老年人的身體平衡能力與“外部干擾適應(yīng)理論”

渡部和彥，王 蕓

老年人的身體平衡能力與“外部干擾適應(yīng)理論”

渡部和彥1，王 蕓2

保持與提高老年人健康及運(yùn)動(dòng)能力是現(xiàn)代體育學(xué)中的重要研究課題。老年人的體力和運(yùn)動(dòng)能力隨著年齡的增加而降低，其中身體平衡能力的下降尤為顯著。與20歲時(shí)相比，70歲時(shí)的平衡能力下降率達(dá)到了70%～80%。著眼于提高身體平衡能力和步行機(jī)能的同時(shí)，避免老年人跌倒的運(yùn)動(dòng)指導(dǎo)原理，提出了“外部干擾-身體平衡適應(yīng)理論”。當(dāng)人體站立突然受到外部干擾時(shí)(如水平方向的位移)，拮抗肌群出現(xiàn)同時(shí)收縮(Co-contraction)現(xiàn)象，關(guān)節(jié)被一時(shí)性固定，使邁步動(dòng)作(Step-strategy)受到限制，從而產(chǎn)生了跌倒的危險(xiǎn)。在這種情況下，為了防止跌倒的發(fā)生，迅速地將肌肉收縮形式轉(zhuǎn)換為相反收縮(Reciprocal-contraction)是非常重要的。因此，為了提高身體平衡能力和避免跌倒，介紹了一種特殊的訓(xùn)練裝置——“人體移動(dòng)裝置”。作為“自我不穩(wěn)定干擾”的應(yīng)用，還涉及了多種步行運(yùn)動(dòng)和太極拳等訓(xùn)練方法及其效果。

老年人;平衡能力;外部干擾適應(yīng)理論

1 前言

老年人步行機(jī)能研究的重要性在于保障老年人的生活質(zhì)量，也就是說，與QOL(quality of life) 直接相關(guān)。步行運(yùn)動(dòng)作為人體的基本移動(dòng)手段，是日常生活中構(gòu)成“生活體力”的最重要的運(yùn)動(dòng)能力。由于步行運(yùn)動(dòng)本身具有維持和提高人體循環(huán)、呼吸系統(tǒng)機(jī)能的作用，因此，在世界各國，“Walking(步行運(yùn)動(dòng))”[11,15]正在不斷地普及。步行運(yùn)動(dòng)作為有氧運(yùn)動(dòng)，具有防止肥胖和糾正各種“生活習(xí)慣病”的運(yùn)動(dòng)效果。近年來，包括中青年人在內(nèi)，步行運(yùn)動(dòng)已被看作是一項(xiàng)可以促進(jìn)身體健康的 “運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目”。

對(duì)于步行運(yùn)動(dòng)，研究人員不僅探求其運(yùn)動(dòng)機(jī)制，也關(guān)注如何有效地提高步行機(jī)能，特別是對(duì)老年人步行運(yùn)動(dòng)的研究，預(yù)防跌倒是非常重要的研究課題。發(fā)生于步行運(yùn)動(dòng)中的跌倒現(xiàn)象，多數(shù)是由于外界環(huán)境引發(fā)的絆腳、滑腳所致。跌倒會(huì)給老年人帶來嚴(yán)重后果，即因跌倒所致的骨折、運(yùn)動(dòng)障礙造成老年人臥床不起的事例非常多。

現(xiàn)階段，對(duì)步行動(dòng)作的研究已從生物力學(xué)的攝影解析(運(yùn)動(dòng)學(xué)分析)、地面反作用力解析(動(dòng)力學(xué)分析)以及生理學(xué)的肌電圖(EMG)分析等研究中獲得了大量的詳細(xì)資料。本文以這些研究成果為基礎(chǔ)，闡述其在提高步行運(yùn)動(dòng)安全性的應(yīng)用。另外，本文也以老年人身體平衡能力和步行機(jī)能的研究為基礎(chǔ)，闡述防止步行運(yùn)動(dòng)中跌倒現(xiàn)象發(fā)生的有關(guān)指導(dǎo)·訓(xùn)練方法的原理。

2 老年人的體力·運(yùn)動(dòng)機(jī)能

隨著年齡的增加，老年人的各種生理機(jī)能、體力·運(yùn)動(dòng)機(jī)能降低。體力的下降傾向，表現(xiàn)在體力各個(gè)要素上也不盡相同。

