王艷春 周思紅

(紹興文理學院 體育學院, 浙江 紹興312000)

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肌力流失對老年人肌力、肌電、肌動圖及肌疲勞影響研究

王艷春 周思紅

(紹興文理學院 體育學院, 浙江 紹興312000)

近年來國內外關于老年人的肌力流失、肌肉機能變化方面的研究引起了學界的廣泛關注。老年人肌力流失后的肌肉力量、肌電圖、肌動圖、肌疲勞等方面的變化均有研究進展，但多數(shù)限于單一領域，綜合考察可以發(fā)現(xiàn)：老年人因為年齡的原因會導致不同程度的肌力流失，肌力流失會造成肌肉力量、肌電與肌動圖均發(fā)生改變，若不經常運動將會導致肌力流失更加嚴重，若在運動方式、運動項目的選擇等方面進行科學干預，將會使這種肌力流失減輕，也會改善老年人的健康狀況。

老年人；肌肉力量；肌電圖；肌動圖

根據(jù)國家統(tǒng)計局《2014年國民經濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報》，2014年中國13.67億人口中，60歲及以上的老年人占總人口比例為15.5%；65歲及以上人口占比10.1%。據(jù)WHO預測，到2050年，世界許多國家將進入老齡化社會，特別在中國，超過60歲的老年人將達到35%的比例，成為世界上老齡化最嚴重的國家[1]。而因為人口老齡化將給社會帶來一系列的問題，特別是老年人的公共健康醫(yī)療問題、老年人的生活質量問題等都成為相關研究人員及各國政府部門所關心的熱點問題。老年人因身體機能退化會導致生活質量受到影響，如老年人運動系統(tǒng)的退化，主要是肌肉、骨骼、關節(jié)的僵硬、虛弱造成失能的現(xiàn)象，從而使老年人行動不便，運動功能受限，生活質量受到影響[2]，此外，由于老年人除了身體老化帶來的健康問題外，還會造成子女對老年人居家照顧的社會問題，會對老年人的子女造成精神、經濟等方面的壓力增大，因此導致醫(yī)療成本增加[3]。老年人身體衰退、行動不便、跌倒現(xiàn)象增多等最主要的原因是肌肉功能下降、肌肉力量降低[4]，隨著人體的正常老化，肌肉力量與肌肉功能會出現(xiàn)顯著降低的現(xiàn)象，而這種肌肉功能的改變在國外普遍被稱為“肌力流失(sarcopenia)”，這是近年來才出現(xiàn)的新名詞[5,6]。

一、肌力流失是人體老化過程的肌肉功能變化

肌力流失是指肌肉質量、力量與品質流失的一個通稱[7]。有研究顯示，隨著年齡的增長肌力流失會越來越嚴重，從40歲開始，每10年肌肉質量平均會流失5%[8]，特別是年齡到了65歲這種流失會更加迅速[9]。老年人因肌力流失很容易產生下肢虛弱無力而可能造成從床上或從椅子起身困難、步態(tài)緩慢、不平衡與跌倒的問題[10]。因此，有研究者提出下肢肌力大小可預測老年人發(fā)生意外的幾率，可作為發(fā)生跌倒或住院醫(yī)療的指征之一[11]。其中股四頭肌的肌力對人體非常重要，膝關節(jié)伸時是股四頭肌起主要作用，人體在完成站立、行走、上下樓梯等動作時就是股四頭肌發(fā)揮主要作用，如果股四頭肌肌力較弱就可能造成完成這些動作出現(xiàn)不便與困難[12]，如果活動過多，可能是導致膝關節(jié)受傷的主要危險因素[13]。

