女性肌肉力量与增龄性骨量变化的相关性研究

伍 骥



女性肌肉力量与增龄性骨量变化的相关性研究

伍 骥

目的：分析不同年龄段女性身体不同部位肌肉力量、骨密度和体成分变化趋势及相关关系。方法：将20～69岁的161名女性分为5组(每10岁一组)，进行握力、背力、负重屈肘最大肌力(1 RM)和肌肉耐力(15 RM)、仰卧推举1 RM和15 RM、负重蹲起1 RM和15 RM、徒手蹲起、仰卧举腿、屈臂支撑等肌力测试；使用双能X线骨密度仪进行全身、双侧前臂、正位腰椎(L2-L4)、双侧股骨颈骨密度(BMD)和体成分测试。结果：中青年女性肌肉含量高于老年女性，脂肪含量低于老年女性；身体不同部位BMD和1RM在30～39年龄组最高，之后呈逐渐下降趋势；20～29岁和30～39岁2个年龄组1 RM和15 RM负重屈肘、仰卧推举与全身、腰椎BMD呈非常显著性相关(P<0.01)，且全身BMD与1 RM的相关系数大于15 RM；40～49岁年龄组仰卧举腿与全身和腰椎BMD显著相关，相关系数为0.496、0.483；50岁以上年龄组体脂百分比与骨密度呈显著相关性，肌肉力量与骨密度无显著相关性。结论：1)肌肉含量对中青年女性骨密度影响较大；脂肪含量对老年女性骨密度影响较大。2)中青年女性上肢及肩带、胸背肌肉力量与全身及局部骨密度关系密切，针对这部分肌肉加强练习对于提高骨量和减缓骨量流失具有积极作用。3)在发展肌肉力量和骨质疏松早期干预时，中青年女性应以动力性力量中最大肌力练习为主；老年女性应以动力性力量中肌肉耐力练习为主。

肌肉力量；骨密度；相关性；女子

肌肉和骨骼是一个整体，二者联系紧密，骨骼为肌肉提供附着位点和机械支撑，而骨量则主要由肌肉收缩所产生的机械负荷调节[12]。Frost认为[12]，激素、钙和维生素D在骨强度和骨量上仅仅起到3%～5%的作用，而力学的应力则达到40%以上的作用。研究表明，增龄会导致身体各部位肌肉力量明显下降，而肌力的下降是导致老年人骨量丢失的重要原因[8，18]，女性尤其明显[7]。相较于男性，女性骨量的特殊性还表现在峰值骨量(peak bone mass，PBM)以及骨骼肌对骨的应力负荷普遍更低，PBM增加10%可以延缓13年发生骨质疏松，而与骨质疏松相关的其他因素，如绝经年龄和非绝经期的平均骨丢失率(下降0.25% PBM/年)10%的变化只能延缓2年发生骨质疏松[4]。据统计，全球60～70岁女性1/3以上患有骨质疏松，50岁以上女性有1/3因骨质疏松而骨折。另有研究表明，在年轻女性群体中也有骨质疏松症的发生[11，27]。

通过肌肉力量练习来提高骨量或延缓骨量丢失的研究较为丰富，主要集中在老年人、绝经妇女以及青年女性等，但研究结果并不统一。普遍认为肌肉越发达骨密度越高，但也有学者对受试者进行数月的肌力练习后发现骨密度有所降低[20]。随着研究的深入，许多疑问也随之产生，比如，身体不同部位的肌力与骨密度到底是何种关系？女性随年龄增加，肌力、骨密度、身体成分变化规律如何？肌肉力量指标中最大肌力和肌肉耐力哪种指标与女性骨密度关系更密切？有没有年龄差异？这些都是值得探讨的问题。本研究通过对不同年龄段女性不同部位进行系统的肌肉力量、身体成分和骨密度同步测试，分析女性人群肌肉力量，身体成分和骨密度的现实状况、变化趋势及相关性，从全身和局部骨密度与肌力变化关系中寻找出延缓骨量丢失的最适肌力练习方法。

1 对象与方法

1.1 研究对象

161名健康女性(无明显骨关节疾病)为受试者，基本信息和分组情况见表1。

表1 本研究受试者基本情况一览表

1.2 研究方法

本实验在湖南涉外经济学院体能训练房和运动人体科学实验室进行测试与分析。受试者在测试前签署《知情同意书》，并在了解测试规则和充分热身活动后开始正式测试。

1.2.1 实验指标

1.肌力测试(图1)

