陳金鰲,相建華,陳 琉
年齡和性別因素對力量訓練后肌肉量變化的影響
陳金鰲1,相建華2,陳 琉3
目的:探尋力量訓練后,年齡和性別兩個因素對人體肌肉量變化的影響。方法:隨機選取年齡在20~30歲之間的青年男、女各8名,以及年齡在65~75歲之間的老年男、女各8名作為實驗對象,分別組成不同年齡及性別的4個實驗組,對下肢主要肌群實行為期5個月的力量訓練計劃,要求每周訓練3次。在實驗前后,采用核磁共振(MRI)對大腿及股四頭肌中部肌肉橫斷面積(MCSA)進行掃描與測定,并計算相應的肌肉量。結果:實驗結束后,各組股四頭肌肌肉量較實驗前均有顯著增加(P<0.01),組間無顯著性差異;股四頭肌與大腿總肌肉量之間存在正相關(r=0.65;P<0.01),大腿肌肉量與大腿中部MCSA也存在正相關(r=0.76;P<0.01)。結論:1)力量訓練后,年齡和性別兩個因素均不對人體肌肉量的變化產(chǎn)生影響;2)與測量大腿中部MCSA相比,大腿或股四頭肌肌肉量的測定對研究力量訓練引起的骨骼肌肥大更為精確和恰當。
年齡;性別;核磁共振;肌肉量;力量訓練;肌肉橫斷面積;骨骼肌肥大
人們進入中年以后,人體結構功能及健康狀況將發(fā)生退行性改變[22],體內骨骼肌隨年齡增長,逐漸出現(xiàn)質量下降、體積萎縮和功能衰退的現(xiàn)象(骨骼肌衰老)[12],而這對女性而言是最為不利的[14,21,23]。
有研究指出,老年人可通過力量訓練來逆轉這種現(xiàn)象[5,6,25]。然而,力量訓練后,將青年與老年受試者肌肉量的變化進行直接比較的研究不足[6,10,27],有學者稱“力量訓練并不會給老年人的肌肉增長帶來更多的益處”[6,27]。Welle等人報道,進行3個月力量訓練后,62~72歲老人較22~31歲年輕人的肌肉橫斷面積(MCSA)增長明顯偏低[27]。動物實驗中,在老年鼠進行超負荷肌力訓練后,可觀察到骨骼肌肥大效應減弱[1,13]。性別方面,也有研究顯示:力量訓練后,男性與女性在肌肉量的變化上存在差異[6,10,11]。
由于利用人體做力量訓練研究常常會受到實驗方法或條件的限制,如實驗中未考慮對性別和年齡兩個干預因素同時作比較和分析,或僅使用肌肉橫斷面積(MCSA)測量法,而未直接對肌肉質量進行檢測[19,26],這使研究者難以在力量訓練后確定年齡和性別是否會對肌肉量的變化產(chǎn)生影響。
因此,為確定力量訓練后年齡和性別可能對肌肉量變化產(chǎn)生的影響,本實驗將對不同年齡及性別的受試者進行為期5個月的下肢專項力量訓練,并使用MRI-PET掃描儀對其大腿部MCSA與肌肉量進行測定。基于相關研究結論[10],不妨先提出研究假設,即力量訓練后,男性明顯會比女性獲得更多的肌肉增長;而年齡差異對肌肉量變化所產(chǎn)生的影響并不顯著。
從自愿者中隨機選取年齡在20~30歲之間的青年男、女各8名,以及年齡在65~75歲之間的老年男、女各8名作為本次實驗的受試者(表1),分別組成4個實驗組參加歷時5個月的下肢專項力量訓練計劃。所有受試者在實驗前半年內沒有進行過系統(tǒng)鍛煉(鍛煉頻率≤1次/2周),且均身體健康,無任何呼吸、循環(huán)、代謝系統(tǒng)及肌肉骨骼疾患。
表1 本研究受試者基本情況一覽表Table 1 The General Information of Subjects (±S)
表1 本研究受試者基本情況一覽表Table 1 The General Information of Subjects (±S)
年齡Age(yr) 身高Height(cm) 體重Weight(kg)青年男性(n=8)Young Men 25.3±0.9 175.3±7.1 67.5±10.6青年女性(n=8)Young Women 25.2±0.8 162.8±5.9 55.7±6.1老年男性(n=8)Older Men 69.3±0.9 170.3±7.0 64.6±7.5老年女性(n=8)Older Women 68.5±0.9 159.6±5.2 50.9±3.3
全身雙能X線骨密度儀(Lunar DPXL型),西門子“MRI-PET掃描儀”,瑞士Con-trex等速肌力測試與訓練系統(tǒng),NIH Image(Version 1.61)圖像分析系統(tǒng)。
1.2.1 Lunar DPXL型“全身雙能X線骨密度儀”
