Sarcopenia肌肉之力-速关系变化与抗阻训练研究进展

刘海云 葛 勤 李文惠

(邢台医学高等专科学校，河北 邢台 054001)

Sarcopenia是正常人类的骨骼肌在成年期后，随着年龄增长而出现的退行性变化，表现为老龄肌肉的力-速关系随年龄增长而发生改变，进而出现肌肉丢失〔1〕，从而影响了老年人的日常活动能力，使老年人行动迟缓〔2〕，并频繁跌倒〔3〕，这大大影响了老年人的生活质量〔4〕，并易诱发骨折等其他疾患，给社会和家庭造成负担，因而有效地干预Sarcopenia肌肉的退行性变化具有十分重要的意义。近年来，学者们普遍认为抗阻训练能够有效地改善Sarcopenia肌肉的功能及结构，是较为安全、有效的干预方式。但是，众多专家所采用的抗阻训练方式各不相同，收效不一，本文综合了目前有关Sarcopenia肌肉力-速关系变化的研究进展和目前存在的三种抗阻训练方式：传统抗阻训练、爆发力抗阻训练以及离心抗阻训练的研究进展， 深入分析了Sarcopenia肌肉退行性变化的特点，对老年人功能活动产生的影响，以及三种抗阻训练方式的特点，以期为找到有效地减慢、阻止或逆转Sarcopenia进程的干预措施提供一个新思路。

1 Sarcopenia肌肉的力-速关系随年龄变化而变化

1.1肌力丢失 向心收缩力明显下降，离心收缩力相对恒定。随着年龄增长，Sarcopenia患者的膝、肘、踝等关节的屈伸肌肉的肌力均出现不同程度的下降。刘宇等〔5〕研究发现，老年人的绝对和相对肌力，以及最大爆发力均明显小于年轻人，并指出老化对爆发力的影响远大于对最大肌力的影响。Frontera等〔6〕经过长达12年的研究也得出结论，平均年龄在(65.4±4.2)岁的健康老年男性的膝、肘关节的屈伸肌肉的力量12年后减少了20%～30% (P<0.05)。其中，在60°/s的角速度收缩(即最大动态肌力输出状态〔7〕)时，膝关节屈伸肌肉的力量输出了减少了23.7%～29.8%，肘部肌肉的力量输出减少了19.4% ～16.4%，这表明随着年龄增长，膝、肘关节肌肉的最大肌力均有明显下降，膝关节更为明显。Frontera等〔6〕继续研究发现，肌肉在角速度为180°/s收缩(反映肌肉的实际工作能力〔7〕)时，只有肘关节的肌力减少了26.5%。这可能是由于膝、肘关节的功能不同所致，躯体保持直立以及进行位移均依赖于膝关节屈伸肌肉的协同工作，因而在12年的日常活动中得到了锻炼，因此尽管膝、肘关节肌肉的最大肌力明显下降，但膝关节的实际工作能力无明显变化。

Klass等〔8〕、Ochala等〔9〕、Hortobagyi等〔10〕人用等动力量测试仪测试老龄受试者的肌力后发现，衰老导致的肌力下降，主要表现为向心收缩力下降，而离心收缩力相对恒定。Hortobagyi〔10〕和他的同事将不同性别的青年和老年人的向心膝伸展力、等长膝伸展力和离心膝伸展力进行对比后得出结论，老化主要使向心收缩力下降，而对离心收缩力没有太大影响，与青年女性相比，老年女性的离心膝伸展力量反而增长了大约5%。这种离心力量的相对恒定可能是机体对老化导致的肌细胞收缩行为发生变化的适应性反应。Ochala等〔11〕认为随着年龄增长，肌肉内的结缔组织不断增多，从而使肌肉在离心收缩时的被动抗阻能力增加；Hortobagyi等〔10〕认为Sarcopenia导致的弱肌节逐渐丢失反而可能使老龄肌肉更加稳定；Klass等〔12〕认为老化所致的横桥活动周期延长，速率减慢，对于向心和等长收缩来说，显然是不利因素，但是对于离心收缩而言，可能会使肌球蛋白头部有充分的时间与肌动蛋白结合，从而更加稳固。尽管众多研究者对老龄肌肉离心力量相对恒定的机制进行了诸多猜测，目前有关老龄肌肉离心力量相对恒定的机制仍不明朗。

