兒童和青少年生長發(fā)育與肌肉力量發(fā)展評述

尹曉峰

青少年時(shí)期是個(gè)體整個(gè)生命周期內(nèi)身心發(fā)展最為關(guān)鍵的階段。 無論年齡、 發(fā)育成熟度以及性別如何， 積極而充分的身體活動(dòng)對于維持和/ 或促進(jìn)健康至關(guān)重要。 遺憾的是，自2010 年世界衛(wèi)生組織就青少年、 成年人和老年人獲得最佳健康收益的身體活動(dòng)類型和頻率提出建議以來， 各國適齡兒童和青少年的身體活動(dòng)變化趨勢卻不樂觀。 2018 年世界衛(wèi)生組織開展的一項(xiàng)涉及全球146 個(gè)國家和地區(qū)的298 所學(xué)校1 600 萬名11~17 歲適齡學(xué)生體力活動(dòng)不足趨勢的調(diào)查結(jié)果顯示，81%的青少年未能達(dá)到“每日60 分鐘中高強(qiáng)度體力活動(dòng)”的全球建議，中國同齡青少年中有80.1%的男孩和88.6%的女孩每日體力活動(dòng)量低于理想水平。不僅如此，伴隨全球范圍內(nèi)青少年體力活動(dòng)不足同時(shí)發(fā)生的還有肌肉健康指標(biāo)（即肌肉力量、肌肉爆發(fā)力和局部肌肉耐力）的不斷下降[1]。一項(xiàng)針對16 個(gè)國家的青少年過去近四十年的場地力量測試結(jié)果的分析表明，中國、美國、澳大利亞、加拿大、捷克、荷蘭、立陶宛、西班牙和瑞典的青少年在立定跳遠(yuǎn)、握力、仰臥起坐、屈臂懸垂等測試中都呈現(xiàn)了不同程度的逐年下降趨勢[2]。 研究人員將這種非病變引起的肌肉力量、 爆發(fā)力減少和運(yùn)動(dòng)功能不足的癥狀引入了一個(gè)特定術(shù)語 “兒童肌力減少癥”（pediatric dynapenia），用于表征異常低水平的肌肉力量。 從公共衛(wèi)生的角度來看， 力量儲備低（即肌肉力量低于平均水平）的兒童和青少年在日常生活或從事運(yùn)動(dòng)鍛煉時(shí)將很難應(yīng)對非預(yù)期的壓力源， 縱向數(shù)據(jù)顯示這種力量差異可能會隨著發(fā)育時(shí)間的推移在成年后進(jìn)一步擴(kuò)大。

針對此類因身體運(yùn)動(dòng)不足而引發(fā)的功能障礙，一些學(xué)者基于大腦介導(dǎo)的運(yùn)動(dòng)控制理論， 建議利用生命早期階段神經(jīng)肌肉系統(tǒng)的“可塑性”來提升肌肉力量表達(dá)，實(shí)現(xiàn)神經(jīng)元髓鞘化和大腦神經(jīng)通路的“激活”，包括突觸修剪（通過減少神經(jīng)元和突觸的總數(shù)來改變神經(jīng)結(jié)構(gòu)，使突觸更加有效），從而最大限度地為兒童和青少年帶來與健康相關(guān)的潛在收益。

1 生長發(fā)育與自然性力量的表達(dá)

收縮肌肉力量可以理解為一塊肌肉或一組肌肉在特定速度下產(chǎn)生的最大力量或最大張力[3]，肌肉力量代表了個(gè)體為抵抗外部阻力而生成力的能力。在大部分的運(yùn)動(dòng)場景中， 都需要在對抗各種外部阻力（如自身體重、器械的質(zhì)量或是對手的身體質(zhì)量）的同時(shí)，產(chǎn)生較大加速度以達(dá)成運(yùn)動(dòng)任務(wù)或目標(biāo)。根據(jù)牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律（力= 質(zhì)量×加速度），對抗外部阻力時(shí)的加速度由作用力的大小決定[4]。 這清楚地表明， 個(gè)體自主產(chǎn)生最大力量或扭矩的能力對運(yùn)動(dòng)的結(jié)果至關(guān)重要。與成年人不同，青少年的肌肉力量發(fā)展與年齡、 生長和成熟狀態(tài)的復(fù)雜交互作用相關(guān)，并因性別而異，同時(shí)受到遺傳、環(huán)境、肌肉活動(dòng)等因素的多重影響。

對生長和成熟階段兒童肌肉發(fā)育的評估， 有助于人們了解力量表達(dá)在年齡和性別方面的差異。 盡管神經(jīng)肌肉激活受遺傳因素影響的具體程度尚不明確， 但肌肉質(zhì)量遺傳率的估計(jì)值一直很高， 范圍為60%~90%。 相比之下，影響肌肉功能的肌纖維成分因素受遺傳影響的比例大約為45%， 剩余的部分則由決定I 型和II 型肌纖維比例的后天運(yùn)動(dòng)因素所決定，包括運(yùn)動(dòng)的類型、強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間等[5]。 因此，在引入抗阻訓(xùn)練之前， 先了解生長發(fā)育進(jìn)程中可能影響兒童和青少年力量自然發(fā)展的發(fā)育因素（圖1）。