DEXA(雙能X線吸收儀)可快速應用無折返連續(xù)全身掃描技術,精確測量全身及局部的肌肉和脂肪組織含量及所占百分比,將骨密度測量與體成分分析相結合,評估身體健康狀態(tài)。全身掃描精度為0.75%(BMD=1.0g/cm2時的全部區(qū)域CV),圖像質量清晰(1.8LP/min),已成為目前體脂成分測定的金標準。
1.2.2 西門子“MRI-PET掃描儀”
西門子“MRI-PET”為:核磁共振斷層掃描(MRI)與正電子發(fā)射斷層掃描(PET)組合在一起的掃描儀,分別顯示“解剖改變”與“功能信息”,實現(xiàn)了解剖結構顯像和功能成像的互補(圖1)。
圖1 西門子“MRI-PET掃描儀”示意圖Figure 1. Siemens Brand of MRI-PET Scanner
1.2.3 瑞士Con-trex等速肌力測試與訓練系統(tǒng)
采用“下肢運動模塊”,可對下肢屈肌及伸肌群進行雙邊、聯(lián)動或交替性的測試及訓練。其中,垂直旋轉角度范圍(連續(xù),每90°為指針)為360°;水平傾斜角度范圍(連續(xù),每5°為指針)為-15°~+90°;垂直調節(jié)范圍(連續(xù),電動)為350mm;最大驅動/阻力功率:7KW。
由8名職業(yè)私人教練員負責對每位受試者進行全程監(jiān)控,并填寫跟蹤記錄表,要求受試者在實驗期間保持平時一貫的飲食與作息節(jié)律。
1.4.1 訓練安排
正式實驗前,讓受試者熟悉所有訓練步驟,掌握規(guī)范的技術動作:1)訓練頻率:3次/周;2)訓練時間:每次45~60min;3)訓練強度以中等負荷(65%~70%1RM)為主。
1.4.2 訓練器材
1.瑞士Con-trex等速肌力測試與訓練儀;
2.美國Life-Fitness“坐姿45°斜蹬”腿部力量訓練器(圖2、圖3):掛片式,加載負荷精確到0.1kg。
圖2 “坐姿45°斜蹬”腿部力量訓練器示意圖Figure 2. 45°Angled Leg Press Training Machine
1.4.3 訓練項目
1)坐姿45°斜蹬;2)坐姿腿屈伸;3)弓箭步下壓。
1.4.4 訓練要求
每項訓練在12RM負荷下完成4組,每組10~12次,每次向心收縮階段1~2s,離心收縮階段2~3s,組間休息2~3min,使受試者在每次重復試舉過程中全程用力,將促使其潛在的肌力與肌體積增長[7,10,17,25]。
圖3 “坐姿45°斜蹬”腿部力量訓練示意圖Figure 3.45°Angled Leg Press Training
1.4.5 腿部肌力測試
考慮到本研究中的“肌力”僅為輔助性參考指標,故采用人工簡易測試法,即通過訓練器械來反映受試者的腿部肌力水平。鑒于老年受試者特殊的生理特點,為避免測試中發(fā)生運動損傷,本實驗統(tǒng)一選擇安全系數(shù)較高的“坐姿45°斜蹬機”,并確保動作正確規(guī)范(上半身及腰臀部須緊貼墊面,保持脊椎穩(wěn)定)。
依據(jù)美國運動醫(yī)學協(xié)會(ACSM)的抗阻負荷強度建議,定期對所有受試者的下肢肌群進行12RM力量測試,以全面反映大腿整體肌力。同時,隨訓練中每一階段的力量增長,適時調整負荷至12RM。
測試方法:1)首先,受試者在熱身后,用相當自身體重30%的負荷進行第一組連續(xù)試舉;2)若首組試舉超過12次,則在接下來的每組試舉中(組間間歇2~3min),以受試者自身體重5%的負荷遞增,直到在某組負荷下只能勉強完成12次,則此負荷即為該受試者的12RM。
分別于實驗前及實驗中的各月末,采用“雙能X線吸收測量法(DEXA)”對每位受試者的體成分進行測量,共6次,其重復測量系數(shù)<1.0%。
在實驗前后,分別用MRI-PET掃描儀對每位受試者的優(yōu)勢側大腿進行掃描,獲得從髕骨上緣至髂前上棘,涉及整個大腿股四頭肌和腘繩肌群的中軸切片,并對其行橫斷面T1加權成像(厚度9mm,間隙1mm,回波時間14ms,弛豫時間700ms),青年和老年受試者大腿中部肌肉掃描切片圖像樣本分別見圖4、圖5。將所生成的45張切片圖像導入NIH Image(Version 1.61)圖像處理軟件進行數(shù)字化分析處理,可得到腿部每張切片MCSA的面積(cm2)。
其中,大腿MCSA測量范圍為“從股骨頭上緣延伸至髕骨上緣”,包括大腿中位切片(位于股骨頭與遠端內側髁正中位置[7]),股四頭肌MCSA測量范圍為“從髕骨上緣至其與內收肌和髖屈肌相連處”。通過對同一切片在不同時日的重復測量,得出大腿總肌肉量的變異系數(shù)<2%。
