老年人持續(xù)伸膝疲勞時(shí)的股四頭肌做功特征研究

王艷春，張亞軍，岳文雨，周思紅

骨骼肌持續(xù)完成一定動(dòng)作時(shí)會(huì)導(dǎo)致肌肉疲勞的產(chǎn)生，人體在肌肉疲勞狀態(tài)容易有意外情況發(fā)生，直接導(dǎo)致老年人生活質(zhì)量下降。如何提高老年人的生活質(zhì)量，如何改善老年人的身體健康，是廣大體育科研工作者一直關(guān)注的社會(huì)問題。劉宇[1]選擇年輕組與老年組各10位受試者為研究對(duì)象，對(duì)股四頭肌進(jìn)行疲勞測(cè)試，探討老年人最大肌力、肌肉質(zhì)量等受到年齡影響后的變化特征，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：年輕組的絕對(duì)/相對(duì)最大肌力、爆發(fā)力都顯著高于老年組，和肌力相比老化對(duì)爆發(fā)力影響更大，老年人在動(dòng)態(tài)力量、靜態(tài)力量方面測(cè)試結(jié)果反映出老年人有明顯的肌力流失現(xiàn)象。Rantanen[2]通過對(duì)8 000名起始年齡為45歲的男性進(jìn)行持續(xù)27年的追蹤研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)肌肉力量隨著年齡的增長(zhǎng)而出現(xiàn)減退，其中45～49歲之間的人群肌力減退了22%；55～59歲之間的人群肌力減退了32%；老年人年齡在65～68歲之間已經(jīng)減退了40%。這種肌力減退嚴(yán)重影響到老年人的日常生活。老年人出現(xiàn)的這種肌肉功能減退與年齡因素相關(guān)性很大，這是生物學(xué)改變與行為改變結(jié)合導(dǎo)致的結(jié)果。筆者主要通過對(duì)老年人在完成不同速度、不同次數(shù)的伸膝肌過程的做功進(jìn)行測(cè)試，比較他們疲勞的狀態(tài)特征，從而為運(yùn)動(dòng)改善老年人的肌肉力量的觀點(diǎn)提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究對(duì)象和方法

1.1 研究對(duì)象

經(jīng)調(diào)查與仔細(xì)篩選，本實(shí)驗(yàn)共選擇了32位老年人為研究對(duì)象。男女受試者人數(shù)各半，將他們分為常鍛煉老年人組與不常鍛煉老年人組。受試者具體身體情況見表1。這些受試者均有體檢證明身體健康、沒有傷病，身體條件符合本次實(shí)驗(yàn)需要，并且通過與受試者溝通、交流，詳細(xì)告知他們本次實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容和要求，受試者均明確表示愿意參加本次實(shí)驗(yàn)，并且會(huì)按照實(shí)驗(yàn)的要求認(rèn)真完成測(cè)試內(nèi)容。

表1 受試者基本情況

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1實(shí)驗(yàn)儀器實(shí)驗(yàn)使用瑞士生產(chǎn)的con-trex等速肌力測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試。該儀器峰值力矩達(dá)到720N5M；角速度測(cè)時(shí)最大向心、離心角速度可達(dá)到500°/s；測(cè)試時(shí)對(duì)力矩的采樣率可達(dá)到4 000Hz。該儀器測(cè)力精確度高，機(jī)器誤差非常小，可進(jìn)行多種模式的測(cè)試、訓(xùn)練，滿足本實(shí)驗(yàn)的硬件需要。

1.2.2大腿去脂體積的計(jì)算本實(shí)驗(yàn)主要測(cè)試?yán)夏耆顺掷m(xù)伸膝動(dòng)作，因此了解大腿的去脂體積就非常重要。研究前對(duì)所有受試者統(tǒng)一由專人進(jìn)行大腿去脂體積的測(cè)量，其中大腿去脂體積根據(jù)Jones與Katch提出的公式計(jì)算[3,4]。

