王新武 常 輝 呂世光 閆萬軍 (河北工程大學體育部，河北 邯鄲 056038)

肌肉功能的三維特征及其隨齡變化的規(guī)律

王新武 常 輝1呂世光 閆萬軍2(河北工程大學體育部，河北 邯鄲 056038)

肌肉功能;衰老;代謝

從現(xiàn)有的文獻看，涉及肌肉功能的研究可以被劃分為對肌肉運動功能、維持功能和代謝功能等三方面。但還沒有一篇文獻能夠?qū)⑦@三者統(tǒng)一起來進行研究或論述。運動功能是指肌肉收縮產(chǎn)生運動的功能，其衡量標準包括肌肉的最大力量、速度力量和力量耐力等。維持功能包括肌肉維持身體姿勢和平衡以及維持關(guān)節(jié)穩(wěn)定性的功能能力，表現(xiàn)為肌肉的本體感覺能力，維持適度緊張的能力和肌肉間力量平衡與協(xié)調(diào)能力等;代謝功能則包括肌肉本身的物質(zhì)代謝和能量代謝以及肌肉對機體總體能量代謝的調(diào)節(jié)作用。隨著年齡的增長，肌肉的這三方面的功能都會出現(xiàn)退化并導致相關(guān)的健康問題。本研究綜合分析了老年肌肉功能研究的相關(guān)文獻，從三維度角度提出肌肉功能的立體邏輯關(guān)系，旨在促進今后針對老年肌肉研究能夠更加綜合、全面，并特別能夠引起研究者對肌肉維持功能及肌肉對人體新陳代謝影響作用的重視。

1 肌肉運動功能的隨齡變化

許多研究都已證實，一個人的肌肉力量水平在25～30歲時達到一生中的最高，而從40歲左右開始，肌肉力量會明顯的隨增齡而下降。哥本哈根的一個心臟研究所的研究發(fā)現(xiàn)〔1〕，一般人從50到70歲，肌肉最大力量大約減少30%。而一群80歲老年人的伸膝肌力比另一組70歲的老年人低30%。有研究〔2〕對30～80歲的一組被試進行最大快速力量測試(縱跳高度測試)，發(fā)現(xiàn)被試最大動力性力量從47歲時開始明顯下降，到80歲時只有47歲時的一半。Rhodes〔3〕等人對一群74歲的被試測試發(fā)現(xiàn)，有66%的女性和28%的男性不能舉起10磅重的重物。肌肉收縮的時相特征也存在著隨增齡變化的規(guī)律：隨年齡的增長，肌肉達到最大力量的收縮時間逐漸延長，最大松弛速度也隨年齡增長而延長，而且肌肉松弛速度隨增齡的下降比收縮速度的下降表現(xiàn)得更明顯。特別是70歲以后，肌肉收縮后的松弛速度出現(xiàn)明顯的延長〔4〕。Hakkinen等人〔5〕研究了30、50、70歲三組女性被試股四頭肌進行最大等長收縮的時相特征，結(jié)果表明，三組被試肌肉收縮達到自身90%最大力量的時間隨年齡增大而延長，其中，50歲組和30歲組之間差異達到非常顯著水平。而最大松弛速度在30歲和50歲組之間沒有明顯差異，70歲組被試與以上兩組被試之間存在顯著性差異。

Lynch〔6〕等人對 703名 19～93歲被試(男 364人，女 339人)四肢肌肉的質(zhì)量和肘關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)曲、伸峰值力矩進行了等動力量測試，對四肢單位肌肉質(zhì)量的峰值力矩進行了回歸分析。結(jié)果表明，各年齡段被試的上肢單位肌肉質(zhì)量峰值力矩明顯高于下肢，男、女被試之間沒有統(tǒng)計學意義的差異。男、女被試下肢單位肌肉質(zhì)量的力量隨年齡下降的速度較上肢快。男性被試上肢單位肌肉質(zhì)量的曲、伸峰值力矩隨年齡下降的趨勢較女性明顯。

