离心收缩运动训练延缓机体老化：正向效益存在(7)

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Funding:the National Natural Science Foundation of China(General Program),No.(to SG)

Peng Jie,Master,Lecturer,Institute of Physical Education,Liupanshui Normal University,Liupanshui ,Guizhou Province,China

老年人；肌肉损伤；延迟性肌肉酸疼；向心收缩；离心收缩；等长收缩；SSC收缩；抗老化；生理效益

组织工程；肌力；骨密度

彭杰，男，1983年生，河南省商丘市人，汉族，2013年西南大学体育学院毕业，硕士，讲师，主要从事体适能与全民健身研究。

稿件接受：2018-10-07

文章快速阅读：文题释义：牵张-缩短循环收缩：为了解肌肉在运动中收缩形式转换的情形，Davison于1984年提出肌肉收缩转换运动训练仪。从人体生理学上来看，在肌肉收缩转换运动训练仪运动过程中，当动作正确完成时，借由肌肉弹性组织所储存的弹性势能和在快速肌肉伸展时对肌梭的刺激及牵张反射会促进肌肉爆发力增加，特别是在减速与离心收缩阶段的末期最为明显。这样的离心收缩再向心收缩称之为牵张-缩短循环，简称SSC收缩。成功老化：指个人能够做到延缓老化的过程，避免次级老化的发生，以逃避慢性病的侵袭，在生命晚期仍然具有活力与积极主动的精神，直到生命极限。成功老化理论则强调老年人必须保持身体健康、心智活跃与积极参与社会活动。0 引言 Introduction老化是指人体结构及功能随时间进行而累积的变化，是一种正常且不可逆的持续性过程。所以老化会出现心肺耐力和肌肉功能逐渐减退、反应迟钝、平衡能力变差等负面问题[1]。适宜的运动训练不仅能减缓老化的过程，而且还可降低罹患因缺乏运动导致的疾病(如高血压、心脏病、糖尿病、骨质疏松)及提升老年人的肌力和降低骨折发生率[2-3]。故适宜运动介入(阻力训练、有氧耐力训练及平衡能力训练)是最常被用来提升老年人日常活动功能、延缓慢性疾病与强健身体功能的最佳方式之一[4-5]。运动介入模式包含等长、等张阻力训练、高低有氧冲击训练、间歇循环训练及离心收缩(牵张－缩短循环，Stretch-shortening cycle，简称SSC)训练等。近年来，离心收缩训练常被视为一种多重复次数、高冲击、高强度的运动，利用快速向心收缩前的离心收缩特性来产生爆发力及力量[6]。但离心收缩运动训练容易引发肌肉细微损伤及延迟性肌肉酸痛症状[7-9]。先前文献指出，从事不习惯运动(特别是离心肌肉收缩)之后，容易引起肌肉细微损伤及延迟性肌肉酸痛的症状，而肌肉损伤程度又与运动型态(等速离心收缩、下坡跑步、下坡走、离心阻力脚踏车运动、下蹲跳)、强度、个体成熟度等等因素有关[10-13]。有研究对受试者进行离心固定阻力脚踏车运动后发现，老年人股四头肌群的截面积与血浆肌酸激酶变化均明显大于年轻人[14]。有研究让老年人进行9周向心-离心膝伸肌群的阻力训练(3 d/周、每天5组、每组20次、强度为5次最大向心反复次数)后发现：老年人组股外侧肌肌节受损程度高达17%，但年轻人组只有2%-5%[15]。故可推测老年人在进行一回合离心收缩引起肌肉损伤程度会比年轻人来得明显。但运动要有效刺激肌肉达到肥大及提升运动表现，却需要借由离心收缩诱发肌肉细微损伤，得以有效刺激卫星细胞参与损伤修复过程，达到明显的训练及肌肉肥大效果。因此，运动刺激产生肌肉肥大及表现似乎具有肌肉收缩的专一性，可见离心运动的好处可能是其他运动型态(向心、等长)无法取代的。由于离心运动具有产生高张力、低有氧代谢需求的特性，且对改善老化引起功能性能力下降、提升肌肉力量等具有潜在好处，进而可以达到维持老年族群的生理功能的平衡及提升生活质量。