1.2.3實(shí)驗(yàn)方案正式實(shí)驗(yàn)前統(tǒng)一對(duì)受試者進(jìn)行培訓(xùn)，告知受試者所要進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)過程與實(shí)驗(yàn)要求，演示如何完成伸膝動(dòng)作。受試者一一進(jìn)行體驗(yàn)，熟練掌握將要進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)動(dòng)作。正式實(shí)驗(yàn)分批分組進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)前熱身5分鐘，統(tǒng)一先測(cè)角速度為60°/s的優(yōu)勢(shì)腿；再測(cè)劣勢(shì)腿，采集連續(xù)收縮30次的總功數(shù)據(jù)；3天后再進(jìn)行角速度為180°/s的測(cè)試，次數(shù)為50次，并采集總功數(shù)據(jù)。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法

所有數(shù)據(jù)均用SPSS13.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)處理，用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差(±SD)表示。受試者各組間顯著性差異采用單因素方差分析進(jìn)行[5]。P<0.01為特別顯著性差異；P<0.05為顯著性差異。

2 結(jié)果

由表2可知，在大腿去脂體積上，優(yōu)勢(shì)側(cè)測(cè)試發(fā)現(xiàn)常鍛煉女性老年人與不常鍛煉男性老年人相比有特別顯著性差異；常鍛煉男性老年人與常鍛煉女性老年人相比有顯著性差異；不常鍛煉女性老年人與不常鍛煉男性老年人相比有特別顯著性差異。劣勢(shì)側(cè)測(cè)試發(fā)現(xiàn)常鍛煉女性老年人與不常鍛煉男性老年人相比有顯著性差異；常鍛煉男性老年人與常鍛煉女性老年人相比有顯著性差異；不常鍛煉女性老年人與不常鍛煉男性老年人相比有顯著性差異。

表2 受試者大腿去脂體積測(cè)試結(jié)果(cm3)

注：**表示不常鍛煉女組與其他組有特別顯著性差異，P<0.01；*表示不常鍛煉女組與其他組有顯著性差異，P<0.05；﹟表示常鍛煉老年人男組與其他組有顯著性差，P<0.05；﹟﹟表示常鍛煉老年人男組與其他組有特別顯著性差，P<0.01；☆☆表示常鍛煉女組與其他組有特別顯著性差，P<0.01；☆表示常鍛煉女組與其他組有顯著性差，P<0.05，下同。

表3表明，老年人60°/s伸膝30次測(cè)試總功上也存在差異。優(yōu)勢(shì)側(cè)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，不常鍛煉女性老年人與常鍛煉男性老年人相比有特別顯著性差異，與不常鍛煉男性老年人相比有顯著性差異；常鍛煉男性老年人與常鍛煉女性老年人相比有特別顯著性差異，與不常鍛煉男性老年人相比有顯著性差異。劣勢(shì)側(cè)測(cè)試發(fā)現(xiàn)不常鍛煉女性老年人與常鍛煉男性老年人相比有特別顯著性差異；常鍛煉男性老年人與不常鍛煉男性老年人、常鍛煉女性老年人相比均有顯著性差異。

表3 老年人以60°/s伸膝30次測(cè)試的總功(單位：J)

表4顯示，老年人以180°/s伸膝50次，測(cè)試總功差異特征。優(yōu)勢(shì)側(cè)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，不常鍛煉女性老年人與常鍛煉男性老年人相比有特別顯著性差異，與不常鍛煉男性老年人相比有顯著性差異；常鍛煉男性老年人與常鍛煉女性老年人相比有特別顯著性差異，與不常鍛煉男性老年人相比有顯著性差異。劣勢(shì)側(cè)測(cè)試發(fā)現(xiàn)不常鍛煉女性老年人與常鍛煉男性老年人相比有特別顯著性差異；常鍛煉男性老年人與不常鍛煉男性老年人相比均有顯著性差異。

表4 老年人以180°/s伸膝50次測(cè)試的總功(單位：J)

