肌肉适能及其评价定稿.docx
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肌肉适能及其评价定稿
第二章肌肉适能及其肌肉适能训练
关键术语
肌肉适能（muscularfitness）：
是指机体依靠肌肉收缩克服和对抗阻力维持身体运动的能力。
肌肉力量（musclestrength）：
又称最大肌肉力量或者绝对肌肉力量，是肌肉收缩产生最大收缩力的能力。
肌肉耐力（muscleendurance）：
是肌肉持续收缩对抗疲劳的能力。
肌肉功率（musclepower）：
又称快速力量，是肌肉在短时间内快速发挥其收缩力量的能力。
中枢激活（centralactivation）：
中枢神经系统动员肌纤维参加收缩的能力。
肌肉适能训练（MuscularFitnessTraining）：
遵照一定的规则和要求，运用相应的方法和手段，有计划和有目的的发展人体神经-肌肉系统的过程。
训练方法（TrainingMethods）：
为达到训练目的采取的有计划和有组织的方法和手段。
训练计划（TrainingPlanning）：
根据训练目标和训练的条件预先制定的训练计划，是对训练全过程的设计，包括训练目标、任务、方法与手段、负荷和检测等内容。
肌协调性（MuscularCooperation）：
肌肉收缩时，不同肌肉之间的协作能力。
一般被分为肌内协调（一块肌肉中不同肌纤维之间的协作）和肌外协调（不同肌肉之间的协作）。
抗阻力训练（ResistanceTraining）：
最常用的力量训练形式，通过给肌肉施加外部阻力以提高肌肉适能水平。
第一部分肌肉适能
骨骼肌是由具有收缩功能的肌细胞构成的人体最大的组织，占体重约40%左右。
骨骼肌收缩克服和对抗阻力维持身体姿势和运动是骨骼肌的基本功能，人体各种形式的体力活动如劳动、体育运动和日常生活中的身体活动等都是通过骨骼肌的收缩和舒张实现的。
第一节肌肉适能概述
一、肌肉适能的概念
肌肉适能（muscularfitness）是指机体依靠肌肉收缩克服和对抗阻力维持身体运动的能力，通常表现为肌肉力量（musclestrength）、肌肉耐力（muscleendurance）和肌肉功率（musclepower）等方面。
肌肉力量，又称最大肌肉力量或者绝对肌肉力量，是健康相关体适能的组成部分，特指肌肉收缩产生最大收缩力的能力，运动生理学通常以等长、等张或者等速运动条件下肌肉收缩克服和对抗阻力和做功功率的大小表示。
其中，动力性力量还可以根据收缩形式的不同，进一步分为向心收缩力量（concentricstrength）、离心收缩力量（eccentricstrength）、等速肌肉力量（isokineticstrength）和超等长肌肉力量（plyometricstrength）等。
向心和离心收缩力量分别是指肌肉在进行向心和离心收缩时表现出来的最大抗阻运动能力；等速肌肉力量是肌肉在其控制的关节活动范围内以恒定的角速度进行最大收缩的能力；而超等长肌力则是指肌肉在拉长－收缩（stretch-contraction）过程中表现出来的最大力量。
肌肉耐力是健康相关体适能的组成部分，特指肌肉持续收缩对抗疲劳的能力，通常以静态运动负荷持续时间、动态等张收缩次数或者动态等速运动的功率以及峰力矩下降率等表示。
肌肉功率，又称快速力量，是竞技相关体适能的组成部分，特指肌肉在短时间内快速发挥其收缩力量的能力，爆发力是肌肉功率的常见表现形式和评价指标。
二、影响肌肉适能的生理学因素
影响肌肉适能的因素很多，运动生理学通常根据这些因素发挥作用的部位，将其分为肌源性和神经源性因素两类，其它一些影响因素如年龄、性别和抗阻训练（resistancetraining或者weighttraining）等通常是通过以上两类因素发挥作用的。