圖4 青年受試者大腿中部肌肉掃描切片圖Figure 4. MR Cross-Sectional Images at Mid-Thigh Level in Young Subjects
圖5 老年受試者大腿中部肌肉掃描切片圖Figure 5. MR Cross-Sectional Images at Mid-Thigh Level in Older Subjects
將45張切片各自MCSA的面積(cm2)乘以切片間距(1mm),總和之后即得到肌肉量的值(cm3)[2,26],肌肉量的測量及計算流程如圖6所示。
圖6 MCSA與“肌肉量”測量流程示意圖Figure 6. The Measurement Procedure of MCSA and Muscle Volume
應用Microsoft Excel 2003及SPSS 13.0統(tǒng)計軟件對所有數(shù)據(jù)進行整理分析。對研究力量訓練所引起的肌肉量改變,采用重復測量方差分析(將實驗前的肌肉量作為協(xié)變量,年齡與性別作為解釋變量);對組間肌肉量的差異,采用單因素方差分析(進行多重比較檢驗,顯著性檢驗水準α=0.05)。各參數(shù)均以平均值±標準差(X±S)表示,顯著性水平為P<0.05,極顯著性水平為P<0.01。
與訓練前相比,力量訓練5個月后,4個組的去脂體重(FFM)和腿部肌力(12RM)均有顯著增長(P<0.05),而體脂率的改變卻并不明顯(P=0.076)(表2、表3)。
表2 本研究青年組受試者實驗前、后體質特征一覽表Table 2 Physical Characteristics of Young Subjects Before and After Strength Training(ST) (±S)
表2 本研究青年組受試者實驗前、后體質特征一覽表Table 2 Physical Characteristics of Young Subjects Before and After Strength Training(ST) (±S)
注:*與本組實驗前比較,P<0.05;#采用“坐姿45°斜蹬”進行測試。
青年男性Young Men(n=8) 青年女性Young Women(n=8)實驗前Before ST實驗后After ST實驗前Before ST實驗后After ST體脂率Body Fat(%)24.2±2.8 22.3±2.4 32.0±2.0 32.4±1.9去脂體重Fat Free Mass(kg) 50.3±4.6 51.9±4.6* 36.9±2.5 38.5±2.7*腿部肌力12RM Leg Press Strength(kg)# 62.6±3.0 77.9±4.0* 38.9±3.8 51.9±5.2*
表3 本研究老年組受試者實驗前、后體質特征一覽表Table 3 Physical Characteristics of Older Subjects Before and After Strength Training(ST) (±S)
表3 本研究老年組受試者實驗前、后體質特征一覽表Table 3 Physical Characteristics of Older Subjects Before and After Strength Training(ST) (±S)
注:*與本組實驗前比較,P<0.05;#采用“坐姿45°斜蹬”進行測試。
老年男性Young Men(n=8) 老年女性Young Women(n=8)實驗前Before ST實驗后After ST實驗前Before ST實驗后After ST體脂率Body Fat(%)29.6±1.4 28.6±1.6 41.0±1.2 40.6±1.5去脂體重Fat Free Mass(kg) 44.9±2.8 45.4±2.8* 30.3±1.7 31.0±1.5*腿部肌力12RM Leg Press Strength(kg)# 48.6±2.4 54.5±2.6* 31.5±2.6 40.1±2.3*
從實驗前、后受試者優(yōu)勢側大腿整體肌肉量的變化看(表4),對于大腿肌肉量,男性組高于女性組且青年組高于老年組(P<0.01)。在所有性別及年齡分組中,可以觀察到實驗前、后,各組內由力量訓練所引起的大腿肌肉量明顯增長(P<0.01),但各組間并無顯著性差異(P>0.05)。雖然老年男性組大腿整體肌肉量比青年女性組更高(P<0.05),但股四頭肌的差異并不顯著(P=0.969)。力量訓練后,在“股四頭肌”與“大腿”兩者的肌肉量增長之間存在正相關(r=0.65,P<0.01)。注:*本組內比較,P<0.01;▲與青年、老年女性組比較,P<0.05;▲▲與青年、老年女性組和老年男性組比較,P<0.05;§與女性比較,P<0.01;◆與老年人比較,P<0.05。
