肌肉功能的三維特征及其隨齡變化的規(guī)律

王新武 常 輝 呂世光 閆萬(wàn)軍 (河北工程大學(xué)體育部，河北 邯鄲 056038)

肌肉功能的三維特征及其隨齡變化的規(guī)律

王新武 常 輝1呂世光 閆萬(wàn)軍2(河北工程大學(xué)體育部，河北 邯鄲 056038)

肌肉功能;衰老;代謝

從現(xiàn)有的文獻(xiàn)看，涉及肌肉功能的研究可以被劃分為對(duì)肌肉運(yùn)動(dòng)功能、維持功能和代謝功能等三方面。但還沒(méi)有一篇文獻(xiàn)能夠?qū)⑦@三者統(tǒng)一起來(lái)進(jìn)行研究或論述。運(yùn)動(dòng)功能是指肌肉收縮產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的功能，其衡量標(biāo)準(zhǔn)包括肌肉的最大力量、速度力量和力量耐力等。維持功能包括肌肉維持身體姿勢(shì)和平衡以及維持關(guān)節(jié)穩(wěn)定性的功能能力，表現(xiàn)為肌肉的本體感覺(jué)能力，維持適度緊張的能力和肌肉間力量平衡與協(xié)調(diào)能力等;代謝功能則包括肌肉本身的物質(zhì)代謝和能量代謝以及肌肉對(duì)機(jī)體總體能量代謝的調(diào)節(jié)作用。隨著年齡的增長(zhǎng)，肌肉的這三方面的功能都會(huì)出現(xiàn)退化并導(dǎo)致相關(guān)的健康問(wèn)題。本研究綜合分析了老年肌肉功能研究的相關(guān)文獻(xiàn)，從三維度角度提出肌肉功能的立體邏輯關(guān)系，旨在促進(jìn)今后針對(duì)老年肌肉研究能夠更加綜合、全面，并特別能夠引起研究者對(duì)肌肉維持功能及肌肉對(duì)人體新陳代謝影響作用的重視。

1 肌肉運(yùn)動(dòng)功能的隨齡變化

許多研究都已證實(shí)，一個(gè)人的肌肉力量水平在25～30歲時(shí)達(dá)到一生中的最高，而從40歲左右開(kāi)始，肌肉力量會(huì)明顯的隨增齡而下降。哥本哈根的一個(gè)心臟研究所的研究發(fā)現(xiàn)〔1〕，一般人從50到70歲，肌肉最大力量大約減少30%。而一群80歲老年人的伸膝肌力比另一組70歲的老年人低30%。有研究〔2〕對(duì)30～80歲的一組被試進(jìn)行最大快速力量測(cè)試(縱跳高度測(cè)試)，發(fā)現(xiàn)被試最大動(dòng)力性力量從47歲時(shí)開(kāi)始明顯下降，到80歲時(shí)只有47歲時(shí)的一半。Rhodes〔3〕等人對(duì)一群74歲的被試測(cè)試發(fā)現(xiàn)，有66%的女性和28%的男性不能舉起10磅重的重物。肌肉收縮的時(shí)相特征也存在著隨增齡變化的規(guī)律：隨年齡的增長(zhǎng)，肌肉達(dá)到最大力量的收縮時(shí)間逐漸延長(zhǎng)，最大松弛速度也隨年齡增長(zhǎng)而延長(zhǎng)，而且肌肉松弛速度隨增齡的下降比收縮速度的下降表現(xiàn)得更明顯。特別是70歲以后，肌肉收縮后的松弛速度出現(xiàn)明顯的延長(zhǎng)〔4〕。Hakkinen等人〔5〕研究了30、50、70歲三組女性被試股四頭肌進(jìn)行最大等長(zhǎng)收縮的時(shí)相特征，結(jié)果表明，三組被試肌肉收縮達(dá)到自身90%最大力量的時(shí)間隨年齡增大而延長(zhǎng)，其中，50歲組和30歲組之間差異達(dá)到非常顯著水平。而最大松弛速度在30歲和50歲組之間沒(méi)有明顯差異，70歲組被試與以上兩組被試之間存在顯著性差異。

