肌肉功能的三维特征及其随龄变化的规律

王新武 常 辉 吕世光 闫万军 (河北工程大学体育部，河北 邯郸 056038)

肌肉功能的三维特征及其随龄变化的规律

王新武 常 辉1吕世光 闫万军2(河北工程大学体育部，河北 邯郸 056038)

肌肉功能;衰老;代谢

从现有的文献看，涉及肌肉功能的研究可以被划分为对肌肉运动功能、维持功能和代谢功能等三方面。但还没有一篇文献能够将这三者统一起来进行研究或论述。运动功能是指肌肉收缩产生运动的功能，其衡量标准包括肌肉的最大力量、速度力量和力量耐力等。维持功能包括肌肉维持身体姿势和平衡以及维持关节稳定性的功能能力，表现为肌肉的本体感觉能力，维持适度紧张的能力和肌肉间力量平衡与协调能力等;代谢功能则包括肌肉本身的物质代谢和能量代谢以及肌肉对机体总体能量代谢的调节作用。随着年龄的增长，肌肉的这三方面的功能都会出现退化并导致相关的健康问题。本研究综合分析了老年肌肉功能研究的相关文献，从三维度角度提出肌肉功能的立体逻辑关系，旨在促进今后针对老年肌肉研究能够更加综合、全面，并特别能够引起研究者对肌肉维持功能及肌肉对人体新陈代谢影响作用的重视。

1 肌肉运动功能的随龄变化

许多研究都已证实，一个人的肌肉力量水平在25～30岁时达到一生中的最高，而从40岁左右开始，肌肉力量会明显的随增龄而下降。哥本哈根的一个心脏研究所的研究发现〔1〕，一般人从50到70岁，肌肉最大力量大约减少30%。而一群80岁老年人的伸膝肌力比另一组70岁的老年人低30%。有研究〔2〕对30～80岁的一组被试进行最大快速力量测试(纵跳高度测试)，发现被试最大动力性力量从47岁时开始明显下降，到80岁时只有47岁时的一半。Rhodes〔3〕等人对一群74岁的被试测试发现，有66%的女性和28%的男性不能举起10磅重的重物。肌肉收缩的时相特征也存在着随增龄变化的规律：随年龄的增长，肌肉达到最大力量的收缩时间逐渐延长，最大松弛速度也随年龄增长而延长，而且肌肉松弛速度随增龄的下降比收缩速度的下降表现得更明显。特别是70岁以后，肌肉收缩后的松弛速度出现明显的延长〔4〕。Hakkinen等人〔5〕研究了30、50、70岁三组女性被试股四头肌进行最大等长收缩的时相特征，结果表明，三组被试肌肉收缩达到自身90%最大力量的时间随年龄增大而延长，其中，50岁组和30岁组之间差异达到非常显著水平。而最大松弛速度在30岁和50岁组之间没有明显差异，70岁组被试与以上两组被试之间存在显著性差异。

Lynch〔6〕等人对 703名 19～93岁被试(男 364人，女 339人)四肢肌肉的质量和肘关节、膝关节曲、伸峰值力矩进行了等动力量测试，对四肢单位肌肉质量的峰值力矩进行了回归分析。结果表明，各年龄段被试的上肢单位肌肉质量峰值力矩明显高于下肢，男、女被试之间没有统计学意义的差异。男、女被试下肢单位肌肉质量的力量随年龄下降的速度较上肢快。男性被试上肢单位肌肉质量的曲、伸峰值力矩随年龄下降的趋势较女性明显。

关于力量耐力的研究，侯曼〔7〕等人对165名60～89岁老年被试下肢力量耐力进行了研究，他们采用让被试在规定时间内完成座椅站立次数的测试，结果发现，在间隔两年的两次测试中，60～69岁组、70～79岁组和80～89岁组组内数据没有显著性差异。而各组间差异则具有统计学意义的显著性差异。说明老年人下肢肌肉力量耐力的衰退是渐进的，短时期内(如两年)变化不明显。而随着年龄的增长，下肢力量耐力则呈现出明显的下降趋势。

