谢组学发现,活动早期的运动显著上调了与骨发育和代谢相关的基因。
值得注意的是,氧化磷酸化相关基因在软骨成骨中心表现出节律性表达,在早期活动阶段达到峰值,此时骨代谢中更多节律性基因得到表达,通过影响氧化磷酸化来协同促进骨生长,随后的药理学研究证实了这一点。最后,文章构建了一个信号网络来预测一天不同时间运动对骨骼生长的影响。
总的来说,该研究揭示了人类运动生理学的复杂性,为运动干预提供了有价值的启示。
一项研究发现,62%的男性和46%的女性渴望长高。
儿童和青少年时期骨长度和骨质量的获得对决定成人身高和骨骼健康起着至关重要的作用。因此,该领域的主要目标是确保儿童实现其最大的遗传生长潜力。众所周知,有多种外在和可改变的因素可以影响骨骼生长,包括营养元素,如钙和维生素D,以及锻炼或体育活动。
特别是,体育锻炼或训练有可能增加骨量和强度,最终导致骨形成的改善。
在早期活动阶段进行锻炼可以有力地促进骨骼生长
(图源自
Nature Metabolism
)
值得注意的是,运动时间被认为是影响运动生理结果的重要变量之一。运动的效果可能会根据一天中的不同时间而有所不同,这突出了在设计运动干预措施时考虑这一因素的必要性。
例如,一项随机交叉试验显示,在改善2型糖尿病患者的血糖水平方面,下午锻炼比早上锻炼更有效。有规律的晨练对超重或肥胖的人有益,因为它能提高锻炼的坚持性,有助于控制体重。
然而,运动时间对骨骼生长的潜在影响和机制尚未得到充分研究。
骨的生长主要是通过生长板增生区和肥厚区的软骨细胞活动来实现的,这些细胞负责产生和组织细胞外基质,最终导致骨的形成和伸长。
这些软骨细胞在产前和产后的生长过程中经历周期性的营养供应和能量消耗爆发。葡萄糖氧化磷酸化的减少会导致能量不足,进而抑制增殖、阻碍蛋白质折叠和减少胶原合成。
此外,三羧酸(TCA)循环中三磷酸腺苷(ATP)合成的抑制会延迟软骨细胞的成熟。体育锻炼有利于骨骼代谢和全身能量稳态。
一些分子机制,如AMP活化蛋白激酶(AMPK)和sirtuins (SIRTs),共同调节基本细胞代谢,满足运动过程中的细胞需求。值得注意的是,这些生物过程的特征是由生物节律控制的昼夜节律振荡变化。
这些因素之间的相互作用可能导致在一天中不同时间运动训练的不同生理适应。因此,研究运动是否会在特定的时间范围内影响骨骼生长,可以用来优化骨骼生长的潜在益处。
机理模式图(图源自
Nature Metabolism
)
该研究对小鼠在一天中不同时间运动后的骨骼生长进行了比较分析。
研究结果表明,与其他时间相比,在活动早期运动后,骨长度和骨质量表现出更显著的增加。通过高通量转录组学和代谢组学联合分析,证明了早期活动阶段的运动上调了骨生长相关基因的表达,并诱导了与骨代谢相关的昼夜节律。此外,在早期活动阶段的运动通过增加氧化磷酸化(OXPHOS)来促进骨骼生长。
值得注意的是,OXPHOS激活剂有效地增加了骨长度和骨质量。这些发现共同为增强骨骼健康提供了有价值的见解,并可能具有重要的治疗意义。
该研究第一作者为华中科技大学余少玲博士、唐清明副教授,通讯作者为华中科技大学陈莉莉教授。
https://www.nature.com/articles/s42255-024-01057-0
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