圖1顯示，體力各要素隨年齡的增加而發(fā)生變化的情況[10]。圖中的橫軸表示時(shí)間，縱軸表示當(dāng)以20歲時(shí)的體力各個(gè)要素為標(biāo)準(zhǔn)值(100%)時(shí)不同年齡階段的體力要素的相對(duì)值?？梢钥吹?，肌肉力量(握力、下肢肌力)、靈敏性(往返側(cè)滑跳、全身反應(yīng)時(shí)間)、爆發(fā)力(原地縱跳)、耐力(最大耗氧量)、柔韌性(立位體前屈)、協(xié)調(diào)性(投球)、平衡能力(閉眼單腳站立)等體力要素都隨年齡的增加而降低。特別需要注意的是，握力的下降率最少，與20歲時(shí)的握力相比，70歲時(shí)的握力僅下降了20%～30%；而對(duì)于反映身體平衡能力的閉眼單腳站立，其下降率卻達(dá)到了70%～80%。

圖 1 體力各要素隨年齡的增加而發(fā)生變化示意圖

鑒于老年人的身體平衡機(jī)能的特征，為了確保安全，防止跌倒，步行運(yùn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)作速度適中和注意力集中是很重要的事項(xiàng)，維持和提高身體平衡機(jī)能也同樣很重要。

3 站立姿勢(shì)的定義：“動(dòng)的姿勢(shì)”、“靜的姿勢(shì)”及其評(píng)價(jià)

站立姿勢(shì)，是人體多種姿勢(shì)中最為基本的姿勢(shì)。豬飼道夫[21]認(rèn)為，好的姿勢(shì)應(yīng)在力學(xué)上達(dá)到平衡，與保持姿勢(shì)不相關(guān)的肌肉沒有緊張收縮，而且，好的姿勢(shì)還可以馬上轉(zhuǎn)化為下一個(gè)動(dòng)作。

在老年人的靜止站立姿勢(shì)中，常會(huì)出現(xiàn)脊柱胸部后彎或腰部前曲等老年人特有的姿勢(shì)特征。從力學(xué)角度看，好的站立姿勢(shì)具有不易疲勞的優(yōu)點(diǎn)和相應(yīng)的機(jī)能性。與成年人相比，老年人的靜止站立姿勢(shì)晃動(dòng)大[2]。對(duì)姿勢(shì)晃動(dòng)的測(cè)定一般采用測(cè)力板測(cè)量壓力中心點(diǎn)(center of pressure)的移動(dòng)量(如移動(dòng)面積，移動(dòng)距離)。老年人在靜止站立姿勢(shì)時(shí)身體動(dòng)搖大，表明其姿勢(shì)維持平衡機(jī)能低下。

本文從身體平衡控制的角度將站立姿勢(shì)分為靜姿勢(shì)、靜的姿勢(shì)、動(dòng)的姿勢(shì)、動(dòng)姿勢(shì)4類。人體在靜止站立姿勢(shì)時(shí)，由于“姿勢(shì)動(dòng)搖(postural sway)”身體會(huì)不停地晃動(dòng)，看上去是靜止?fàn)顟B(tài)的站立，其實(shí)并不是完全地靜止。本文將這種狀態(tài)定義為“靜的姿勢(shì)”，而完全的靜止姿勢(shì)被稱為“靜姿勢(shì)”。也就是說，像雕塑那樣，這樣的狀態(tài)在人體上不可能存在。

為了防止跌倒，人體可以采取幾種不同的姿勢(shì)維持策略。在身體背后突然被推時(shí)或站立支持面突然發(fā)生水平方向移動(dòng)時(shí)的姿勢(shì)維持策略，可以根據(jù)外界刺激的強(qiáng)弱而發(fā)生改變。具體地講，姿勢(shì)維持策略分為踝關(guān)節(jié)策略(ankle strategy)、膝關(guān)節(jié)策略(knee strategy)、髖關(guān)節(jié)策略(hip strategy)和邁步策略(step strategy)。在移動(dòng)刺激較弱的情況下，只依靠踝關(guān)節(jié)就可以調(diào)整身體平衡，這就是所謂的踝關(guān)節(jié)策略；在刺激較強(qiáng)時(shí)，依靠膝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)的調(diào)節(jié)可以保持姿勢(shì)平衡；對(duì)于更強(qiáng)的刺激，可以通過移動(dòng)腳的位置來擴(kuò)大站立支持面以防止跌倒。這樣靠足部位置的移動(dòng)，是擴(kuò)大站立支持面的特別對(duì)應(yīng)策略，本文將這一姿勢(shì)維持狀態(tài)定義為“動(dòng)姿勢(shì)”。與此相對(duì)，不移動(dòng)站立腳的位置，而只依靠軀干部或上、下肢的姿勢(shì)調(diào)整被定義為“動(dòng)的姿勢(shì)”。對(duì)于“動(dòng)姿勢(shì)”，邁出步的速度及邁步方向的準(zhǔn)確性是評(píng)價(jià)防止跌倒的重要指標(biāo)。