Lynch〔6〕等人對(duì) 703名 19～93歲被試(男 364人，女 339人)四肢肌肉的質(zhì)量和肘關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)曲、伸峰值力矩進(jìn)行了等動(dòng)力量測(cè)試，對(duì)四肢單位肌肉質(zhì)量的峰值力矩進(jìn)行了回歸分析。結(jié)果表明，各年齡段被試的上肢單位肌肉質(zhì)量峰值力矩明顯高于下肢，男、女被試之間沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的差異。男、女被試下肢單位肌肉質(zhì)量的力量隨年齡下降的速度較上肢快。男性被試上肢單位肌肉質(zhì)量的曲、伸峰值力矩隨年齡下降的趨勢(shì)較女性明顯。

關(guān)于力量耐力的研究，侯曼〔7〕等人對(duì)165名60～89歲老年被試下肢力量耐力進(jìn)行了研究，他們采用讓被試在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成座椅站立次數(shù)的測(cè)試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在間隔兩年的兩次測(cè)試中，60～69歲組、70～79歲組和80～89歲組組內(nèi)數(shù)據(jù)沒(méi)有顯著性差異。而各組間差異則具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的顯著性差異。說(shuō)明老年人下肢肌肉力量耐力的衰退是漸進(jìn)的，短時(shí)期內(nèi)(如兩年)變化不明顯。而隨著年齡的增長(zhǎng)，下肢力量耐力則呈現(xiàn)出明顯的下降趨勢(shì)。

人體屈肌和伸肌的運(yùn)動(dòng)功能隨年齡增長(zhǎng)的變化特點(diǎn)也是肌肉功能研究值得探討的問(wèn)題。Sunnerhagen〔8〕等人對(duì)144名40～79歲的男、女被試進(jìn)行了膝關(guān)節(jié)屈、伸等動(dòng)收縮(速度為60°/s和80°/s)肌耐力和等長(zhǎng)收縮的肌耐力測(cè)試，結(jié)果表明，隨著年齡的增長(zhǎng)，被試等動(dòng)和等長(zhǎng)肌耐力都出現(xiàn)了明顯的下降，而屈、伸肌力的變化趨勢(shì)基本相同，表明隨年齡增長(zhǎng)，屈肌和伸肌之運(yùn)動(dòng)功能衰退趨勢(shì)相同。

Aniansson等〔9〕對(duì)一組人群(男19人，女21人)進(jìn)行了追蹤研究，他們對(duì)被試分別在70～75歲時(shí)進(jìn)行了兩次測(cè)試，測(cè)試內(nèi)容包括膝關(guān)節(jié)屈、伸肌力、肘關(guān)節(jié)屈、伸肌力和握力耐力。結(jié)果表明，與70歲時(shí)相比，75歲時(shí)被試的膝關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)屈、伸肌力都呈現(xiàn)出明顯的下降，等動(dòng)力量比等長(zhǎng)收縮力量下降幅度更大。而握力耐力在70～75歲時(shí)沒(méi)有明顯變化。

