老年休闲活动男性肌力下降的神经、收缩与肌肉决定因素：一项横断面研究

《European Journal of Applied Physiology》：Neural, contractile, and muscular determinants associated with lower strength in recreationally active older men: a cross-sectional study

　　

摘要专业翻译 骨骼肌力量随年龄增长而下降。然而，各种神经肌肉因素对这一下降的相对贡献似乎尚未被完全理解。因此，研究人员在体内和体外比较了关键神经和肌肉力量决定因素随年龄增长的相对衰减，招募了22名老年（75±1岁）和18名青年（25±1岁）休闲活动男性。腿部伸展最大自主收缩（MVC）、早期（0–100 ms）和晚期（0–200 ms）力量发展速率（RFD）在老年人中分别降低了?39%、?55%和?49%（均p < 0.001）；然而，估算的大腿横截面积（CSA）在两组之间没有差异。相比之下，通过诱发电位记录（比目鱼肌归一化V波；V/Msup）评估的传出神经驱动（主要依赖于皮质脊髓因素）显示出?72%的年龄相关减少（p < 0.001）。外周运动神经元兴奋性（在10% MVC下测得Hmax/Mmax）也观察到?51%的减少（p < 0.001）。在腿部伸展MVC期间，应用峰值肌电图（EMG；?14%）、早期（?31%）和晚期（?30%；均p < 0.05）EMG上升速率进一步证实了神经年龄相关下降。虽然自主激活随年龄未改变，但股四头肌收缩性降低（静息颤搐：峰值力，?41%；RFD，?43%；延迟，+39%；松弛时间，+56%；均p < 0.01）。来自股外侧肌的活检显示，快肌纤维比例存在年龄相关下降，?16%（II型：43%（老年）对比51%（青年）；p < 0.001），但快肌纤维大小无差异。同时，老年人的慢肌纤维比青年大12%（p < 0.05）。总体而言，这些发现表明，尽管大腿CSA保持不变，年龄相关的肌力下降伴随着神经功能的显著改变以及肌肉表型的变化。

论文解读

一、研究背景与目的

骨骼肌力量随年龄增长而下降，从五十岁起每年下降约1–2%，七十岁后加速至每年约3%。传统上，肌力下降主要被归因于肌肉质量流失即肌少症（sarcopenia）。然而，最大肌力以比肌肉质量高2–5倍的速度流失，提示肌肉质量以外的因素在年龄相关肌力下降中可能扮演更重要的角色。肌肉力量由从大脑到肌纤维的每一个整合环节以及传入反馈共同决定。既往研究多在不同人群、不同研究中分别测量各种神经肌肉指标，导致难以在同一群体内比较神经因素与肌肉因素的相对贡献。此外，老年肌肉经历一系列去神经-再神经支配循环，可能造成运动单位重塑，使肌肉床呈现更多I型纤维样特性。传出神经驱动下降、α运动神经元丢失、突触效能降低和神经传导速度减慢等均可能限制神经系统产生强而快速肌肉收缩的能力。因此，本研究旨在同一批休闲活动老年男性与青年男性中，综合比较关键神经和肌肉力量决定因素的年龄相关差异，以明确各因素的相对贡献，为设计针对性干预措施提供依据。研究假设为：老年人下肢力量生成能力较低，且伴随最大的相对差异出现在神经因素而非肌肉因素。

二、研究方法概述

本研究为横断面设计，共招募40名健康休闲活动男性，其中老年组22人（>65岁，平均75±1岁），青年组18人（<35岁，平均25±1岁）。老年人通过老年社团招募，青年来自大学。所有参与者经国际体力活动问卷（IPAQ）确认均为休闲活动水平，每周2–4次非系统性活动（如滑雪、徒步），无力量训练史，无心血管、神经、肌肉骨骼或肺部疾病。样本量经先验计算，每组20人即可在α=0.05、功效95%下检测到效应量d=1.20的组间差异。研究在两次实验室访问中完成全部测试：第一次进行人体测量、诱发电位记录（H反射和V波）、等长腿部伸展肌力（MVC和RFD）及EMG测量、静息颤搐和自主激活测试；第二次（约10–14天后）进行股外侧肌活检。主要技术方法包括：体表肌电图（EMG）记录、经皮神经电刺激诱发电位（H反射、V波、M波）、 interpolated twitch技术评估自主激活、人体测量学大腿肌肉体积估算（皮尺和皮褶厚度计）、以及免疫组织化学染色分析肌纤维类型分布和面积。

