老年人持续伸膝疲劳时的股四头肌做功特征研究

王艳春，张亚军，岳文雨，周思红

骨骼肌持续完成一定动作时会导致肌肉疲劳的产生，人体在肌肉疲劳状态容易有意外情况发生，直接导致老年人生活质量下降。如何提高老年人的生活质量，如何改善老年人的身体健康，是广大体育科研工作者一直关注的社会问题。刘宇[1]选择年轻组与老年组各10位受试者为研究对象，对股四头肌进行疲劳测试，探讨老年人最大肌力、肌肉质量等受到年龄影响后的变化特征，结果发现：年轻组的绝对/相对最大肌力、爆发力都显著高于老年组，和肌力相比老化对爆发力影响更大，老年人在动态力量、静态力量方面测试结果反映出老年人有明显的肌力流失现象。Rantanen[2]通过对8 000名起始年龄为45岁的男性进行持续27年的追踪研究，结果发现肌肉力量随着年龄的增长而出现减退，其中45～49岁之间的人群肌力减退了22%；55～59岁之间的人群肌力减退了32%；老年人年龄在65～68岁之间已经减退了40%。这种肌力减退严重影响到老年人的日常生活。老年人出现的这种肌肉功能减退与年龄因素相关性很大，这是生物学改变与行为改变结合导致的结果。笔者主要通过对老年人在完成不同速度、不同次数的伸膝肌过程的做功进行测试，比较他们疲劳的状态特征，从而为运动改善老年人的肌肉力量的观点提供科学依据。

1 研究对象和方法

1.1 研究对象

经调查与仔细筛选，本实验共选择了32位老年人为研究对象。男女受试者人数各半，将他们分为常锻炼老年人组与不常锻炼老年人组。受试者具体身体情况见表1。这些受试者均有体检证明身体健康、没有伤病，身体条件符合本次实验需要，并且通过与受试者沟通、交流，详细告知他们本次实验的内容和要求，受试者均明确表示愿意参加本次实验，并且会按照实验的要求认真完成测试内容。

表1 受试者基本情况

1.2 实验方法

1.2.1实验仪器实验使用瑞士生产的con-trex等速肌力测试系统进行测试。该仪器峰值力矩达到720N5M；角速度测时最大向心、离心角速度可达到500°/s；测试时对力矩的采样率可达到4 000Hz。该仪器测力精确度高，机器误差非常小，可进行多种模式的测试、训练，满足本实验的硬件需要。

1.2.2大腿去脂体积的计算本实验主要测试老年人持续伸膝动作，因此了解大腿的去脂体积就非常重要。研究前对所有受试者统一由专人进行大腿去脂体积的测量，其中大腿去脂体积根据Jones与Katch提出的公式计算[3,4]。

1.2.3实验方案正式实验前统一对受试者进行培训，告知受试者所要进行的实验过程与实验要求，演示如何完成伸膝动作。受试者一一进行体验，熟练掌握将要进行的实验动作。正式实验分批分组进行。实验前热身5分钟，统一先测角速度为60°/s的优势腿；再测劣势腿，采集连续收缩30次的总功数据；3天后再进行角速度为180°/s的测试，次数为50次，并采集总功数据。

1.3 数据统计方法

所有数据均用SPSS13.0统计软件进行统计学处理，用平均值±标准差(±SD)表示。受试者各组间显著性差异采用单因素方差分析进行[5]。P<0.01为特别显著性差异；P<0.05为显著性差异。

2 结果

由表2可知，在大腿去脂体积上，优势侧测试发现常锻炼女性老年人与不常锻炼男性老年人相比有特别显著性差异；常锻炼男性老年人与常锻炼女性老年人相比有显著性差异；不常锻炼女性老年人与不常锻炼男性老年人相比有特别显著性差异。劣势侧测试发现常锻炼女性老年人与不常锻炼男性老年人相比有显著性差异；常锻炼男性老年人与常锻炼女性老年人相比有显著性差异；不常锻炼女性老年人与不常锻炼男性老年人相比有显著性差异。

表2 受试者大腿去脂体积测试结果(cm3)

注：**表示不常锻炼女组与其他组有特别显著性差异，P<0.01；*表示不常锻炼女组与其他组有显著性差异，P<0.05；﹟表示常锻炼老年人男组与其他组有显著性差，P<0.05；﹟﹟表示常锻炼老年人男组与其他组有特别显著性差，P<0.01；☆☆表示常锻炼女组与其他组有特别显著性差，P<0.01；☆表示常锻炼女组与其他组有显著性差，P<0.05，下同。