圖1 兒童和青少年生長進(jìn)程中的發(fā)育因素Figure1 Developmental factors in the growth of children and adolescents

1.1 影響力量發(fā)展的生長與成熟因素

每個(gè)孩子都是“獨(dú)一無二”的個(gè)體，沒有任何兩個(gè)孩子的身體形態(tài)或是身體成分會按照完全一模一樣的速度發(fā)展， 即使是自身的各個(gè)部位之間也不會同步生長。 然而，在生長發(fā)育的過程中，又都經(jīng)歷著相同的成熟變化規(guī)律。無論生長速度如何，孩子們發(fā)展的階段卻呈現(xiàn)出明顯的共性化特征， 最終都會達(dá)到完全成熟的狀態(tài)。就如同花瓣形狀各異，花期各不相同，但是它們都會在萌芽期破土而出，花芽期含苞待放，最終在初花期向陽盛開。對于發(fā)育階段孩子而言，描述和理解他們在兒童期和青春期的身高、骨骼長度和體重變化十分重要。無論是身高還是體重，測量時(shí)都會表現(xiàn)出晝夜變化的差異。 早上的時(shí)候會更高、更輕，而在當(dāng)天晚些時(shí)候則更矮、更重。身高主要受重力影響， 體重受飲食、 體力活動(dòng)或月經(jīng)周期影響。 因此，在追蹤孩子的身高和體重時(shí)，應(yīng)當(dāng)盡量保證在相同的條件下進(jìn)行。 全維度生長發(fā)育因素與力量自然發(fā)展趨勢見圖2。

圖2 全維度生長發(fā)育因素與力量自然發(fā)展趨勢（左為男孩，右為女孩）Figure2 Full-dimensional growth and development factors and natural development trend of strength (left is boys,right is girls)

1.1.1 身高隨年齡的變化

在嬰兒期和兒童期，孩子在不斷長高，但生長速度（即每年身高增加的高度）逐漸減慢。 為了計(jì)算生長速度，通常每6 個(gè)月測量1 次身高和體重，在整個(gè)青春期則需要增加測量的頻次（每3 個(gè)月記錄1次）。當(dāng)將身高增幅百分比與年齡作圖時(shí)， 大多數(shù)孩子在青春期的某個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)上會出現(xiàn)身高的大幅增加。身高最大增長速度對應(yīng)的年齡稱為aPHV， 上海女孩平均aPHV 為11.2 歲（范圍為9.5~14.5 歲），男孩大約為12.5 歲（范圍為10.5~17.5 歲），最大身高年增長速度約為8.5 cm/年[數(shù)據(jù)來源于上海體育科學(xué)研究所（上海市反興奮劑中心）選材育才研究中心內(nèi)部數(shù)據(jù)，研究尚未發(fā)表]。一般而言，男孩的典型生長突增持續(xù)時(shí)間為2.81 年，女孩為2.82 年，在此期間平均身高增長分別為（21.1±3.9）cm 和（19.6±4.7）cm[6]。 女性通常大約在16 歲時(shí)停止長高， 男性則會繼續(xù)生長2~3 年左右。 由于男孩在青春期不僅具有較長的增長期，同時(shí)還具有稍快的身高突增速度，因此導(dǎo)致了成年后身高上的性別差異。

需要注意的是， 兒童在向成年過渡過程中面臨的獨(dú)特挑戰(zhàn)之一是身體各部分的不同增長速度，而這些差異對于運(yùn)動(dòng)策略中力量的施加造成了較大的影響。男孩和女孩的腿與軀干長度的增長模式相似，男孩和女孩腿部長度在aPHV 之前的4 年開始增加， 腿部峰值生長速度在aPHV 之前或與之同時(shí)發(fā)生，軀干的峰值生長速度則在aPHV 之后達(dá)到，因此腿部長度的增加往往先于軀干長度的增長， 腿長與軀干長度（即坐高）的比率呈現(xiàn)出先增后減的趨勢。

肩部和臀部骨骼寬度在其發(fā)育過程中表現(xiàn)出明顯的性別差異。 在青春期生長突增開始之前， 女孩（平均而言）的平均肩/ 臀寬高于男孩。 在身高突增之初，該比例在女孩中顯著下降，而在男孩中增加，導(dǎo)致在aPHV 年齡和之后的顯著性別差異[7]。這反映了女性骨盆寬度相對于肩部的更大發(fā)展， 以及男性肩部寬度相對于骨盆的更大發(fā)展。

1.1.2 骨骼隨年齡的變化

全身骨面積和骨礦物質(zhì)含量隨年齡呈線性增長的趨勢相似，兒童期沒有性別差異。 在青春期早期，女孩的骨礦物質(zhì)含量平均略高于男孩， 在15~16 歲左右全身骨面積和骨礦物質(zhì)含量將達(dá)到平臺期。 而男孩的骨礦物質(zhì)含量則會一直持續(xù)增加直至成年期（圖2）。