人体屈肌和伸肌的运动功能随年龄增长的变化特点也是肌肉功能研究值得探讨的问题。Sunnerhagen〔8〕等人对144名40～79岁的男、女被试进行了膝关节屈、伸等动收缩(速度为60°/s和80°/s)肌耐力和等长收缩的肌耐力测试，结果表明，随着年龄的增长，被试等动和等长肌耐力都出现了明显的下降，而屈、伸肌力的变化趋势基本相同，表明随年龄增长，屈肌和伸肌之运动功能衰退趋势相同。

Aniansson等〔9〕对一组人群(男19人，女21人)进行了追踪研究，他们对被试分别在70～75岁时进行了两次测试，测试内容包括膝关节屈、伸肌力、肘关节屈、伸肌力和握力耐力。结果表明，与70岁时相比，75岁时被试的膝关节和肘关节屈、伸肌力都呈现出明显的下降，等动力量比等长收缩力量下降幅度更大。而握力耐力在70～75岁时没有明显变化。

生活环境和锻炼对老年人肌肉运动功能有一定程度的影响，且男、女之间存在一定差异。Liang等人〔10〕对538名(男328，女210)生活在美国的中国老年人(65～80岁)进行了肌肉力量、平衡能力进行了测试，他们把被试按照是否从事长期有规律的锻炼分成两组，又在每组中按5岁一个年龄段分成3组。测试内容包括闭眼单足站立、睁眼单足站立、从椅子上坐位到站立位的时间及30秒坐位到站立位的次数。结果表明，闭眼和睁眼单足站立时间随年龄增长出现明显的下降，且在有锻炼组和无锻炼组之间并不存在显著性差异，在75～80岁组中，平衡能力下降最为显著。表明锻炼与否对老年人平衡能力的影响不大。综合年龄组分析显示，女性平衡能力和肌肉耐力均较男性差。肌肉耐力(30 s站立次数)则是有锻炼组明显优于无锻炼组。

Bazzucchi〔11〕等人对两组女性被试(年轻组：n=8，年龄：20～31;老年组：n=8，年龄：68～76)的屈肘和伸膝最大收缩速度和力量与表面肌电图的变化进行了比较。结果发现，与年轻被试相比，老年被试力量耐力和肌电图变化随力量负荷的增加而下降明显，而上、下肢之间比较则其变化趋势没有明显差异。这个研究结果提示，肌肉运动功能的随龄衰退可能是神经、肌肉整体功能衰退的结果。

综上所述，一般人从40岁开始肌肉力量开始明显下降，而到70岁下降速度明显加剧。屈肌和伸肌之运动功能在衰老过程中的衰退趋势近乎相同，而随增龄，老年人肌肉收缩后的松弛速度的衰退比收缩速度衰退更为明显。从目前研究看，男、女性别之间，肌肉运动功能随增龄衰退的规律没有明显差异。

2 肌肉代谢功能的变化

肌肉收缩需要消耗能量，其能量来源就是肌肉本身的能量代谢所产生的ATP，因此，肌肉的运动功能与代谢功能是不可分割的。但从另一个角度考虑，肌肉中一刻不停地进行着的物质代谢和能量代谢过程又是机体总的能量代谢水平的重要调节。肌肉作为人体运动动力来源的运动器官已被人们广泛研究，而肌肉的代谢功能则还没有一个明确的定义。事实上，肌肉不仅自身在不断完成着新陈代谢过程，而且它还调节着人体有机体总体的能量代谢和物质代谢过程。人体骨骼肌中包含了50% ～75%的身体蛋白总量〔12〕，这使得骨骼肌成为了主要的氨基酸代谢组织。同时，骨骼肌还是糖代谢的重要场所和糖原储备库，因此，骨骼肌对机体糖代谢也有着不可替代的调节作用。研究肌肉的代谢功能应当从维持肌肉运动的能量代谢和调节人体能量、物质代谢两个方面加以考虑。

