Sarcopenia肌肉之力-速關(guān)系變化與抗阻訓練研究進展

劉海云 葛 勤 李文惠

(邢臺醫(yī)學高等?？茖W校，河北 邢臺 054001)

Sarcopenia是正常人類的骨骼肌在成年期后，隨著年齡增長而出現(xiàn)的退行性變化，表現(xiàn)為老齡肌肉的力-速關(guān)系隨年齡增長而發(fā)生改變，進而出現(xiàn)肌肉丟失〔1〕，從而影響了老年人的日?；顒幽芰?，使老年人行動遲緩〔2〕，并頻繁跌倒〔3〕，這大大影響了老年人的生活質(zhì)量〔4〕，并易誘發(fā)骨折等其他疾患，給社會和家庭造成負擔，因而有效地干預Sarcopenia肌肉的退行性變化具有十分重要的意義。近年來，學者們普遍認為抗阻訓練能夠有效地改善Sarcopenia肌肉的功能及結(jié)構(gòu)，是較為安全、有效的干預方式。但是，眾多專家所采用的抗阻訓練方式各不相同，收效不一，本文綜合了目前有關(guān)Sarcopenia肌肉力-速關(guān)系變化的研究進展和目前存在的三種抗阻訓練方式：傳統(tǒng)抗阻訓練、爆發(fā)力抗阻訓練以及離心抗阻訓練的研究進展， 深入分析了Sarcopenia肌肉退行性變化的特點，對老年人功能活動產(chǎn)生的影響，以及三種抗阻訓練方式的特點，以期為找到有效地減慢、阻止或逆轉(zhuǎn)Sarcopenia進程的干預措施提供一個新思路。

1 Sarcopenia肌肉的力-速關(guān)系隨年齡變化而變化

1.1肌力丟失 向心收縮力明顯下降，離心收縮力相對恒定。隨著年齡增長，Sarcopenia患者的膝、肘、踝等關(guān)節(jié)的屈伸肌肉的肌力均出現(xiàn)不同程度的下降。劉宇等〔5〕研究發(fā)現(xiàn)，老年人的絕對和相對肌力，以及最大爆發(fā)力均明顯小于年輕人，并指出老化對爆發(fā)力的影響遠大于對最大肌力的影響。Frontera等〔6〕經(jīng)過長達12年的研究也得出結(jié)論，平均年齡在(65.4±4.2)歲的健康老年男性的膝、肘關(guān)節(jié)的屈伸肌肉的力量12年后減少了20%～30% (P<0.05)。其中，在60°/s的角速度收縮(即最大動態(tài)肌力輸出狀態(tài)〔7〕)時，膝關(guān)節(jié)屈伸肌肉的力量輸出了減少了23.7%～29.8%，肘部肌肉的力量輸出減少了19.4% ～16.4%，這表明隨著年齡增長，膝、肘關(guān)節(jié)肌肉的最大肌力均有明顯下降，膝關(guān)節(jié)更為明顯。Frontera等〔6〕繼續(xù)研究發(fā)現(xiàn)，肌肉在角速度為180°/s收縮(反映肌肉的實際工作能力〔7〕)時，只有肘關(guān)節(jié)的肌力減少了26.5%。這可能是由于膝、肘關(guān)節(jié)的功能不同所致，軀體保持直立以及進行位移均依賴于膝關(guān)節(jié)屈伸肌肉的協(xié)同工作，因而在12年的日?；顒又械玫搅隋憻挘虼吮M管膝、肘關(guān)節(jié)肌肉的最大肌力明顯下降，但膝關(guān)節(jié)的實際工作能力無明顯變化。