骨密度的性別差異相對較小， 男孩和女孩青春期生長加速時(shí)間是影響骨密度變化的主要因素之一。 女孩在aPHV 前后骨密度增長速度變化不明顯，在月經(jīng)初潮后骨密度增長放緩并逐漸達(dá)到平臺。 男孩骨密度在aPHV 后增長加速，并在青春期后期（18 歲左右）男孩骨密度超過女孩，這種發(fā)育特征變化導(dǎo)致骨密度的性別差異在青春期后期體現(xiàn)出來并持續(xù)到成年期（圖2）。

1.1.3 體重隨年齡的變化

體重代表了必須由下肢肌肉群支撐的負(fù)荷，因此為肌肉生長提供了必要的刺激。 體重隨年齡變化的生長曲線顯示出與身高-年齡曲線相似的模式（圖2）。首先是在嬰兒期出現(xiàn)體重的快速增長，隨后是兒童期的穩(wěn)定增長， 然后是青春期出現(xiàn)的第二次快速增長，最后是成年期的緩慢增長。 在青春期生長突增開始期間，體重隨之迅速增加，通常體重的峰值速度大約發(fā)生在aPHV 之后的1 年。此時(shí)，也大致對應(yīng)力量自然增長峰值的年齡。 這表明體重的增長一定程度上反映了肌肉尺寸增長以及神經(jīng)肌肉的適應(yīng)和協(xié)調(diào)[8]。

瘦體重、 脂肪重量與體脂百分比由體內(nèi)總水分與體密度計(jì)算得到。 瘦體重的增長模式與身高體重的變化趨勢類似， 其生長加速期存在明顯的性別差異：女孩瘦體重大約在15~16 歲達(dá)到成人水平，而男性大概在19~20 歲達(dá)到成人水平。 青春期晚期和成年早期，男孩瘦體重增長值約是女性的1.5 倍，該差異說明了男孩的肌肉組織迅速增長。

脂肪重量在兒童生長過程中起著重要作用。 估計(jì)的脂肪重量從出生時(shí)的約15%增加到1 歲時(shí)的約30%，并一直保持穩(wěn)定直至6 歲左右，這個(gè)過程幾乎不存在性別差異。 之后女孩的脂肪含量比男孩增長的幅度更快，體脂百分比也隨之升高，且整個(gè)青春期的女孩都在保持著這種趨勢。對于男孩來說，脂肪重量的增加在青春期生長突增時(shí)達(dá)到平臺期， 體脂百分比在aPHV 前達(dá)到峰值， 隨后不斷下降， 大約在16~17 歲達(dá)到最低值。 進(jìn)入到青春期后期和成年期，女孩脂肪重量平均是男孩的1.5 倍。 關(guān)鍵的性別差異在于， 男孩在青春期體重增加主要?dú)w因于肌肉和骨骼質(zhì)量的增加，而脂肪量的變化相對較小。對于女孩來說，脂肪量持續(xù)增加，骨骼和肌肉量的增幅降低。

1.1.4 肌肉隨年齡的變化

在正常的生長發(fā)育過程中， 肌肉橫截面積的增加通常被認(rèn)為是由于肌纖維尺寸增加或肥大而不是細(xì)胞增生所致。 隨著骨骼長度和身體比例的增長以及形態(tài)的變化， 肌肉系統(tǒng)也必須隨之發(fā)展。 肌肉必須在長度（以使骨骼生長和肌腱起點(diǎn)和止點(diǎn)的分離引起的張力正?；┮约绑w積、寬度/ 橫截面上增長，以提升支撐和移動(dòng)更大、更重骨骼的力量。盡管不斷變化的激素環(huán)境（例如生長激素、胰島素和睪酮）刺激肌肉長度和大小的增長，但局部機(jī)械因素也有助于肌肉適應(yīng)[9]。

肌肉組織在兒童時(shí)期與青春期初期的發(fā)展存在不平衡現(xiàn)象，首先是較大肌肉開始發(fā)育，生長速度快于小肌群，屈肌發(fā)展速度快于伸肌，這一發(fā)展特點(diǎn)直到青春期中期才逐漸平衡。這種不平衡的發(fā)育特點(diǎn)可能會導(dǎo)致青春期階段的技術(shù)動(dòng)作不協(xié)調(diào)等現(xiàn)象。男孩在青春發(fā)育后期17~18 歲時(shí)肌肉組織生長達(dá)到高峰。

由于骨骼在aPHV 的快速增長，肌肉也以增加長度為主，但是落后于骨骼的生長速度，肌力相對薄弱。骨骼生長改變了肌肉附著點(diǎn)的分離距離，并且由于在肌腱連接處連續(xù)添加了新的肌節(jié)，肌肉纖維的長度增加[10]。 這種適應(yīng)在功能上很重要，因?yàn)樗_保對于給定的肢體運(yùn)動(dòng)范圍， 肌肉將在長度-張力曲線的最佳長度或區(qū)域內(nèi)工作。由于骨骼生長為肌肉長度增長施加了必要的局部刺激，因此在骨骼長度增長和隨后的肌肉長度增長速度之間可能存在滯后或非同步性。這得到了生長過程中組織預(yù)負(fù)荷增加的概念的支持，該概念可以定義為組織在放松狀態(tài)下所承受的力[11]。