生活環(huán)境和鍛煉對(duì)老年人肌肉運(yùn)動(dòng)功能有一定程度的影響，且男、女之間存在一定差異。Liang等人〔10〕對(duì)538名(男328，女210)生活在美國(guó)的中國(guó)老年人(65～80歲)進(jìn)行了肌肉力量、平衡能力進(jìn)行了測(cè)試，他們把被試按照是否從事長(zhǎng)期有規(guī)律的鍛煉分成兩組，又在每組中按5歲一個(gè)年齡段分成3組。測(cè)試內(nèi)容包括閉眼單足站立、睜眼單足站立、從椅子上坐位到站立位的時(shí)間及30秒坐位到站立位的次數(shù)。結(jié)果表明，閉眼和睜眼單足站立時(shí)間隨年齡增長(zhǎng)出現(xiàn)明顯的下降，且在有鍛煉組和無(wú)鍛煉組之間并不存在顯著性差異，在75～80歲組中，平衡能力下降最為顯著。表明鍛煉與否對(duì)老年人平衡能力的影響不大。綜合年齡組分析顯示，女性平衡能力和肌肉耐力均較男性差。肌肉耐力(30 s站立次數(shù))則是有鍛煉組明顯優(yōu)于無(wú)鍛煉組。

Bazzucchi〔11〕等人對(duì)兩組女性被試(年輕組：n=8，年齡：20～31;老年組：n=8，年齡：68～76)的屈肘和伸膝最大收縮速度和力量與表面肌電圖的變化進(jìn)行了比較。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與年輕被試相比，老年被試力量耐力和肌電圖變化隨力量負(fù)荷的增加而下降明顯，而上、下肢之間比較則其變化趨勢(shì)沒(méi)有明顯差異。這個(gè)研究結(jié)果提示，肌肉運(yùn)動(dòng)功能的隨齡衰退可能是神經(jīng)、肌肉整體功能衰退的結(jié)果。

綜上所述，一般人從40歲開(kāi)始肌肉力量開(kāi)始明顯下降，而到70歲下降速度明顯加劇。屈肌和伸肌之運(yùn)動(dòng)功能在衰老過(guò)程中的衰退趨勢(shì)近乎相同，而隨增齡，老年人肌肉收縮后的松弛速度的衰退比收縮速度衰退更為明顯。從目前研究看，男、女性別之間，肌肉運(yùn)動(dòng)功能隨增齡衰退的規(guī)律沒(méi)有明顯差異。

2 肌肉代謝功能的變化

肌肉收縮需要消耗能量，其能量來(lái)源就是肌肉本身的能量代謝所產(chǎn)生的ATP，因此，肌肉的運(yùn)動(dòng)功能與代謝功能是不可分割的。但從另一個(gè)角度考慮，肌肉中一刻不停地進(jìn)行著的物質(zhì)代謝和能量代謝過(guò)程又是機(jī)體總的能量代謝水平的重要調(diào)節(jié)。肌肉作為人體運(yùn)動(dòng)動(dòng)力來(lái)源的運(yùn)動(dòng)器官已被人們廣泛研究，而肌肉的代謝功能則還沒(méi)有一個(gè)明確的定義。事實(shí)上，肌肉不僅自身在不斷完成著新陳代謝過(guò)程，而且它還調(diào)節(jié)著人體有機(jī)體總體的能量代謝和物質(zhì)代謝過(guò)程。人體骨骼肌中包含了50% ～75%的身體蛋白總量〔12〕，這使得骨骼肌成為了主要的氨基酸代謝組織。同時(shí)，骨骼肌還是糖代謝的重要場(chǎng)所和糖原儲(chǔ)備庫(kù)，因此，骨骼肌對(duì)機(jī)體糖代謝也有著不可替代的調(diào)節(jié)作用。研究肌肉的代謝功能應(yīng)當(dāng)從維持肌肉運(yùn)動(dòng)的能量代謝和調(diào)節(jié)人體能量、物質(zhì)代謝兩個(gè)方面加以考慮。