另一方面，离心运动常出现在日常生活中，例如下楼梯、手负重放下或站到坐等动作，都是借由人体相关的肌肉群做出肌肉伸展(肌肉长度被伸展或拉长的现象，称之为离心收缩)来完成身体动作[16]。故许多学者不约而同地提出[3，17-18]：离心运动训练或许是一项有别于传统运动训练方法，它对提升老年人肌肉力量、执行日常生活活动能力及降低跌倒等方面可能产生益处。由于目前文献还不清楚离心训练对提升老年人健康促进及生活品质之真正效果。故文章针对离心收缩运动与肌肉类型、肌腱组成、收缩机制、骨质密度、肌肉与结缔组织伤害等影响的相关文献进行探讨与分析，了解离心收缩训练对抗老化效果及可能机制，进而提出一些建议及未来研究方向。1 资料和方法 Data and 资料来源 系统搜索了1995年7月至2018年7月Elsevier Science-direct数据库、美国《医学索引》(Medline)、荷兰《医学文摘》(EM)、中国知网数据库、EBSCO Information Services(缩写EIS)、中国期刊全文数据库相关文献，使用布尔逻辑英文关键词包括"Resistance training"、 "successfulaging"、"biochemistry"、"physiology"、Old people、Muscle injury、Delayed muscle soreness、Centrifugal contraction、Centrifugalcontraction、Isometric contraction、Stretch shortening cycle；中文关键词主要有“抗阻力训练”、“成功老化”、“生化”、“生理”、老年人、肌肉损伤、延迟性肌肉酸疼、向心收缩、离心收缩、等长收缩、牵张-缩短?文献选取标准文献入选标准：①中文或英文文献；②受试者需要有离心收缩训练介入，包括单次急性与长期慢性干扰实验；③研究方法中必须是针对受试者进行分组(含自身对照)，实验过程中必须有前、后对照；④干预过程中的评价指标包括：肌肉损伤后血液生化指标，肌肉、肌腱形态结构变化指标；骨密度及结缔组织刚度等指标；⑤含有“离心收缩”及“牵张-缩短循环”等关键词的综述性文献；⑥所有血液生化类或生理类等指标涉及的实验皆属于对照研究及案例分析等。文献排除标准：①非生化、生理相关的干预实验研究方法的予以排除；②与该研究目的无关的文献排除；③属于流行病学调查或身体活动调查类的研究排 文献获取及证据等级 收集的文献先由3位研究者进行独立评分，取3位研究者的平均分，对有争议的文献进行讨论以达成共识，最终从获得的298篇文献中筛选出符合要求的典型文献46篇。2 结果 离心收缩运动训练对抗老化的可能机制 目前探讨离心训练对老年族群抗老化的文献不是很多，而且对于离心训练产生抗老化效果的真正机制还不完全清楚。然而，先前文献推测，老年人经由离心训练可提升抗老化之效果，可能是借由提升肌力、改变肌纤维型态、神经肌肉动员效率进步、增加肌肉横断面积(慢缩肌：+34%-46%，快缩肌：+28%-52%)[19]、降低体内炎症反应和降低有氧代谢的需求等因素共同作用产生的[20]。此外，有研究推测，虽然离心训练提升膝伸肌力程度与传统重量训练相似，但是离心训练可能会使肌纤维长度明显变长，传统重量训练则无法产生此效应[21]。所以上述两种不同训练方式会产生不同肌肉结构与训练强度的适应现象，因为离心运动能承载比向心及等长收缩较大的负荷，而且离心收缩时的肌纤维有较大的伸展性，进而可作为一种有效刺激肌节串联或肌节增生的效果[22]。故随着离心训练时间的延长可以观察到肌束长度也跟着变长的效果，且离心力矩也会随之增加[23-24]。反观传统向心肌力训练方式无法达到像离心训练所产生的肌束长度变长与离心力矩进步效果，这不仅涉及到肌肉收缩的特殊形态有关[25-26]，而且也可作为解释离心训练作为抗老化的可能原因之一。