Klass等〔8〕、Ochala等〔9〕、Hortobagyi等〔10〕人用等動力量測試儀測試老齡受試者的肌力后發(fā)現(xiàn)，衰老導致的肌力下降，主要表現(xiàn)為向心收縮力下降，而離心收縮力相對恒定。Hortobagyi〔10〕和他的同事將不同性別的青年和老年人的向心膝伸展力、等長膝伸展力和離心膝伸展力進行對比后得出結(jié)論，老化主要使向心收縮力下降，而對離心收縮力沒有太大影響，與青年女性相比，老年女性的離心膝伸展力量反而增長了大約5%。這種離心力量的相對恒定可能是機體對老化導致的肌細胞收縮行為發(fā)生變化的適應性反應。Ochala等〔11〕認為隨著年齡增長，肌肉內(nèi)的結(jié)締組織不斷增多，從而使肌肉在離心收縮時的被動抗阻能力增加；Hortobagyi等〔10〕認為Sarcopenia導致的弱肌節(jié)逐漸丟失反而可能使老齡肌肉更加穩(wěn)定；Klass等〔12〕認為老化所致的橫橋活動周期延長，速率減慢，對于向心和等長收縮來說，顯然是不利因素，但是對于離心收縮而言，可能會使肌球蛋白頭部有充分的時間與肌動蛋白結(jié)合，從而更加穩(wěn)固。盡管眾多研究者對老齡肌肉離心力量相對恒定的機制進行了諸多猜測，目前有關(guān)老齡肌肉離心力量相對恒定的機制仍不明朗。

1.2最大收縮速度(V0)降低 Ochala等〔11〕人用最大收縮速度指數(shù)(VImax)來評估11位老年男性(均齡67.9±3.6)和12年輕男性(均齡21.7±1.5)跖屈肌的最大收縮速度，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，老年組跖屈肌的VImax是青年組的83%(P<0.05)。Yu〔13〕和他的同事對比老年人和青年人的離體肌肉也發(fā)現(xiàn)，老齡肌肉的單束肌纖維在無載荷時的最大收縮速度明顯低于青年組。Larsson等〔14〕也發(fā)現(xiàn)老年男性的Ⅰ型肌纖維的V0值僅占青年男性的57%，其Ⅱa型肌纖維的V0值占青年男性的72%。

1.3力-速關(guān)系之變化 力-速曲線是1938年英國生理學家A.V.Hill以熱力學第一定律為基礎作出的表示力-速關(guān)系的函數(shù)曲線。老化導致力-速曲線向左下變化，肌肉收縮時力量輸出下降，收縮速率降低。骨骼肌的力-速關(guān)系也常用肌肉做功的最大功率(即爆發(fā)力)來表示，爆發(fā)力是力-速曲線中力-速的最大乘積，研究發(fā)現(xiàn)，到七、八十歲時，肌肉的爆發(fā)力降低了大約30%～80%〔15〕。

許多研究者試圖闡釋肌肉的力-速關(guān)系隨年齡發(fā)生變化的原因。有學者認為這源于肌肉質(zhì)量的丟失(Sarcopenia)，Ⅱ型肌纖維的選擇性萎縮也起著不容忽視的作用〔16〕。然而也有研究證實，早在Sarcopenia之前，肌肉的力量輸出能力就已衰退，且衰退速度大于肌肉質(zhì)量丟失〔17〕，肌肉機械結(jié)構(gòu)的變化〔18〕如肌纖維的初長度縮短以及肌腱與肌束的夾角隨年齡增長而變小可能是直接原因，肌動蛋白的滑行速率減低也可能是又一因素。此外，增齡所致的老年人活動減少亦可能是因素之一。

2 力-速關(guān)系的變化與Sarcopenia患者之功能活動受限

上述力-速關(guān)系的變化與老年人的功能活動能力高度相關(guān)，Ostchega等〔19〕研究者通過實驗研究得出結(jié)論，老年人走路速度減慢與其等長肌力的下降有高度相關(guān)性(P<0.01)。Bean〔20〕、Cuoco〔21〕、Suzuki〔22〕眾多研究者的實驗研究則證實爆發(fā)力的下降對老年人功能活動能力的影響比肌力下降的影響更為明顯，Suzuki〔22〕研究發(fā)現(xiàn)老年人從椅子上起立的時間、爬臺階時間與踝屈肌的最大爆發(fā)力高度相關(guān)(P<0.002)。