1.2最大收缩速度(V0)降低 Ochala等〔11〕人用最大收缩速度指数(VImax)来评估11位老年男性(均龄67.9±3.6)和12年轻男性(均龄21.7±1.5)跖屈肌的最大收缩速度，结果发现，老年组跖屈肌的VImax是青年组的83%(P<0.05)。Yu〔13〕和他的同事对比老年人和青年人的离体肌肉也发现，老龄肌肉的单束肌纤维在无载荷时的最大收缩速度明显低于青年组。Larsson等〔14〕也发现老年男性的Ⅰ型肌纤维的V0值仅占青年男性的57%，其Ⅱa型肌纤维的V0值占青年男性的72%。

1.3力-速关系之变化 力-速曲线是1938年英国生理学家A.V.Hill以热力学第一定律为基础作出的表示力-速关系的函数曲线。老化导致力-速曲线向左下变化，肌肉收缩时力量输出下降，收缩速率降低。骨骼肌的力-速关系也常用肌肉做功的最大功率(即爆发力)来表示，爆发力是力-速曲线中力-速的最大乘积，研究发现，到七、八十岁时，肌肉的爆发力降低了大约30%～80%〔15〕。

许多研究者试图阐释肌肉的力-速关系随年龄发生变化的原因。有学者认为这源于肌肉质量的丢失(Sarcopenia)，Ⅱ型肌纤维的选择性萎缩也起着不容忽视的作用〔16〕。然而也有研究证实，早在Sarcopenia之前，肌肉的力量输出能力就已衰退，且衰退速度大于肌肉质量丢失〔17〕，肌肉机械结构的变化〔18〕如肌纤维的初长度缩短以及肌腱与肌束的夹角随年龄增长而变小可能是直接原因，肌动蛋白的滑行速率减低也可能是又一因素。此外，增龄所致的老年人活动减少亦可能是因素之一。

2 力-速关系的变化与Sarcopenia患者之功能活动受限

上述力-速关系的变化与老年人的功能活动能力高度相关，Ostchega等〔19〕研究者通过实验研究得出结论，老年人走路速度减慢与其等长肌力的下降有高度相关性(P<0.01)。Bean〔20〕、Cuoco〔21〕、Suzuki〔22〕众多研究者的实验研究则证实爆发力的下降对老年人功能活动能力的影响比肌力下降的影响更为明显，Suzuki〔22〕研究发现老年人从椅子上起立的时间、爬台阶时间与踝屈肌的最大爆发力高度相关(P<0.002)。

尽管诸多研究已经证实增龄过程中肌肉的离心收缩力相对恒定〔8～12〕，但学者们也发现与青年人相比，老年人的肌肉在完成离心收缩任务(如下楼梯)时也比较困难〔23〕。Enoka〔24〕认为这是由于老龄肌肉收缩时力量的不稳定性造成的。Carville等〔25〕将有摔倒史的老年人、无摔倒史的老年人和年轻人的肌肉进行等长、向心和离心收缩时的稳定性(测量加速度的偏离水平)进行对比后发现，老龄肌肉在进行向心和离心收缩时与年轻肌肉的肌力相比，均显著不稳定(P<0.002)；而有摔倒史的老年受试与无摔倒史的老年受试相比，在离心收缩期间更加不稳定。

3 改善Sarcopenia肌肉之力-速关系：抗阻训练

近年来，诸多研究者致力于研究改善Sarcopenia肌肉力-速关系的方法，以改善老年人的功能活动受限。目前，学者们普遍认为抗阻训练是一种较为安全、有效的方式〔26〕，研究发现即使抗阻训练量很小，机体内的蛋白合成和神经肌肉的适应状况也可得到改善〔27～29〕。但是，众多研究者采用的抗阻训练方法各异，训练的效果亦各不相同。最理想的干预效果应该能够使力-速曲线向上和向右变化，使肌肉收缩速度增长，在所有收缩速度下，产生更多的收缩力，并能增长肌束长度，增大肌束-肌腱夹角，改变老年人的功能活动受限并使老年人平衡能力增强。下文将针对传统抗阻训练，爆发力抗阻训练和离心抗阻训练三种不同的抗阻训练方式进行分析、比较。