除了骨骼和肌肉-肌腱長度之間的生長滯后外，還存在肌肉長度增長與肌肉橫截面增長之間的延遲[12]。當(dāng)身高增長速度減慢，性激素分泌增多時(shí)（aPHV 之后，男孩約15 歲以后，女孩約13 歲以后），絕對力量出現(xiàn)顯著的自然性增長， 但是通常落后于aPHV（圖2）。 骨骼（杠桿）長度和體重增加的同時(shí)，肌肉尺寸的滯后增加也會導(dǎo)致肌肉的超負(fù)荷，并且需要改變神經(jīng)肌肉協(xié)調(diào)性以保持平衡。 通常用肌肉的生理橫截面積 （Physiological Cross Sectional Area, PCSA） 表示肌肉尺寸，PCSA 中肌維排列的羽狀角反映了肌肉產(chǎn)生力的能力。 研究表明，羽狀角從出生后開始單調(diào)增加，并在青春期生長突增后達(dá)到穩(wěn)定值，成年后性別差異明顯[13]。 肌肉纖維橫截面在兒童時(shí)期沒有差異， 直到女孩大約10 歲和男孩大約14 歲時(shí)達(dá)到最大或類似成人的大小，但是肢體長度仍然有相當(dāng)大的增長空間[14]。 反映肌纖維尺寸的另一個(gè)常用指標(biāo)是肌纖維的直徑，嬰兒出生后肌纖維的直徑隨著年齡和體型的增長而迅速增加，但不同部位肌纖維直徑存在較大的差異，一項(xiàng)涉及男女混雜數(shù)據(jù)的研究顯示，9~12 歲肌纖維直徑增長較快，隨后肌纖維直徑增速放緩，并逐漸趨于穩(wěn)定。

標(biāo)準(zhǔn)四肢X 光片可以觀察局部肌肉組織的生長發(fā)育情況，在aPHV 前，男女肌肉寬度差異并不明顯，總體來說男孩肌肉寬度略大于女孩。青春期前男孩和女孩手臂和小腿肌肉寬度的生長速度相似，在aPHV 后男孩手臂和小腿肌肉寬度都表現(xiàn)出明顯的生長突增，女性上臂肌肉寬度未見明顯生長突增，小腿肌肉寬度增長速度在aPHV 后出現(xiàn)增長， 隨后出現(xiàn)了持續(xù)4~5 年的平穩(wěn)期。 青春期男孩的上臂肌肉寬度增長速度約是女性的2 倍， 小腿肌肉寬度增長速度的性別差異不明顯。

1.1.5 生殖系統(tǒng)隨年齡的變化

生殖系統(tǒng)的發(fā)育極大地影響著孩子的全面發(fā)育和生長。睪丸和卵巢分別是男孩和女孩重要的性腺。睪丸的重量在生命早期略有增加， 然后顯示出很小的變化，直到青春期（11 歲左右）重量急劇增加，直到生殖達(dá)到成年值（約20 歲）。卵巢在整個(gè)生長發(fā)育階段呈現(xiàn)平緩但持續(xù)的增加， 青春期的重量增加不像睪丸那么劇烈。

男性睪酮主要由睪丸合成。 女性雌激素主要由卵巢產(chǎn)生， 少量來源于腎上腺皮質(zhì)分泌的前體外周轉(zhuǎn)化，女性睪酮主要（約75%）來自腎上腺來源的雄烯二酮的酶促轉(zhuǎn)化，其余的（約25%）由卵巢產(chǎn)生。睪酮和雌激素的生物合成、酶轉(zhuǎn)化、血液中的運(yùn)輸以及生產(chǎn)組織和目標(biāo)組織的代謝清除是復(fù)雜的生物過程，對生長和成熟的調(diào)節(jié)有相當(dāng)大的影響，對男女第二性征成熟起重要作用。睪酮與運(yùn)動(dòng)能力關(guān)系密切，能夠促進(jìn)蛋白質(zhì)合成、 增加肌肉含量。 男性睪酮于aPHV 前一年開始迅速升高，并在aPHV 之后的3 年左右達(dá)到成年水平。 女性睪酮在青春期前和男性無顯著差別，后隨年齡增長出現(xiàn)少量增長，但總體維持在較低水平。 女性雌激素在aPHV 前兩年開始逐漸上升，然后隨著性成熟的開始加速上升。生殖成熟時(shí)間的性別差異清楚地反映在女孩的雌激素上升和男孩的睪酮上升的時(shí)間上。

1.1.6 神經(jīng)系統(tǒng)隨年齡的變化

如果把肌肉和骨骼系統(tǒng)的生長看作人體“硬件”結(jié)構(gòu)的搭建， 那么神經(jīng)系統(tǒng)的成熟以及與肌肉系統(tǒng)的整合則是關(guān)于“軟件”程序?qū)τ布\(yùn)轉(zhuǎn)的支配和調(diào)控。 無論是單關(guān)節(jié)最大力量的生成還是多關(guān)節(jié)涉及的力量表達(dá)， 負(fù)責(zé)大腦信息傳出的中樞神經(jīng)系統(tǒng)和感覺信息傳入的外周神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育一直都在個(gè)體生長發(fā)育的過程中進(jìn)行著對肌肉收縮運(yùn)動(dòng)的控制。