由于老化而導致肌肉力量減弱已經在等長收縮與等張動態(tài)收縮的研究中得到證實[14]。另外日常活動中，肌肉的爆發(fā)力在肌肉發(fā)揮收縮功能中作用非常大，有研究結果表明，隨著年齡的增長，人體肌肉爆發(fā)力下降比肌肉力量下降更為明顯，分析認為肌肉爆發(fā)力與肌肉的收縮速度關聯(lián)性非常大，肌肉收縮的速度主要受肌肉快肌纖維的影響，而隨著年齡增長快肌纖維的老化非常快是主要原因，另外有研究顯示老年人肌力流失在爆發(fā)力與瞬發(fā)肌力下降的程度比最大肌力下降更為明顯[15]。瞬發(fā)肌力(explosive strength)指的是肌肉在短時間發(fā)揮出較大力量的能力，常用發(fā)力率(Rate of Force Development,RFD)表示。

二、肌力流失是造成老年人肌肉疲勞的主要原因

(一)老年人肌肉疲勞后的肌電圖特征

肌肉疲勞(muscle fatigue)是指人體的整個神經肌肉系統(tǒng)產生力量的能力降低， 但與任何情況所需的力量表現(xiàn)無關[16]。肌肉疲勞會影響主動運動單位的肌纖維在電性上與力學上的特性改變，肌肉疲勞在電活動上的改變，目前較多的研究報道主要是通過表面肌電圖(surface Electromyography, sEMG)采集到的信號來表現(xiàn)，特別是對肌肉在疲勞狀態(tài)時的電信號隨著時間的改變[17]。目前，通過肌電圖記錄、研究肌肉疲勞是運動生理學常用的方法，肌電圖信號分析主要從時域和頻域兩方面進行，時域分析常用積分肌電、平均振幅、均方根振幅等，反映出神經、肌肉的機能狀態(tài)。而頻域分析常用中心頻率、平均功率頻譜等，反映出肌電信號能量按頻率分布的情況。Orizio等研究報道，在通過等長負荷誘發(fā)產生的肌肉疲勞過程中，sEMG積分值呈現(xiàn)出單調遞增、頻譜分析的平均功率和中位頻率呈單調下降的趨勢，這種變化與肌肉的功能水平有關[18]。Vass?o研究認為，衰老是人體一系列細胞形態(tài)和功能變化而導致肌肉功能的下降，特別是女性老年人肌肉組織更容易疲勞，這種疲勞會降低肌肉支配和運動控制。他通過對老年人進行股直肌表面肌電圖和等速肌力測試，發(fā)現(xiàn)光調節(jié)作用可以有效降低肌肉疲勞，但對肌肉等速肌力測試卻影響不大[19]。

許多研究探討老化與疲勞的關系，有研究利用電刺激方式或用針極肌電圖(侵體式)以及表面肌電圖(sEMG)偵測老化與肌肉疲勞的關系，提出老年人的肌肉疲勞程度比年輕人明顯，因老年人的肌肉力量比年輕人的明顯減弱，肌肉收縮較慢且也比年輕人較疲勞；研究在老年女性中認知疲勞對神經肌肉疲勞和前額葉皮層(PFC)的疲勞影響，通過對11名女性老年人以30%最大隨意收縮(100%MVC)進行60分鐘間歇性的握力訓練和60分鐘認知疲勞(斯特魯普效應試驗)，結果發(fā)現(xiàn)，認知疲勞與握力訓練后出現(xiàn)類似的神經肌肉疲勞的影響，要深入研究還需考慮到年齡、任務、認知、鍛煉以及老年人的經驗等[20]。

張君梅探討了低強度身體訓練結合運動表象訓練(MIT)對于老年人肌肉力量的作用及中樞神經系統(tǒng)的適應性改變。實驗對所有研究參與者的右肘屈曲肌肉力量、表面肌電圖(EMG)、運動相關的皮質電位(MRCP)、腦電頻率譜都進行了測量[21]。

也有人提出肌肉疲勞與年齡或性別無關，甚至有的提出老年人比年輕人更不易疲勞，可能是因為老化使得慢肌纖維(type I)增加，而快肌纖維(type II)減少，使得老年人更能抵抗疲勞度所致[22]。