众多的研究已经证明，人体肌肉总量的多少会直接影响到有机体的基础代谢率，肌肉质量越多，基础代谢率越高，健康状况就越好，患慢性代谢综合征的可能性就越小。这就证明了肌肉对于有机体代谢水平的影响作用的重要性。而研究表明人体肌肉总量也会随年龄的增长而逐渐减少，这被称为肌肉丢失，同样是40岁左右，人体肌肉总量开始明显减少。许多研究都证明〔13，14〕在老年人群中，随着年龄的增长，肌肉中某些收缩蛋白和线粒体蛋白合成逐渐减少，使得肌肉新陈代谢的能力逐渐衰退，而肌细胞线粒体功能的衰退是导致肌肉功能衰退和肌肉有氧代谢能力降低的主要原因。Kevin〔15〕等人对146名18～89岁的男、女被试进行了研究，发现随增龄，被试肌肉当中mtDNA和mRNA以及线粒体产生的ATP都呈现出明显减少的趋势。同时，他们证实mtDNA的量与线粒体产生ATP量直接相关，而且与肌细胞有氧能力和糖耐受能力都密切相关。在老年被试肌肉中，几种线粒体蛋白都明显减少，而DNA损伤增多。也就是说，随着衰老的进程，肌细胞线粒体功能的退化与mtDNA的减少有关，而这些都是导致肌肉有氧代谢功能衰退的主要原因。

新近的研究发现〔16，17〕肌细胞有氧代谢能力的降低与胰岛素抵抗存在某种关系，同时，患Ⅱ型糖尿病的病人肌细胞中线粒体数量较正常人少，体积也比正常人小。虽然在这项研究中，肌细胞线粒体形态和数量与糖尿病患病之间的孰因孰果问题还并不清楚，但它至少可以说明线粒体功能与糖代谢有密切的关系。Petersen〔18〕的研究进一步证明，肌肉有氧代谢能力的降低与老年性胰岛素抵抗密切相关。这就使得肌肉有氧氧化过程与糖代谢产生了某种必然的联系，可以推断，决定肌肉有氧代谢能力的肌细胞线粒体的功能是影响肌肉能量代谢的核心，它不仅影响着糖和脂肪的氧化分解，而且还进一步影响着有氧代谢的某些激素的代谢。

肌肉本身的糖代谢和对机体糖代谢的调节作用也会随增龄而减弱。老年人肝糖原、肌糖原储量减少，吃糖后其血糖浓度常明显升高，且恢复到吃糖前水平的时间延长，这些均与胰岛素效应的变化有关。随着年龄的增长，老年人体内葡萄糖耐受能力逐渐下降，这可能是胰岛素抵抗的主要表现之一。研究发现〔19〕，老年人胰岛素水平较年轻人明显升高，胰岛素分泌不规律，不能适应机体的高血糖水平。尽管胰岛素分泌的这种增龄变化的原因还不清楚，但肌肉活动能够有效影响胰岛素敏感性，对老年人也同样存在这样的肌肉运动效应〔20〕。这就进一步证实，肌肉对机体糖代谢水平的调节发挥着重要的作用。

老年人肌肉中磷酸果糖激酶和肌型乳酸脱氢酶活性降低，运动后肌乳酸升高幅度明显低于年轻人，表明老年人糖酵解能力下降。此外，由于激素分泌的改变及酶活性降低，老年人脂动员的速度与肌肉氧化利用脂肪酸的能力都有所下降〔21〕。体脂增加而去脂体重下降，且体脂分布有改变的趋势，全身体脂大部分倾向于堆积在身体内部，而不是在皮下。众所周知，肥胖是目前影响人类健康的主要危险因素之一，许多慢性病，如心血管疾病、脑梗死、糖尿病等都与肥胖有关。而全身脂肪的分布因人而异，分布在内脏和分布在皮下的脂肪对健康的危害程度显然不同，Gallapher〔22〕等研究发现，不同种族的人，随年龄增长脂肪的分布趋向有所不同，非洲裔的美国人皮下和肌肉的脂肪分布较亚裔和白人多，相反，亚裔和白人则趋向于在内脏积累脂肪。同时，肌肉当中脂肪的增多是肌肉衰老的重要标志之一。然而，对于肌肉中脂肪组织的增多对肌肉功能的影响以及运动对肌肉组织中的脂肪含量的影响等问题还需要实验研究来寻找答案。