（一）肌源性因素
1.肌肉质量（skeletalmusclemass,SMM）
特指肌肉组织的数量，通常以机体或者某块肌肉拥有肌肉组织的重量来表示。
由于正常情况下直接检测肌肉质量比较困难，因此通常以肌肉横断面积（crosssectionalarea,CSA）大小来表征肌肉质量的多少，前者通常指横切某块肌肉所有肌纤维所获得的横断面面积，它是由肌纤维的数量和粗细来决定的，通常以cm2或μm2表示。
研究表明，无论男性，还是女性，由于其CSA与相应肌肉的最大肌力大小成正比（图8－1），其斜率，即标准化肌力（normalizedforce），通常介于16N/cm2-60/cm2之间，平均为30N/cm2，因此，一般条件下肌肉的最大横断面积越大，肌肉力量也越大。
但是，研究也同时发现，肌肉力量与CSA的关系同时还受到CSA检测方法以及其他许多生理学因素的影响，而CSA本身只能解释大约50％的肌肉力量个体间差异。
图8－1肱二头肌横断面积与最大动态肌力的关系
F：
女性；M：
男性；BB：
健美运动员
（Sale.DG,etal:
Voluntarystrengthandmusclecharacteristicsinuntrainedmenandwomenandmalebodybuilders.J.Appl.Physiol.62（s）:
1786-1793,1987.）
2.肌纤维类型（musclefibertype）和代谢特点
骨骼肌纤维可依据其收缩特性不同分为快肌和慢肌两大类。
其中，快肌纤维较慢肌纤维能产生更大的肌肉收缩力和更强的无氧供能能力,但具有较差的肌肉耐力和有氧供能能力。
因此，肌肉中快肌纤维百分构成高的人，肌肉收缩力量也大，而慢肌纤维百分构成高的人则肌肉耐力较好。
一般情况下人体四肢肌肉的快、慢肌纤维类型百分比构成大致相等，但因受遗传和后天训练因素的影响，耐力项目运动员的肌肉通常含有较高比例的慢肌纤维，而短跑和爆发力项目的选手拥有较多的快肌纤维，由此造成不同项目运动员的肌肉力量的项目特点。
此外，受肌肉力量训练的影响，快肌和慢肌的纤维横断面积和收缩力量均可以发生相应的增加，但是力量训练通常主要引起快肌纤维面积百分比和肌肉力量的改变，而肌肉耐力训练一般引起慢肌纤维的选择性肥大和肌肉耐力的改善，快肌和慢肌纤维的适应具有明显的练习特异性效应（表8－1）。
表8－1力量和耐力训练对肌肉的影响
肌源性因素
慢肌
快肌
训练类型
力量训练
耐力训练
力量训练
耐力训练
百分构成
0或？
0或？
0或？
0或？
面积
＋
0或＋
＋＋
0
收缩性
0
0
0
0
有氧氧化能力
0
＋＋
0
＋
无氧能力
？
或＋
0
？
或＋
0
糖原含量
0
＋＋
0
++
脂肪氧化
0
＋＋
0
＋
毛细血管密度
？
＋
？
＋或？
运动时血流
？
？
或＋
？
？
（Gollnick.P.D,andSembrowich.W.L.Adaptationsinhumanskeletalmuscleasaresultoftraining,1977）
3.肌肉生长抑制素
肌肉生长抑制素（Myostatin,Mstn）,又称为生长分化因子8（growthdifferentiationfactor-8,GDF-8），是由McPherron等于1977年发现的一种分泌型生长、分化因子，其是在骨骼肌中的特异性表达,将对肌肉生长有负调控（negativeregulation）作用（即抑制肌肉的生长），而其表达的抑制将导致肌肉肥大。
人体研究发现，血清Mstn水平随着年龄增长而升高且与去脂体重成反比；成年男性卧床25天,伴随着瘦体重和肌肉量的下降,血液Mstn浓度高于基础值12%；HIV感染者，血清中的肌肉生长抑制素－免疫蛋白复合物增加，导致HIV感染者肌肉萎缩，人体消瘦。