盡管諸多研究已經(jīng)證實增齡過程中肌肉的離心收縮力相對恒定〔8～12〕，但學者們也發(fā)現(xiàn)與青年人相比，老年人的肌肉在完成離心收縮任務(如下樓梯)時也比較困難〔23〕。Enoka〔24〕認為這是由于老齡肌肉收縮時力量的不穩(wěn)定性造成的。Carville等〔25〕將有摔倒史的老年人、無摔倒史的老年人和年輕人的肌肉進行等長、向心和離心收縮時的穩(wěn)定性(測量加速度的偏離水平)進行對比后發(fā)現(xiàn)，老齡肌肉在進行向心和離心收縮時與年輕肌肉的肌力相比，均顯著不穩(wěn)定(P<0.002)；而有摔倒史的老年受試與無摔倒史的老年受試相比，在離心收縮期間更加不穩(wěn)定。

3 改善Sarcopenia肌肉之力-速關(guān)系：抗阻訓練

近年來，諸多研究者致力于研究改善Sarcopenia肌肉力-速關(guān)系的方法，以改善老年人的功能活動受限。目前，學者們普遍認為抗阻訓練是一種較為安全、有效的方式〔26〕，研究發(fā)現(xiàn)即使抗阻訓練量很小，機體內(nèi)的蛋白合成和神經(jīng)肌肉的適應狀況也可得到改善〔27～29〕。但是，眾多研究者采用的抗阻訓練方法各異，訓練的效果亦各不相同。最理想的干預效果應該能夠使力-速曲線向上和向右變化，使肌肉收縮速度增長，在所有收縮速度下，產(chǎn)生更多的收縮力，并能增長肌束長度，增大肌束-肌腱夾角，改變老年人的功能活動受限并使老年人平衡能力增強。下文將針對傳統(tǒng)抗阻訓練，爆發(fā)力抗阻訓練和離心抗阻訓練三種不同的抗阻訓練方式進行分析、比較。

3.1傳統(tǒng)抗阻訓練 許多早期的抗阻訓練實驗研究是采用慢速提起和放下重物8～10次，訓練2～3組，負荷量大于65% 1RM，每周2～3次，我們稱之為傳統(tǒng)抗阻訓練。這種較大負荷的訓練方式僅僅注重了向心收縮力量的增強〔30〕，Latham等〔31〕2004年綜述抗阻訓練時指出，多數(shù)遞增負荷的抗阻訓練持續(xù)8～12 w，這對肌肉力量的提高有著明顯的積極影響，但是對諸如走路速度以及從椅子上起立的時間等功能活動僅產(chǎn)生微弱的影響。傳統(tǒng)抗阻訓練側(cè)重于等長肌力的增長，肌肉收縮速度從慢速到中等，最大爆發(fā)力亦有增加，也就是使力-速曲線向上移動。然而，研究發(fā)現(xiàn)該訓練方式似乎對老齡肌肉的離心力量沒有影響〔32〕，這種離心力對老年人的日常功能活動以及預防摔倒反而是非常重要的〔25〕。

傳統(tǒng)抗阻訓練對老年人肌肉結(jié)構(gòu)的影響已經(jīng)被許多實驗證實，訓練后肌腱與肌束的夾角加大，意味著向心收縮期間可能有更多的肌節(jié)參與收縮，從而使肌力增大〔33〕。Trappe等〔34〕對7名平均年齡(74±2)歲的老年人進行為期12 w的傳統(tǒng)抗阻訓練(80%1RM，每周3次)后得出，受試者單側(cè)股外側(cè)肌纖維的橫斷面積I型增加了20%(P< 0.05)，IIa型增加了13%(P<0.05)，且I 型肌纖維的最大肌力、肌纖維的初速度以及爆發(fā)力均遠遠高于IIa型肌纖維。值得注意的是，在傳統(tǒng)抗阻訓練能否增加肌束長度方面，學者們得出了不一致的結(jié)論，Morse等〔35〕人認為肌束長度不受傳統(tǒng)抗阻訓練的影響，而Reeves等〔32〕人則發(fā)現(xiàn)抗阻訓練后肌束增長。肌束增長可相應地增加肌肉收縮時振幅，從而使肌力增加，速度增長，所以這是判別抗阻訓練的有效性的重要指標，因而傳統(tǒng)抗阻訓練的有效性尚待考究。

