年龄和性别因素对力量训练后肌肉量变化的影响

陈金鳌，相建华，陈 琉

年龄和性别因素对力量训练后肌肉量变化的影响

陈金鳌1，相建华2，陈 琉3

目的：探寻力量训练后，年龄和性别两个因素对人体肌肉量变化的影响。方法：随机选取年龄在20～30岁之间的青年男、女各8名，以及年龄在65～75岁之间的老年男、女各8名作为实验对象，分别组成不同年龄及性别的4个实验组，对下肢主要肌群实行为期5个月的力量训练计划，要求每周训练3次。在实验前后，采用核磁共振（MRI）对大腿及股四头肌中部肌肉横断面积（MCSA）进行扫描与测定，并计算相应的肌肉量。结果：实验结束后，各组股四头肌肌肉量较实验前均有显著增加（P＜0.01），组间无显著性差异；股四头肌与大腿总肌肉量之间存在正相关（r＝0.65；P＜0.01），大腿肌肉量与大腿中部MCSA也存在正相关（r＝0.76；P＜0.01）。结论：1）力量训练后，年龄和性别两个因素均不对人体肌肉量的变化产生影响；2）与测量大腿中部MCSA相比，大腿或股四头肌肌肉量的测定对研究力量训练引起的骨骼肌肥大更为精确和恰当。

年龄；性别；核磁共振；肌肉量；力量训练；肌肉横断面积；骨骼肌肥大

人们进入中年以后，人体结构功能及健康状况将发生退行性改变［22］，体内骨骼肌随年龄增长，逐渐出现质量下降、体积萎缩和功能衰退的现象（骨骼肌衰老）［12］，而这对女性而言是最为不利的［14，21，23］。

有研究指出，老年人可通过力量训练来逆转这种现象［5，6，25］。然而，力量训练后，将青年与老年受试者肌肉量的变化进行直接比较的研究不足［6，10，27］，有学者称“力量训练并不会给老年人的肌肉增长带来更多的益处”［6，27］。Welle等人报道，进行3个月力量训练后，62～72岁老人较22～31岁年轻人的肌肉横断面积（MCSA）增长明显偏低［27］。动物实验中，在老年鼠进行超负荷肌力训练后，可观察到骨骼肌肥大效应减弱［1，13］。性别方面，也有研究显示：力量训练后，男性与女性在肌肉量的变化上存在差异［6，10，11］。

由于利用人体做力量训练研究常常会受到实验方法或条件的限制，如实验中未考虑对性别和年龄两个干预因素同时作比较和分析，或仅使用肌肉横断面积（MCSA）测量法，而未直接对肌肉质量进行检测［19，26］，这使研究者难以在力量训练后确定年龄和性别是否会对肌肉量的变化产生影响。

因此，为确定力量训练后年龄和性别可能对肌肉量变化产生的影响，本实验将对不同年龄及性别的受试者进行为期5个月的下肢专项力量训练，并使用MRI－PET扫描仪对其大腿部MCSA与肌肉量进行测定。基于相关研究结论［10］，不妨先提出研究假设，即力量训练后，男性明显会比女性获得更多的肌肉增长；而年龄差异对肌肉量变化所产生的影响并不显著。

1 研究对象与方法

1.1 实验对象

从自愿者中随机选取年龄在20～30岁之间的青年男、女各8名，以及年龄在65～75岁之间的老年男、女各8名作为本次实验的受试者（表1），分别组成4个实验组参加历时5个月的下肢专项力量训练计划。所有受试者在实验前半年内没有进行过系统锻炼（锻炼频率≤1次／2周），且均身体健康，无任何呼吸、循环、代谢系统及肌肉骨骼疾患。

表1 本研究受试者基本情况一览表Table 1 The General Information of Subjects （±S）

表1 本研究受试者基本情况一览表Table 1 The General Information of Subjects （±S）

年龄Age（yr） 身高Height（cm） 体重Weight（kg）青年男性（n＝8）Young Men 25.3±0.9 175.3±7.1 67.5±10.6青年女性（n＝8）Young Women 25.2±0.8 162.8±5.9 55.7±6.1老年男性（n＝8）Older Men 69.3±0.9 170.3±7.0 64.6±7.5老年女性（n＝8）Older Women 68.5±0.9 159.6±5.2 50.9±3.3