表4 本研究受試者優(yōu)勢側大腿肌肉量實驗前、后對照一覽表Table 4 Muscle Volume in Dominant Side of The Thigh Before and After Strength Training(ST) (±S)
表4 本研究受試者優(yōu)勢側大腿肌肉量實驗前、后對照一覽表Table 4 Muscle Volume in Dominant Side of The Thigh Before and After Strength Training(ST) (±S)
實驗前Before ST(cm3) 實驗后After ST(cm3) 增值Increment(cm3) 增值率Percentage(%)老年男性(n=8)Older Men 3 895.9±117.9* 4 057.1±128.9▲ 161.2±32.6▲4.1±0.8老年女性(n=8)Older Women 2 561.9±98.9 2 704.8±95.1 142.9±30.3* 5.7±1.3青年男性(n=8)Young Men 4 824.8±349.9▲▲ 5 009.9±338.1▲▲ 185.1±55.9* 4.2±1.6青年女性(n=8)Young Women 2 915.9±273.1 3 156.4±305.9 240.5±90.5* 8.2±2.8男性(n=16)Men 4 333.3±206.1§ 4 506.1±204.9§ 172.8±30.5* 4.1±0.8女性(n=16)Women 2 694.8±121.9 2 874.3±135.1 179.5±39.0* 6.6±1.4老年人(n=16)Older 3 193.9±173.8 3 345.4±177.1 151.5±21.8* 4.9±0.8青年人(n=16)Young 4 007.1±345.1◆ 4 216.2±339.9◆ 209.1±48.6*5.8±1.6
從實驗前、后受試者優(yōu)勢側大腿中部MCSA的變化看(表5),每組中,由力量訓練引起的大腿中部MCSA顯著增加(P<0.01)。大腿中部“MCSA”與“肌肉量”的變化呈中度正相關(r=0.76,P<0.01)。從各年齡與性別組的大腿中部MCSA來看,男性明顯高于女性(P<0.01),青年明顯高于老年(P<0.05)。此外,女性大腿中部MCSA較男性有更高的增長率(P<0.01)和更強的增長趨勢(P=0.061)。注:*本組內比較,P<0.01;▲與青年、老年女性組比較,P<0.05;▲▲與青年、老年女性組和老年男性組比較,P<0.05;§與女性比較,P<0.01;★與老年人比較,P<0.05;#與老年女性組比較,P<0.01;●與男性比較,P<0.01;∏與老年男性組比較,P>0.05;ф與男性比較,P>0.05。
表5 本研究受試者優(yōu)勢側大腿中部MCSA實驗前、后對照一覽表Table 5 MCSA in Dominant Side of The Mid-Thigh Before and After Strength Training(ST) (±S)
表5 本研究受試者優(yōu)勢側大腿中部MCSA實驗前、后對照一覽表Table 5 MCSA in Dominant Side of The Mid-Thigh Before and After Strength Training(ST) (±S)
實驗前Before ST(cm2) 實驗后After ST(cm2) 增值Increment(cm2) 增值率Percentage(%)老年男性(n=8)Older Men 146.7±5.1▲ 148.7±4.8# 2.0±1.8*1.5±1.4老年女性(n=8)Older Women 104.2±4.7 109.5±4.4 5.3±1.7* 5.5±1.9青年男性(n=8)Young Men 174.5±11.6▲ 177.6±11.5▲▲ 2.9±3.4* 1.9±2.4青年女性(n=8)Young Women 113.5±9.4 123.3±10.3 9.9±3.2* 8.8±2.6∏男性(n=16)Men 159.6±6.8§ 162.1±6.9§ 2.3±1.9* 1.7±1.3女性(n=16)Women 107.7±4.5 114.8±4.9 7.2±1.7ф 6.7±1.6●老年人(n=16)Older 124.3±6.0 128.1±5.7 3.7±1.4* 3.6±1.3青年人(n=16)Young 148.4±11.2★ 154.1±10.7★ 5.8±2.6*4.9±2.0