反之，增加肌肉的机械负荷将导致肌肉体积增大,同时Mstn水平下降。
如Stephen等研究发现，经过9周抗阻训练（每周3次），肌肉力量增加，肌肉体积增大,而肌肉生长抑制素mRNA表达降低37%（图8－2）。
然而,肌肉生长抑制素基因是尚属运动生理学研究的初期,肌肉生长抑制素基因表达及其与肌肉蛋白质合成、肌肉力量和力量训练的关系尚不十分清楚。
4.激素作用
睾酮（testosterone,T）是肌肉生长最直接的刺激因素，由男子的睾丸和肾上腺皮质分泌的，女子肾上腺皮质和卵巢也有少量分泌。
睾酮可以通过促进肌肉蛋白质的合成，促进肌肉肥大，从而提高肌肉力量。
由于睾酮在人体内的分泌数量不同，因此在一定程度上造成不同年龄、性别人群肌肉力量大小的不同。
生长激素（growthhormones,GH）是影响肌肉蛋白质合成的另外一个重要的激素，短期注射可以引起人体肌细胞氨基酸摄取增加，蛋白质合成加快；长期使用可以使GH缺乏症患者肌肉质量和肌肉力量增加。
而甲状腺素是肌纤维类型强力的调节因子。
血中甲状腺素超过正常值时，会造成快肌纤维百分比增加；相反，血中甲状腺素量减少时，慢肌纤维百分比增加。
图8－2力量训练对肌肉生长抑制素表达的影响
（Stephen等,ExpBiolMed228:
706–709,2003）
（二）神经源性因素
1.中枢激活（centralactivation,CA）
中枢神经系统动员肌纤维参加收缩的能力称作中枢激活，它具有两个层面的意义。
一是肌肉在进行最大用力收缩时，并不是所有的肌纤维都参加收缩，动员参与收缩的肌纤维数量越多，肌肉收缩力越大，反之，收缩力越小。
如有研究发现，缺乏训练的人完成最大随意肌肉收缩时只能动员60%左右的肌纤维参加收缩，而训练水平良好的人动员能力可高达90%以上；二是肌肉完成不同强度水平的收缩时，CNS会选择性地优先募集激活阈值水平不同的运动神经元参加收缩，即低强度水平的收缩优先募集低阈值的小α运动神经元，而高强度水平的收缩侧可募集包括大、小α运动神经元在内的更多的运动神经元参与活动（图8－3），此乃运动神经元募集的“大小原则”（Sizeprinciple）或者“顺序性募集”（Orderlyrecruitment）。
然而，一般情况下，中枢激活指的是CNS动员肌纤维参加活动的最大能力，后者通常以超强电刺激作用于最大随意收缩状态下的肌肉所获得的诱发肌力或者激活水平的大小表示。
图8－3运动单位活动的“大小原则”示意图
2.中枢神经对肌肉活动的协调和控制能力
人体运动是需要多个运动环节参与的多环节复杂运动，需要由包括主动肌、协同肌和拮抗肌等在内的许多的肌肉共同活动来实现。
中枢神经对肌肉活动的协调和控制一方面是指CNS对主动肌与对抗肌、协同肌、固定肌之间的协调和调控，使得上述肌肉群在参加工作时能各守其职，协调一致，从而发挥更大的收缩力量。
另外一方面，中枢神经对肌肉活动的协调和控制也包含CNS对单块肌肉内部运动单位活动同步化的控制，研究发现，运动单位活动的同步化也是抗组训练提高肌肉力量的有效机制之一。
3.中枢神经系统的兴奋状态
中枢神经系统兴奋性提高，即情绪高度兴奋时，会导致肾上腺素、乙酰胆碱等其它一些生理活性物质大量释放，这也是影响肌肉力量的重要因素。
人在极度激动或危险紧急情况下，发挥超大力量的现象已众所周知。
生理学家认为，这种现象可能是因为情绪在极度兴奋时，肾上腺素分泌大量增加，使肌肉的应激性大大提高，同时更重要的是中枢发出了强而集中的神经冲动，迅速动员“储备力量”，从而使运动单位成倍地同步动员并投入工作。
三、肌肉适能的年龄与性别差异
（一）年龄
肌肉力量的发展有明显的增龄性变化规律。
一般规律是10岁以前，随着人体的生长发育，无论男生或女生肌肉力量一直缓慢而平稳地增长，而且两者区别不大。