神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育較早，大腦在6 歲前腦重就接近成年的90%（圖2）。在嬰兒期和兒童早期，大腦的生長非常迅速，“大腦生長高峰”大約從懷孕中期開始，一直持續(xù)到4 歲左右。 從懷孕中期到18 個(gè)月左右，這段高峰期的早期特點(diǎn)是膠質(zhì)細(xì)胞的快速繁殖；后期持續(xù)到4 歲左右，特點(diǎn)是髓鞘化。膠質(zhì)細(xì)胞基本上是初級神經(jīng)細(xì)胞，即神經(jīng)元的支持細(xì)胞，在懷孕期間相當(dāng)早地發(fā)育。 髓鞘是一種覆蓋神經(jīng)細(xì)胞軸突的脂肪鞘。 在髓鞘化過程中，髓鞘在現(xiàn)有軸突周圍逐漸增厚，并隨著軸突長度的增長在軸突的新部位周圍沉積成鞘。 髓鞘與神經(jīng)沖動(dòng)的傳遞有關(guān)，厚度越大，沖動(dòng)的傳遞就越快。

嬰兒期和兒童早期的運(yùn)動(dòng)發(fā)展與此時(shí)大腦和中樞神經(jīng)系統(tǒng)的快速生長有關(guān)。 這種快速生長很大程度上反映了神經(jīng)肌肉的成熟。環(huán)境條件也很重要，并與這些生物過程相互作用，影響運(yùn)動(dòng)發(fā)育的表現(xiàn)，所以在早期運(yùn)動(dòng)發(fā)育中把生物與環(huán)境的影響分割開來幾乎是不可能的。

大腦的每個(gè)半球和葉以及每個(gè)葉內(nèi)的每個(gè)區(qū)域都有自己的發(fā)展速度。 在15~24 個(gè)月時(shí)，幾乎所有的大腦區(qū)域都達(dá)到了類似的成熟水平。 第二次發(fā)生在6~8 歲，涉及大腦皮層的重塑（厚度和神經(jīng)元密度的變化），導(dǎo)致樹突模式的改變和神經(jīng)元密度的增加。 基于大腦磁共振成像的數(shù)據(jù)也表明，代表大腦的高級傳出中心皮質(zhì)脊髓束的發(fā)育隨著年齡的增長而發(fā)展，這些通路在8~10 歲達(dá)到成熟，并可能延長至10~12 歲[15-16]。

1.2 生長發(fā)育進(jìn)程中的力量表達(dá)

20 世紀(jì)30年代末，Hill[16]開創(chuàng)性提出的肌肉收縮模型， 解釋了肌肉中的被動(dòng)組件與主動(dòng)組件協(xié)同工作，以實(shí)現(xiàn)人體的力量表達(dá)。進(jìn)入20 世紀(jì)到70 年代后， 一些學(xué)者開始針對人體力量表達(dá)的不同類型進(jìn)行分類研究， 包括下肢腿部的跳躍模式和大負(fù)重下的最大力量、高速力量、反應(yīng)性力量表達(dá)[17-19]。 與此同時(shí)， 兒童與成年人群之間的力量表達(dá)也開始進(jìn)入研究人員的視野，Asai 等[20]比較了兩個(gè)人群肌肉靜態(tài)和動(dòng)態(tài)收縮下的力量表達(dá)差異。正如前文所述，生長發(fā)育涉及的眾多因素相互作用， 會對兒童和青少年時(shí)期的力量發(fā)展產(chǎn)生影響。然而，想要客觀反映與年齡和性別相關(guān)的自然力量變化以及人體測量學(xué)、激素、肌肉、神經(jīng)等因素在縱向時(shí)間上的貢獻(xiàn)率仍然是一項(xiàng)重要的挑戰(zhàn)。本文在考慮肌肉等長、等動(dòng)和等張收縮特征的同時(shí)， 以科學(xué)文獻(xiàn)和應(yīng)用實(shí)踐為經(jīng)驗(yàn)依據(jù)，將James 等[21]提出的力量素質(zhì)分類框架做出了進(jìn)一步簡化， 按照肢體運(yùn)動(dòng)過程中的肌肉產(chǎn)生自主收縮的能力，從最大靜態(tài)力量、最大動(dòng)態(tài)力量以及次最大協(xié)調(diào)力量三類， 進(jìn)一步觀察生長發(fā)育過程中兒童和青少年的力量發(fā)展。

男孩和女孩的力量似乎都在增加，直到大約14 歲，女孩的力量開始達(dá)到穩(wěn)定水平， 男孩的爆發(fā)力很明顯。到18 歲時(shí)，男孩和女孩的力量幾乎沒有重疊，而男性的力量生產(chǎn)通常更大。 性別差異變得明顯的確切年齡尚不清楚， 任何性別差異的程度都因肌肉群和肌肉動(dòng)作而異[13]。 例如，從年幼時(shí)期開始，男女軀干和上肢的力量差異就比下肢大得多[22]。有人提出，男性上肢力量可能幾乎是女性的兩倍[23]。 根據(jù)所檢查的肌肉群， 力量性別差異的不同幅度可能反映了腎上腺和性類固醇的影響、長骨的生長、體重和地面反作用力[24]。 雖然可以總結(jié)男孩和女孩力量隨年齡變化的一般模式， 但對力量的年齡和性別差異的描述必須在“力量”定義的背景下進(jìn)行解釋。 這將影響導(dǎo)致觀察到的任何差異的因素。