國內、外在力量訓練與骨骼肌生理性肥大的相關研究中,對年齡和性別的關注度一直不夠,很少有人將青年與老年、男性與女性在抗阻訓練后肌肉量變化之間的差異做比較,所提供的論據(jù)也相互矛盾[3,6,8-11,27]。雖然已有報道稱:力量訓練可以促使老年人肌肉量的顯著增長[5,7],但同時對青年男、女和老年男、女肌肉量在實驗后的變化進行直接比較的研究報道極為罕見。本實驗中,經(jīng)過5個月力量訓練后,發(fā)現(xiàn)干預因素年齡與性別在對肌肉量變化的影響上并無差異。
年齡方面,Welle[27]等人在對受試者進行3個月的力量訓練后發(fā)現(xiàn),老年男性、女性的肌肉肥大效應低于青年男性、女性;H?kkinen[6]等人研究表明,6個月的高負荷抗阻訓練后,老年、中年男性的肌肉肥大效應低于老年、中年女性。盡管對Welle[27]等人的以上研究結論,可以用抗阻負荷較低來解釋,但H?kkinen[6]等人在類似實驗中卻施加了足夠高的負荷。本研究中可以觀察到,力量訓練后,青年人與老年人有相似的肌肉增長量。H?kkinen[8]等人報道稱,抗阻訓練后,青年與老年男性在股四頭肌MCSA的增量上沒有差異。測量MCSA而非肌肉量[6,27,8]也許是一個重要因素。鑒于肌肉超負荷導致老年動物肌肉肥大效應減退[1,13]以及生肌調節(jié)因子表達改變[15]的大量證據(jù),有必要進一步深入研究,即考慮年齡因素對力量訓練后人體肌肉量變化的影響,以解釋當前相悖的研究結論。
性別方面,近期也有證據(jù)顯示:在力量訓練引起的骨骼肌肥大效應上可能存在性別差異。有研究證實,9周高負荷抗阻訓練后,女性肌肉增長量低于男性[10];H?kkinen[6]等人報道稱,6個月高負荷抗阻訓練后,老年女性股四頭肌MCSA顯著增加,但老年男性卻沒有。McCartney[18]等人觀察發(fā)現(xiàn),老年男性和女性在中等負荷強度下進行抗阻訓練,頭10個月結束后,在肌肉肥大效應上并未產(chǎn)生性別差異;而在后續(xù)訓練中,則能看到老年男性股四頭肌MCSA較女性有更高的增長趨勢。Joseph[11]等人報道稱,12周力量訓練后,男性去脂體重(FFM)增長,而女性則沒有。相反,本研究和其他相關文獻[3,9,20,24]則認為,在由力量訓練所引起的“骨骼肌肥大”上并不存在明顯的性別差異。針對上述不同研究結論,目前還沒有公認的合理解釋,但很可能是由于各項研究實驗中所涉及到的實驗內容(力量訓練計劃/方案)在總體上的差別和不同所導致。然而,現(xiàn)階段肌肉量研究領域中所存在的相關矛盾,意味著今后進行實驗研究時,有必要在兩種力量訓練計劃、方案之間僅限定一項決定肌肉量的不同因素(如訓練項目、訓練量、間歇期等)。
在力量訓練對骨骼肌量的影響方面,國內、外大量研究文獻都重點關注 MCSA的變化[4-6,8]。而本實驗僅觀察到訓練后大腿中部MCSA與肌肉量的變化呈中度正相關(r=0.76,P<0.01);且女性所顯示出的大腿中部MCSA增長率遠遠高于男性以及更強的MCSA增長趨勢(P=0.061)等均未在大腿肌肉量的測試數(shù)據(jù)中體現(xiàn)出來。此外,青年女性相對老年男性在MCSA上有較高的增長趨勢(P=0.083)。鑒于由力量訓練引起的骨骼肌生理性肥大與其肌腹走向并不一致這一事實[19],并根據(jù)本實驗中MCSA與肌肉量數(shù)據(jù)之間所體現(xiàn)出的差別,建議:對以肌肉質量或骨骼肌肥大作為主要變量的實驗,應著重研究肌肉量的變化,而非MCSA的改變[16]。
1.本實驗中,在4個不同年齡和性別的實驗組間觀察到受試者相對一致的大腿肌肉增長量,據(jù)此推斷:力量訓練后,年齡和性別兩個因素均不對人體肌肉量的變化產(chǎn)生影響。
2.研究力量訓練引起的人體骨骼肌肥大效應時,在測量方法的選擇上,大腿或股四頭肌肌肉量測定法比大腿中部MCSA測量法更為精確和恰當。
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Effect of Age and Gender on the Change of Muscle Volume after Strength Training
