缓解下肢肌肉功能增龄性变化的阻力运动方式选择

王明明

无需援助的行动能力是老年人保持独立生活的关键，而活动受限意味着功能性健康的显著下降[1]。随着65岁以上老年人占全球人口的比例快速增长，活动受限的罹患率也相应增加[1]。这使得国家卫生保健系统的潜在需求增加越来越突出，并可能影响其未来的应对能力，因此，制定有效的预防或延缓增龄性活动受限的干预措施具有重大的公共卫生意义。

活动受限通常指日常生活所必需的活动能力受到限制[2]。与老年人行走能力、从椅子起立能力、上楼梯速度等降低以及跌倒率增加明显相关的下肢肌肉功能的下降是老年人活动受限的一个重要决定因素[2]。阻力运动(RE)被认为是一个安全有效的增加老年人肌肉力量和肌肉功率的方法[3]。既使短期的阻力训练方案，老年受试者也可以得到与青年对照者一样的益处，即可以改善蛋白质的合成率和神经肌肉的适应性[4]，意味着RE可能成为预防或延缓增龄性活动受限的一种有效的模式。

笔者通过分析下肢肌肉功能增龄性变化的特点及其生理学基础，以及不同RE方式缓解下肢肌肉功能增龄性变化的效应，探讨缓解下肢肌肉功能增龄性变化的RE方式的选择原则，以期为RE缓解下肢肌肉功率增龄性变化的深入研究提供参考。

1 下肢肌肉功能增龄性变化的特点

在衰老的过程中，下肢肌肉力量和收缩速度均出现不同程度的下降。研究显示，膝关节伸肌和屈肌力量在12年中分别下降23.7%和29.8 %[5]；踝关节跖屈肌的等距力量下降25.2%～30%[6]。健康老年人肌肉最大收缩速度明显低于青年对照者。体外对比研究显示老年男性股外侧肌Ⅰ型和Ⅱa型肌纤维的最大无负荷时收缩速度大约相当于青年男性对照者的57%和72%[7]。

下肢肌肉的最大功率、最大功率时的力量和收缩速度均随着增龄而下降[8]。大样本研究显示，肌肉功率的降低比肌肉力量的减少对老年人日常活动能力的影响更具有决定性，肌肉功率降低的老年人活动受限的风险比肌肉力量降低的对照者多2～3倍[9]。近期有研究结果显示，下肢肌肉功率在所有的机能检测方法(爬楼梯、从椅子起立、步态速度和SPPB )中能在更大程度上解释老年日常活动能力受限的差异。认为膝关节伸肌的峰值功率、踝关节的屈肌功率对老年人从椅子起立、爬楼梯和步态速度等功能具有独立的预测能力[10]。目前来看，下肢肌肉力量和功率均与功能之间存在相关性，并且功率与功能的相关性高于力量与功能的相关性[11，12]，但是，无论其相关性多大，也有其局限性，因为它们没有被证明存在因果关系[13]。

2 下肢肌肉功能增龄性变化的生理学基础

下肢肌肉功能的增龄性变化可归因于肌肉质量的损失和肌纤维结构、性质的改变等因素[14]，同时，也可能与肌肉的脂肪浸润增加以及神经肌肉功能、激素状态、蛋白质合成、炎症介质等的改变相关[14—16]。

肌肉横切面积和密度从30岁开始减小，40岁后肌肉质量以每年0.5～1%的速度下降，50岁时下降速度可达到每年1～2%[17]。虽然肌肉的等距和向心力量增龄性降低的主要原因是肌肉质量的损失，但是，研究显示肌肉力量产生能力的下降发生更早，并且下降的速度更快[18]。这意味着肌肉质量的减少不能完全解释肌肉等长和向心收缩力量的降低，其中可能存在其他的影响因素，如单个肌纤维力量(或每单位截面积力量)的降低、肌肉结构的改变以及骨骼肌内脂肪和结缔组织的浸润等[19，20]。

