肌力流失对老年人肌力、肌电、肌动图及肌疲劳影响研究

王艳春 周思红

(绍兴文理学院 体育学院, 浙江 绍兴312000)



肌力流失对老年人肌力、肌电、肌动图及肌疲劳影响研究

王艳春 周思红

(绍兴文理学院 体育学院, 浙江 绍兴312000)

近年来国内外关于老年人的肌力流失、肌肉机能变化方面的研究引起了学界的广泛关注。老年人肌力流失后的肌肉力量、肌电图、肌动图、肌疲劳等方面的变化均有研究进展，但多数限于单一领域，综合考察可以发现：老年人因为年龄的原因会导致不同程度的肌力流失，肌力流失会造成肌肉力量、肌电与肌动图均发生改变，若不经常运动将会导致肌力流失更加严重，若在运动方式、运动项目的选择等方面进行科学干预，将会使这种肌力流失减轻，也会改善老年人的健康状况。

老年人；肌肉力量；肌电图；肌动图

根据国家统计局《2014年国民经济和社会发展统计公报》，2014年中国13.67亿人口中，60岁及以上的老年人占总人口比例为15.5%；65岁及以上人口占比10.1%。据WHO预测，到2050年，世界许多国家将进入老龄化社会，特别在中国，超过60岁的老年人将达到35%的比例，成为世界上老龄化最严重的国家[1]。而因为人口老龄化将给社会带来一系列的问题，特别是老年人的公共健康医疗问题、老年人的生活质量问题等都成为相关研究人员及各国政府部门所关心的热点问题。老年人因身体机能退化会导致生活质量受到影响，如老年人运动系统的退化，主要是肌肉、骨骼、关节的僵硬、虚弱造成失能的现象，从而使老年人行动不便，运动功能受限，生活质量受到影响[2]，此外，由于老年人除了身体老化带来的健康问题外，还会造成子女对老年人居家照顾的社会问题，会对老年人的子女造成精神、经济等方面的压力增大，因此导致医疗成本增加[3]。老年人身体衰退、行动不便、跌倒现象增多等最主要的原因是肌肉功能下降、肌肉力量降低[4]，随着人体的正常老化，肌肉力量与肌肉功能会出现显著降低的现象，而这种肌肉功能的改变在国外普遍被称为“肌力流失(sarcopenia)”，这是近年来才出现的新名词[5,6]。

一、肌力流失是人体老化过程的肌肉功能变化

肌力流失是指肌肉质量、力量与品质流失的一个通称[7]。有研究显示，随着年龄的增长肌力流失会越来越严重，从40岁开始，每10年肌肉质量平均会流失5%[8]，特别是年龄到了65岁这种流失会更加迅速[9]。老年人因肌力流失很容易产生下肢虚弱无力而可能造成从床上或从椅子起身困难、步态缓慢、不平衡与跌倒的问题[10]。因此，有研究者提出下肢肌力大小可预测老年人发生意外的几率，可作为发生跌倒或住院医疗的指征之一[11]。其中股四头肌的肌力对人体非常重要，膝关节伸时是股四头肌起主要作用，人体在完成站立、行走、上下楼梯等动作时就是股四头肌发挥主要作用，如果股四头肌肌力较弱就可能造成完成这些动作出现不便与困难[12]，如果活动过多，可能是导致膝关节受伤的主要危险因素[13]。

由于老化而导致肌肉力量减弱已经在等长收缩与等张动态收缩的研究中得到证实[14]。另外日常活动中，肌肉的爆发力在肌肉发挥收缩功能中作用非常大，有研究结果表明，随着年龄的增长，人体肌肉爆发力下降比肌肉力量下降更为明显，分析认为肌肉爆发力与肌肉的收缩速度关联性非常大，肌肉收缩的速度主要受肌肉快肌纤维的影响，而随着年龄增长快肌纤维的老化非常快是主要原因，另外有研究显示老年人肌力流失在爆发力与瞬发肌力下降的程度比最大肌力下降更为明显[15]。瞬发肌力(explosive strength)指的是肌肉在短时间发挥出较大力量的能力，常用发力率(Rate of Force Development,RFD)表示。

二、肌力流失是造成老年人肌肉疲劳的主要原因

(一)老年人肌肉疲劳后的肌电图特征

肌肉疲劳(muscle fatigue)是指人体的整个神经肌肉系统产生力量的能力降低， 但与任何情况所需的力量表现无关[16]。肌肉疲劳会影响主动运动单位的肌纤维在电性上与力学上的特性改变，肌肉疲劳在电活动上的改变，目前较多的研究报道主要是通过表面肌电图(surface Electromyography, sEMG)采集到的信号来表现，特别是对肌肉在疲劳状态时的电信号随着时间的改变[17]。目前，通过肌电图记录、研究肌肉疲劳是运动生理学常用的方法，肌电图信号分析主要从时域和频域两方面进行，时域分析常用积分肌电、平均振幅、均方根振幅等，反映出神经、肌肉的机能状态。而频域分析常用中心频率、平均功率频谱等，反映出肌电信号能量按频率分布的情况。Orizio等研究报道，在通过等长负荷诱发产生的肌肉疲劳过程中，sEMG积分值呈现出单调递增、频谱分析的平均功率和中位频率呈单调下降的趋势，这种变化与肌肉的功能水平有关[18]。Vassão研究认为，衰老是人体一系列细胞形态和功能变化而导致肌肉功能的下降，特别是女性老年人肌肉组织更容易疲劳，这种疲劳会降低肌肉支配和运动控制。他通过对老年人进行股直肌表面肌电图和等速肌力测试，发现光调节作用可以有效降低肌肉疲劳，但对肌肉等速肌力测试却影响不大[19]。