關(guān)于力量耐力的研究，侯曼〔7〕等人對165名60～89歲老年被試下肢力量耐力進行了研究，他們采用讓被試在規(guī)定時間內(nèi)完成座椅站立次數(shù)的測試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在間隔兩年的兩次測試中，60～69歲組、70～79歲組和80～89歲組組內(nèi)數(shù)據(jù)沒有顯著性差異。而各組間差異則具有統(tǒng)計學意義的顯著性差異。說明老年人下肢肌肉力量耐力的衰退是漸進的，短時期內(nèi)(如兩年)變化不明顯。而隨著年齡的增長，下肢力量耐力則呈現(xiàn)出明顯的下降趨勢。

人體屈肌和伸肌的運動功能隨年齡增長的變化特點也是肌肉功能研究值得探討的問題。Sunnerhagen〔8〕等人對144名40～79歲的男、女被試進行了膝關(guān)節(jié)屈、伸等動收縮(速度為60°/s和80°/s)肌耐力和等長收縮的肌耐力測試，結(jié)果表明，隨著年齡的增長，被試等動和等長肌耐力都出現(xiàn)了明顯的下降，而屈、伸肌力的變化趨勢基本相同，表明隨年齡增長，屈肌和伸肌之運動功能衰退趨勢相同。

Aniansson等〔9〕對一組人群(男19人，女21人)進行了追蹤研究，他們對被試分別在70～75歲時進行了兩次測試，測試內(nèi)容包括膝關(guān)節(jié)屈、伸肌力、肘關(guān)節(jié)屈、伸肌力和握力耐力。結(jié)果表明，與70歲時相比，75歲時被試的膝關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)屈、伸肌力都呈現(xiàn)出明顯的下降，等動力量比等長收縮力量下降幅度更大。而握力耐力在70～75歲時沒有明顯變化。

生活環(huán)境和鍛煉對老年人肌肉運動功能有一定程度的影響，且男、女之間存在一定差異。Liang等人〔10〕對538名(男328，女210)生活在美國的中國老年人(65～80歲)進行了肌肉力量、平衡能力進行了測試，他們把被試按照是否從事長期有規(guī)律的鍛煉分成兩組，又在每組中按5歲一個年齡段分成3組。測試內(nèi)容包括閉眼單足站立、睜眼單足站立、從椅子上坐位到站立位的時間及30秒坐位到站立位的次數(shù)。結(jié)果表明，閉眼和睜眼單足站立時間隨年齡增長出現(xiàn)明顯的下降，且在有鍛煉組和無鍛煉組之間并不存在顯著性差異，在75～80歲組中，平衡能力下降最為顯著。表明鍛煉與否對老年人平衡能力的影響不大。綜合年齡組分析顯示，女性平衡能力和肌肉耐力均較男性差。肌肉耐力(30 s站立次數(shù))則是有鍛煉組明顯優(yōu)于無鍛煉組。

Bazzucchi〔11〕等人對兩組女性被試(年輕組：n=8，年齡：20～31;老年組：n=8，年齡：68～76)的屈肘和伸膝最大收縮速度和力量與表面肌電圖的變化進行了比較。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與年輕被試相比，老年被試力量耐力和肌電圖變化隨力量負荷的增加而下降明顯，而上、下肢之間比較則其變化趨勢沒有明顯差異。這個研究結(jié)果提示，肌肉運動功能的隨齡衰退可能是神經(jīng)、肌肉整體功能衰退的結(jié)果。

綜上所述，一般人從40歲開始肌肉力量開始明顯下降，而到70歲下降速度明顯加劇。屈肌和伸肌之運動功能在衰老過程中的衰退趨勢近乎相同，而隨增齡，老年人肌肉收縮后的松弛速度的衰退比收縮速度衰退更為明顯。從目前研究看，男、女性別之間，肌肉運動功能隨增齡衰退的規(guī)律沒有明顯差異。