肌束长度呈增龄性减少[21]。变短的肌束(肌束内肌节排列减少)导致肌肉只能在一个较小的活动范围内产生力量，所以表现为最大缩短速度的降低，同时肌节缩短率较高致使缩短的肌束在任何规定的速度收缩时产生的力量均小于较长的肌束[22]。研究显示，老年男性股外侧肌的肌束长度比年轻男性减少19.3%，而老年男性股外侧肌的最大收缩速度比青年男性降低38.2%(P<0.001)。当最大收缩速度对肌束长度标准化时，二者的最大收缩速度差异减少到15.9%。提示肌束长度是最大收缩速度减少的一个显著的决定因素，同时也意味着有一些其他因素参与了老年人最大收缩速度降低的过程[21]。

羽状角的增龄性减少是其中的因素之一。既使羽状角减少导致肌束力量转移到肌腱的百分比增加，这种变化对下肢肌肉功能也是不利的[23]；另一个重要的因素是II型肌纤维随着增龄的选择性萎缩。在增龄过程中，II型肌纤维数量和体积的选择性降低是I型纤维的4倍，其原因可能与增龄性体力活动下降相关[24，25]。但是，在排除体力活动水平的影响之后，老年人股外侧肌的IIa型纤维最大收缩速度依然明显低于年轻对照者，其原因需要进一步深入研究。此外，外侧肌Ⅰ型纤维的肌动蛋白上肌球蛋白滑动速度也随增龄而降低，似乎肌球蛋白分子的固有速度也随增龄而下降[26]。

3 不同阻力运动方式对下肢肌肉功能增龄性变化的影响

下肢肌肉力量和收缩速度的增龄性下降对老年人的日常生活产生深刻的影响，而改善老年人下肢肌肉的功率可以提高他们执行日常任务(如步行和爬楼梯)的能力。提高老年人下肢肌肉功率的RE方式包括传统阻力训练(TRT)、功率训练(PT)和离心阻力训练(ERT)等。理想情况下，RE可导致肌肉在所有收缩(离心和向心)过程中产生更大的肌肉力量和更快的收缩速度。这些变化的现实益处是有助于老年人日常生活功能的提高和失稳时平衡的恢复。

3.1 TRT对下肢肌肉功能增龄性变化的影响

大多早期对下肢肌肉功能增龄性变化的运动干预研究主要针对TRT。TRT指以缓慢的速度抬高和放下重物负荷(负重为1次最大负荷[1RM]的65%以上，每周2～3次，每次2～3组，每组8～10次)，TRT只在每次上升收缩时给予最大负荷，最佳的持续时间约8～12周[27，28]。研究显示，TRT可导致老年男性单侧股外侧肌的Ⅰ型和Ⅱa型肌纤维直径增加(分别为20%和13%)[29]，也可使肌束的羽状角增加[30]。该结果意味着更多的肌节平行，使肌肉在所有的向心收缩速度时产生更多的力量。然而，TRT训练后，老年人肌束长度是否发生变化依然存在矛盾的结论。有研究认为TRT训练后肌束长度没有发生变化[31]；而更多的研究认为TRT训练后肌束长度有所增加[30,32]。该现象提示在研究过程中需要考虑肌肉偏移增加对肌束长度的影响，即老年人参与阻力训练后有望通过增加肌束长度来应对肌肉偏移的增加。因此，抗阻训练的研究需要比较不同的阻力训练模式对肌束长度的影响，以确定其最有效的方式。

TRT对肌肉力量增加有明显的正面影响，但对功能的影响较少(如步速和从椅子起立的时间)[33]。研究显示，TRT可导致等长收缩的肌肉力量、缓慢至中等收缩速度时的肌肉力量以及功率峰值增加，但对离心收缩的影响甚微[34]。

3.2 PT对下肢肌肉功能增龄性变化的影响

典型而有效的PT干预通常持续8～16周。要求受试者在每个练习的向心收缩阶段以最快的速度抬高负荷物(20～80%，1RM)。训练频率为每周2～3次，每次3～4组，每组8～14次[13]。PT可明显提高等距和向心收缩时的肌肉力量和功率，也可以改善老年人的功能表现[35，36]、力量发展效率等长收缩时的冲动[37]、以及平衡能力[38]。迄今为止，尚未见到PT导致老年人肌肉结构变化的报道。但是，肌肉功率的速度分量对功能的独立影响。研究结果显示，与肌肉力量相比，膝关节伸肌的收缩速度被证明是低强度功能测试(如惯常的步行速度)的一个更强的预测因子[39]。在活动受限老年人群中，40%1RM时的峰值功率比70%1RM时的峰值功率能更好地解释习惯性步态速度的更多可变性；同时，腿部推举的收缩速度增加(40%1RM产生)可提高预测跌倒的复合平衡测试中的成绩[40]。