握力：受试者以最大力量抓握握力计1次，并读数记录。左右手交替各测2～3次，取最大值。

负重屈肘：受试者取站立位，身体靠墙面，脚跟离墙面约10 cm，双臂靠近体侧，掌心向前。测试者将杠铃放在受试者手里，受试者手持杠铃下垂，然后用力使肘关节弯曲至上臂和前臂重叠。

仰卧推举：受试者仰卧于卧推凳上，两臂略宽于肩，两手相对平直。测试者将杠铃放在受试者手上，受试者两臂伸直支撑杠铃重量，然后肘关节慢慢弯屈，杠铃垂直落下直至横杠接触到胸部。杠铃落下平稳后，受试者再缓慢的将杠铃推至起始位置即可。

徒手蹲起：受试者双腿屈膝下蹲至大腿与地面平行，双手交叉抱于背部，两脚与肩同宽。然后站直身体，重复此动作。记录1 min完成次数。

负重蹲起：受试者站于深蹲架前，两脚自然开立，身体微微后倾，倚到杠铃杆上。测试者把杠铃置于受试者颈后肩上，受试者两手握住横杠，使杠铃重心两边平衡。受试者开始下蹲时，双膝慢慢弯屈，当大腿下蹲超过水平位置时，慢慢伸直回到原位置。

背力：受试者站在背力计踏板上，测试者将手柄高度调试到腰背易于发力的最佳位置，受试者收到开始口令后，腰背部用力上挺带动上肢上拉，待数值达到最大，记录测试结果，连续两次取最高值。

屈臂支撑：俯卧位屈肘支撑于垫子上，双腿并拢，脚尖绷直，膝关节保持伸直状态，保持静止稳定状态，直至不能维持姿势，记录保持时间。

仰卧举腿：双手放于脑后，双腿并拢，脚尖绷直，膝关节保持伸直状态。双腿屈髋抬起与躯干呈90°，慢慢放下，两脚尽量放低，不能落地，髋关节按要求屈伸一次即为该动作完成一次。当受试者不能举腿至90°时，测试结束，记录次数。

图1 本研究握力、负重屈肘、仰卧推举、徒手蹲起、负重蹲起、背力、屈臂支撑和仰卧举腿示意图

2.骨密度和体成分测试

全身、双侧前臂、正位腰椎(L2-L4)、双侧股骨颈骨密度(BMD)；体重、瘦体重、体脂百分比。

1.2.2 实验控制

50～59岁和60～69岁年龄组由于下肢力量较弱，且膝关节有较明显的衰退特征，采用坐位方法测试负重蹲起，其余测试与其他年龄组相同(图2)。

图2 本研究坐位负重蹲起示意图

1.2.3 负荷方案

仰卧推举、负重蹲起和负重屈肘需要测试最大肌力(1RM)和肌肉耐力(15 RM)。1RM测试采用递增负荷法，每增加一次杠铃负荷，记录数据，直至杠铃重量增加到受试者只能举起一次，且在增加小负荷后受试者无法完成，取能完成的最后一次杠铃重量为1 RM结果。15 RM测试首先确定受试者的初始负荷，得出受试者实测的RM值。根据受试者情况选择加减负荷对其再进行15 RM肌肉耐力测试，当完成次数刚好达到15次时候的杠铃负荷(或者结果次数非常接近15 RM时候的杠铃负荷)作为15 RM的测试结果。

1.2.4 负荷标准

1 RM初始负荷根据ACSM指南稍作修改(表2)。

注：1 RM[26]=最大肌力；15 RM=肌肉耐力；BW=体重。

1.2.5 实验仪器

使用星驰系列深蹲架(FR-800，重量386 kg，尺寸132×221×208)、卧推架(FC-201，尺寸178×165×122)、电子握力仪(GMCS-III型，北京鑫东华腾)和背力计(GMCS-II型，北京鑫东华腾)测试肌肉力量数据；使用法国MEDLINK公司锥形二维快闪式全数字双能X线骨密度仪(仪器型号：MEDLINK OSTEOCORE3，精确度误差为2.5%)采集骨密度和体成分指标；秒表1块。