在整個(gè)兒童期，力量的性別差異很小。在男性青春期的生長高峰期，力量發(fā)展明顯加速，放大了性別差異。隨著青春期年齡的增長，女孩在力量測試中的表現(xiàn)等于或超過男孩的百分比大大下降。 16 歲以后，很少有女孩的表現(xiàn)和男孩的平均力量一樣高，反之，很少有男孩的表現(xiàn)和女孩的平均力量一樣低。

1.2.1 最大靜態(tài)力量隨年齡變化

靜態(tài)力量是肌肉在對抗外力和/ 或自身重量時(shí)，肌肉長度保持不變且關(guān)節(jié)處沒有發(fā)生運(yùn)動(dòng)的情況下施加力的能力。手部握力和上肢等長拉力是大多數(shù)靜態(tài)力量測試常用的測試任務(wù)。 一項(xiàng)來自6~11 歲的混合縱向樣本和11~18 歲的縱向樣本的研究數(shù)據(jù)顯示，男孩的力量隨著年齡的增長呈線性增長，直到13~14 歲（aPHV 后）力量發(fā)展加速，即青春期的力量突增。女孩力量隨著年齡的增長呈線性增長，在aPHV 時(shí)存在力量增長加速的情況，但沒有表現(xiàn)出像男孩那樣的突然增加。 在上肢肌肉耐力的曲臂懸垂測試任務(wù)中，男孩的肌肉耐力呈現(xiàn)出了與手部握力相似的發(fā)展趨勢。女孩的肌肉耐力也隨著年齡的增長持續(xù)增加到16~17 歲，但同樣未出現(xiàn)類似男孩的突增情況。雖然此類追蹤研究一般在18 歲時(shí)停止， 但靜態(tài)力量特別是男性力量的增長可能至少會持續(xù)到30 歲左右。

在實(shí)驗(yàn)室中對兒童靜態(tài)力量進(jìn)行研究時(shí)， 普遍選擇最大自主收縮情況下產(chǎn)生最大力作為測量指標(biāo)，它通常反映了對肌肉的神經(jīng)驅(qū)動(dòng)水平，包括運(yùn)動(dòng)單位募集的比例和放電頻率的程度。 由插入顫搐技術(shù)（Interpolated Twitch Technique, ITT）誘導(dǎo)的最大激發(fā)力與自主肌肉激活產(chǎn)生的最大收縮力之間的力量赤字在兒童和成人之間存在顯著差異， 兒童對運(yùn)動(dòng)單位的募集和利用能力遠(yuǎn)低于成人， 進(jìn)入到青春期這種差異將會逐漸減小[25-26]。 總體而言，從兒童早期到男孩青春期開始（大約13 歲）和女孩青春期結(jié)束（大約15 歲），男孩和女孩的力量都以相當(dāng)線性的方式增加。在進(jìn)入青春期后，男孩力量的突增加劇了性別差異，女孩的力量在青春期似乎以與青春期前階段相似的速度增加，然后在青春期之后階段似乎趨于穩(wěn)定。 進(jìn)一步從身體部位來看，在整個(gè)童年和青春期，特別是在男孩中，等長肘屈肌和膝伸肌力量與實(shí)際年齡呈高度正相關(guān)。與下半身相比，兒童上肢肌肉的力量性別差異相對較大。 Gilliam 等[27]報(bào)道了15~17 歲青少年的膝關(guān)節(jié)伸展峰值扭矩沒有顯著的性別差異，但肘伸肌的性別差異很明顯。該發(fā)現(xiàn)得到了一項(xiàng)針對9~18 歲青少年排球運(yùn)動(dòng)員的研究支持，研究人員沒有在膝關(guān)節(jié)等長伸展力量上發(fā)現(xiàn)顯著的性別差異，但青春期之后階段肘屈肌力量的性別差異顯著[13]。上肢與下肢最大自主收縮的性別差異， 提示應(yīng)當(dāng)關(guān)注兒童和青少年上下肢運(yùn)動(dòng)的均衡性， 尤其是關(guān)注男孩和女孩上肢力量的發(fā)展。

1.2.2 最大動(dòng)態(tài)力量隨年齡的變化

與靜態(tài)力量的表達(dá)方式相反， 動(dòng)態(tài)力量是肌肉在對抗外力和/ 或自身重量時(shí)， 肌肉長度發(fā)生變化且關(guān)節(jié)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)時(shí)施加力的能力， 其表達(dá)形式也較為多樣，包括單關(guān)節(jié)和多關(guān)節(jié)特定速度下（等速、高速、慢速）離心與向心力量的生成表現(xiàn)。