2 肌肉代謝功能的變化

肌肉收縮需要消耗能量，其能量來源就是肌肉本身的能量代謝所產(chǎn)生的ATP，因此，肌肉的運動功能與代謝功能是不可分割的。但從另一個角度考慮，肌肉中一刻不停地進行著的物質(zhì)代謝和能量代謝過程又是機體總的能量代謝水平的重要調(diào)節(jié)。肌肉作為人體運動動力來源的運動器官已被人們廣泛研究，而肌肉的代謝功能則還沒有一個明確的定義。事實上，肌肉不僅自身在不斷完成著新陳代謝過程，而且它還調(diào)節(jié)著人體有機體總體的能量代謝和物質(zhì)代謝過程。人體骨骼肌中包含了50% ～75%的身體蛋白總量〔12〕，這使得骨骼肌成為了主要的氨基酸代謝組織。同時，骨骼肌還是糖代謝的重要場所和糖原儲備庫，因此，骨骼肌對機體糖代謝也有著不可替代的調(diào)節(jié)作用。研究肌肉的代謝功能應(yīng)當從維持肌肉運動的能量代謝和調(diào)節(jié)人體能量、物質(zhì)代謝兩個方面加以考慮。

眾多的研究已經(jīng)證明，人體肌肉總量的多少會直接影響到有機體的基礎(chǔ)代謝率，肌肉質(zhì)量越多，基礎(chǔ)代謝率越高，健康狀況就越好，患慢性代謝綜合征的可能性就越小。這就證明了肌肉對于有機體代謝水平的影響作用的重要性。而研究表明人體肌肉總量也會隨年齡的增長而逐漸減少，這被稱為肌肉丟失，同樣是40歲左右，人體肌肉總量開始明顯減少。許多研究都證明〔13，14〕在老年人群中，隨著年齡的增長，肌肉中某些收縮蛋白和線粒體蛋白合成逐漸減少，使得肌肉新陳代謝的能力逐漸衰退，而肌細胞線粒體功能的衰退是導致肌肉功能衰退和肌肉有氧代謝能力降低的主要原因。Kevin〔15〕等人對146名18～89歲的男、女被試進行了研究，發(fā)現(xiàn)隨增齡，被試肌肉當中mtDNA和mRNA以及線粒體產(chǎn)生的ATP都呈現(xiàn)出明顯減少的趨勢。同時，他們證實mtDNA的量與線粒體產(chǎn)生ATP量直接相關(guān)，而且與肌細胞有氧能力和糖耐受能力都密切相關(guān)。在老年被試肌肉中，幾種線粒體蛋白都明顯減少，而DNA損傷增多。也就是說，隨著衰老的進程，肌細胞線粒體功能的退化與mtDNA的減少有關(guān)，而這些都是導致肌肉有氧代謝功能衰退的主要原因。

新近的研究發(fā)現(xiàn)〔16，17〕肌細胞有氧代謝能力的降低與胰島素抵抗存在某種關(guān)系，同時，患Ⅱ型糖尿病的病人肌細胞中線粒體數(shù)量較正常人少，體積也比正常人小。雖然在這項研究中，肌細胞線粒體形態(tài)和數(shù)量與糖尿病患病之間的孰因孰果問題還并不清楚，但它至少可以說明線粒體功能與糖代謝有密切的關(guān)系。Petersen〔18〕的研究進一步證明，肌肉有氧代謝能力的降低與老年性胰島素抵抗密切相關(guān)。這就使得肌肉有氧氧化過程與糖代謝產(chǎn)生了某種必然的聯(lián)系，可以推斷，決定肌肉有氧代謝能力的肌細胞線粒體的功能是影響肌肉能量代謝的核心，它不僅影響著糖和脂肪的氧化分解，而且還進一步影響著有氧代謝的某些激素的代謝。