1.2.6 统计学方法

实验数据采用统计软件Spss 17.0进行分析，得到各项指标的平均值和标准差；然后将各个指标进行线性相关分析，显著性水平取P<0.05，非常显著性水平取P<0.01。

2 结果

2.1 身体成分测试结果

60～69岁年龄组女性体重和体脂百分比显著高于20～29岁年龄组。不同年龄组受试者BMI无显著性差异(表3)。

2.2 骨密度(BMD)测试结果

全身、双侧前臂、正位腰椎、和左侧股骨颈BMD在30～39年龄组达到峰值，这与青春期后骨量峰值的缓慢增长有关；全身、腰椎骨密度在50岁左右明显下降，右侧股骨颈骨密度则在40岁就开始明显下降(表4)。

2.3 最大肌力(1RM)测试结果

由表5可知，右手握力、背力、负重屈肘、仰卧推举和负重蹲起均在30～39岁年龄组达到峰值；背力和下肢最大肌力在60岁以后显著降低。

2.4 肌肉耐力(15RM)测试结果

除腰腹肌肉耐力外，其余耐力指标在30～39岁年龄组达到峰值；腰腹肌肉耐力在40岁后显著下降，下肢肌肉耐力在50岁后显著下降。上肢及肩带肌肉耐力随年龄变化不大(表6)。

2.5 体成分与全身骨密度相关性

各个年龄段女性体重均和全身骨密度呈高度相关性。瘦体重对骨密度的影响中，20～49岁3个年龄组呈显著相关；体脂百分比对骨密度的影响中，50～69岁2个年龄组呈显著相关(表7)。

表3 本研究受试者身体成分随年龄变化一览表

注：*P<0.05 ，vs 20～29岁。

注：*P<0.05,vs 30～39岁；&P<0.05 ,vs 20～29岁。

表5 本研究受试者1RM随年龄变化一览表

注：*P<0.05,**P<0.01,vs 30～39岁。

注：*P<0.05,**P<0.01,vs 20～29岁；&P<0.05,vs 30～39岁。

表7 本研究受试者体成分与全身骨密度相关系数一览表

注：*P<0.05 ，**P<0.01。

2.6 最大肌力(1RM)与全身骨密度相关性

由表8可见，40～49岁年龄组左手握力与全身骨密度呈显著性相关。30～39岁年龄组负重屈肘和仰卧推举与全身骨密度呈非常显著性相关(P<0.01)，提示这个年龄组上肢及肩带最大肌力与全身骨密度关系密切。

2.7 肌肉耐力(15RM)与全身骨密度相关性

在肌肉耐力方面，30～39岁年龄组徒手蹲起、负重屈肘和仰卧推举与全身骨密度具有显著相关性。40～49岁年龄组仰卧举腿、屈臂支撑和仰卧推举与全身骨密度具有显著性相关，相关系数为0.496，0.608，0.578(表9)。