因此，有关离心训练产生抗老化效果的机制，还有待未来更多研究者做深入探讨，才能揭晓其真正的答案。目前离心收缩运动训练对抗老化的可能机制见图1。图1 离心收缩运动训练对抗老化的可能机制图2.2 离心收缩运动训练对抗老化效果的影响2.2.1 离心收缩训练对肌力及功能性适能的影响离心收缩训练与健康老年人的肌力及功能性适能：Isner-Horobeti等[27]的综评性文献，分析腿部离心训练对老年人肌肉功能及功能性能力之可能影响，提出离心运动训练效果比向心与等长训练来得好，因此提出离心运动可能对老年人是一项具有吸引力且有别于传统的运动方式。Roig等[28]针对老年人进行12周高强度(75%-80%最大肌力)等速双腿膝伸与屈肌群离心收缩运动训练(2 d/周，2-4组/d，8-12次/组)，结果发现平均收缩压下降约5%，膝伸肌群的肌力提升约17%。Gault等[29]让老年人以自觉舒服强度进行12周水平走路或10°坡角下坡(3 d/周、30 min/d)走路训练，结果发现，与水平组相比，下坡走组最大等长肌力及功能性体适能(步速、5次站到坐时间)提升，而耗氧量则显著下降。Mueller等[30]比较12周离心固定阻力脚踏车与传统阻力训练对健康老年族群(平均80岁)的训练效果，结果发现离心阻力脚踏车组的肌力提升(8%vs.2%)及体脂肪下降(-5%vs.-1%)均明显优于传统阻力训练组。离心收缩训练与患疾患老年人的肌力及功能性适能Hansen等[31]探讨12周离心阻力脚踏车运动训练对罹患癌症年长者肌力与功能性能力的影响，结果发现离心阻力脚踏车组比对照组的股四头肌肉截面积(2%vs.-0.1%)、膝伸肌群的肌力(29%vs.8%)与6 min步行距离(12%vs.2%)皆有显著提升。Tajra等[32]针对2型糖尿病中年妇女(平均年龄54岁)进行16周离心踏步机训练后发现：离心收缩运动训练训练改善糖化血色素(0.6%vs.-0.3%)、6 min步行距离(8%vs.5%)与身体质量指数(-5%vs.+0.3%)皆明显优于对照组。Dibble等[33]以帕金森病老年患者为研究对象，进行12周离心固定脚踏车训练后发现，离心收缩运动训练训练组提升股四头肌肉截面积(18%vs.4%)、步行速度(12%vs.2%)及功能性体适能(起身走测验时间：17%vs.-2%)都明显优于对照组。具体见表1。综合上述学者的报道，离心收缩运动训练方式似乎对健康及不健康老年人肌力提升及功能性体适能皆有益，而这两方面获益对于改善老年人独立自主的生活能力、降低跌倒风险与提升生活质量显然是有帮助的。但值得注意的是，上述研究文献中，极少有学者考虑性别差异及样本量的问题，实验设计中常将参与者不分性别混合在一起，影响研究结果的效、信度，未来研究应对此进行深入探?离心收缩训练对肌纤维类型及肌腱结构的影响离心收缩训练与肌纤维类型：离心收缩运动训练属于高负荷性质，且强调爆发力及力量的产生，而人体神经-肌肉系统征召肌纤维进行收缩需按一定的顺序原则[34]。肌肉神经动作电位开始传递，并利用肌浆网释出的钙离子与旋转蛋白结合，促使横桥与肌动蛋白结合产生滑动并收缩肌肉。然而当运动强度增大时，开始征召第2类型肌纤维(TypeⅡa，Ⅱb)，增加工作能力并提升肌力。有研究认为在综合阻力训练及离心收缩训练情况下，肌力和爆发力的首要目标是刺激增进TypeⅡb纤维的反应[35]，并促使TypeⅡa纤维转变成TypeⅡb纤维。Correa等[6]针对受试者进行12周最大用力拉长-缩短循环训练后，股外侧肌单一肌纤维截面积增加22%-30%，并以第Ⅱ类型肌纤维增加最多。有研究指出多样性离心式训练，造成肌纤维比例增加的部份只有TypeⅡa的肌纤维有明显增加(约8%)，而单一肌纤维的直径则以TypeⅡa/Ⅱx增加最多(约57%)[36]。