(二)老年人肌肉疲勞后的肌動圖特征

隨著高科技產品的出現(xiàn)，近年來肌動圖(Mechanomyography, MMG)作為一種新的生物信號被用來研究肌肉的功能，MMG是一種相當簡單非侵體式測量肌肉功能的方式，用以記錄肌肉收縮時側向振動的力學顯像。相對應肌肉收縮的神經支配的電活動可由肌電圖信號來反映，肌動圖則可以反映運動單位在力學上的特性[23]，主要是運動神經元透過運動單位活性誘發(fā)個別肌纖維收縮在空間-時間總和(spatio-temporal summation)所產生的力學振動[24]，特別是在隨意肌收縮時，許多研究以最大隨意肌收縮(Maximal Voluntary Contraction, MVC)或次大隨意肌收縮(submaximal voluntary contraction)(通常以MVC的百分比表示，即%MVC) 來決定肌動圖振幅與力量的關系。有研究發(fā)現(xiàn)力量結合有氧訓練可以增強老年人的有氧能力，研究將老年男性和女性隨機分成有氧小組與綜合干預組兩組，綜合干預組的力量訓練采用膝關節(jié)外展力量訓練，大肌群進行最大隨意收縮(100%MVC)訓練后再進行有氧運動，結果發(fā)現(xiàn)綜合干預對最大攝氧量的改善效果更好[25]。

肌動圖的平均功率頻率(mean power frequency, MPF)振幅分別反映運動單位募集與放電的特性[26]，當達到 100%MVC 時，肌動圖振幅與力量表現(xiàn)呈線性指數(shù)關系，可能是由于慢肌纖維的募集移向快肌纖維收縮[27]；當收縮水平大約在 80%MVC 時，肌動圖振幅會降低可能是運動單位以高放電頻率的收縮融合或者因肌肉的硬度關系。肌動圖振幅信號與力量的關系，被認為主要受到肌肉硬度、質量、長度、肌肉與周圍介質的徐黏稠度，以及組織在肌肉與表面之間的收縮特性等因素影響[28]。因此，同時利用EMG和MMG對肌肉功能進行測試，就能綜合研究肌肉內部興奮-收縮耦合(excitation-contraction coupling)的電活動特性與機械活動特性，了解人體的神經-肌肉運動控制策略(motor control strategies)[29]。

目前關于使用肌電圖對老年人進行測試還存在一定分歧，部分研究人員認為因為老化所帶來的肌力流失，由于快肌纖維增加而慢肌纖維減少，可能使得老年人的爆發(fā)力下降比肌力下降還要明顯，因此很少有人使用肌動圖作為研究工具，此外，老化的肌力流失與肌肉疲勞是否有關也是大家感興趣的問題，但很少有人以肌動圖作為研究老年人肌肉疲勞的工具。相反，另有一部分研究人員認為肌動圖已被使用在偵測正常人肌肉疲勞與力量相關研究中，他們認為肌動圖與肌電圖具有相同的研究價值，它可以偵測肌肉的中樞與外圍疲勞，尤其當表面肌電圖不適用時，例如身體有長期植入物或工作環(huán)境受到電器噪音干擾時，這對測試老年人同樣適合?？傊?，以肌動圖作為工具研究老年人的肌肉疲勞現(xiàn)象，在國內外對老年人的研究中還比較缺乏，值得進一步關注。

三、衰老對老年人疲勞后肌肉力量影響的研究

國內已有不少研究者對老化、肌力和運動表現(xiàn)進行相關研究。劉宇等探討肌力流失對肌肉質量、最大肌力與爆發(fā)力的影響，并以肌動圖觀察老年人股外肌在不同強度表現(xiàn)時運動單位的激活與老化對肌肉疲勞的影響。發(fā)現(xiàn)老年人在靜、動態(tài)力量表現(xiàn)有肌力流失的現(xiàn)象，老化對爆發(fā)力影響遠超過對肌力影響[30]。甕長水研究報道了老年人完成坐到站的動作時，下肢完成這種與神經肌肉功能相關的多關節(jié)閉鏈動作時的下肢肌肉力量、協(xié)調性、反應時等的表現(xiàn)[31]。