3 肌肉维持功能的随龄变化

作为生物体内的运动器官，肌肉收缩通过骨与关节的杠杆作用使机体产生动作或位移，除此之外，在很多时候(运动或静止状态下)肌肉收缩的作用在于维持身体的某种姿势或保持关节的稳定性，这就是肌肉的维持功能。这种维持功能的正常与否将直接影响到机体的健康状况，并且它与机体的衰老有关〔23〕。许多学者对肌肉维持功能进行了系统研究〔24，25〕，综合这些研究结果我们可以从以下几个方面来理解肌肉的维持功能：第一，人体不同的肌肉群在产生运动和维持姿势及关节稳定性方面的功能侧重有所不同。如竖脊肌、多裂肌等肌群的功能侧重在维持姿势和脊柱的稳定性。第二，侧重运动功能和侧重维持功能的肌肉中肌纤维类型组成有所不同。如腓肠肌侧重维持功能，因而Ⅰ型纤维在腓肠肌中占据绝对多的比例，比目鱼肌则侧重运动功能，因而Ⅱ型纤维占主导地位。第三，每一个肌肉群都具有运动功能和维持功能，在不同的运动状态下，同一个肌肉群会表现出不同的功能侧重。但在特殊情况下，如竞技运动或运动康复训练中，某些肌肉的维持功能需要进行专门化的训练才能得以充分发挥。近年来流行于西方的“核心肌力训练”、“悬吊训练”、“振动训练”等都是发展肌肉维持功能的很好的方法。

许多慢性肌肉劳损或关节功能障碍等都与肌肉维持功能的衰退有关。俞晓杰〔26〕认为，肌肉功能不仅在关节运动中，而且在关节保护中起关键作用，肌肉参与应力吸收、本体感觉和关节稳定等功能。肌肉功能的衰退不仅表现在运动功能方面，也同时表现为肌肉的关节保护方面。从反面的例子也可以看出，在关节功能障碍的康复治疗中，相关肌肉抗阻训练成为了关节功能康复的有效手段。所以，很多老年性关节疾病的发病原因很可能在于关节周围肌肉功能的衰退。在西方被广泛关注的老年人下肢不稳与摔倒很可能就是肌肉、小脑、前庭器官、关节等运动平衡功能链中的一个或几个环节出现问题所致，而肌肉功能的衰退被认为是最重要可能因素。事实上，肌肉功能就是神经-肌肉整体功能的外在表现。

在身体不同部位的肌肉，其功能特性可能有所偏重，表现为肌肉形状、分布的位置和肌纤维类型特征上均有所不同。如贴近胫骨的比目鱼肌的功能可能侧重于维持胫骨的支撑作用和维护膝关节的稳定性，而腓肠肌的功能更多的是使踝关节产生屈伸运动。刘亚等人〔27〕研究认为，腰背肌作为一种姿势型肌肉，其主要功能是维持脊柱的直立姿势，同时保持肌肉的动态稳定，因此，腰背肌中Ⅰ型纤维占优势是与其功能相适应的。在衰老过程中，机体不同部位及不同功能侧重的肌肉可能会表现出不同的功能退化进程。日本学者Takahashi等〔28〕研究了210名20～79岁的女性被试的股四头肌和腰大肌随增龄变化的趋势。他们将被试按照10岁一个年龄段分成6组，每组35人。采用核磁共振扫描分析了上述肌肉的肌纤维横断面积和肌肉总质量。结果表明，腰大肌肌纤维横断面积在20岁时达到最大，之后便开始稳定地下降，到60岁以后下降速度开始加剧。股四头肌肌纤维横断面积和总质量是从40岁开始逐渐下降，而在20～79岁期间并没有一个下降突增期。这项研究表明，人体侧重维持性功能的肌肉和侧重运动性功能的肌肉的随龄变化规律有所不同，但这种不同是由于肌纤维类型或肌肉的神经、酶学特征的不同，还是由于运动活动方式不同造成的，这个问题还不得而知。

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R419;Q954.54+8

A

1005-9202(2011)12-2369-04

1 石家庄理工职业学院 2 河北师范大学体育学院

闫万军 (1965-)，男，研究员，博士，硕士生导师，主要从事运动休闲与健康促进研究。

王新武(1972-)，男，讲师，硕士，主要从事运动休闲与健康促进研究。

〔2010-03-09收稿 2010-11-01修回〕

(编辑 刘 愉/曹梦园)