CHEN Jin-ao1,XIANG Jian-h(huán)ua2,CHEN Liu3
Objective:To research the possible effects of age and gender on the change of muscle volume after strength training(ST)for human.Methods:For random sampling,select eight young men(age 20~30years)and eight young women(age 20~30years),eight older men(age 65~75years)and eight older women(age 65~75years)formed four different experiment-groups.This study set a 5-month ST program to them that exercised all major muscle groups of the lower limbs three times a week.Thigh and quadriceps muscle volumes and mid thigh muscle cross-sectional area(MCSA)were assessed by magnetic resonance imaging before and after the ST program.Results:Thigh and quadriceps muscle volume increased significantly in all age and gender groups as a result of ST(P<0.001),with no significant differences between the groups.Modest correlations were observed between both the change in quadriceps versus the change in total thigh muscle volume(r=0.65;P<0.001)and the change in thigh muscle volume versus the change in mid-thigh MCSA(r=0.76;P<0.001).Conclusion:1)neither age nor gender influenced the change of muscle volume response to ST for human;2)Thigh or quadriceps muscle volume determinations may be more accurate and suitable than mid-thigh MCSA for the study of muscle mass and hypertrophy responses to ST.
age;gender;MRI;musclemass;strengthtraining;MCSA;hypertrophy
G804.2
A
1000-677X(2011)09-0057-06
2011-06-19;
2011-08-16
陳金鰲(1981-),男,江蘇淮安人,在讀碩士研究生,主要研究方向為運動生物力學、體育社會學,E-mail:cja68209933@sina.com;相建華(1961-),男,山西太原人,教授,碩士研究生導師,主要研究方向為健身健美理論與實踐、力量訓練,E-mail:xjh1961@sohu.com;陳琉(1949-),男,江蘇淮安人,教授,主任醫(yī)師,主要研究方向為心肺疾病的診斷與治療,E-mail:liuchen34@hotmail.com。
1.蘇州大學體育學院,江蘇蘇州215021;2.山西大學體育學院,山西太原030006;3.重慶市第9人民醫(yī)院胸外科,重慶400700
1.Soochow University,Suzhou 215021,China;2.Shanxi University,Taiyuan 030006,China;3.Chongqing Ninth People’s Hospital,Chongqing 400700,China.