3.1传统抗阻训练 许多早期的抗阻训练实验研究是采用慢速提起和放下重物8～10次，训练2～3组，负荷量大于65% 1RM，每周2～3次，我们称之为传统抗阻训练。这种较大负荷的训练方式仅仅注重了向心收缩力量的增强〔30〕，Latham等〔31〕2004年综述抗阻训练时指出，多数递增负荷的抗阻训练持续8～12 w，这对肌肉力量的提高有着明显的积极影响，但是对诸如走路速度以及从椅子上起立的时间等功能活动仅产生微弱的影响。传统抗阻训练侧重于等长肌力的增长，肌肉收缩速度从慢速到中等，最大爆发力亦有增加，也就是使力-速曲线向上移动。然而，研究发现该训练方式似乎对老龄肌肉的离心力量没有影响〔32〕，这种离心力对老年人的日常功能活动以及预防摔倒反而是非常重要的〔25〕。

传统抗阻训练对老年人肌肉结构的影响已经被许多实验证实，训练后肌腱与肌束的夹角加大，意味着向心收缩期间可能有更多的肌节参与收缩，从而使肌力增大〔33〕。Trappe等〔34〕对7名平均年龄(74±2)岁的老年人进行为期12 w的传统抗阻训练(80%1RM，每周3次)后得出，受试者单侧股外侧肌纤维的横断面积I型增加了20%(P< 0.05)，IIa型增加了13%(P<0.05)，且I 型肌纤维的最大肌力、肌纤维的初速度以及爆发力均远远高于IIa型肌纤维。值得注意的是，在传统抗阻训练能否增加肌束长度方面，学者们得出了不一致的结论，Morse等〔35〕人认为肌束长度不受传统抗阻训练的影响，而Reeves等〔32〕人则发现抗阻训练后肌束增长。肌束增长可相应地增加肌肉收缩时振幅，从而使肌力增加，速度增长，所以这是判别抗阻训练的有效性的重要指标，因而传统抗阻训练的有效性尚待考究。

3.2爆发力抗阻训练 目前运动科学界普遍认为，随着年龄增长，爆发力的衰退速度远大于肌力的降低，加之爆发力对于人体的功能活动起着关键作用，因此怎样改善肌肉的爆发力成了众多专家学者关注的焦点〔36～38〕。有关爆发力抗阻训练的研究中，通常是让受试者以向心收缩的方式，快速提起 20%～80% 1RM的重物，重复8～14次为一组，每次训练3～4组，每周2～3次，持续8～16 w。研究发现，经过上述训练，老龄肌肉的等长收缩力量，向心收缩力量、爆发力均有明显改善，老年人的功能活动能力〔36〕，力量募集的速率，等长收缩期神经冲动的传导速率〔37〕以及平衡能力〔38〕均有明显提高。但是，迄今为止，尚未发现有关爆发力训练改变肌肉结构的报道。

尽管众多有关老年人爆发力训练的研究没有直接研究训练对力-速关系的影响，但通过这些研究可以间接得出力-速关系所发生的变化。例如，de Vos等〔39〕在2008年的实验中将112位健康老年人(均龄69.4±5.8)岁随机分为四组，其中三组分别负重20%1RM，50%1RM，80%1RM，20%1RM进行爆发力抗阻训练12 w，每周训练2次，每次包括5种练习(双边水平蹬腿，坐胸推，双侧伸膝，坐式划船和坐式双侧屈膝)，每种练习包括3组，每组又包括8次爆发性的向心收缩和8次慢速的离心收缩，各组均在数字充气式抗阻训练器上进行。结果发现，所有训练组的最大爆发力明显增长(P<0.001)，向心收缩速度没有明显变化，且各组间数据无明显差异。这说明经过12 w的爆发力训练，老龄肌肉在保持收缩速度的情况下，最大爆发力明显增长。

将传统抗阻训练和爆发力抗阻训练进行对比，Bottaro等〔2〕认为两种训练方式均能提高肌肉力量，但爆发力训练对提高老龄肌肉的爆发力和改善老年人的功能活动能力更为有效。但最近，Henwood〔36〕等人研究发现，两种训练方式在改善老龄肌肉的最大等长肌力，改善肌肉的最大爆发力方面以及对老年人功能活动有相似的积极影响。尽管对比传统抗阻训练和爆发力训练的有效性还需要进一步研究，但目前达成共识的是，爆发力训练是一种改善老年人功能活动的有效方式。

3.3离心抗阻训练 老化过程中，Sarcopenia骨骼肌的离心力量相对恒定提示研究者们为取得最佳训练效果，可适当增加离心收缩期的负荷强度，这对于向心肌力大大降低的功能活动受限和身体虚弱的老年人有重要意义。Valour等〔40〕研究7 w肘屈肌离心抗阻训练对老龄肌肉的影响，该实验中老年受试者(均龄65±6)岁进行6次单侧优势臂的肘屈肌的离心收缩，负荷强度3RM，每次训练5组，每周3次，结果发现，老龄肌肉的力-速曲线上移，最大收缩速度和最大爆发力增长。