3.2爆發(fā)力抗阻訓練 目前運動科學界普遍認為，隨著年齡增長，爆發(fā)力的衰退速度遠大于肌力的降低，加之爆發(fā)力對于人體的功能活動起著關(guān)鍵作用，因此怎樣改善肌肉的爆發(fā)力成了眾多專家學者關(guān)注的焦點〔36～38〕。有關(guān)爆發(fā)力抗阻訓練的研究中，通常是讓受試者以向心收縮的方式，快速提起 20%～80% 1RM的重物，重復8～14次為一組，每次訓練3～4組，每周2～3次，持續(xù)8～16 w。研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過上述訓練，老齡肌肉的等長收縮力量，向心收縮力量、爆發(fā)力均有明顯改善，老年人的功能活動能力〔36〕，力量募集的速率，等長收縮期神經(jīng)沖動的傳導速率〔37〕以及平衡能力〔38〕均有明顯提高。但是，迄今為止，尚未發(fā)現(xiàn)有關(guān)爆發(fā)力訓練改變肌肉結(jié)構(gòu)的報道。

盡管眾多有關(guān)老年人爆發(fā)力訓練的研究沒有直接研究訓練對力-速關(guān)系的影響，但通過這些研究可以間接得出力-速關(guān)系所發(fā)生的變化。例如，de Vos等〔39〕在2008年的實驗中將112位健康老年人(均齡69.4±5.8)歲隨機分為四組，其中三組分別負重20%1RM，50%1RM，80%1RM，20%1RM進行爆發(fā)力抗阻訓練12 w，每周訓練2次，每次包括5種練習(雙邊水平蹬腿，坐胸推，雙側(cè)伸膝，坐式劃船和坐式雙側(cè)屈膝)，每種練習包括3組，每組又包括8次爆發(fā)性的向心收縮和8次慢速的離心收縮，各組均在數(shù)字充氣式抗阻訓練器上進行。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，所有訓練組的最大爆發(fā)力明顯增長(P<0.001)，向心收縮速度沒有明顯變化，且各組間數(shù)據(jù)無明顯差異。這說明經(jīng)過12 w的爆發(fā)力訓練，老齡肌肉在保持收縮速度的情況下，最大爆發(fā)力明顯增長。

將傳統(tǒng)抗阻訓練和爆發(fā)力抗阻訓練進行對比，Bottaro等〔2〕認為兩種訓練方式均能提高肌肉力量，但爆發(fā)力訓練對提高老齡肌肉的爆發(fā)力和改善老年人的功能活動能力更為有效。但最近，Henwood〔36〕等人研究發(fā)現(xiàn)，兩種訓練方式在改善老齡肌肉的最大等長肌力，改善肌肉的最大爆發(fā)力方面以及對老年人功能活動有相似的積極影響。盡管對比傳統(tǒng)抗阻訓練和爆發(fā)力訓練的有效性還需要進一步研究，但目前達成共識的是，爆發(fā)力訓練是一種改善老年人功能活動的有效方式。

3.3離心抗阻訓練 老化過程中，Sarcopenia骨骼肌的離心力量相對恒定提示研究者們?yōu)槿〉米罴延柧毿Ч?，可適當增加離心收縮期的負荷強度，這對于向心肌力大大降低的功能活動受限和身體虛弱的老年人有重要意義。Valour等〔40〕研究7 w肘屈肌離心抗阻訓練對老齡肌肉的影響，該實驗中老年受試者(均齡65±6)歲進行6次單側(cè)優(yōu)勢臂的肘屈肌的離心收縮，負荷強度3RM，每次訓練5組，每周3次，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，老齡肌肉的力-速曲線上移，最大收縮速度和最大爆發(fā)力增長。