有研究针对女性老年人的抗阻力运动训练后亦发现，离心收缩运动训练训练能提升第Ⅰ类型肌纤维(TypⅠ)对于钙离子的敏感度[37]。这说明离心收缩训练后，其钙离子活化阈值有减少趋势，代表钙离子敏感度有增加现象。离心收缩训练与肌腱结构：对于要求爆发力的运动，力量产生的速率是非常重要的。有研究发现：离心收缩运动训练能使膝伸肌力量产生速率加快[38]，提升垂直起跳的表现，究其部分原因是由于离心收缩运动训练促使肌肉收缩前期的神经传输速度加快。有研究显示，最大等长阻力训练与高强度离心收缩运动训练后(下蹲跳、蹲踞跳)，跳高运动表现增进是由于肌腱结构特性改变的结果[39]。Blackburn等[40]研究指出离心及等长训练都能显着增加腓肠肌的肌腱刚度，但两组间并无显着差异。Ishikawa等[41]研究也显示，离心收缩运动训练会给予肌腱的腱鞘复合体一种牵拉刺激，为了要做出被牵拉后的肌肉强力快速收缩的动作，从而产生在肌腱的腱鞘复合体上刚性变硬的适应现象。邱正民等[42]研究发现：离心收缩运动训练确实能提升肌电活化现象，在第4周时实验组最大自主等长用力改变显著增加9%；8周运动结束后，最大自主等长用力持续增加18%，机电传导延迟在8周结束后仍未有显著变化。可见离心收缩运动训练训练促进肌腱的腱鞘复合体储存更多的弹性位能，使得最后释放做功的总能量上升[43-44]。见表2。综上所述，虽然有部分研究显示离心收缩运动训练对于肌腱刚度并无影响，但目前多数研究支持了离心收缩运动训练能提升肌腱刚度。但离心收缩训练造成肌腱刚性的变化，是因肌肉活化特性的改变，还是由于肌肉肌腱本身结构特性改变造成的仍需进一步探讨。总之，离心收缩运动训练有助于加快肌肉达到最大活化，并改变肌纤维的类型、直径及力量，进而提升运动表现，但这方面的研究文献太少，未来学者应进一步加大这方面的研究力度 离心收缩训练对骨密度的影响离心收缩训练与骨密度：有研究针对青春期女性设计了9个月的离心收缩运动训练训练计划(3次/周、30-45 min/次、中高强度)以原地跳跃、阶梯跳跃、深跳为主，结果发现，与未接受训练但保持正常体能活动的对照组比较，在全身骨质密度上都呈显着增加趋势，且股骨大转子处最为突出[43]。Ma?moun等[44]将17岁女性受试者分成3组(跳绳、足球及对照组)，经3个月训练后发现，跳绳组在总身体、总股骨及股骨近端的骨头面积皆比足球及对照组大。Heinonen等[45]研究发现，成年女性给予高冲击的运动训练后，负重处的股骨头的骨质密度呈显著增加。有研究将中老年妇女分成高、低冲击训练，并比较其腰椎、股骨颈及股骨大转子的骨质密度，结果发现只有高冲击训练组在大转子处有显著增加。总之，无论受试者是青少年还是中老年人，高强度离心收缩运动训练皆有助于其骨质密度的增加。但若不熟悉离心收缩运动训练形态及负荷强度，则易在快速离心收缩阶段产生肌肉及结缔组织伤害，造成肌力下降、关节活动范围减少及肌肉或结缔组织肿胀酸痛等现象[46]。基于离心收缩运动训练的快速离心再向心收缩的特性，随负荷量大小容易有不同程度的肌纤维及结缔组织受损，故进行离心收缩运动训练训练时，相关作用的离心稳定肌群的功能性训练显得特别重要。表1 离心训练对健康老年族群的效果比较表表注：ET：离心训练；TRT：传统阻力训练；CON：对照组；T：治疗组；RPE：运动自觉量表；↑=上升，↓=下降；DWT：下坡走训练；LWT：平面走训练；FPF：功能性体适能；EET：离心阻力脚踏车训练。