1 min 內(nèi)完成的仰臥起坐的數(shù)量是衡量腹部動(dòng)態(tài)力量的場地測試項(xiàng)目， 它也經(jīng)常被納入健康相關(guān)的體能評價(jià)當(dāng)中。 男孩的腹部力量在aPHV 前隨著年齡的增長呈線性增長，aPHV 之后則呈現(xiàn)出一定程度的加速發(fā)展。 女孩的腹部力量也隨著年齡的增長而提高，到14 歲左右，在月經(jīng)初潮后處于平臺期。兒童時(shí)期腹部力量耐力的性別差異可以忽略不計(jì)，但是在青春期逐漸出現(xiàn)較明顯的性別差異[28]。

在跳躍測試中， 女孩14 歲和男孩18 歲之前立定跳遠(yuǎn)成績都會隨著年齡的增長而呈現(xiàn)直線上升。女孩在14 歲以后，立定跳遠(yuǎn)的成績僅出現(xiàn)了略微提升，且與男孩跳躍表現(xiàn)差異逐漸變大。垂直縱跳的年齡趨勢和性別差異與立定跳遠(yuǎn)相似。然而，立定跳遠(yuǎn)的增長斜率更陡峭，表明男性在青春期顯著加速[28]。

手持球投擲的距離是衡量上半身協(xié)調(diào)和動(dòng)態(tài)肌肉力量的指標(biāo)。 男孩的投擲表現(xiàn)隨著年齡的增長而明顯呈線性增加，在aPHV 左右斜率變得更加陡峭，說明出現(xiàn)了青春期的增長速度突增。 女孩的投擲成績只在6~14 歲之間略有提高，然后趨于穩(wěn)定。 兒童期投擲成績的性別差異比其他基本技能的差異要大，在青春期后差異更加明顯[28]。

等速評估技術(shù)是在關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的所有階段以恒定的速度施加最大力量，因此與1RM 相比，等速模式對兒童和青少年而言更加安全[29]。不僅如此，等速測試還可以評估肌群的力-速特征，因此也獲得了研究人員的青睞。 在回顧近年來等速動(dòng)態(tài)力量變化的橫斷面研究后發(fā)現(xiàn)， 動(dòng)態(tài)力量隨著年齡增長而顯著增加。 如從9~21 歲， 男性和女性的膝關(guān)節(jié)絕對伸?。?14 %和143%）和屈?。?85%和131%）的力量都有所增加[30]。 另一項(xiàng)針對最大自主伸膝扭矩的等速測試中，加入了表面電極記錄了股四頭肌的激活情況。扭矩在11~16 歲時(shí)隨著年齡的增長而明顯增加。 性別差異在11 歲時(shí)很小，但在16 歲時(shí)，向心（肌肉縮短）和離心（肌肉延長）運(yùn)動(dòng)的性別差異都有增加。從11 歲到16 歲，男孩的扭矩相對增加特別大，在男孩和女孩的向心扭矩測試中分別為71%到94%，52%到53%；在男孩和女孩的離心測試中分別為87%到100%，56%到59%。 然而，當(dāng)把體重作為協(xié)同因素進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化考慮后，11~16 歲的男孩在離心扭矩方面存在顯著增長， 而女孩并無顯著增長。 這些趨勢表明，在青春期，男孩的伸膝肌的離心和向心力產(chǎn)生能力有不同的變化，但女孩并不明顯。每單位肌電活動(dòng)的離心扭矩與向心扭矩比是衡量神經(jīng)肌肉連接效率的指標(biāo)，在11~16 歲之間不隨年齡變化，在男孩和女孩之間也沒有差異[31]。

1.2.3 次最大協(xié)調(diào)力量隨年齡的變化

協(xié)調(diào)力量涉及在執(zhí)行單關(guān)節(jié)或多關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)任務(wù)期間，協(xié)調(diào)次最大力量輸出，以控制任務(wù)的精度或執(zhí)行目標(biāo)動(dòng)作時(shí)合理支配身體節(jié)段的能力。 通過檢查兒童以恒定的力量水平執(zhí)行任務(wù)的能力， 可以獲得兒童單關(guān)節(jié)協(xié)調(diào)力量表現(xiàn)的重要信息。 與年齡較大的兒童和成人相比， 兒童在協(xié)調(diào)力量恒定輸出時(shí)會表現(xiàn)出更大的波動(dòng)性， 或稱之為感覺運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)具有較大的“噪音量”，此時(shí)施加的力量會在高于和低于預(yù)期水平的范圍大幅振蕩。 隨著年齡的增長，兒童運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)出的力量可變性程度將趨于平穩(wěn)， 這種較低的噪音是獲得更好運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的先決條件[32]。當(dāng)采用視覺反饋進(jìn)行協(xié)調(diào)力量變異性調(diào)查時(shí)發(fā)現(xiàn)，3~4 歲兒童握力匹配視覺目標(biāo)的能力較低 （力的跟蹤能力），而在4~5 歲時(shí)觀察到兒童外部引導(dǎo)下的運(yùn)動(dòng)控制出現(xiàn)改善。進(jìn)一步的提升發(fā)生在6 歲之后，并且在10 歲時(shí)幾乎達(dá)到成年水平[33]。然而，當(dāng)視線被遮擋時(shí)，不同年齡段的協(xié)調(diào)力量變異性卻沒有差異。 這表明兒童使用視覺反饋來控制手部力量輸出的能力逐漸提高[32]。通過使用功率譜分析執(zhí)行力任務(wù)時(shí)檢查力的振蕩，還獲得了更多信息。 隨著孩子的生長 （尤其是10 歲以后），較高頻段（20~30 Hz）的功率會增加，而較低頻段（＜10 Hz）的功率會下降。這表明控制力的策略從基于反饋的控制逐漸變?yōu)榍梆伩刂芠33]。似乎隨著年齡的增長， 力量表現(xiàn)的提高很大程度上是由于增強(qiáng)了感覺運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)輸出以滿足任務(wù)需求的能力。