对TRT和PT的比较研究发现，在改善肌肉力量方面二者具有同样的效果，但是，PT在改善老年人肌肉功率和功能方面比TRT更有效[41]。然而，有研究显示，TRT和PT在改善最大等长收缩力量、肌肉功率峰值和平均值以及功能表现方面的作用相类似[42]。就目前的研究结果显示，在改善老年人功能方面，PT既使没有比TRT更好的效果，至少具有同样的作用[43]。

3.3 ERT对下肢肌肉功能增龄性变化的影响

ERT可获得比向心阻力训练更显著的肌肉肥大和力量增长[44]。虽然也有一些研究显示，单纯离心阻力训练和单纯向心阻力训练获得的肌肉肥大基本相同[34]，但是，既使离心阻力训练没有获得比向心阻力训练更多的肌肉肥大，离心训练仍具有其独特的优势。

增龄性肌束缩短和相关肌束中肌节的损失被认为是老年人肌肉力量下降的重要因素[21]。与青年受试者的离心训练[45]、大鼠下坡运动[46]可导致肌束长度的增加类似，ERT比TRT能在更大的程度上提高老年人股外侧肌肉的肌束长度[34]。由此可以推测，离心阻力训练将对高速向心收缩运动中的扭矩和功率的产生积极影响。当然，更全面地描述ERT对肌束长度变化的影响、以及这些变化对老年人功能的影响需要更深入地研究。

虽然很少有研究单纯比较ERT与TRT或PT对老年人功能的影响，但是一些研究的结果显示ERT存在一些潜在优势。例如，与TRT相比，ERT可以使参与者以较低的代谢消耗和主观体力感觉完成同等负荷的工作[47]；同时，ERT组受试者的平衡和下楼梯能力的提高不仅明显优于TRT组，而且可以将功能测试成绩提升到一个较高的水平[48]。虽然ERT有助于老年人功能的改善，但是研究发现涉及离心收缩力量(比如下楼梯)的老年人测试尤其困难[49]。其原因可能与离心力量测试增加了老年人肌肉力量产生的可变性或不稳定性有关[50]。

4 缓解下肢肌肉功能增龄性变化的阻力运动方式选择

下肢肌肉质量和结构(肌束长度和羽状角度等)的增龄性变化导致下肢肌肉的力量和收缩速度发生改变，对老年人日常活动能力产生不同程度的消极影响。RE作为一个有效的预防或治疗措施，通过改善肌肉力量、速度及功率而缓解下肢肌肉功能的增龄性变化。TRT可增加下肢肌肉的等长和向心的收缩力量、增加肌束的羽状角，但是否可增加肌束长度尚无定论；PT可同时增加下肢肌肉的力量和功率，甚至可获得更大的收缩速度；ERT在老年人群中还没有被广泛使用，但现有的数据表明使用ERT可以改善老年人的肌肉力量和功率，而且有利于改善缩短的肌束长度，但是，ERT存在一定的风险，建议老年健身者量力而行。

事实上，老年人肌肉功能改善的具体需求是建立在日常生活所需的活动之上[51]。力量需求较低的功能活动(如舒适速度的行走)与强度相对较低的功率运动相关，而需要更大的最大力量百分比的活动(从椅子起立或快速行走)则需要强度相对较高的功率运动完成[52]；同时，肌肉质量的增龄性下降可导致肌肉力量的生理储备减少，致使一些日常活动可能需要接近最大的力量来完成，因此缓解下肢肌肉功能增龄性变化的阻力运动方式的选择原则应该以不降低收缩速度为前提来提高肌肉力量为宜。

今后的研究应对老年人不同日常活动的强度进行分类，并进一步明确其与下肢肌肉功能的相关性，同时完善下肢肌肉功能增龄性变化的评定方法、细化老年人RE的参数(如运动量、运动持续时间、频率以及适用年龄等)，以便在安全范围内优化RE方案。这也有利于解释不同RE方案改善老年人功能状态的作用机制。

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