2.8 上肢及肩带肌肉力量与双侧前臂骨密度相关性

负重屈肘和仰卧推举在20～49岁3个年龄组中与双侧前臂骨密度呈显著正相关。60～69岁年龄组15RM负重屈肘和双侧前臂骨密度显著相关，为0.461(表10)。

表8 本研究受试者1 RM与全身骨密度相关系数一览表

注：*P<0.05 ，**P<0.01。

表9 本研究受试者15 RM与全身骨密度相关系数一览表

注：*P<0.05 ，**P<0.01。

表10 本研究受试者上肢及肩带肌肉力量与双侧前臂骨密度相关系数一览表

注：*P<0.05 ，**P<0.01。

2.9 下肢肌肉力量与双侧股骨颈骨密度相关性

30～39岁年龄组1 RM负重蹲起和徒手蹲起与双侧股骨颈骨密度相关性显著；40～49岁年龄组徒手蹲起与左侧股骨颈骨密度相关性显著(表11)。

表11 本研究受试者下肢肌肉力量与双侧股骨颈骨密度相关系数一览表

注：*P<0.05 ，**P<0.01。

2.10 胸背及腰腹肌肉力量与腰椎骨密度相关性

在20～49岁3个年龄组里，1 RM和15 RM仰卧推举与腰椎骨密度呈显著正相关，且相关系数随年龄增加逐渐升高(表12)。

表12 本研究胸背及腰腹肌肉力量和腰椎骨密度相关系数一览表

注：*P<0.05 ，**P<0.01。

3 讨论

人体的肌肉力量从青春发育期开始明显增长，在20岁以后逐渐达到峰值，保持在30～50岁之间，50岁以后以每10年12%～15%的速度持续下降，65岁以后下降速度明显加快，在50～80岁之间大约会下降30%[15]。近年研究发现，骨骼肌的增龄性衰退是导致骨质疏松、骨关节炎的一个重要因素。本研究中，上肢及肩带、下肢最大肌力在30～39岁年龄组达到最高，随后逐年下降，这与Gary和Peolsson的研究一致[15，19]。肌肉耐力指标中，除腰腹肌肉外，30～39岁年龄组同样达到最高，随后呈逐年下降趋势，值得注意的是，肌肉耐力的下降速率大于最大肌力。有研究认为，老年人群肌肉丢失最严重的是快肌纤维，从而导致最大肌力和爆发力快速下降[9]。本研究的结果与之相反，原因可能是肌肉耐力除了受慢肌纤维影响外，还与有氧能力、体能等其他因素相关，这些因素在增龄性条件下对肌肉力量的影响大于肌纤维本身丢失的影响。

骨密度(bone mineral density，BMD)是指单位面积骨组织内无机物的含量，受遗传、地域、种族、环境、运动方式、营养和生活习惯等多种因素影响[3]。 Weinans等[27]认为骨密度主要由肌肉所产生的机械负荷调节，这种机械负荷可促使成骨细胞不断地在原位形成新骨，从而增加骨密度。骨密度降低可以反映骨强度的减弱，提示骨折风险性增高。研究认为，幼年期骨体积和骨强度与骨骼线性生长呈同步增长，在20岁之前即可获得90%以上的骨量峰值(PBM)，而骨量的积累则到30岁左右才完成。Recker[21]等通过对156名健康女大学生测试发现脊椎及全身骨量在30岁时仍可增加，这与本研究结果基本一致。提示，青春期后的骨量缓慢积累至关重要，该阶段的女性更应该通过有效地运动来改善自己的骨量变化。本研究中60岁以上年龄组的腰椎骨密度在所有年龄组里最低，这与赵方[6]等的研究结果不同。流行病学显示，60岁以上老年人腰椎骨质增生发病率增加，而本研究纳入标准已排除骨质增生，这可能是造成不同结果的原因。这也进一步提示对老年人群进行骨密度测试时要结合临床实际作出正确评价。

3.1 骨密度与体重、体脂百分比的相关性

已有研究认为体重是影响骨密度的重要因素之一[13，14，16]。本研究结果表明，体重在各个年龄组与骨密度存在显著性相关，其中30～39岁年龄组和50～59岁年龄组存在非常显著性相关(P<0.01)。从瘦体重和体脂百分比与骨密度的相关性结果看，20～49岁3个年龄组瘦体重含量与骨密度关系密切，而50～69岁2个年龄组则是体脂百分比与骨密度关系密切。Sowers等[23]认为，女性的瘦体重越高，BMD就越高，瘦体重降低是导致骨密度降低的一个危险因素。另有学者认为[5]，瘦体重对中老年男性骨密度起主要作用，而脂肪量对绝经后女性骨密度起主要作用。Ribot[22]对绝经后妇女骨密度的研究发现，较高的体脂肪特别是腹部的脂肪含量，可能导致更多的肾上腺雄性激素转变为雌激素，从而延缓骨量流失。因此，在女性不同年龄段，不同体成分对女性骨密度的影响作用不同。对于中青年女性，相较脂肪量，肌肉含量对骨密度影响较大；对于绝经后女性，脂肪含量则对骨密度的影响较大。