多關(guān)節(jié)肌肉協(xié)同作用的形成是動(dòng)作發(fā)展和姿態(tài)控制的關(guān)鍵步驟， 因?yàn)檫@種協(xié)同作用是執(zhí)行功能性運(yùn)動(dòng)技能（如伸手、坐姿、站立和行走）的先決條件。此外，這些基本技能將成為日后獲得更復(fù)雜、更有目的的行動(dòng)的基礎(chǔ)。 在多關(guān)節(jié)任務(wù)中，肢體內(nèi)的連接節(jié)段之間存在非肌肉的、被動(dòng)的相互作用力。 節(jié)段之間的力量構(gòu)成了下肢能量傳遞的基本來源，并且是移動(dòng)期間遠(yuǎn)端節(jié)段速度大幅增加的原因[34]。 神經(jīng)系統(tǒng)還利用節(jié)段之間自然產(chǎn)生的力量來簡化肢體抬高越過障礙物的控制，并將運(yùn)動(dòng)過程中的能量消耗降至最低。 因此， 肌肉力量總是根據(jù)系統(tǒng)的被動(dòng)反應(yīng)而受到調(diào)節(jié)，以抵消或補(bǔ)充由連接節(jié)段運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)相關(guān)力[35]。

兒童骨骼肌肉特征的發(fā)育進(jìn)程較為緩慢， 導(dǎo)致多關(guān)節(jié)任務(wù)中存在的被動(dòng)交互力量利用不足， 這可能是發(fā)展適當(dāng)?shù)亩嗉∪鈪f(xié)同來控制多關(guān)節(jié)動(dòng)作的限制因素。與此同時(shí)，肌肉骨骼系統(tǒng)之間的異步生長也被證明會影響神經(jīng)肌肉控制。 為了保持身體控制的穩(wěn)定性，身體的質(zhì)心必須保持/ 控制在底部支撐面。然而，許多有助于動(dòng)態(tài)和靜態(tài)穩(wěn)定性的系統(tǒng)（體感和前庭感覺、產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)以保持對齊的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，以及必須移動(dòng)/ 穩(wěn)定骨骼和關(guān)節(jié)骨骼框架） 在青春期發(fā)生明顯變化。 青春期被認(rèn)為是姿勢控制發(fā)展的 “轉(zhuǎn)折點(diǎn)”，從兒童時(shí)期固定身體各節(jié)段位置和運(yùn)動(dòng)的“整體”策略來簡化運(yùn)動(dòng)方案，發(fā)展到身體各部分獨(dú)立精確控制的節(jié)段式策略[36]。

從平衡擾動(dòng)中恢復(fù)所需的踝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)發(fā)展適當(dāng)力矩水平的能力也隨著年齡的變化而變化。 與2~3 歲和7~10 歲兒童相比，4~6 歲兒童肌肉反應(yīng)表現(xiàn)出更多的可變性和更大的延遲[37]。 這種姿勢能力的暫時(shí)退化是由于在這個(gè)特定的年齡，兒童開始擴(kuò)展姿勢技能，包括感覺整合。到7~10 歲時(shí)，肌肉對支撐面平衡擾動(dòng)的反應(yīng)協(xié)同作用與成年人基本相同，而對視覺或本體感受引起的平衡擾動(dòng)做出短時(shí)、 快速而更加穩(wěn)定的肌肉協(xié)同作用至少要在10 歲之后[38]。

2 小結(jié)

生長發(fā)育和成熟是貫穿孩子生命周期早期階段極其重要的特征。 盡管對影響力量發(fā)展里程碑的各類因素進(jìn)行了逐一介紹， 但是它們之間的交互作用卻不能也無法完全分開。體育教師、教練員以及家長需要了解不同年齡和性別的青少年在執(zhí)行運(yùn)動(dòng)任務(wù)過程中使用的相應(yīng)策略，從中所獲得肌肉、神經(jīng)以及激素等方面的適應(yīng)。 這些信息將有助于為所有成熟階段的兒童量身定制運(yùn)動(dòng)計(jì)劃提供參考和依據(jù)，包括系統(tǒng)的抗阻訓(xùn)練。兒童和青少年要以流暢、優(yōu)雅和精準(zhǔn)的方式執(zhí)行運(yùn)動(dòng)， 就需要持續(xù)獲得所有增強(qiáng)肌肉健康和運(yùn)動(dòng)技能表現(xiàn)的機(jī)會， 以實(shí)現(xiàn)在童年時(shí)期發(fā)展起來的覺察、認(rèn)知、情緒、感知和動(dòng)作控制子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)整合。