眾多的研究已經(jīng)證明，人體肌肉總量的多少會(huì)直接影響到有機(jī)體的基礎(chǔ)代謝率，肌肉質(zhì)量越多，基礎(chǔ)代謝率越高，健康狀況就越好，患慢性代謝綜合征的可能性就越小。這就證明了肌肉對(duì)于有機(jī)體代謝水平的影響作用的重要性。而研究表明人體肌肉總量也會(huì)隨年齡的增長(zhǎng)而逐漸減少，這被稱為肌肉丟失，同樣是40歲左右，人體肌肉總量開(kāi)始明顯減少。許多研究都證明〔13，14〕在老年人群中，隨著年齡的增長(zhǎng)，肌肉中某些收縮蛋白和線粒體蛋白合成逐漸減少，使得肌肉新陳代謝的能力逐漸衰退，而肌細(xì)胞線粒體功能的衰退是導(dǎo)致肌肉功能衰退和肌肉有氧代謝能力降低的主要原因。Kevin〔15〕等人對(duì)146名18～89歲的男、女被試進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)隨增齡，被試肌肉當(dāng)中mtDNA和mRNA以及線粒體產(chǎn)生的ATP都呈現(xiàn)出明顯減少的趨勢(shì)。同時(shí)，他們證實(shí)mtDNA的量與線粒體產(chǎn)生ATP量直接相關(guān)，而且與肌細(xì)胞有氧能力和糖耐受能力都密切相關(guān)。在老年被試肌肉中，幾種線粒體蛋白都明顯減少，而DNA損傷增多。也就是說(shuō)，隨著衰老的進(jìn)程，肌細(xì)胞線粒體功能的退化與mtDNA的減少有關(guān)，而這些都是導(dǎo)致肌肉有氧代謝功能衰退的主要原因。

新近的研究發(fā)現(xiàn)〔16，17〕肌細(xì)胞有氧代謝能力的降低與胰島素抵抗存在某種關(guān)系，同時(shí)，患Ⅱ型糖尿病的病人肌細(xì)胞中線粒體數(shù)量較正常人少，體積也比正常人小。雖然在這項(xiàng)研究中，肌細(xì)胞線粒體形態(tài)和數(shù)量與糖尿病患病之間的孰因孰果問(wèn)題還并不清楚，但它至少可以說(shuō)明線粒體功能與糖代謝有密切的關(guān)系。Petersen〔18〕的研究進(jìn)一步證明，肌肉有氧代謝能力的降低與老年性胰島素抵抗密切相關(guān)。這就使得肌肉有氧氧化過(guò)程與糖代謝產(chǎn)生了某種必然的聯(lián)系，可以推斷，決定肌肉有氧代謝能力的肌細(xì)胞線粒體的功能是影響肌肉能量代謝的核心，它不僅影響著糖和脂肪的氧化分解，而且還進(jìn)一步影響著有氧代謝的某些激素的代謝。

肌肉本身的糖代謝和對(duì)機(jī)體糖代謝的調(diào)節(jié)作用也會(huì)隨增齡而減弱。老年人肝糖原、肌糖原儲(chǔ)量減少，吃糖后其血糖濃度常明顯升高，且恢復(fù)到吃糖前水平的時(shí)間延長(zhǎng)，這些均與胰島素效應(yīng)的變化有關(guān)。隨著年齡的增長(zhǎng)，老年人體內(nèi)葡萄糖耐受能力逐漸下降，這可能是胰島素抵抗的主要表現(xiàn)之一。研究發(fā)現(xiàn)〔19〕，老年人胰島素水平較年輕人明顯升高，胰島素分泌不規(guī)律，不能適應(yīng)機(jī)體的高血糖水平。盡管胰島素分泌的這種增齡變化的原因還不清楚，但肌肉活動(dòng)能夠有效影響胰島素敏感性，對(duì)老年人也同樣存在這樣的肌肉運(yùn)動(dòng)效應(yīng)〔20〕。這就進(jìn)一步證實(shí)，肌肉對(duì)機(jī)體糖代謝水平的調(diào)節(jié)發(fā)揮著重要的作用。