与传统抗阻训练相比，离心训练能够明显改善老年人的功能活动能力。LaStayo等〔41〕人对身体虚弱的11位老年男性和10位老年女性受试者(均龄70～93)岁随机分成2组，分别进行为期11 w的横卧下肢脚踏车离心训练和传统抗阻训练，每周训练3次，结果发现两组受试者的股外侧肌的横截面积在训练后均明显增加(P<0.05)，但只有离心训练组的膝伸肌的等长力量明显增加(P<0.05)，且平衡能力和下台阶能力也只有离心训练组有改善(P<0.05)，计时起立行走测试结果显示，只有离心训练组提高了计时起立行走能力，其跌倒风险阈值超过14 s。 诸多研究证实，经过离心抗阻训练的老龄肌肉与向心训练相比，力量增长更多且更加肥大〔42〕。尽管也有研究发现，离心和向心抗阻训练所致的肌肉肥大程度大致相同，但经过离心训练的肌肉在维持平衡能力方面比向心训练更具有优越性〔32〕。在完成等量工作时，离心抗阻训练比向心训练的能量消耗低，且自感用力度低〔43〕。Okamoto等〔43〕人发现经过8 w的向心抗阻训练，老年受试患动脉粥样硬化病的比率增加，而经过8 w的离心抗阻训练后没有发现此现象。因此，离心抗阻训练与向心抗阻训练相比对Sarcopenia肌肉更具有积极影响〔44〕。有研究发现，经过离心抗阻训练和传统抗阻训练的Sarcopenia肌肉的肌束长度均增加，但离心抗阻训练组的效果更为明显〔32〕，Duclay〔45〕,Potier等〔46〕人在对年轻人进行离心训练时也发现了此现象。因Sarcopenia肌肉的爆发力衰减可能归因于肌束缩短，肌节丢失〔15〕，所以离心训练促使肌束增长或许对高速向心收缩过程中力矩增长和爆发力的生成有着积极的影响。Reeves〔32〕和他的同事就发现离心抗阻训练对离心等长收缩的效果非常明显，且对高速向心收缩时的力矩生成也有明显的改善。离心抗阻训练之所以优于向心训练可能是除对机体施加的负荷刺激之外，又附加了肌肉伸展时来自于肌肉自身的肌源性刺激，使老龄肌肉代谢率增强，适应性增强〔32〕。加之，肌肉在进行离心收缩期为向心收缩积蓄弹性势能，从而使向心收缩更加有力。肌肉的离心收缩是日常功能中的不可分割的部分，例如，膝、踝关节肌肉的离心力量对老年人能否安全下台阶就十分关键〔25〕，因为老年人在台阶上跌倒大多数发生在下台阶时，增加离心力量会降低老年人跌倒的风险〔12〕。但是，很多研究也发现，在进行离心抗阻训练时，与年轻人相比，老年人中损伤的发生率很高〔47〕，因此安全而有效的负荷强度尚待研究，有关离心抗阻训练改善骨骼肌机能的机制也期待后续研究。

4 思 考

Sarcopenia肌肉力-速关系的退行性变化导致了老年人活动能力和自理能力的丧失，随着老龄人口的不断增长，这对整个社会的医疗保障体系将构成巨大威胁，因此改善Sarcopenia肌肉的力-速关系应成为学者们研究的重点问题。抗阻训练作为一直较为安全、有效的干预方式，已经引起了学者们的关注，但诸多研究者针对不同的侧重点采用了不同的训练方式，不同的训练方式有不同的训练效果，对于老年人这一特殊群体，哪一种训练方式更具有针对性，更行之有效，却需要仔细分析研究。传统抗阻训练方法在增强向心力量方面确实有优势，但爆发力抗阻训练既能增加力量，又能增加肌肉的收缩速度，因而改善老年人的功能活动更有效。离心抗阻训练是一种新兴的抗阻训练方式，基于老年人离心力量衰退不显著，因而对功能活动受限和身体虚弱的老年人来说更有意义，在改善老年人的功能活动和预防老年人跌倒方面也更加有效。然而，因Sarcopenia的机制还不明了，各种抗阻训练的机制也不明确，尤其是目前对离心抗阻训练的安全、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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