通過等速設備研究老年人肌肉機能變化的相對較多。姚遠為了研究太極拳鍛煉對老年人下肢肌肉力量的影響，采用Cybex II+等速肌力測試系統(tǒng)對老年人進行肌力測試,采用太極拳運動作為干預因子,對經過16周太極拳練習的老年人的膝關節(jié)肌肉力量進行測試，對比運動前后的肌力變化，選取屈、伸肌群的肌力指標進行測量,發(fā)現(xiàn)和對照組相比較，男、女運動組的屈、伸膝肌群的耐力指標均顯著性提高,通過對運動組運動前后的指標數(shù)據(jù)統(tǒng)計對比發(fā)現(xiàn),肌力測試指標除屈、伸肌的爆發(fā)力指標外，其他測試指標均出現(xiàn)顯著性差異。本項研究結果為老年人正確鍛煉下肢肌肉力量，以及如何通過太極拳運動來提高老年人的抗衰老機理提供了實驗依據(jù)[32]。丁華麗通過采用Cybex II+等速肌力測試系統(tǒng)對持續(xù)踢毽鍛煉的老年人肌肉力量進行了研究，研究對象為廣州市128名中老年人，并且有兩年持續(xù)踢毽的運動經歷，主要測試受試者膝關節(jié)的屈、伸肌群力量，結果發(fā)現(xiàn)持續(xù)踢毽對男、女膝關節(jié)屈、伸肌群的耐力、爆發(fā)力等指標均有顯著性改善[33]。俞捷研究報道老年人長期健身走對下肢肌力的影響。選擇的研究對象為健身走隊老年人29人和無經常性鍛煉老年人28人。采用Keylink等速側力系統(tǒng)對兩組老年人膝關節(jié)伸屈肌群進行生物力學測試。發(fā)現(xiàn)健身走鍛煉對老年人下肢肌力有促進作用，男性老年人下肢肌力顯著大于女性[34]。胡偉民為了研究采用不同方式鍛煉對老年人膝關節(jié)屈伸肌力的影響情況，主要選擇以推拿、功法、易筋經操練為鍛煉方式的老年人進行研究，通過比較推拿、功法、易筋經三種鍛煉方式對老年人右膝關節(jié)肌肉力量的影響，發(fā)現(xiàn)定勢站樁30秒易筋經鍛煉對改善老年人的膝關節(jié)效果最佳，推薦為改善老年人膝關節(jié)肌肉力量的有效鍛煉方式[35]。

四、小結

綜上所述，正常老化在神經肌肉系統(tǒng)的變化，會產生肌力流失，這是人體在復雜的層級系統(tǒng)(hierarchical system)中基礎細胞的老化過程與細胞適應的結果，這結果成為老年人脆弱與行動不便甚至失能的頭號敵人，肌力流失會對老年人的日常生活造成影響，目前因為肌力流失對老年人的肌肉力量、肌電與肌動圖等方面的影響均有研究報道，特別是通過等速設備對老年人肌肉力量的影響報道較多，綜合研究報道相對較少。此外，如何了解老年人肌力流失時的身體特征，如何避免肌力流失過快是目前體育運動工作者關注的研究內容，如老年人在力量表現(xiàn)上的改變-最大肌力與爆發(fā)力-是否可以反映在肌電圖與肌動圖信號上？肌力流失與肌肉疲勞是否有關聯(lián)？常運動老年人與不常運動老年人身體變化的特征表現(xiàn)在哪些方面？等等。都是今后需要深入研究的內容。

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(責任編輯 魯越青)

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

浙江自然科學基金一般項目“老年人肌力流失對肌肉活動的特性與力學振動特性的影響”(編號：LY14C110001)。

王艷春(1969-)，女，山西曲沃人，實驗師，主要研究方向：運動人體機能、運動營養(yǎng)。

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

G804.6

A

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