老年人肌肉中磷酸果糖激酶和肌型乳酸脫氫酶活性降低，運(yùn)動(dòng)后肌乳酸升高幅度明顯低于年輕人，表明老年人糖酵解能力下降。此外，由于激素分泌的改變及酶活性降低，老年人脂動(dòng)員的速度與肌肉氧化利用脂肪酸的能力都有所下降〔21〕。體脂增加而去脂體重下降，且體脂分布有改變的趨勢(shì)，全身體脂大部分傾向于堆積在身體內(nèi)部，而不是在皮下。眾所周知，肥胖是目前影響人類健康的主要危險(xiǎn)因素之一，許多慢性病，如心血管疾病、腦梗死、糖尿病等都與肥胖有關(guān)。而全身脂肪的分布因人而異，分布在內(nèi)臟和分布在皮下的脂肪對(duì)健康的危害程度顯然不同，Gallapher〔22〕等研究發(fā)現(xiàn)，不同種族的人，隨年齡增長(zhǎng)脂肪的分布趨向有所不同，非洲裔的美國(guó)人皮下和肌肉的脂肪分布較亞裔和白人多，相反，亞裔和白人則趨向于在內(nèi)臟積累脂肪。同時(shí)，肌肉當(dāng)中脂肪的增多是肌肉衰老的重要標(biāo)志之一。然而，對(duì)于肌肉中脂肪組織的增多對(duì)肌肉功能的影響以及運(yùn)動(dòng)對(duì)肌肉組織中的脂肪含量的影響等問(wèn)題還需要實(shí)驗(yàn)研究來(lái)尋找答案。

3 肌肉維持功能的隨齡變化

作為生物體內(nèi)的運(yùn)動(dòng)器官，肌肉收縮通過(guò)骨與關(guān)節(jié)的杠桿作用使機(jī)體產(chǎn)生動(dòng)作或位移，除此之外，在很多時(shí)候(運(yùn)動(dòng)或靜止?fàn)顟B(tài)下)肌肉收縮的作用在于維持身體的某種姿勢(shì)或保持關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性，這就是肌肉的維持功能。這種維持功能的正常與否將直接影響到機(jī)體的健康狀況，并且它與機(jī)體的衰老有關(guān)〔23〕。許多學(xué)者對(duì)肌肉維持功能進(jìn)行了系統(tǒng)研究〔24，25〕，綜合這些研究結(jié)果我們可以從以下幾個(gè)方面來(lái)理解肌肉的維持功能：第一，人體不同的肌肉群在產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)和維持姿勢(shì)及關(guān)節(jié)穩(wěn)定性方面的功能側(cè)重有所不同。如豎脊肌、多裂肌等肌群的功能側(cè)重在維持姿勢(shì)和脊柱的穩(wěn)定性。第二，側(cè)重運(yùn)動(dòng)功能和側(cè)重維持功能的肌肉中肌纖維類型組成有所不同。如腓腸肌側(cè)重維持功能，因而Ⅰ型纖維在腓腸肌中占據(jù)絕對(duì)多的比例，比目魚(yú)肌則側(cè)重運(yùn)動(dòng)功能，因而Ⅱ型纖維占主導(dǎo)地位。第三，每一個(gè)肌肉群都具有運(yùn)動(dòng)功能和維持功能，在不同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，同一個(gè)肌肉群會(huì)表現(xiàn)出不同的功能側(cè)重。但在特殊情況下，如競(jìng)技運(yùn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練中，某些肌肉的維持功能需要進(jìn)行專門(mén)化的訓(xùn)練才能得以充分發(fā)揮。近年來(lái)流行于西方的“核心肌力訓(xùn)練”、“懸吊訓(xùn)練”、“振動(dòng)訓(xùn)練”等都是發(fā)展肌肉維持功能的很好的方法。