3.2 骨密度与肌肉力量的相关性

应力或机械负荷通过肌肉和跟键作用于骨，从而直接影响骨形成(formation)和骨重建(remodeling)[10]。最大肌力是通过力量负荷对骨进行刺激从而有效地提高成骨细胞的活性，引起骨的吸收和形成。相比男性，女性骨密度较低的原因，除了激素因素、峰值骨量外，女性肌力普遍低于男性。肌肉耐力是通过反复的冲力负荷对骨密度产生有益影响。目前，有关耐力性运动对骨密度的研究相对较少，且大多以最大摄氧量为参考标准，而不是肌肉耐力。本研究中，多数年龄组上肢及肩带、胸背肌肉力量与全身、双侧前臂、腰椎骨密度呈显著性相关；30～39岁年龄组下肢肌肉力量与双侧股骨颈骨密度呈显著性相关；20～49岁3个年龄组仰卧推举与腰椎骨密度呈显著性相关，提示肌肉力量对骨的影响具有局部特异性；最大肌力与骨密度的相关性相较肌肉耐力普遍较高；动力性运动与骨密度的相关性相较静力性运动更高。Skerry认为，动态负荷的成骨能力大于静态负荷；负荷的速度、频率、能量等其他要素对骨质的影响也很大[24]，与本研究结果一致。从运动方式来看，仰卧推举是中青年女性对骨量变化最敏感的练习方法，中青年女性可以加强上肢及肩带、胸背肌练习来改善全身以及上肢和腰椎骨量；而针对股骨颈骨量，下肢肌力练习中徒手蹲起则是较好的选择。本研究中，屈臂支撑与腰椎骨密度呈低相关或负相关，原因可能是肌肉耐力中静力性负荷对骨密度影响较小，不足以激起成骨细胞的活性引起骨量良性代谢。增龄性因素对肌力与骨密度相关性影响的研究认为，衰老或绝经导致肌力下降，尤其是肌肉的高频力学性能减退，骨强度可能由于来自肌力高频信号的衰减而衰退[2]。提示，对于不适合大负荷力量练习的老年女性，可以通过肌肉耐力练习来改善骨量。

4 结论

1.肌肉含量对中青年女性骨密度影响较大；脂肪含量对老年女性骨密度影响较大。

2.中青年女性上肢及肩带、胸背肌肉力量与全身及局部骨密度关系密切，针对这部分肌肉加强练习对于提高骨量和减缓骨量流失具有积极作用。

3.在发展肌肉力量和骨质疏松早期干预时，中青年女性应以动力性力量中最大肌力练习为主；老年女性应以动力性力量中肌肉耐力练习为主。

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Study on Correlation between Muscle Strength and Ageing Changes of Bone Mineral Content of Female

WU Ji

Objective:The purpose of this study was to explore the relationships with each part of the muscle strength,bone mineral density and body composition of the different age women.Methods:Dividing the 161 women that were 20～69 years old into 5 groups(every 10 years a group)and test grip strength,back force,weight-bearing elbow flexion of one repetition maximum,bench press of one repetition maximum,weight-bearing elbow flexion of fifteen repetition maximum,bench press of fifteen repetition maximum,weight-bearing squat of one repetition maximum,unarmed squat,squat of fifteen repetition maximum,lifting leg,plank,body composition,BMD of the whole body,bilateral forearms,lumbar and both femoral neck’s.Results:Compared with older women,the muscle content of young and middle-aged women is higher and fat content is lower.Different parts of the body BMD and one rep max were highest in 30～39 age group,then declined year by year.The maximum muscle strength and muscle strength endurance of weight-bearing elbow flexion and bench press in 20～39 age group put up with the whole body,lumbar BMD was very significant (P<0.01),and the correlation coefficient of whole body BMD and maximum muscle strength was greater than muscle strength endurance.The number of lifting leg on 40～49 age group had significant correlation with BMD of the whole body and lumbar,correlation coefficient was 0.496,0.483.In more than 50 age group,the BMD was significantly with body fat percentage and no significant with muscle strength.Conclusions:1) Muscle content had a greater influence to the BMD of young and middle-aged women.Fat content had a greater influence to the BMD of older women.2) There was significantly associated between arm,shoulder straps,chest,back muscle strength and systemic,local BMD in young and middle-aged women.It will improve BMD and slow BMD loss for this part of muscle strengthening.3) In the development of muscle strength and bone loss when early intervention,young and middle-aged women should do maximum muscle strength exercise in the dynamic strength.The older women should do muscular endurance exercise in the dynamic strength.

musclestrength;BMD;correlation

2015-05-21；

2015-08-02

伍骥(1981-)，男，湖南长沙人，讲师，硕士，主要研究方向为体适能研究，Tel：(0731)88140563，E-mail：3184338847@qq.com。

湖南涉外经济学院 体育学院，湖南 长沙 410205 Hunan International Economics University，Changsha 410205，China.

1000-677X(2015)08-0052-07

10.16469/j.css.201508008

G804.2

A