與傳統(tǒng)抗阻訓練相比，離心訓練能夠明顯改善老年人的功能活動能力。LaStayo等〔41〕人對身體虛弱的11位老年男性和10位老年女性受試者(均齡70～93)歲隨機分成2組，分別進行為期11 w的橫臥下肢腳踏車離心訓練和傳統(tǒng)抗阻訓練，每周訓練3次，結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩組受試者的股外側(cè)肌的橫截面積在訓練后均明顯增加(P<0.05)，但只有離心訓練組的膝伸肌的等長力量明顯增加(P<0.05)，且平衡能力和下臺階能力也只有離心訓練組有改善(P<0.05)，計時起立行走測試結(jié)果顯示，只有離心訓練組提高了計時起立行走能力，其跌倒風險閾值超過14 s。 諸多研究證實，經(jīng)過離心抗阻訓練的老齡肌肉與向心訓練相比，力量增長更多且更加肥大〔42〕。盡管也有研究發(fā)現(xiàn)，離心和向心抗阻訓練所致的肌肉肥大程度大致相同，但經(jīng)過離心訓練的肌肉在維持平衡能力方面比向心訓練更具有優(yōu)越性〔32〕。在完成等量工作時，離心抗阻訓練比向心訓練的能量消耗低，且自感用力度低〔43〕。Okamoto等〔43〕人發(fā)現(xiàn)經(jīng)過8 w的向心抗阻訓練，老年受試患動脈粥樣硬化病的比率增加，而經(jīng)過8 w的離心抗阻訓練后沒有發(fā)現(xiàn)此現(xiàn)象。因此，離心抗阻訓練與向心抗阻訓練相比對Sarcopenia肌肉更具有積極影響〔44〕。有研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過離心抗阻訓練和傳統(tǒng)抗阻訓練的Sarcopenia肌肉的肌束長度均增加，但離心抗阻訓練組的效果更為明顯〔32〕，Duclay〔45〕,Potier等〔46〕人在對年輕人進行離心訓練時也發(fā)現(xiàn)了此現(xiàn)象。因Sarcopenia肌肉的爆發(fā)力衰減可能歸因于肌束縮短，肌節(jié)丟失〔15〕，所以離心訓練促使肌束增長或許對高速向心收縮過程中力矩增長和爆發(fā)力的生成有著積極的影響。Reeves〔32〕和他的同事就發(fā)現(xiàn)離心抗阻訓練對離心等長收縮的效果非常明顯，且對高速向心收縮時的力矩生成也有明顯的改善。離心抗阻訓練之所以優(yōu)于向心訓練可能是除對機體施加的負荷刺激之外，又附加了肌肉伸展時來自于肌肉自身的肌源性刺激，使老齡肌肉代謝率增強，適應性增強〔32〕。加之，肌肉在進行離心收縮期為向心收縮積蓄彈性勢能，從而使向心收縮更加有力。肌肉的離心收縮是日常功能中的不可分割的部分，例如，膝、踝關(guān)節(jié)肌肉的離心力量對老年人能否安全下臺階就十分關(guān)鍵〔25〕，因為老年人在臺階上跌倒大多數(shù)發(fā)生在下臺階時，增加離心力量會降低老年人跌倒的風險〔12〕。但是，很多研究也發(fā)現(xiàn)，在進行離心抗阻訓練時，與年輕人相比，老年人中損傷的發(fā)生率很高〔47〕，因此安全而有效的負荷強度尚待研究，有關(guān)離心抗阻訓練改善骨骼肌機能的機制也期待后續(xù)研究。

4 思 考

Sarcopenia肌肉力-速關(guān)系的退行性變化導致了老年人活動能力和自理能力的喪失，隨著老齡人口的不斷增長，這對整個社會的醫(yī)療保障體系將構(gòu)成巨大威脅，因此改善Sarcopenia肌肉的力-速關(guān)系應成為學者們研究的重點問題?？棺栌柧氉鳛橐恢陛^為安全、有效的干預方式，已經(jīng)引起了學者們的關(guān)注，但諸多研究者針對不同的側(cè)重點采用了不同的訓練方式，不同的訓練方式有不同的訓練效果，對于老年人這一特殊群體，哪一種訓練方式更具有針對性，更行之有效，卻需要仔細分析研究。傳統(tǒng)抗阻訓練方法在增強向心力量方面確實有優(yōu)勢，但爆發(fā)力抗阻訓練既能增加力量，又能增加肌肉的收縮速度，因而改善老年人的功能活動更有效。離心抗阻訓練是一種新興的抗阻訓練方式，基于老年人離心力量衰退不顯著，因而對功能活動受限和身體虛弱的老年人來說更有意義，在改善老年人的功能活動和預防老年人跌倒方面也更加有效。然而，因Sarcopenia的機制還不明了，各種抗阻訓練的機制也不明確，尤其是目前對離心抗阻訓練的安全、有效性的研究尚少，因此，尚需要研究者付出不懈的努力。

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