表3表明，老年人60°/s伸膝30次测试总功上也存在差异。优势侧测试发现，不常锻炼女性老年人与常锻炼男性老年人相比有特别显著性差异，与不常锻炼男性老年人相比有显著性差异；常锻炼男性老年人与常锻炼女性老年人相比有特别显著性差异，与不常锻炼男性老年人相比有显著性差异。劣势侧测试发现不常锻炼女性老年人与常锻炼男性老年人相比有特别显著性差异；常锻炼男性老年人与不常锻炼男性老年人、常锻炼女性老年人相比均有显著性差异。

表3 老年人以60°/s伸膝30次测试的总功(单位：J)

表4显示，老年人以180°/s伸膝50次，测试总功差异特征。优势侧测试发现，不常锻炼女性老年人与常锻炼男性老年人相比有特别显著性差异，与不常锻炼男性老年人相比有显著性差异；常锻炼男性老年人与常锻炼女性老年人相比有特别显著性差异，与不常锻炼男性老年人相比有显著性差异。劣势侧测试发现不常锻炼女性老年人与常锻炼男性老年人相比有特别显著性差异；常锻炼男性老年人与不常锻炼男性老年人相比均有显著性差异。

表4 老年人以180°/s伸膝50次测试的总功(单位：J)

3 讨论分析

3.1 老年人大腿去脂体积测试结果分析

从测试结果看，男性老年人要显著高于女性老年人，常锻炼女性老年人大腿去脂体积最小。分析认为这种情况主要与选择的受试者有关。本实验选择受试者主要是考虑性别、年龄、是否经常锻炼等，并没有规定老年人的身高、体重等指标，因此在实验中测试的身体形态就可能会出现较大的差异。特别是不常锻炼男性老年人，大腿去脂体积最大，并且优势侧与劣势侧还有较大差异；其次是常锻炼男性老年人大腿去脂体积较大；第三为不常锻炼女性老年人，常锻炼女性老年人数据最小。本实验要求受试者尽最大力量连续完成30次与50次伸膝动作，了解持续运动时各组受试者股四头肌的抗疲劳能力。此时股四头肌为原动肌，因此股四头肌的肌纤维横断面的大小、股四头肌红肌与白肌的百分比、运动神经元的刺激强度、运动单位的募集数量等都会造成伸肌的效果不同。因本实验测试伸膝的次数有30次、50次，各组受试者都出现了不同程度的疲劳，因此用总的做功能力来比较几组老年人的股四头肌机能更加合理。

3.2 老年人60°/s伸膝30次测试总功分析

人体的肌肉做功是衡量肌肉力量作用效果的一个重要指标。在一定时间内做的总功可以反映出肌肉持续运动的能力。从本实验测试结果发现，受试者60°/s慢速持续伸膝30次时，优势侧总功测试结果呈现出“常锻炼男性老年人>不常锻炼男性老年人>常锻炼女性老年人>不常锻炼女性老年人”趋势，这与之前受试者大腿去脂体积测试结果“不常锻炼男性老年人>常锻炼男性老年人>不常锻炼女性老年人>常锻炼女性老年人”并不吻合。表明常运动老年人尽管大腿去脂体积小于不常运动老年人，但运动对骨骼肌的改善效果显而易见，肌肉做功能力得到大大提高。常运动的老年人经常参加体育活动，大腿的骨骼肌机能得到大大改善。分析认为常锻炼老年人除了横断面积不如不常锻炼老年人之外，运动神经元的刺激强度、运动单位的募集数量、肌细胞内促进氧化代谢的酶含量等等都得到提高。这也表明常锻炼老年人的骨骼肌抗疲劳能力显著高于不常锻炼老年人。从劣势侧的测试结果发现总体与优势侧比较相似，但不常锻炼男性与女性老年人之间无显著性差异；常锻炼男性与常锻炼女性老年人之间有显著性差异。表明劣势侧得到了有效锻炼，特别是女性常锻炼人群因为常进行体育锻炼，劣势侧肌力得到改善，做功提高；而不常锻炼老年人劣势侧几乎没有改变。