1.2 主要实验器材

全身双能X线骨密度仪（Lunar DPXL型），西门子“MRI－PET扫描仪”，瑞士Con－trex等速肌力测试与训练系统，NIH Image（Version 1.61）图像分析系统。

1.2.1 Lunar DPXL型“全身双能X线骨密度仪”

DEXA（双能X线吸收仪）可快速应用无折返连续全身扫描技术，精确测量全身及局部的肌肉和脂肪组织含量及所占百分比，将骨密度测量与体成分分析相结合，评估身体健康状态。全身扫描精度为0.75%（BMD＝1.0g／cm2时的全部区域CV），图像质量清晰（1.8LP／min），已成为目前体脂成分测定的金标准。

1.2.2 西门子“MRI－PET扫描仪”

西门子“MRI－PET”为：核磁共振断层扫描（MRI）与正电子发射断层扫描（PET）组合在一起的扫描仪，分别显示“解剖改变”与“功能信息”，实现了解剖结构显像和功能成像的互补（图1）。

图1 西门子“MRI－PET扫描仪”示意图Figure 1. Siemens Brand of MRI－PET Scanner

1.2.3 瑞士Con－trex等速肌力测试与训练系统

采用“下肢运动模块”，可对下肢屈肌及伸肌群进行双边、联动或交替性的测试及训练。其中，垂直旋转角度范围（连续，每90°为指针）为360°；水平倾斜角度范围（连续，每5°为指针）为－15°～＋90°；垂直调节范围（连续，电动）为350mm；最大驱动／阻力功率：7KW。

1.3 训练监控

由8名职业私人教练员负责对每位受试者进行全程监控，并填写跟踪记录表，要求受试者在实验期间保持平时一贯的饮食与作息节律。

1.4 力量训练方案

1.4.1 训练安排

正式实验前，让受试者熟悉所有训练步骤，掌握规范的技术动作：1）训练频率：3次／周；2）训练时间：每次45～60min；3）训练强度以中等负荷（65%～70%1RM）为主。

1.4.2 训练器材

1.瑞士Con－trex等速肌力测试与训练仪；

2.美国Life－Fitness“坐姿45°斜蹬”腿部力量训练器（图2、图3）：挂片式，加载负荷精确到0.1kg。

图2 “坐姿45°斜蹬”腿部力量训练器示意图Figure 2. 45°Angled Leg Press Training Machine

1.4.3 训练项目

1）坐姿45°斜蹬；2）坐姿腿屈伸；3）弓箭步下压。

1.4.4 训练要求

每项训练在12RM负荷下完成4组，每组10～12次，每次向心收缩阶段1～2s，离心收缩阶段2～3s，组间休息2～3min，使受试者在每次重复试举过程中全程用力，将促使其潜在的肌力与肌体积增长［7，10，17，25］。

图3 “坐姿45°斜蹬”腿部力量训练示意图Figure 3.45°Angled Leg Press Training

1.4.5 腿部肌力测试

考虑到本研究中的“肌力”仅为辅助性参考指标，故采用人工简易测试法，即通过训练器械来反映受试者的腿部肌力水平。鉴于老年受试者特殊的生理特点，为避免测试中发生运动损伤，本实验统一选择安全系数较高的“坐姿45°斜蹬机”，并确保动作正确规范（上半身及腰臀部须紧贴垫面，保持脊椎稳定）。

依据美国运动医学协会（ACSM）的抗阻负荷强度建议，定期对所有受试者的下肢肌群进行12RM力量测试，以全面反映大腿整体肌力。同时，随训练中每一阶段的力量增长，适时调整负荷至12RM。

测试方法：1）首先，受试者在热身后，用相当自身体重30%的负荷进行第一组连续试举；2）若首组试举超过12次，则在接下来的每组试举中（组间间歇2～3min），以受试者自身体重5%的负荷递增，直到在某组负荷下只能勉强完成12次，则此负荷即为该受试者的12RM。