三、研究结果

肌肉力量与横截面积

老年参与者等长腿部伸展MVC比青年低39%（平均差=?196 N），MVC归一化至估算大腿CSA（?39%）和大腿体积（?42%）后老年组仍较低。然而，两组间估算大腿CSA无显著差异（平均差=?6.5 cm2）。早期（0–100 ms）和晚期（0–200 ms）RFD在老年组分别低55%和49%。

传出神经驱动与α运动神经元兴奋性

老年参与者在等长跖屈期间V波和V/M_sup均低于青年（Hedges' g分别为1.66和2.02）。H_max/M_max（?51%）和H_sup/M_sup（?61%）在老年组同样较低。H反射潜伏期（+25%）和M波潜伏期（+28%）在老年组均显著延长。

肌电图

老年参与者股外侧肌峰值EMG低于青年（Hedges' g=0.47）。早期（0–100 ms）和晚期（0–200 ms）EMG上升速率（RER）分别低31%和30%，且EMG到力产生的延迟在老年组显著延长（+25 ms）。

肌肉收缩性与自主激活

静息颤搐显示老年组峰值力低41%、RFD低43%、延迟长39%、松弛时间长56%，但达峰时间无组间差异。股四头肌自主激活在老年组呈下降趋势（p=0.063），青年88%对比老年80%。

肌纤维特征

股外侧肌活检显示老年组II型纤维面积分布比例低16%（43% vs. 51%），I型纤维比例相应升高。IIa型纤维计数分布较低，IIx型纤维呈下降趋势（p=0.075），I型纤维计数分布较高（+27%）。老年组I型纤维平均面积比青年大12%，而II型纤维大小无组间差异。

关联与回归分析

探索性回归分析显示V/M_sup（R2=0.381）和RER（R2=0.166–0.249）与MVC和早期/晚期RFD均呈正相关。MVC还与H反射振幅、自主激活、峰值EMG、全肌收缩性（峰值力、RFD和延迟）及II型纤维面积相关。早期和晚期RFD与估算大腿CSA、颤搐力和颤搐RFD相关，并与EMG延迟呈负相关。年龄组在控制估算大腿CSA后仍与MVC独立相关，而CSA与MVC无独立关联。

四、讨论与结论

本研究发现老年休闲活动男性MVC比青年低39%，早期和晚期RFD分别低55%和49%，折合每年约0.8%和1%的下降率，与既往文献报道相符。最引人注目的发现是传出神经驱动（V/M_sup）存在72%的年龄相关差异，与既往研究一致，且与MVC呈正相关（R2=0.38），提示传出神经驱动与最大力量输出密切相关。峰值EMG（?14%）和RER（约?30%）的降低进一步支持年龄相关的传出神经驱动下降。自主激活虽仅呈下降趋势（p=0.06），但可能提示运动神经元放电频率和/或募集降低。H_max/M_max和H_sup/M_sup分别降低51%和61%，表明老年组运动神经元兴奋性受损，可能部分归因于最大传入神经元萎缩和丢失。H和M波潜伏期均延长提示年龄相关的系统性神经退行性变同时影响传入和传出通路。

值得注意的是，尽管存在50岁的年龄差距，两组估算大腿CSA无显著差异，这与传统肌少症观点形成对比。然而活检显示II型纤维比例下降16%，I型纤维面积增大12%，提示去神经-再神经支配循环导致的纤维类型重塑可能是CSA得以维持的补偿机制。肌肉收缩性受损（静息颤搐峰值力?41%、RFD?43%、延迟+39%、松弛时间+56%）与II型纤维比例降低一致，因为快肌纤维每次动作电位的肌浆网Ca2?释放量更大。总体结论为：在休闲活动男性中，年龄相关肌力下降伴随显著的神经功能改变和肌肉表型变化，而估算大腿CSA保持不变。神经因素（尤其是传出神经驱动和运动神经元兴奋性）和肌肉收缩性及纤维类型组成可能是年龄相关肌力下降的重要决定因素，这为针对神经肌肉系统的干预策略提供了理论基础。