陶坚[6]选择了50名55岁以上的老年人，分为男女抗阻训练组、对照组，研究通过抗阻训练会对老年人的下肢肌力产生怎样的影响。测试指标有下肢的屈、伸肌平均力矩；屈、伸肌峰值力矩；屈、伸肌总功；屈、伸肌做功比值等。结果发现抗阻训练对男性老年人下肢肌影响更大，但对老年男、女下肢肌力均有一定的促进作用。贾前生[7]选择300名学生为受试者，采用等速向心模式进行肌力测试。通过测试不同角速度下受试者肩关节的平均功率、总功、峰值力矩等指标，探讨肩关节运动时的力学特征。结果发现，肩关节水平伸肌群总功、峰力矩大于水平屈肌群；测试速度越大总功屈伸比就越大；肩关节水平屈伸肌群总功、峰力矩在角速度为120°/s时最大；随着角速度增大肩关节水平屈伸肌群平均功率会增大。

3.3 老年人180°/s伸膝50次测试总功分析

受试者180°/s快速持续伸膝50次时，各组受试者的数据均低于60°/s慢速持续伸膝30次时的数据，50次的股四头肌在快速收缩时产生的总功不如30次慢速收缩。结果可以用经典的Hill方程[8]来进行解释，人体的骨骼肌收缩速度与产生的肌张力成反比，收缩速度越大则张力越小。由于“功(W)=力(F)×距离(S)”，力比较小所以总功就比较小。此外，各组优势侧快速收缩50次做的总功与慢速30次做的总功之间的差异趋势比较相似，也呈现出“常锻炼男性老年人>不常锻炼男性老年人>常锻炼女性老年人>不常锻炼女性老年人”的趋势，但劣势侧却不太相同，呈现出“常锻炼男性老年人>常锻炼女性老年人 >不常锻炼男性老年人>不常锻炼女性老年人”的趋势。优势侧常锻炼男性老年人与常锻炼女性老年人之间有特别显著性差异，而他们在劣势侧却无显著性差异。表明在快速收缩做功过程中，常锻炼女性老年人的劣势侧做工能力表现非常突出，疲劳程度降低相对较轻；常锻炼女性老年人大腿股四头肌的优势侧与劣势侧更加均衡，这也在很大程度上提高了她们下肢的肌肉力量，能够更加有效地防止出现跌倒等意外发生。

马利华[9]在文献中报道：步行能力、平衡功能二者之间相关性非常高。老年人步速会出现下降，这与老年人优势侧与劣势侧的肌力不均衡有关，也与老年人单侧肌力下降有一定关系。如果老年人能够表现出较快的步速就能反映出他们良好的身体机能状况。通过等速肌力测试系统能够检测出不同人群如运动员、普通年轻人、老年人等在肌力方面的差异，还能检测出完成相同动作时肌群的力量大小、发力比例等等，通过总结分析建立相对更加科学合理的发力模式。也有一些体育科研人员对其他老年人容易导致跌倒的关节进行了研究。王连成[10]将72例老年人分为对照组与跌倒组，采用Biodex等速力量测试训练系统对受试者进行健侧下肢肌力进行测试，研究跌倒者下肢肌力的变化情况，记录慢速和快速时膝关节、踝关节的力学参数变化。结果发现：对照组踝关节屈肌群在慢速时最大转矩高于跌倒组；对照组踝关节伸肌群在快速时最大转矩平均功率高于跌倒组。表明对踝关节的屈伸肌力进行测试，可以为老年人的跌倒风险进行评估。此项研究为跌倒预防、风险评估等均提供了参考依据。

肌肉力量对老年人的日常生活、跌倒意外等方面起着重要作用。随着年龄的增长，肌力水平会逐渐下降，肌力衰退、肢体僵硬、行动不便等都严重影响了老年人的生存质量，因此，人们已经注意到肌力对老年人整体健康水平有重要的影响。肌力也是衡量老年人体质健康的重要指标之一[11,12]。目前在老年人体质健康状况检测、老年人康复领域等方面已经开始重视肌肉力量的评定以及肌力锻炼方法的研究。

4 结论

60°/s慢速测试时，常锻炼老年人股四头肌收缩的总功显著高于不常锻炼老年人，这与他们的大腿去脂体积差异有较大相关。表明运动对老年人骨骼肌做功能力改善非常显著，使得他们的抗疲劳能力增加；180°/s快速测试时，对常锻炼女性老年人股四头肌劣势侧做功改善效果更加显著。表明运动对常锻炼女性老年人的肌力收缩能力有显著增强，也使得她们的两侧下肢肌力更加均衡，可以更加有效地降低跌倒等意外情况的发生。可见，研究为运动对老年人的肌肉功能、肌肉抗疲劳能力的影响提供了理论参考依据。

[1] 刘宇,彭千华,田石榴.老年人肌力流失与肌肉疲劳的肌动图研究[J].体育科学,2007(5):57～63.

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[8] 体育院校通用教材.运动生物力学[M].北京:人民体育出版社,1996.

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