4 從生物力學(xué)的角度看跌倒的危險(xiǎn)性

跌倒現(xiàn)象與外部環(huán)境條件、體力·運(yùn)動(dòng)機(jī)能以及心理狀態(tài)等多種因素有關(guān)。不過，從生物力學(xué)的角度卻可以將跌倒現(xiàn)象簡單化。人體在重力的作用下維持站立姿勢(shì)主要有兩個(gè)因素，即身體重心位置及其“支持面”。支持面也就是人體站立時(shí)由足部所形成的站立面積。靜止站立姿勢(shì)下，由于生理上的“身體動(dòng)搖”，人體一直處于不穩(wěn)定的狀態(tài)。但是，只要身體重心位置處于足部的支持面內(nèi)，人體就不會(huì)跌倒。

站立支持面的大小是可以改變的，單腳站立時(shí)的支持面就要比雙腳站立時(shí)狹小。芭蕾舞演員之所以可以演繹出腳尖站立的優(yōu)雅舞姿，就是因?yàn)槠渖眢w重心位置投射到了僅有的站立支持面上以保持身體平衡而不會(huì)跌倒。

步行運(yùn)動(dòng)是“單腳支撐期”和“ 雙腳支撐期”相互交錯(cuò)的移動(dòng)運(yùn)動(dòng)。步行時(shí)，身體的重心位置和其支持面是相互變動(dòng)的。步行中，當(dāng)身體的重心位置在支持面的垂直線上移動(dòng)時(shí)稱為“支撐相中期”，其后，身體重心位置從腳的前部脫離，即支持腳從地面離開成為擺動(dòng)腳，脫離后的身體重心馬上轉(zhuǎn)移到對(duì)側(cè)腳的支持面上，以保證身體不發(fā)生跌倒而繼續(xù)步行運(yùn)動(dòng)。

像這樣步行運(yùn)動(dòng)一直是在不穩(wěn)定條件下進(jìn)行的，跌倒的危險(xiǎn)也總是存在的。當(dāng)由于某種原因造成對(duì)側(cè)腳的支持面的移動(dòng)受到限制時(shí)，就不能確保從支持面脫離的身體重心的穩(wěn)定，從而造成跌倒。

5 外部干擾時(shí)的應(yīng)對(duì)與中樞神經(jīng)支配

對(duì)站立姿勢(shì)下受到外部干擾時(shí)姿勢(shì)控制的研究，有助于了解跌倒的發(fā)生機(jī)制。豬飼道夫[21]攝影觀察了當(dāng)站立支持面突然向下方傾斜30°與向前方水平移動(dòng)3 cm時(shí)的姿勢(shì)調(diào)節(jié)變化。在此實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，渡部和彥等[21]研制開發(fā)了“人體移動(dòng)裝置”，提高了水平移動(dòng)的實(shí)驗(yàn)條件的精度。Woolacott等[9]利用同樣的裝置，進(jìn)行了系統(tǒng)詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)研究。上述研究通過施予受試者水平移動(dòng)的外部刺激來觀察人體的姿勢(shì)控制能力。外部干擾，是指對(duì)穩(wěn)定的姿勢(shì)有意圖地施予干擾條件，并以此達(dá)到在穩(wěn)定條件下觀察不到的人體姿勢(shì)控制能力。對(duì)于水平移動(dòng)、外部干擾條件的選擇，除了考慮到步行及其他體育運(yùn)動(dòng)(如滑雪項(xiàng)目)中常見的跌倒問題，在水平移動(dòng)干擾條件下的研究還能更好地了解到人體基本的姿勢(shì)控制機(jī)能。