肌肉本身的糖代謝和對機體糖代謝的調(diào)節(jié)作用也會隨增齡而減弱。老年人肝糖原、肌糖原儲量減少，吃糖后其血糖濃度常明顯升高，且恢復到吃糖前水平的時間延長，這些均與胰島素效應(yīng)的變化有關(guān)。隨著年齡的增長，老年人體內(nèi)葡萄糖耐受能力逐漸下降，這可能是胰島素抵抗的主要表現(xiàn)之一。研究發(fā)現(xiàn)〔19〕，老年人胰島素水平較年輕人明顯升高，胰島素分泌不規(guī)律，不能適應(yīng)機體的高血糖水平。盡管胰島素分泌的這種增齡變化的原因還不清楚，但肌肉活動能夠有效影響胰島素敏感性，對老年人也同樣存在這樣的肌肉運動效應(yīng)〔20〕。這就進一步證實，肌肉對機體糖代謝水平的調(diào)節(jié)發(fā)揮著重要的作用。

老年人肌肉中磷酸果糖激酶和肌型乳酸脫氫酶活性降低，運動后肌乳酸升高幅度明顯低于年輕人，表明老年人糖酵解能力下降。此外，由于激素分泌的改變及酶活性降低，老年人脂動員的速度與肌肉氧化利用脂肪酸的能力都有所下降〔21〕。體脂增加而去脂體重下降，且體脂分布有改變的趨勢，全身體脂大部分傾向于堆積在身體內(nèi)部，而不是在皮下。眾所周知，肥胖是目前影響人類健康的主要危險因素之一，許多慢性病，如心血管疾病、腦梗死、糖尿病等都與肥胖有關(guān)。而全身脂肪的分布因人而異，分布在內(nèi)臟和分布在皮下的脂肪對健康的危害程度顯然不同，Gallapher〔22〕等研究發(fā)現(xiàn)，不同種族的人，隨年齡增長脂肪的分布趨向有所不同，非洲裔的美國人皮下和肌肉的脂肪分布較亞裔和白人多，相反，亞裔和白人則趨向于在內(nèi)臟積累脂肪。同時，肌肉當中脂肪的增多是肌肉衰老的重要標志之一。然而，對于肌肉中脂肪組織的增多對肌肉功能的影響以及運動對肌肉組織中的脂肪含量的影響等問題還需要實驗研究來尋找答案。

3 肌肉維持功能的隨齡變化

作為生物體內(nèi)的運動器官，肌肉收縮通過骨與關(guān)節(jié)的杠桿作用使機體產(chǎn)生動作或位移，除此之外，在很多時候(運動或靜止狀態(tài)下)肌肉收縮的作用在于維持身體的某種姿勢或保持關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性，這就是肌肉的維持功能。這種維持功能的正常與否將直接影響到機體的健康狀況，并且它與機體的衰老有關(guān)〔23〕。許多學者對肌肉維持功能進行了系統(tǒng)研究〔24，25〕，綜合這些研究結(jié)果我們可以從以下幾個方面來理解肌肉的維持功能：第一，人體不同的肌肉群在產(chǎn)生運動和維持姿勢及關(guān)節(jié)穩(wěn)定性方面的功能側(cè)重有所不同。如豎脊肌、多裂肌等肌群的功能側(cè)重在維持姿勢和脊柱的穩(wěn)定性。第二，側(cè)重運動功能和側(cè)重維持功能的肌肉中肌纖維類型組成有所不同。如腓腸肌側(cè)重維持功能，因而Ⅰ型纖維在腓腸肌中占據(jù)絕對多的比例，比目魚肌則側(cè)重運動功能，因而Ⅱ型纖維占主導地位。第三，每一個肌肉群都具有運動功能和維持功能，在不同的運動狀態(tài)下，同一個肌肉群會表現(xiàn)出不同的功能側(cè)重。但在特殊情況下，如競技運動或運動康復訓練中，某些肌肉的維持功能需要進行專門化的訓練才能得以充分發(fā)揮。近年來流行于西方的“核心肌力訓練”、“懸吊訓練”、“振動訓練”等都是發(fā)展肌肉維持功能的很好的方法。