1.5 体成分测量

分别于实验前及实验中的各月末，采用“双能X线吸收测量法（DEXA）”对每位受试者的体成分进行测量，共6次，其重复测量系数＜1.0%。

1.6 MCSA的测量

在实验前后，分别用MRI－PET扫描仪对每位受试者的优势侧大腿进行扫描，获得从髌骨上缘至髂前上棘，涉及整个大腿股四头肌和腘绳肌群的中轴切片，并对其行横断面T1加权成像（厚度9mm，间隙1mm，回波时间14ms，弛豫时间700ms），青年和老年受试者大腿中部肌肉扫描切片图像样本分别见图4、图5。将所生成的45张切片图像导入NIH Image（Version 1.61）图像处理软件进行数字化分析处理，可得到腿部每张切片MCSA的面积（cm2）。

其中，大腿MCSA测量范围为“从股骨头上缘延伸至髌骨上缘”，包括大腿中位切片（位于股骨头与远端内侧髁正中位置［7］），股四头肌MCSA测量范围为“从髌骨上缘至其与内收肌和髋屈肌相连处”。通过对同一切片在不同时日的重复测量，得出大腿总肌肉量的变异系数＜2%。

图4 青年受试者大腿中部肌肉扫描切片图Figure 4. MR Cross－Sectional Images at Mid－Thigh Level in Young Subjects

图5 老年受试者大腿中部肌肉扫描切片图Figure 5. MR Cross－Sectional Images at Mid－Thigh Level in Older Subjects

1.7 肌肉量的计算

将45张切片各自MCSA的面积（cm2）乘以切片间距（1mm），总和之后即得到肌肉量的值（cm3）［2，26］，肌肉量的测量及计算流程如图6所示。

图6 MCSA与“肌肉量”测量流程示意图Figure 6. The Measurement Procedure of MCSA and Muscle Volume

1.8 数据统计及处理

应用Microsoft Excel 2003及SPSS 13.0统计软件对所有数据进行整理分析。对研究力量训练所引起的肌肉量改变，采用重复测量方差分析（将实验前的肌肉量作为协变量，年龄与性别作为解释变量）；对组间肌肉量的差异，采用单因素方差分析（进行多重比较检验，显著性检验水准α＝0.05）。各参数均以平均值±标准差（X±S）表示，显著性水平为P＜0.05，极显著性水平为P＜0.01。

2 结果

2.1 体质特征

与训练前相比，力量训练5个月后，4个组的去脂体重（FFM）和腿部肌力（12RM）均有显著增长（P＜0.05），而体脂率的改变却并不明显（P＝0.076）（表2、表3）。

表2 本研究青年组受试者实验前、后体质特征一览表Table 2 Physical Characteristics of Young Subjects Before and After Strength Training（ST） （±S）

表2 本研究青年组受试者实验前、后体质特征一览表Table 2 Physical Characteristics of Young Subjects Before and After Strength Training（ST） （±S）

注：＊与本组实验前比较，P＜0.05；＃采用“坐姿45°斜蹬”进行测试。

青年男性Young Men（n＝8） 青年女性Young Women（n＝8）实验前Before ST实验后After ST实验前Before ST实验后After ST体脂率Body Fat（%）24.2±2.8 22.3±2.4 32.0±2.0 32.4±1.9去脂体重Fat Free Mass（kg） 50.3±4.6 51.9±4.6＊ 36.9±2.5 38.5±2.7＊腿部肌力12RM Leg Press Strength（kg）＃ 62.6±3.0 77.9±4.0＊ 38.9±3.8 51.9±5.2＊

表3 本研究老年组受试者实验前、后体质特征一览表Table 3 Physical Characteristics of Older Subjects Before and After Strength Training（ST） （±S）

表3 本研究老年组受试者实验前、后体质特征一览表Table 3 Physical Characteristics of Older Subjects Before and After Strength Training（ST） （±S）