圖2是日本最早記錄下的當(dāng)站立時(shí)受到水平方向外部干擾(向前移動(dòng))刺激時(shí)的肌電及關(guān)節(jié)角度的變化[13]。圖2中的記錄方向?yàn)閺淖蟮接?，時(shí)間單位為ms。圖2(a)表示的是足關(guān)節(jié)角度(上線)和脛骨前肌的肌電變化(下線)，圖2(b)表示的是脛骨前肌的肌電和膝關(guān)節(jié)角度變化。外部干擾的水平移動(dòng)速度為50 cm/s， 移動(dòng)距離為10 cm。與移動(dòng)臺(tái)的水平位移發(fā)生的幾乎同一時(shí)間，表示足關(guān)節(jié)角度的曲線向下推移，提示了足關(guān)節(jié)的伸展動(dòng)作，其后，當(dāng)移動(dòng)臺(tái)停止的同時(shí)足關(guān)節(jié)屈曲。圖2(b)中，在移動(dòng)臺(tái)的位移稍后，膝關(guān)節(jié)有延遲的伸展動(dòng)作，而后隨移動(dòng)臺(tái)位移的停止出現(xiàn)突然的屈曲動(dòng)作。移動(dòng)臺(tái)開始位移后，脛骨前肌的放電潛伏期約為60 ms。這一潛伏時(shí)間表明脛骨前肌的放電為反射性放電(通常隨意反應(yīng)的潛伏期為100 ms以上)。

當(dāng)站立姿勢(shì)受到突然向前方移動(dòng)的刺激時(shí)，身體重心位置移向后方，同時(shí)，足關(guān)節(jié)發(fā)生伸展動(dòng)作，作為補(bǔ)償性姿勢(shì)調(diào)節(jié)機(jī)能的“牽張反射(stretch reflex)”發(fā)生作用。水平移動(dòng)的外部干擾對(duì)身體各部位肌肉活動(dòng)影響的研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)臺(tái)的水平移動(dòng)發(fā)生時(shí)，按照踝關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié)和頸部關(guān)節(jié)的順序，越是位于身體上方的關(guān)節(jié)角度，其角度變化的發(fā)生開始時(shí)間就越遲。

圖 2 水平方向外部干擾(向前移動(dòng))刺激時(shí)的肌電及關(guān)節(jié)角度的變化示意圖

圖3記錄了脛骨前肌、腓腸肌、股直肌、股二頭肌、腹直肌、豎脊肌、胸鎖乳突肌、頭板狀肌及肱二頭肌等肌肉的肌電活動(dòng)。肌電活動(dòng)的潛伏時(shí)間均為70～90 ms，與關(guān)節(jié)角度的變化不同，這些肌肉幾乎是同時(shí)興奮。也就是說，受到移動(dòng)臺(tái)的水平位移的刺激，在足關(guān)節(jié)伸展的同時(shí)，脛骨前肌發(fā)生牽張反射。這些作為源發(fā)刺激，誘發(fā)了脊髓各個(gè)分節(jié)的興奮。這里需要特別注意的，是拮抗肌群的同時(shí)興奮的出現(xiàn)。Melvill Jones等[3]在垂直下落的實(shí)驗(yàn)中也觀察到了拮抗肌群的同時(shí)興奮，認(rèn)為這是在遇到突然的姿勢(shì)干擾時(shí)的補(bǔ)償性控制調(diào)節(jié)作用。

圖 3 肌電活動(dòng)的潛伏時(shí)間與關(guān)節(jié)角度發(fā)生變化的時(shí)間示意圖

最近，在康復(fù)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，外部干擾刺激條件下發(fā)生的拮抗肌群同時(shí)收縮現(xiàn)象受到了關(guān)注。由于肌肉群同時(shí)收縮造成關(guān)節(jié)被固定，致使對(duì)外部干擾的姿勢(shì)應(yīng)對(duì)策略——“動(dòng)姿勢(shì)”不能得到發(fā)揮，從而引發(fā)跌倒的可能。