許多慢性肌肉勞損或關(guān)節(jié)功能障礙等都與肌肉維持功能的衰退有關(guān)。俞曉杰〔26〕認(rèn)為，肌肉功能不僅在關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)中，而且在關(guān)節(jié)保護(hù)中起關(guān)鍵作用，肌肉參與應(yīng)力吸收、本體感覺(jué)和關(guān)節(jié)穩(wěn)定等功能。肌肉功能的衰退不僅表現(xiàn)在運(yùn)動(dòng)功能方面，也同時(shí)表現(xiàn)為肌肉的關(guān)節(jié)保護(hù)方面。從反面的例子也可以看出，在關(guān)節(jié)功能障礙的康復(fù)治療中，相關(guān)肌肉抗阻訓(xùn)練成為了關(guān)節(jié)功能康復(fù)的有效手段。所以，很多老年性關(guān)節(jié)疾病的發(fā)病原因很可能在于關(guān)節(jié)周?chē)∪夤δ艿乃ネ?。在西方被廣泛關(guān)注的老年人下肢不穩(wěn)與摔倒很可能就是肌肉、小腦、前庭器官、關(guān)節(jié)等運(yùn)動(dòng)平衡功能鏈中的一個(gè)或幾個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題所致，而肌肉功能的衰退被認(rèn)為是最重要可能因素。事實(shí)上，肌肉功能就是神經(jīng)-肌肉整體功能的外在表現(xiàn)。

在身體不同部位的肌肉，其功能特性可能有所偏重，表現(xiàn)為肌肉形狀、分布的位置和肌纖維類型特征上均有所不同。如貼近脛骨的比目魚(yú)肌的功能可能側(cè)重于維持脛骨的支撐作用和維護(hù)膝關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性，而腓腸肌的功能更多的是使踝關(guān)節(jié)產(chǎn)生屈伸運(yùn)動(dòng)。劉亞等人〔27〕研究認(rèn)為，腰背肌作為一種姿勢(shì)型肌肉，其主要功能是維持脊柱的直立姿勢(shì)，同時(shí)保持肌肉的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定，因此，腰背肌中Ⅰ型纖維占優(yōu)勢(shì)是與其功能相適應(yīng)的。在衰老過(guò)程中，機(jī)體不同部位及不同功能側(cè)重的肌肉可能會(huì)表現(xiàn)出不同的功能退化進(jìn)程。日本學(xué)者Takahashi等〔28〕研究了210名20～79歲的女性被試的股四頭肌和腰大肌隨增齡變化的趨勢(shì)。他們將被試按照10歲一個(gè)年齡段分成6組，每組35人。采用核磁共振掃描分析了上述肌肉的肌纖維橫斷面積和肌肉總質(zhì)量。結(jié)果表明，腰大肌肌纖維橫斷面積在20歲時(shí)達(dá)到最大，之后便開(kāi)始穩(wěn)定地下降，到60歲以后下降速度開(kāi)始加劇。股四頭肌肌纖維橫斷面積和總質(zhì)量是從40歲開(kāi)始逐漸下降，而在20～79歲期間并沒(méi)有一個(gè)下降突增期。這項(xiàng)研究表明，人體側(cè)重維持性功能的肌肉和側(cè)重運(yùn)動(dòng)性功能的肌肉的隨齡變化規(guī)律有所不同，但這種不同是由于肌纖維類型或肌肉的神經(jīng)、酶學(xué)特征的不同，還是由于運(yùn)動(dòng)活動(dòng)方式不同造成的，這個(gè)問(wèn)題還不得而知。

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R419;Q954.54+8

A

1005-9202(2011)12-2369-04

1 石家莊理工職業(yè)學(xué)院 2 河北師范大學(xué)體育學(xué)院

閆萬(wàn)軍 (1965-)，男，研究員，博士，碩士生導(dǎo)師，主要從事運(yùn)動(dòng)休閑與健康促進(jìn)研究。

王新武(1972-)，男，講師，碩士，主要從事運(yùn)動(dòng)休閑與健康促進(jìn)研究。

〔2010-03-09收稿 2010-11-01修回〕

(編輯 劉 愉/曹夢(mèng)園)