注：＊与本组实验前比较，P＜0.05；＃采用“坐姿45°斜蹬”进行测试。

老年男性Young Men（n＝8） 老年女性Young Women（n＝8）实验前Before ST实验后After ST实验前Before ST实验后After ST体脂率Body Fat（%）29.6±1.4 28.6±1.6 41.0±1.2 40.6±1.5去脂体重Fat Free Mass（kg） 44.9±2.8 45.4±2.8＊ 30.3±1.7 31.0±1.5＊腿部肌力12RM Leg Press Strength（kg）＃ 48.6±2.4 54.5±2.6＊ 31.5±2.6 40.1±2.3＊

2.2 肌肉量（VOLM）

从实验前、后受试者优势侧大腿整体肌肉量的变化看（表4），对于大腿肌肉量，男性组高于女性组且青年组高于老年组（P＜0.01）。在所有性别及年龄分组中，可以观察到实验前、后，各组内由力量训练所引起的大腿肌肉量明显增长（P＜0.01），但各组间并无显著性差异（P＞0.05）。虽然老年男性组大腿整体肌肉量比青年女性组更高（P＜0.05），但股四头肌的差异并不显著（P＝0.969）。力量训练后，在“股四头肌”与“大腿”两者的肌肉量增长之间存在正相关（r＝0.65，P＜0.01）。注：＊本组内比较，P＜0.01；▲与青年、老年女性组比较，P＜0.05；▲▲与青年、老年女性组和老年男性组比较，P＜0.05；§与女性比较，P＜0.01；◆与老年人比较，P＜0.05。

表4 本研究受试者优势侧大腿肌肉量实验前、后对照一览表Table 4 Muscle Volume in Dominant Side of The Thigh Before and After Strength Training（ST） （±S）

表4 本研究受试者优势侧大腿肌肉量实验前、后对照一览表Table 4 Muscle Volume in Dominant Side of The Thigh Before and After Strength Training（ST） （±S）

实验前Before ST（cm3） 实验后After ST（cm3） 增值Increment（cm3） 增值率Percentage（%）老年男性（n＝8）Older Men 3 895.9±117.9＊ 4 057.1±128.9▲ 161.2±32.6▲4.1±0.8老年女性（n＝8）Older Women 2 561.9±98.9 2 704.8±95.1 142.9±30.3＊ 5.7±1.3青年男性（n＝8）Young Men 4 824.8±349.9▲▲ 5 009.9±338.1▲▲ 185.1±55.9＊ 4.2±1.6青年女性（n＝8）Young Women 2 915.9±273.1 3 156.4±305.9 240.5±90.5＊ 8.2±2.8男性（n＝16）Men 4 333.3±206.1§ 4 506.1±204.9§ 172.8±30.5＊ 4.1±0.8女性（n＝16）Women 2 694.8±121.9 2 874.3±135.1 179.5±39.0＊ 6.6±1.4老年人（n＝16）Older 3 193.9±173.8 3 345.4±177.1 151.5±21.8＊ 4.9±0.8青年人（n＝16）Young 4 007.1±345.1◆ 4 216.2±339.9◆ 209.1±48.6＊5.8±1.6

2.3 肌肉横断面积（MCSA）

从实验前、后受试者优势侧大腿中部MCSA的变化看（表5），每组中，由力量训练引起的大腿中部MCSA显著增加（P＜0.01）。大腿中部“MCSA”与“肌肉量”的变化呈中度正相关（r＝0.76，P＜0.01）。从各年龄与性别组的大腿中部MCSA来看，男性明显高于女性（P＜0.01），青年明显高于老年（P＜0.05）。此外，女性大腿中部MCSA较男性有更高的增长率（P＜0.01）和更强的增长趋势（P＝0.061）。注：＊本组内比较，P＜0.01；▲与青年、老年女性组比较，P＜0.05；▲▲与青年、老年女性组和老年男性组比较，P＜0.05；§与女性比较，P＜0.01；★与老年人比较，P＜0.05；＃与老年女性组比较，P＜0.01；●与男性比较，P＜0.01；∏与老年男性组比较，P＞0.05；ф与男性比较，P＞0.05。