3 討論分析

3.1 老年人大腿去脂體積測(cè)試結(jié)果分析

從測(cè)試結(jié)果看，男性老年人要顯著高于女性老年人，常鍛煉女性老年人大腿去脂體積最小。分析認(rèn)為這種情況主要與選擇的受試者有關(guān)。本實(shí)驗(yàn)選擇受試者主要是考慮性別、年齡、是否經(jīng)常鍛煉等，并沒有規(guī)定老年人的身高、體重等指標(biāo)，因此在實(shí)驗(yàn)中測(cè)試的身體形態(tài)就可能會(huì)出現(xiàn)較大的差異。特別是不常鍛煉男性老年人，大腿去脂體積最大，并且優(yōu)勢(shì)側(cè)與劣勢(shì)側(cè)還有較大差異；其次是常鍛煉男性老年人大腿去脂體積較大；第三為不常鍛煉女性老年人，常鍛煉女性老年人數(shù)據(jù)最小。本實(shí)驗(yàn)要求受試者盡最大力量連續(xù)完成30次與50次伸膝動(dòng)作，了解持續(xù)運(yùn)動(dòng)時(shí)各組受試者股四頭肌的抗疲勞能力。此時(shí)股四頭肌為原動(dòng)肌，因此股四頭肌的肌纖維橫斷面的大小、股四頭肌紅肌與白肌的百分比、運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的刺激強(qiáng)度、運(yùn)動(dòng)單位的募集數(shù)量等都會(huì)造成伸肌的效果不同。因本實(shí)驗(yàn)測(cè)試伸膝的次數(shù)有30次、50次，各組受試者都出現(xiàn)了不同程度的疲勞，因此用總的做功能力來比較幾組老年人的股四頭肌機(jī)能更加合理。

3.2 老年人60°/s伸膝30次測(cè)試總功分析

人體的肌肉做功是衡量肌肉力量作用效果的一個(gè)重要指標(biāo)。在一定時(shí)間內(nèi)做的總功可以反映出肌肉持續(xù)運(yùn)動(dòng)的能力。從本實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，受試者60°/s慢速持續(xù)伸膝30次時(shí)，優(yōu)勢(shì)側(cè)總功測(cè)試結(jié)果呈現(xiàn)出“常鍛煉男性老年人>不常鍛煉男性老年人>常鍛煉女性老年人>不常鍛煉女性老年人”趨勢(shì)，這與之前受試者大腿去脂體積測(cè)試結(jié)果“不常鍛煉男性老年人>常鍛煉男性老年人>不常鍛煉女性老年人>常鍛煉女性老年人”并不吻合。表明常運(yùn)動(dòng)老年人盡管大腿去脂體積小于不常運(yùn)動(dòng)老年人，但運(yùn)動(dòng)對(duì)骨骼肌的改善效果顯而易見，肌肉做功能力得到大大提高。常運(yùn)動(dòng)的老年人經(jīng)常參加體育活動(dòng)，大腿的骨骼肌機(jī)能得到大大改善。分析認(rèn)為常鍛煉老年人除了橫斷面積不如不常鍛煉老年人之外，運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的刺激強(qiáng)度、運(yùn)動(dòng)單位的募集數(shù)量、肌細(xì)胞內(nèi)促進(jìn)氧化代謝的酶含量等等都得到提高。這也表明常鍛煉老年人的骨骼肌抗疲勞能力顯著高于不常鍛煉老年人。從劣勢(shì)側(cè)的測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn)總體與優(yōu)勢(shì)側(cè)比較相似，但不常鍛煉男性與女性老年人之間無顯著性差異；常鍛煉男性與常鍛煉女性老年人之間有顯著性差異。表明劣勢(shì)側(cè)得到了有效鍛煉，特別是女性常鍛煉人群因?yàn)槌＿M(jìn)行體育鍛煉，劣勢(shì)側(cè)肌力得到改善，做功提高；而不常鍛煉老年人劣勢(shì)側(cè)幾乎沒有改變。