许多研究探讨老化与疲劳的关系，有研究利用电刺激方式或用针极肌电图(侵体式)以及表面肌电图(sEMG)侦测老化与肌肉疲劳的关系，提出老年人的肌肉疲劳程度比年轻人明显，因老年人的肌肉力量比年轻人的明显减弱，肌肉收缩较慢且也比年轻人较疲劳；研究在老年女性中认知疲劳对神经肌肉疲劳和前额叶皮层(PFC)的疲劳影响，通过对11名女性老年人以30%最大随意收缩(100%MVC)进行60分钟间歇性的握力训练和60分钟认知疲劳(斯特鲁普效应试验)，结果发现，认知疲劳与握力训练后出现类似的神经肌肉疲劳的影响，要深入研究还需考虑到年龄、任务、认知、锻炼以及老年人的经验等[20]。

张君梅探讨了低强度身体训练结合运动表象训练(MIT)对于老年人肌肉力量的作用及中枢神经系统的适应性改变。实验对所有研究参与者的右肘屈曲肌肉力量、表面肌电图(EMG)、运动相关的皮质电位(MRCP)、脑电频率谱都进行了测量[21]。

也有人提出肌肉疲劳与年龄或性别无关，甚至有的提出老年人比年轻人更不易疲劳，可能是因为老化使得慢肌纤维(type I)增加，而快肌纤维(type II)减少，使得老年人更能抵抗疲劳度所致[22]。

(二)老年人肌肉疲劳后的肌动图特征

随着高科技产品的出现，近年来肌动图(Mechanomyography, MMG)作为一种新的生物信号被用来研究肌肉的功能，MMG是一种相当简单非侵体式测量肌肉功能的方式，用以记录肌肉收缩时侧向振动的力学显像。相对应肌肉收缩的神经支配的电活动可由肌电图信号来反映，肌动图则可以反映运动单位在力学上的特性[23]，主要是运动神经元透过运动单位活性诱发个别肌纤维收缩在空间-时间总和(spatio-temporal summation)所产生的力学振动[24]，特别是在随意肌收缩时，许多研究以最大随意肌收缩(Maximal Voluntary Contraction, MVC)或次大随意肌收缩(submaximal voluntary contraction)(通常以MVC的百分比表示，即%MVC) 来决定肌动图振幅与力量的关系。有研究发现力量结合有氧训练可以增强老年人的有氧能力，研究将老年男性和女性随机分成有氧小组与综合干预组两组，综合干预组的力量训练采用膝关节外展力量训练，大肌群进行最大随意收缩(100%MVC)训练后再进行有氧运动，结果发现综合干预对最大摄氧量的改善效果更好[25]。

肌动图的平均功率频率(mean power frequency, MPF)振幅分别反映运动单位募集与放电的特性[26]，当达到 100%MVC 时，肌动图振幅与力量表现呈线性指数关系，可能是由于慢肌纤维的募集移向快肌纤维收缩[27]；当收缩水平大约在 80%MVC 时，肌动图振幅会降低可能是运动单位以高放电频率的收缩融合或者因肌肉的硬度关系。肌动图振幅信号与力量的关系，被认为主要受到肌肉硬度、质量、长度、肌肉与周围介质的徐黏稠度，以及组织在肌肉与表面之间的收缩特性等因素影响[28]。因此，同时利用EMG和MMG对肌肉功能进行测试，就能综合研究肌肉内部兴奋-收缩耦合(excitation-contraction coupling)的电活动特性与机械活动特性，了解人体的神经-肌肉运动控制策略(motor control strategies)[29]。

目前关于使用肌电图对老年人进行测试还存在一定分歧，部分研究人员认为因为老化所带来的肌力流失，由于快肌纤维增加而慢肌纤维减少，可能使得老年人的爆发力下降比肌力下降还要明显，因此很少有人使用肌动图作为研究工具，此外，老化的肌力流失与肌肉疲劳是否有关也是大家感兴趣的问题，但很少有人以肌动图作为研究老年人肌肉疲劳的工具。相反，另有一部分研究人员认为肌动图已被使用在侦测正常人肌肉疲劳与力量相关研究中，他们认为肌动图与肌电图具有相同的研究价值，它可以侦测肌肉的中枢与外围疲劳，尤其当表面肌电图不适用时，例如身体有长期植入物或工作环境受到电器噪音干扰时，这对测试老年人同样适合。总之，以肌动图作为工具研究老年人的肌肉疲劳现象，在国内外对老年人的研究中还比较缺乏，值得进一步关注。