表5 本研究受试者优势侧大腿中部MCSA实验前、后对照一览表Table 5 MCSA in Dominant Side of The Mid－Thigh Before and After Strength Training（ST） （±S）

表5 本研究受试者优势侧大腿中部MCSA实验前、后对照一览表Table 5 MCSA in Dominant Side of The Mid－Thigh Before and After Strength Training（ST） （±S）

实验前Before ST（cm2） 实验后After ST（cm2） 增值Increment（cm2） 增值率Percentage（%）老年男性（n＝8）Older Men 146.7±5.1▲ 148.7±4.8＃ 2.0±1.8＊1.5±1.4老年女性（n＝8）Older Women 104.2±4.7 109.5±4.4 5.3±1.7＊ 5.5±1.9青年男性（n＝8）Young Men 174.5±11.6▲ 177.6±11.5▲▲ 2.9±3.4＊ 1.9±2.4青年女性（n＝8）Young Women 113.5±9.4 123.3±10.3 9.9±3.2＊ 8.8±2.6∏男性（n＝16）Men 159.6±6.8§ 162.1±6.9§ 2.3±1.9＊ 1.7±1.3女性（n＝16）Women 107.7±4.5 114.8±4.9 7.2±1.7ф 6.7±1.6●老年人（n＝16）Older 124.3±6.0 128.1±5.7 3.7±1.4＊ 3.6±1.3青年人（n＝16）Young 148.4±11.2★ 154.1±10.7★ 5.8±2.6＊4.9±2.0

3 分析与讨论

国内、外在力量训练与骨骼肌生理性肥大的相关研究中，对年龄和性别的关注度一直不够，很少有人将青年与老年、男性与女性在抗阻训练后肌肉量变化之间的差异做比较，所提供的论据也相互矛盾［3，6，8－11，27］。虽然已有报道称：力量训练可以促使老年人肌肉量的显著增长［5，7］，但同时对青年男、女和老年男、女肌肉量在实验后的变化进行直接比较的研究报道极为罕见。本实验中，经过5个月力量训练后，发现干预因素年龄与性别在对肌肉量变化的影响上并无差异。

年龄方面，Welle［27］等人在对受试者进行3个月的力量训练后发现，老年男性、女性的肌肉肥大效应低于青年男性、女性；Häkkinen［6］等人研究表明，6个月的高负荷抗阻训练后，老年、中年男性的肌肉肥大效应低于老年、中年女性。尽管对Welle［27］等人的以上研究结论，可以用抗阻负荷较低来解释，但Häkkinen［6］等人在类似实验中却施加了足够高的负荷。本研究中可以观察到，力量训练后，青年人与老年人有相似的肌肉增长量。Häkkinen［8］等人报道称，抗阻训练后，青年与老年男性在股四头肌MCSA的增量上没有差异。测量MCSA而非肌肉量［6，27，8］也许是一个重要因素。鉴于肌肉超负荷导致老年动物肌肉肥大效应减退［1，13］以及生肌调节因子表达改变［15］的大量证据，有必要进一步深入研究，即考虑年龄因素对力量训练后人体肌肉量变化的影响，以解释当前相悖的研究结论。

性别方面，近期也有证据显示：在力量训练引起的骨骼肌肥大效应上可能存在性别差异。有研究证实，9周高负荷抗阻训练后，女性肌肉增长量低于男性［10］；Häkkinen［6］等人报道称，6个月高负荷抗阻训练后，老年女性股四头肌MCSA显著增加，但老年男性却没有。McCartney［18］等人观察发现，老年男性和女性在中等负荷强度下进行抗阻训练，头10个月结束后，在肌肉肥大效应上并未产生性别差异；而在后续训练中，则能看到老年男性股四头肌MCSA较女性有更高的增长趋势。Joseph［11］等人报道称，12周力量训练后，男性去脂体重（FFM）增长，而女性则没有。相反，本研究和其他相关文献［3，9，20，24］则认为，在由力量训练所引起的“骨骼肌肥大”上并不存在明显的性别差异。针对上述不同研究结论，目前还没有公认的合理解释，但很可能是由于各项研究实验中所涉及到的实验内容（力量训练计划／方案）在总体上的差别和不同所导致。然而，现阶段肌肉量研究领域中所存在的相关矛盾，意味着今后进行实验研究时，有必要在两种力量训练计划、方案之间仅限定一项决定肌肉量的不同因素（如训练项目、训练量、间歇期等）。