女生从11岁－12岁和男生从13－15岁起，肌肉力量开始分化，男生增长速度加快而女生增长缓慢。
以前臂屈肌为例，男生平均在14.1岁时期最大握力年增长速度达到最大（38N/年），女生平均在10.5岁时期达到最大（28N/年）（图8－4）。
青春期过后，肌肉力量仍在增长但其增长速率很低。
女生达到最大肌肉力量约在20岁左右，男生约在20～30岁之间。
40岁以后人体大部分肌肉的力量开始衰退。
50岁以后，每10年肌肉力量下降约12～15％。
以Lynch等的研究为例（图8－5），肘关节屈肌和膝关节伸肌在向心和离心收缩状态下的峰力矩（armPTcon、legPTcon和armPTecc、legPTecc）均随着年龄的增加而下降。
其中，50岁以后男性的armPTcon和legPTcon明显小于青年时期，60岁以后男性的armPTecc和legPTecc明显小于青年时期；50岁以后女性的armPTcon和armPTecc明显小于青年时期，40岁以后女性的legPTcon明显小于青年时期，60岁以后女性的legPTecc明显小于青年时期。
而无论是肘关节屈肌，还是膝关节伸肌，男性的最大峰力矩下降速度均明显快于女性。
一般认为，生长发育过程中肌肉力量的增长主要与中枢神经控制能力自然发展和肌肉横断面积的增加等因素有关。
而50岁以后肌肉力量随年龄增长而减小的主要原因是肌肉质量或者CSA较小。
例如Fleg等研究发现，与30岁相比，70岁的老年男性肌肉质量减少23.4%，女性减少22％；Young等发现老年女性股四头肌的CSA减少33％，与此同时最大伸膝力量下降35％。
此外，还有研究认为与中枢神经系统的运动单位募集能力和协调控制能力下降、肌肉代谢能力下降、Ⅱ型肌纤维数量减少和萎缩等因素有关。
以中枢神经系统的运动单位募集能力为例，老年人完成最大肘屈肌和肘伸肌等长运动试验时，其屈肘的中枢激活比值明显低于伸肘，而无论屈肘还是伸肘，老年人的中枢激活比值分别较青年人低11％和5％（图8－6）。
图8－4最大握力和前臂肌肉横断面积的年龄变化规律
（Neu,C.M.,F.Rauch,J.Rittweger,F.Manz,andE.Schoenau.Influenceofpubertyonmuscledevelopmentattheforearm.AmJPhysiolEndocrinolMetab283:
E103–E107,2002.）
图8－5不同年龄和性别受试者肘关节屈肌和膝关节伸肌峰力矩变化规律
（Lynch,N.A.,E.J.Metter,R.S.Lindle,J.L.Fozard,J.D.Tobin,T.A.Roy,J.L.Fleg,andB.F.Hurley..Musclequality.I.Age-associateddifferencesbetweenarmandlegmusclegroups.J.Appl.Physiol.86
（1）:
188–194,1999.）
图8－6老年人与青年人最大肘关节屈伸运动的中枢激活比较
（Jakobi,JenniferM.,andCharlesL.Rice.Voluntarymuscleactivationvarieswithageandmusclegroup.JApplPhysiol93:
457–462,2002.）
（二）性别
正常成年男子肌肉重量约占体重的40～45％，而女子则占35％。
若以绝对值表示肌肉力量，通常成年女子上肢肌力比男子低约50％，下肢肌力低约30％。
而以以体重和去脂体重相对值表示肌肉力量时，有训练的男、女性之间的差异较无训练者小（图8－7）。
此外，Cureton等研究还发现，16周的抗组训练虽然对男性和女性肌肉肥大与肌肉力量绝对值的影响不同，但是如果以训练前为参照，则力量训练引起的肌肉肥大和肌肉力量增加是没有性别差异的。