5.1 外部干擾-身體平衡適應(yīng)理論

提高身體平衡機(jī)能的訓(xùn)練方法，是“外部干擾-身體平衡適應(yīng)理論”的一個(gè)應(yīng)用。這一訓(xùn)練方法也是為了防止跌倒的運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練方法。從事運(yùn)動(dòng)時(shí)，身體的平衡機(jī)能很重要。身體的平衡器官是從各種感覺器官獲得信息，經(jīng)大腦統(tǒng)合作用通過調(diào)整運(yùn)動(dòng)輸出而發(fā)揮作用。對(duì)身體平衡機(jī)能的訓(xùn)練，要基于一定的原理制定有效的訓(xùn)練計(jì)劃。

為了提高身體的平衡機(jī)能，可以通過在不穩(wěn)定條件下的適應(yīng)性學(xué)習(xí)來完成。在其適應(yīng)過程中，需要有反射性控制、反應(yīng)性控制、預(yù)測(cè)性控制3個(gè)適應(yīng)過程(外部干擾-身體平衡適應(yīng)理論；渡部和彥，2013)。

圖 4 水平方向移動(dòng)刺激時(shí)脛骨前肌的肌電活動(dòng)和下肢關(guān)節(jié)角度的變化示意圖

不穩(wěn)定條件可以通過故意破壞身體平衡而獲得。一般將由外部因素造成的不穩(wěn)定條件稱為“外部干擾”。外部干擾有訓(xùn)練中有意圖性實(shí)施的情況，也有無意圖產(chǎn)生的外部干擾。本文主要介紹站立姿勢(shì)時(shí)和步行運(yùn)動(dòng)中的外部干擾。在其他的體育運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目中，如在滑雪、體操的平衡木及柔道等項(xiàng)目中，也有同樣意義上的外部干擾。

站立時(shí)的姿勢(shì)平衡。由外部干擾引起的姿勢(shì)平衡的破壞(跌倒)，可以通過適當(dāng)?shù)膽?yīng)對(duì)而避免發(fā)生。當(dāng)外部干擾的刺激強(qiáng)度弱時(shí)，可以通過足關(guān)節(jié)策略(ankle strategy)避免跌倒。當(dāng)刺激的強(qiáng)度大到足以使人體發(fā)生跌倒時(shí)，就需要采用其他的姿勢(shì)策略。圖4為應(yīng)對(duì)水平方向移動(dòng)刺激時(shí)的髖關(guān)節(jié)策略(Hip strategy)，受試者為6歲的女孩，肌電圖記錄的是脛骨前肌的肌電活動(dòng)，通過關(guān)節(jié)角度計(jì)記錄下了足關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)及髖關(guān)節(jié)的變化。圖5為同一受試者在相同實(shí)驗(yàn)條件下接受數(shù)次水平方向移動(dòng)刺激后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果?？梢园l(fā)現(xiàn)，隨著刺激次數(shù)的增加，肌肉放電量和關(guān)節(jié)角度變化量減小，表明了人體對(duì)移動(dòng)刺激的適應(yīng)過程。

圖 5 數(shù)次水平方向移動(dòng)刺激后脛骨前肌的肌電活動(dòng)和下肢關(guān)節(jié)角度的適應(yīng)性變化示意圖

圖6為成年受試者的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。受試者站在可以移動(dòng)的支持面上，在不被告知移動(dòng)方向(向前或向后)的實(shí)驗(yàn)情況下，關(guān)節(jié)角度的變化量增大。這里需要注意的，是實(shí)驗(yàn)蜂鳴器的聲音造成關(guān)節(jié)角度變化量減小的現(xiàn)象。這說明，在重復(fù)接受外部干擾刺激時(shí)，由蜂鳴器聲音引起的“預(yù)測(cè)性控制”顯著地改善了身體的平衡機(jī)能。

圖 6 在不被告知移動(dòng)方向的實(shí)驗(yàn)條件下蜂鳴器的聲音使關(guān)節(jié)角度的變化量減小示意圖

綜上，雖然包括牽張反射在內(nèi)，反射是不受大腦皮質(zhì)控制的不隨意運(yùn)動(dòng)，但卻對(duì)重復(fù)外部刺激具有適應(yīng)性學(xué)習(xí)效果。此外，這一實(shí)驗(yàn)也證明了適當(dāng)?shù)男盘?hào)刺激對(duì)學(xué)習(xí)效果的有效性。