在力量训练对骨骼肌量的影响方面，国内、外大量研究文献都重点关注 MCSA的变化［4－6，8］。而本实验仅观察到训练后大腿中部MCSA与肌肉量的变化呈中度正相关（r＝0.76，P＜0.01）；且女性所显示出的大腿中部MCSA增长率远远高于男性以及更强的MCSA增长趋势（P＝0.061）等均未在大腿肌肉量的测试数据中体现出来。此外，青年女性相对老年男性在MCSA上有较高的增长趋势（P＝0.083）。鉴于由力量训练引起的骨骼肌生理性肥大与其肌腹走向并不一致这一事实［19］，并根据本实验中MCSA与肌肉量数据之间所体现出的差别，建议：对以肌肉质量或骨骼肌肥大作为主要变量的实验，应着重研究肌肉量的变化，而非MCSA的改变［16］。

4 结论

1.本实验中，在4个不同年龄和性别的实验组间观察到受试者相对一致的大腿肌肉增长量，据此推断：力量训练后，年龄和性别两个因素均不对人体肌肉量的变化产生影响。

2.研究力量训练引起的人体骨骼肌肥大效应时，在测量方法的选择上，大腿或股四头肌肌肉量测定法比大腿中部MCSA测量法更为精确和恰当。

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Effect of Age and Gender on the Change of Muscle Volume after Strength Training

CHEN Jin－ao1，XIANG Jian－hua2，CHEN Liu3

Objective：To research the possible effects of age and gender on the change of muscle volume after strength training（ST）for human.Methods：For random sampling，select eight young men（age 20～30years）and eight young women（age 20～30years），eight older men（age 65～75years）and eight older women（age 65～75years）formed four different experiment－groups.This study set a 5－month ST program to them that exercised all major muscle groups of the lower limbs three times a week.Thigh and quadriceps muscle volumes and mid thigh muscle cross－sectional area（MCSA）were assessed by magnetic resonance imaging before and after the ST program.Results：Thigh and quadriceps muscle volume increased significantly in all age and gender groups as a result of ST（P＜0.001），with no significant differences between the groups.Modest correlations were observed between both the change in quadriceps versus the change in total thigh muscle volume（r＝0.65；P＜0.001）and the change in thigh muscle volume versus the change in mid－thigh MCSA（r＝0.76；P＜0.001）.Conclusion：1）neither age nor gender influenced the change of muscle volume response to ST for human；2）Thigh or quadriceps muscle volume determinations may be more accurate and suitable than mid－thigh MCSA for the study of muscle mass and hypertrophy responses to ST.

age；gender；MRI；musclemass；strengthtraining；MCSA；hypertrophy

G804.2

A

1000－677X（2011）09－0057－06

2011－06－19；

2011－08－16

陈金鳌（1981－），男，江苏淮安人，在读硕士研究生，主要研究方向为运动生物力学、体育社会学，E－mail：cja68209933＠sina.com；相建华（1961－），男，山西太原人，教授，硕士研究生导师，主要研究方向为健身健美理论与实践、力量训练，E－mail：xjh1961＠sohu.com；陈琉（1949－），男，江苏淮安人，教授，主任医师，主要研究方向为心肺疾病的诊断与治疗，E－mail：liuchen34＠hotmail.com。

1.苏州大学体育学院，江苏苏州215021；2.山西大学体育学院，山西太原030006；3.重庆市第9人民医院胸外科，重庆400700

1.Soochow University，Suzhou 215021，China；2.Shanxi University，Taiyuan 030006，China；3.Chongqing Ninth People’s Hospital，Chongqing 400700，China.