显然，肌肉力量绝对值的性别差异主要由肌肉生理横断面积或全身肌肉体积的性别差异等因素所决定。
图8－7体重和去脂体重匹配的肌肉力量性别差异
（Keller,B.Theinfluenceofbodysizevariablesongenderdifferencesinstrengthandmaximumaerobiccapacity,UniversityofMasachusetts,Amherst,1989）
四、肌肉适能的训练效应
抗阻训练可以提高肌肉力量，改善肌肉耐力和爆发力，目前认为肌肉适能的这种抗阻训练效应主要是通过增大肌肉质量或增加肌肉CSA、改善肌肉神经控制、促成肌纤维类型转变和产生选择性肥大、提高肌肉代谢能力以及影响肌肉生长抑制素基因表达等多种机制实现的。
（一）肌肉壮大
肌肉壮大（muscularenlargement）是抗阻训练引起的最常见的肌肉形态学改变，与肌肉力量增加有密切的关系。
运动生理学研究表明，抗阻训练引起的肌肉壮大主要表现为肌纤维增粗和肌肉横断面积增加，即肌肉肥大（muscularhypertrophy）（表8－2），其实质是肌肉收缩蛋白合成增加、肌质网和结缔组织增多以及能源物质含量增加等。
肌肉壮大的程度与受试者已有的训练水平、不同肌肉和训练持续时间等有关，一般4－12周抗阻训练引起的CSA变化介于0％－20％之间，各别的如健美选手长期训练可可使CSA增加到45％以上，甚至一次训练也可以引起肌肉蛋白质合成明显增加并可持续长达24小时。
此外，肌肉壮大不仅表现在青少年和成年期，而且也可出现于老年人群。
但是，也有学者通过动物实验研究发现，抗阻训练似乎还以增加肌纤维的数量，即造成肌细胞增生（hyperplasia），从而使肌纤维数量增加。
不过，目前关于抗阻训练能否造成肌纤维增生以及新生肌纤维对于改善肌肉力量的作用等问题还没有确切结论。
表8－2.12周力量训练对股外肌肌纤维类型和横断面积的影响
肌纤维
力量训练组
对照组
训练前
训练后
前测
后测
肌纤维构成（％）
Ⅰ型
55.21±11.7
55.44±11.5
52.0±11.5
52.8±11.8
Ⅱc型
2.4±1.6
2.0±1.3
1.6±0.9
1.3±1.3
Ⅱa型
23.3±11.5
40.5±10.6★
25.6±1.6
26.6±4.6
Ⅱb型
19.1±7.9
1.9±0.8★
20.8±7.6
19.2±6.4
横断面积（μm2）
Ⅰ型
4883±1286
5460±1214★
4946±1309
5177±1344
Ⅱc型
3981±1535
5301±1956★
3733±1285
4062±1094
Ⅱa型
6084±1339
7527±1981★
6310±593
6407±423
Ⅱb型
5795±1495
6078±2604
5917±896
6120±1089
★:
训练前、后相比有明显统计学意义
（Willianm.JK,etal.Compatibilityofhigh-intensitystrengthandendurancetrainingonhormonalandskeletalmuscleadaptations.J.Appl.Physiol.78（3）:
976-989,1995.）
（二）神经肌肉控制
神经控制能力的改善是力量训练引起肌肉力量增强的另一个重要原因，尤其是抗阻训练早期不伴有明显CSA变化时期的肌肉力量改变（图8－8）、青春发育期之前儿童少年的肌力增长以及女性肌肉力量的改变，其作用机制主要包括增加最大随意收缩时的中枢激活能力和改善神经肌肉控制协调性，具体表现为增加中枢激活比值、增大最大随意肌肉收缩的积分肌电值（iEMG）以及减小腱器官肌肉拉力感受器传入冲动引起的脊髓返回性抑制作用等。
图8-8力量训练过程中肌肉力量增长与神经控制和肌肉肥大之间的关系