陶?qǐng)?jiān)[6]選擇了50名55歲以上的老年人，分為男女抗阻訓(xùn)練組、對(duì)照組，研究通過抗阻訓(xùn)練會(huì)對(duì)老年人的下肢肌力產(chǎn)生怎樣的影響。測(cè)試指標(biāo)有下肢的屈、伸肌平均力矩；屈、伸肌峰值力矩；屈、伸肌總功；屈、伸肌做功比值等。結(jié)果發(fā)現(xiàn)抗阻訓(xùn)練對(duì)男性老年人下肢肌影響更大，但對(duì)老年男、女下肢肌力均有一定的促進(jìn)作用。賈前生[7]選擇300名學(xué)生為受試者，采用等速向心模式進(jìn)行肌力測(cè)試。通過測(cè)試不同角速度下受試者肩關(guān)節(jié)的平均功率、總功、峰值力矩等指標(biāo)，探討肩關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)時(shí)的力學(xué)特征。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，肩關(guān)節(jié)水平伸肌群總功、峰力矩大于水平屈肌群；測(cè)試速度越大總功屈伸比就越大；肩關(guān)節(jié)水平屈伸肌群總功、峰力矩在角速度為120°/s時(shí)最大；隨著角速度增大肩關(guān)節(jié)水平屈伸肌群平均功率會(huì)增大。

3.3 老年人180°/s伸膝50次測(cè)試總功分析

受試者180°/s快速持續(xù)伸膝50次時(shí)，各組受試者的數(shù)據(jù)均低于60°/s慢速持續(xù)伸膝30次時(shí)的數(shù)據(jù)，50次的股四頭肌在快速收縮時(shí)產(chǎn)生的總功不如30次慢速收縮。結(jié)果可以用經(jīng)典的Hill方程[8]來進(jìn)行解釋，人體的骨骼肌收縮速度與產(chǎn)生的肌張力成反比，收縮速度越大則張力越小。由于“功(W)=力(F)×距離(S)”，力比較小所以總功就比較小。此外，各組優(yōu)勢(shì)側(cè)快速收縮50次做的總功與慢速30次做的總功之間的差異趨勢(shì)比較相似，也呈現(xiàn)出“常鍛煉男性老年人>不常鍛煉男性老年人>常鍛煉女性老年人>不常鍛煉女性老年人”的趨勢(shì)，但劣勢(shì)側(cè)卻不太相同，呈現(xiàn)出“常鍛煉男性老年人>常鍛煉女性老年人 >不常鍛煉男性老年人>不常鍛煉女性老年人”的趨勢(shì)。優(yōu)勢(shì)側(cè)常鍛煉男性老年人與常鍛煉女性老年人之間有特別顯著性差異，而他們?cè)诹觿?shì)側(cè)卻無顯著性差異。表明在快速收縮做功過程中，常鍛煉女性老年人的劣勢(shì)側(cè)做工能力表現(xiàn)非常突出，疲勞程度降低相對(duì)較輕；常鍛煉女性老年人大腿股四頭肌的優(yōu)勢(shì)側(cè)與劣勢(shì)側(cè)更加均衡，這也在很大程度上提高了她們下肢的肌肉力量，能夠更加有效地防止出現(xiàn)跌倒等意外發(fā)生。

馬利華[9]在文獻(xiàn)中報(bào)道：步行能力、平衡功能二者之間相關(guān)性非常高。老年人步速會(huì)出現(xiàn)下降，這與老年人優(yōu)勢(shì)側(cè)與劣勢(shì)側(cè)的肌力不均衡有關(guān)，也與老年人單側(cè)肌力下降有一定關(guān)系。如果老年人能夠表現(xiàn)出較快的步速就能反映出他們良好的身體機(jī)能狀況。通過等速肌力測(cè)試系統(tǒng)能夠檢測(cè)出不同人群如運(yùn)動(dòng)員、普通年輕人、老年人等在肌力方面的差異，還能檢測(cè)出完成相同動(dòng)作時(shí)肌群的力量大小、發(fā)力比例等等，通過總結(jié)分析建立相對(duì)更加科學(xué)合理的發(fā)力模式。也有一些體育科研人員對(duì)其他老年人容易導(dǎo)致跌倒的關(guān)節(jié)進(jìn)行了研究。王連成[10]將72例老年人分為對(duì)照組與跌倒組，采用Biodex等速力量測(cè)試訓(xùn)練系統(tǒng)對(duì)受試者進(jìn)行健側(cè)下肢肌力進(jìn)行測(cè)試，研究跌倒者下肢肌力的變化情況，記錄慢速和快速時(shí)膝關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)的力學(xué)參數(shù)變化。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：對(duì)照組踝關(guān)節(jié)屈肌群在慢速時(shí)最大轉(zhuǎn)矩高于跌倒組；對(duì)照組踝關(guān)節(jié)伸肌群在快速時(shí)最大轉(zhuǎn)矩平均功率高于跌倒組。表明對(duì)踝關(guān)節(jié)的屈伸肌力進(jìn)行測(cè)試，可以為老年人的跌倒風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估。此項(xiàng)研究為跌倒預(yù)防、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等均提供了參考依據(jù)。