作者 对象 运动方案主要效果Roig等[28]共9例，60-69岁， 训练12周、每周2 d；双腿膝伸与屈肌群，2-4组，每组8-12次，强度：75%-80%最大肌力平均收缩压：↓5%；膝伸肌群肌力：↑17%男性Gault等[29]共24例，约67岁， 训练12周、每周3次、每次30 min；平面走训练(LWT)组：膝伸肌群/跑步机平面快速走(LWT)强度[运动自觉量表(RPE)自选舒服强度]：2.5 km/h、每30 s↑0.2 km/h性别不限①步行速度：DWT：↓23%、LWT：↓22%；②五次坐到站测验：DWT：↓34%、快速走组：↓32%；③起身走：DWT与LWT进步22%；④肌力：DWT与LWT肌力无显着进步；⑤最佳用力角度：DWT与LWT最佳用力角度明显改变，但无组别差异Mueller等[30]共36例，女性约26例，男性约80例12周、每周2 d；传统阻力训练(TRT)组：大腿推蹬、腿部伸张、腿部弯曲、臀部伸展各做3组、RPE>13 ET组：离心阻力脚踏车(女性30 W、男性50 W、20 min、RPE>13)；对照组(CON)：无处理体脂肪：ET(↓5%)>TRT(↓1%)>CO N(↑1%)；大腿脂肪：ET(↓7%)>TRT(↓3%)>CON(↑1%)； 膝 伸 肌 群 肌 力 ： ET(↑8%)>TRT(↑2%)>CON(↓2%)。Hansen等[31]共40例，罹患癌症高龄者，约74岁，性别不限12周/每周3 d；离心训练(ET)组：离心阻力脚踏车/时间每3-5 min渐进增加强度(主观的RPE从7-13)骑到16-20 min；治疗组(T)：无处理股四头肌肉截面积：ET(↑2%)>T(↓0.1%)；膝伸肌群肌力：ET(↑29%)>T(↑8%)；6 min 步行距离：ET(↑12%)>T(↑2%)Dibble等[33]共19例，罹患帕金森病老年患者，年龄64-67岁，性别不限12周/每周3次；ET组：离心阻力脚踏车(45-60 min/次)；对照组：无处理股四头肌肉截面积：ET(↑18%)>CON(↑4%)；步行速度(10 m走路)：ET(↓12%)>CON(↑2%)；功能性体适能(起身走测验)：ET(↓17%)>CON(↓2%)表2 离心训练对健康老年族群肌纤维、肌腱及骨密度影响效果比较表Correa等[6]共35例 ，65-75岁，男性实验组：股外侧肌单一肌纤维截面积较对照组↑22%-30%，并以第2类型肌纤维(Type IIa/IIx fibers)增加最多。Behrens等[36]共 30例 ，60-69岁，男性12周离心运动；实验组(18人)；对照组，12周伸展性实验组Type IIa的肌纤维有明显增加约8%，而单一肌纤维之直径，以Type IIa/IIx 增加为最多(↑57%)。Blackburn等[40]共32例，健康女性12周，每周3次；ET组：离心阻力脚踏车(每次50 min)；对照组：无处理以膝伸肌群进行60(°)/s，最大自主离心收缩5×15次；对照组：无处理。实验组显著增加腓肠肌肌腱刚性。Ishikawa等[41]共30例，健康成年人对照组15例：无处理。实难组：以膝伸肌群进行60(°)/s，最大自主离心收缩4×25次(设定范围 170°-90°。实验组肌腱的腱鞘复合体刚性显著增加。邱正民等[42]共16例，健康成年人随机分成训练组(n=8)与对照组(n=8)；经过8周训练，实验组：半蹲跳、交互半蹲跳；屈体跳与双腿抱膝跳；深度跳与箱子跳在第4周时实验组最大自主等长用力改变显著增加9%；8周运动结束后，最大自主等长用力持续增加18%，肌电传导延迟在8周结束后仍未有显著变化。Heinonen等[45]共98例，健康、久坐的女性志愿者①股骨颈，训练组负重部位的骨密度明显增加(1.6%对照组0.6%，而非负重部位，如桡骨远端，无显著性；②训练组的纵跳与氧耗明显改善，高冲击力的运动组具有快速力量上升斜率、更完整骨骼廓线。Allison等[46]共50例，健康老年男性随机分配到一个培训中，实验组与对照组各49例；渐进式高冲击，每周3次，持续18个月。干预时间12个月，高强度单侧运动干预+50个多向跳跃，每周7 d。实验组35例，对照组15例。①实验组股骨颈骨密度及横截面积均较控制(CL)增加(+0.7，+0.9，+1.2%)；②截面模量在EL组较CL组显著增加(平均变化+2.3%和+0.7%)；③最小颈宽EL与CL显著增加，平均变化分别为+0.7%和+0.3%。