（Sale.DG,etal.Neuraladaptationtoresistancetraining.MedSciSportsExerc,20:
S135-S145,1988）
（三）肌纤维
抗阻训练引起的肌纤维变化主要表现在不同类型肌纤维面积百分构成和Ⅱ型纤维亚型的变化方面，而与肌纤维类型百分构成的改变关系不大。
在力量训练方面，Staron等研究发现，24名女性受试者经过20周的力量训练后，Ⅰ型纤维百分比未发生变化，而Ⅱa由训练前的32.5±11.1%增加到39.3±7.2%，Ⅱb%由训练前的16.2±10.7减少到2.7±4.3%；McCall等观察到，12名男子经过长达12周的上肢力量性训练后，肱二头肌Ⅰ、Ⅱ型肌纤维的面积分别由训练前4196±859μm2和6378±1552μm2增力到训练后的4617±1116μm2和7474±2017μm2，分别增加了10%和17.1%，产生了明显的Ⅱ型纤维选择性肥大；Jacobs等发现11名受试者在经过6周的速度性训练后，股外肌中快、慢肌纤维面积分别由训练前的5561±1635μm2和4705±965μm2增加到训练后的5900±1701μm2和5157±1075μm2，但由于快肌纤维的面积较大以及快肌含量相对较高（51.7%），故慢肌纤维的相对面积由训练前的53±17%减少到训练后的44±10%，而快肌纤维的相对面积则由47±17增加到56±10%；而在耐力训练方面，目前的研究结果有所不一，有人发现耐力训练可使慢肌纤维出现选择性肥大，有人发现对慢肌纤维面积无明显影响，也有人观察到慢肌纤维面积有减小的趋向，并认为慢肌纤维面积的缩小，毛细血管的增生，有利于缩短氧的弥散距离，便于氧运输到肌纤维的各个部分，是耐力训练适应的表现。
如表8－3所示，肌肉适能训练对肌纤维类型的影响还具有明显的练习特异性。
此外，划船运动员由于上肢运动较多，故臂部慢肌纤维相对面积高达74.5%，而腿部却有57.5%；游泳运动员由于臂腿并用，故其腿和臂部慢肌纤维相对面积分别为84.4%和73.7%。
对琥珀酸脱氢酶活性的研究亦得到相似的结果，即琥珀酸脱氢酶的活性在最活动的肌肉中最高。
无训练者腿部琥珀酸脱氢酶的活性较臂肌高25%，自行车运动员腿肌琥珀酸脱氢酶的活性明显大于臂肌，而划船运动臂肌的琥珀酸脱氢酶的活性明显高于腿肌。
表8-3不同训练形式对两类肌纤维生理与代谢性质的影响
肌肉因素
慢肌纤维
快肌纤维
训练形式
力量
耐力
力量
耐力
百分组成
大小
收缩性质
氧化能力
无氧能力
糖原含量
脂肪氧化
毛细血管密度
工作时血流
0或？
+
0
0
0或？
0
0
？
？
0或？
0或+
0
++
0
++
++
？
或+
？
0或？
++
0
0
0或？
0
0
？
？
0或？
0
0
+
0
++
+
？
或+
？
注：
0无变化；？
不明；+轻度增加；++大的增加
（四）肌肉代谢
耐力训练可明显地使肌纤维中的线粒体的数目和体积增大，容积密度增加，从而使线粒体蛋白增加，线粒体中琥珀酸脱氢酶、细胞色素C等酶的活性增加，肌纤维中的有氧氧化能力因而提高。
相反，力量训练使肌纤维的面积大大增加，而线粒体却未有相应增加，故线粒体的容积密度降低。
由于肌肉中的线粒体容积密度与肌肉的氧化能力相关，这就表明力量训练不仅不能增加肌肉的氧化能力，甚至可能由于整个肌肉氧化能力的下降而限制其耐力工作能力。
其次，实验亦表明，耐力训练不仅使慢肌纤维的琥珀酸脱氢酶的活性明显增加，亦使快肌纤维中该酶的活性明显增加，说明两类肌纤维均具有提高氧化潜力的适应性，因而快肌纤维百分比高的人，通过耐力训练，仍可获得极高的氧化能力。
第二节肌肉适能的检测与评
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