許多慢性肌肉勞損或關(guān)節(jié)功能障礙等都與肌肉維持功能的衰退有關(guān)。俞曉杰〔26〕認為，肌肉功能不僅在關(guān)節(jié)運動中，而且在關(guān)節(jié)保護中起關(guān)鍵作用，肌肉參與應(yīng)力吸收、本體感覺和關(guān)節(jié)穩(wěn)定等功能。肌肉功能的衰退不僅表現(xiàn)在運動功能方面，也同時表現(xiàn)為肌肉的關(guān)節(jié)保護方面。從反面的例子也可以看出，在關(guān)節(jié)功能障礙的康復治療中，相關(guān)肌肉抗阻訓練成為了關(guān)節(jié)功能康復的有效手段。所以，很多老年性關(guān)節(jié)疾病的發(fā)病原因很可能在于關(guān)節(jié)周圍肌肉功能的衰退。在西方被廣泛關(guān)注的老年人下肢不穩(wěn)與摔倒很可能就是肌肉、小腦、前庭器官、關(guān)節(jié)等運動平衡功能鏈中的一個或幾個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題所致，而肌肉功能的衰退被認為是最重要可能因素。事實上，肌肉功能就是神經(jīng)-肌肉整體功能的外在表現(xiàn)。

在身體不同部位的肌肉，其功能特性可能有所偏重，表現(xiàn)為肌肉形狀、分布的位置和肌纖維類型特征上均有所不同。如貼近脛骨的比目魚肌的功能可能側(cè)重于維持脛骨的支撐作用和維護膝關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性，而腓腸肌的功能更多的是使踝關(guān)節(jié)產(chǎn)生屈伸運動。劉亞等人〔27〕研究認為，腰背肌作為一種姿勢型肌肉，其主要功能是維持脊柱的直立姿勢，同時保持肌肉的動態(tài)穩(wěn)定，因此，腰背肌中Ⅰ型纖維占優(yōu)勢是與其功能相適應(yīng)的。在衰老過程中，機體不同部位及不同功能側(cè)重的肌肉可能會表現(xiàn)出不同的功能退化進程。日本學者Takahashi等〔28〕研究了210名20～79歲的女性被試的股四頭肌和腰大肌隨增齡變化的趨勢。他們將被試按照10歲一個年齡段分成6組，每組35人。采用核磁共振掃描分析了上述肌肉的肌纖維橫斷面積和肌肉總質(zhì)量。結(jié)果表明，腰大肌肌纖維橫斷面積在20歲時達到最大，之后便開始穩(wěn)定地下降，到60歲以后下降速度開始加劇。股四頭肌肌纖維橫斷面積和總質(zhì)量是從40歲開始逐漸下降，而在20～79歲期間并沒有一個下降突增期。這項研究表明，人體側(cè)重維持性功能的肌肉和側(cè)重運動性功能的肌肉的隨齡變化規(guī)律有所不同，但這種不同是由于肌纖維類型或肌肉的神經(jīng)、酶學特征的不同，還是由于運動活動方式不同造成的，這個問題還不得而知。

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R419;Q954.54+8

A

1005-9202(2011)12-2369-04

1 石家莊理工職業(yè)學院 2 河北師范大學體育學院

閆萬軍 (1965-)，男，研究員，博士，碩士生導師，主要從事運動休閑與健康促進研究。

王新武(1972-)，男，講師，碩士，主要從事運動休閑與健康促進研究。

〔2010-03-09收稿 2010-11-01修回〕

(編輯 劉 愉/曹夢園)