3 小结 结论 ①离心收缩训练可使老年人进行运动过程中，出现相对较低的有氧需求并产生较高的张力特性，从而达到提高个体生活质量的目的；②离心收缩训练对中老年人群体的肌力及肌肉质量的提升程度明显优于向心训练；除了早期神经适应外，离心收缩训练能引发肌肉机械特性、肌肉类型改变及第Ⅰ类型单一肌纤维对钙离子的敏感度的提升等；③离心收缩训练对提升年轻及老年人肌腱刚度、改善肌纤维收缩速度、增加骨质密度等皆有明显的正向效益；④无论受试者是青少年还是中老年人，离心收缩训练易在快速离心-向心收缩阶段产生肌肉及结缔组织伤害、造成肌力下降、关节活动范围减少及肌肉或结缔组织肿胀酸痛等不利症状，故熟悉离心收缩训练形态及负荷强度至关重?建议 ①老年人从事长期离心收缩训练的效果上是否存在性别差异？且老年人在进行离心收缩训练时可能比年轻人更易引发肌肉损伤及酸痛风险，这些方面的探讨需要未来研究进一步确认，并将重点放在研发符合老年人运动安全、利于提升生活质量及有益于抗老化的离心收缩运动处方；②离心收缩训练+其他类型的训练(如抗阻训练等)可能会比任何单独的训练方法更有效？为了安全考虑，大量针对老年人的离心收缩训练方案中，其训练强度多以高龄者自觉舒服程度为依据，因而无法从中得知中、高强度离心收缩运动训练对高龄者的训练反应及相应效果。且离心收缩训练方式多种多样，如何区分各种训练方式的强度？故未来研究重点应放在如何量化各种训练方式的强度及适宜的训练量，这对于期望获得精准训练效果的训练方案非常关键；③有氧耐力离心收缩训练方式(离心固定阻力脚踏车、下坡跑及步行机走路)皆可有效刺激老年人的运动肌群，达到改进最大肌力、有氧能力及改善功能性体适能的目标，但离心固定阻力脚踏车方案(称之非负荷身体质量方案)在综合效果上明显优于其他一般传统训练组，且容易产生训练适应能力并降低发生运动伤害的风险。但这方面的研究文献太少，查阅到的文献中亦极少评估训练期结束后肌肉损伤及延迟性肌肉酸痛症状，且这些训练效果是否存在男女性别差异同样未有人探讨，故未来应加强这方面的研究；④离心收缩训练对于不健康老年人(癌症、2型糖尿病及帕金森病等)的肌肉功能、功能性体适能及血液生化指标等方面研究相当少，目前尚难总结出关于“不健康老年人”离心收缩训练运动处方相对成熟的“注意事项”，但从老化与运动安全观出发，建议健康高龄者采用低强度(自觉舒服程度)来进行无身体负重的离心固定阻力脚踏车运动，可能比较能确保在安全的情况下，获得运动介入促进健康的有益处方。这同样是未来需要探讨的重要议题。致谢：感谢六盘水师范学院图书馆为本研究提供良好的资料收集平台，感谢教研室部分成员帮助整理了相关文献，并为论文写作提供一些有益的思路。作者贡献：彭杰收集与查阅文献并设计撰写综述，罗炯教授负责评估与审校。经费支持：该文章接受了“国家自然科学基金项目的资助()”。所有作者声明，经费支持没有影响文章观点和对研究数据客观结果的统计分析及其报道。利益冲突：所有作者共同认可文章内容无相关利益冲突。机构伦理问题：文章的撰写与编辑修改后文章遵守了《系统综述和荟萃分析报告规范》(PRISMA指南)。文章查重：文章出版前已经过专业反剽窃文献检测系统进行3次查重。文章外审：文章经小同行外审专家双盲外审，同行评议认为文章符合期刊发稿宗旨。文章版权：文章出版前杂志已与全体作者授权人签署了版权相关协议。开放获取声明：这是一篇开放获取文章，根据《知识共享许可协议》“署名-非商业性使用-相同方式共享4.0”条款，在合理引用的情况下，允许他人以非商业性目的基于原文内容编辑、调整和扩展，同时允许任何用户阅读、下载、拷贝、传递、打印、检索、超级链接该文献，并为之建立索引，用作软件的输入数据或其它任何合法用途。4 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