三、衰老对老年人疲劳后肌肉力量影响的研究

国内已有不少研究者对老化、肌力和运动表现进行相关研究。刘宇等探讨肌力流失对肌肉质量、最大肌力与爆发力的影响，并以肌动图观察老年人股外肌在不同强度表现时运动单位的激活与老化对肌肉疲劳的影响。发现老年人在静、动态力量表现有肌力流失的现象，老化对爆发力影响远超过对肌力影响[30]。瓮长水研究报道了老年人完成坐到站的动作时，下肢完成这种与神经肌肉功能相关的多关节闭链动作时的下肢肌肉力量、协调性、反应时等的表现[31]。

通过等速设备研究老年人肌肉机能变化的相对较多。姚远为了研究太极拳锻炼对老年人下肢肌肉力量的影响，采用Cybex II+等速肌力测试系统对老年人进行肌力测试,采用太极拳运动作为干预因子,对经过16周太极拳练习的老年人的膝关节肌肉力量进行测试，对比运动前后的肌力变化，选取屈、伸肌群的肌力指标进行测量,发现和对照组相比较，男、女运动组的屈、伸膝肌群的耐力指标均显著性提高,通过对运动组运动前后的指标数据统计对比发现,肌力测试指标除屈、伸肌的爆发力指标外，其他测试指标均出现显著性差异。本项研究结果为老年人正确锻炼下肢肌肉力量，以及如何通过太极拳运动来提高老年人的抗衰老机理提供了实验依据[32]。丁华丽通过采用Cybex II+等速肌力测试系统对持续踢毽锻炼的老年人肌肉力量进行了研究，研究对象为广州市128名中老年人，并且有两年持续踢毽的运动经历，主要测试受试者膝关节的屈、伸肌群力量，结果发现持续踢毽对男、女膝关节屈、伸肌群的耐力、爆发力等指标均有显著性改善[33]。俞捷研究报道老年人长期健身走对下肢肌力的影响。选择的研究对象为健身走队老年人29人和无经常性锻炼老年人28人。采用Keylink等速侧力系统对两组老年人膝关节伸屈肌群进行生物力学测试。发现健身走锻炼对老年人下肢肌力有促进作用，男性老年人下肢肌力显著大于女性[34]。胡伟民为了研究采用不同方式锻炼对老年人膝关节屈伸肌力的影响情况，主要选择以推拿、功法、易筋经操练为锻炼方式的老年人进行研究，通过比较推拿、功法、易筋经三种锻炼方式对老年人右膝关节肌肉力量的影响，发现定势站桩30秒易筋经锻炼对改善老年人的膝关节效果最佳，推荐为改善老年人膝关节肌肉力量的有效锻炼方式[35]。

四、小结

综上所述，正常老化在神经肌肉系统的变化，会产生肌力流失，这是人体在复杂的层级系统(hierarchical system)中基础细胞的老化过程与细胞适应的结果，这结果成为老年人脆弱与行动不便甚至失能的头号敌人，肌力流失会对老年人的日常生活造成影响，目前因为肌力流失对老年人的肌肉力量、肌电与肌动图等方面的影响均有研究报道，特别是通过等速设备对老年人肌肉力量的影响报道较多，综合研究报道相对较少。此外，如何了解老年人肌力流失时的身体特征，如何避免肌力流失过快是目前体育运动工作者关注的研究内容，如老年人在力量表现上的改变-最大肌力与爆发力-是否可以反映在肌电图与肌动图信号上？肌力流失与肌肉疲劳是否有关联？常运动老年人与不常运动老年人身体变化的特征表现在哪些方面？等等。都是今后需要深入研究的内容。

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(责任编辑 鲁越青)

Review of Muscle Strength, Electromyography, Mechanomyography and Muscle Fatigue After Sarcopenia Among the Aged

Wang Yanchun Zhou Sihong

(School of Physical Education, Shaoxing University, Shaoxing, Zhejiang 312000)

recent years, domestic and foreign research on the loss of muscle strength and muscle function has aroused wide interest in the academic field. Though there is great progress in the researches concerning the change in muscle strength, muscle electromyography, muscle action figure and muscle fatigue, etc. after the loss of muscle strength, most of them are confined to a single field. A comprehensive survey can demonstrate the fact that elderly people will suffer a loss of muscle strength of different degrees because of their age, which will, in turn, lead to the change in muscle strength, EMG and mechanogram, and that irregular exercise will lead to more serious loss of muscle strength and that the health status of the elderly will be improved if the movement mode and the choice of sports are scientifically intervened to prevent the muscle from getting lost.

elderly people; muscle strength; electromyography; mechanomyography

2016-06-27

浙江自然科学基金一般项目“老年人肌力流失对肌肉活动的特性与力学振动特性的影响”(编号：LY14C110001)。

王艳春(1969-)，女，山西曲沃人，实验师，主要研究方向：运动人体机能、运动营养。

10.16169/j.issn.1008-293x.j.2016.12.023

G804.6

A

1008-293X(2016)12-0105-05