肌肉力量對(duì)老年人的日常生活、跌倒意外等方面起著重要作用。隨著年齡的增長(zhǎng)，肌力水平會(huì)逐漸下降，肌力衰退、肢體僵硬、行動(dòng)不便等都嚴(yán)重影響了老年人的生存質(zhì)量，因此，人們已經(jīng)注意到肌力對(duì)老年人整體健康水平有重要的影響。肌力也是衡量老年人體質(zhì)健康的重要指標(biāo)之一[11,12]。目前在老年人體質(zhì)健康狀況檢測(cè)、老年人康復(fù)領(lǐng)域等方面已經(jīng)開始重視肌肉力量的評(píng)定以及肌力鍛煉方法的研究。

4 結(jié)論

60°/s慢速測(cè)試時(shí)，常鍛煉老年人股四頭肌收縮的總功顯著高于不常鍛煉老年人，這與他們的大腿去脂體積差異有較大相關(guān)。表明運(yùn)動(dòng)對(duì)老年人骨骼肌做功能力改善非常顯著，使得他們的抗疲勞能力增加；180°/s快速測(cè)試時(shí)，對(duì)常鍛煉女性老年人股四頭肌劣勢(shì)側(cè)做功改善效果更加顯著。表明運(yùn)動(dòng)對(duì)常鍛煉女性老年人的肌力收縮能力有顯著增強(qiáng)，也使得她們的兩側(cè)下肢肌力更加均衡，可以更加有效地降低跌倒等意外情況的發(fā)生?？梢姡芯繛檫\(yùn)動(dòng)對(duì)老年人的肌肉功能、肌肉抗疲勞能力的影響提供了理論參考依據(jù)。

[1] 劉宇,彭千華,田石榴.老年人肌力流失與肌肉疲勞的肌動(dòng)圖研究[J].體育科學(xué),2007(5):57～63.

[2] Rantanen T， et al. Grip strength changes over 27 yr in Japanese, American men[J].J Appl Physiol,1998,85:2047～2053.

[3] Jones PR, Pearson J. Anthropometric determination of leg fat and muscle plus bone volumes in young male and female a—dults[J].J Physiol,1969(2):63～66.

[4] Katch VL， Katch FI. A simple anthropometric method for calculating segmental leg limb volume[J].Res Q,1974(2):211～214.

[5] 盧紋岱.SPSS for Windows 統(tǒng)計(jì)分析(第2版)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2002.

[6] 陶?qǐng)?jiān).抗阻力練習(xí)對(duì)老年人下肢力量的影響[J].北京體育大學(xué)學(xué)報(bào),2010(8):68～70.

[7] 賈前生.肩關(guān)節(jié)做水平屈伸運(yùn)動(dòng)時(shí)肌肉力量特征的生物力學(xué)分析[J].黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)學(xué)報(bào),2015(4):139～143.

[8] 體育院校通用教材.運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)[M].北京:人民體育出版社,1996.

[9] 馬利華,姚頌一.等速測(cè)試在肌肉力量評(píng)定上的應(yīng)用[J].體育科學(xué),1993(1):59.

[10] 王連成,張棉,章禮勤,等.老年跌倒患者下肢肌肉力量變化的研究[J].天津醫(yī)藥,2012(9):938～939.

[11] Ritchie C， Trost SG， Brown W. Reliability and validity of physical fitness field tests for adults aged 55 to 70 years[J].J Sci Med Sport，2005(1):61～70.

[12] Capodaglio P， Capodaglio EM， Ferri A. Muscle function and functional ability improves more in community-dwelling older women with a mixed-strength training programme[J].Age Ageing,2005(2):141～147.