在實(shí)驗(yàn)室中，可以提供各種不同的外部干擾條件。對(duì)于特定的體育運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目，應(yīng)有針對(duì)性地設(shè)置外部干擾條件進(jìn)行訓(xùn)練，其中，將受試者本人自身造成的外部干擾條件定義為“自我不穩(wěn)定干擾”。步行運(yùn)動(dòng)就是一種具有“自我不穩(wěn)定干擾”性質(zhì)的運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目。根據(jù)參加者個(gè)人的身體機(jī)能狀況，體育運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目的特點(diǎn)，可以設(shè)定“自我不穩(wěn)定干擾”的訓(xùn)練內(nèi)容及干擾條件。

5.2 外部干擾時(shí)的姿勢(shì)控制與中樞神經(jīng)系統(tǒng)的支配

Nashner等[4,5]對(duì)保持直立站立姿勢(shì)的受試者在遇到外部干擾時(shí)的身體反應(yīng)樣式和適應(yīng)過程進(jìn)行了研究。他們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)對(duì)受試者加以水平方向的干擾刺激時(shí)，其姿勢(shì)肌肌群的肌電活動(dòng)有減少的傾向，因而，認(rèn)為這一現(xiàn)象與中樞神經(jīng)系統(tǒng)對(duì)感覺末梢傳入信息的感度調(diào)節(jié)有關(guān)。王蕓等[7]的研究表明，在外部干擾條件下維持身體的姿勢(shì)平衡，預(yù)測(cè)性姿勢(shì)控制起著重要的作用。他們比較了在平穩(wěn)和不穩(wěn)定兩種支持面上站立時(shí)受試者伸直雙臂用力推動(dòng)身體前方重物時(shí)的足底壓力中心及12塊姿勢(shì)肌的肌電變化(圖7)。研究發(fā)現(xiàn)，受試者的姿勢(shì)肌肌群在這兩種實(shí)驗(yàn)條件下都存在肌群間的協(xié)調(diào)收縮。淺賀忠義等[1]以成年人為實(shí)驗(yàn)受試者觀察了在外部干擾條件下的訓(xùn)練效果，實(shí)驗(yàn)要求受試者站在不穩(wěn)定支持面上，在體前迅速放開重物，隨著放開重物，參與固定下肢關(guān)節(jié)的肌肉群出現(xiàn)了一時(shí)性拮抗肌群的同時(shí)收縮現(xiàn)象。這一同時(shí)收縮現(xiàn)象雖然是一時(shí)性的，但是從關(guān)節(jié)被固定的角度來看，使人體對(duì)外部干擾的應(yīng)對(duì)能力降低。對(duì)于外部干擾的適當(dāng)應(yīng)對(duì)，需要拮抗肌群間的相反收縮。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，通過5天的連續(xù)訓(xùn)練，肌肉群間的收縮方式發(fā)生了從同時(shí)收縮方式到相反收縮方式的轉(zhuǎn)變。這一結(jié)果說明了因肌肉群間的同時(shí)收縮而被固定的關(guān)節(jié)可以通過有效的訓(xùn)練得以改善。

圖 7 受試者站立在不穩(wěn)定支持面上伸直雙臂用力推動(dòng)身體前方重物示意圖

對(duì)于老年人的“動(dòng)姿勢(shì)”，王蕓等[8]研究了從靜止站立姿勢(shì)開始向前方邁出一步時(shí)的肌肉收縮特征。受試者為8名健康成年人和8名健康老年人，肌電圖記錄了下肢及軀干部等10處姿勢(shì)肌的肌電活動(dòng)；實(shí)驗(yàn)中有4個(gè)條件：1)連續(xù)前后方向身體擺動(dòng)動(dòng)作；2)受試者自定速度向前方邁出一步；3)受試者以自身盡可能快的速度向前方邁出一步；4)在光反應(yīng)時(shí)條件下，向前方邁出一步。與成年人相比，老年人主要有以下特征：在隨意身體前后擺動(dòng)時(shí)，老年人的肌放電量更多，肌肉出現(xiàn)同時(shí)收縮(Co-contraction)的頻度更高；在向前方邁出一步時(shí)，雖然老年人的肌肉群中也觀察到了協(xié)調(diào)作用，但是反映預(yù)測(cè)性姿勢(shì)控制能力的協(xié)調(diào)系數(shù)較低，在邁步腳離地前，老年人的協(xié)調(diào)系數(shù)發(fā)生降低的時(shí)間遲于年輕人100 ms，說明老年人的姿勢(shì)調(diào)整控制能力低。

以上的研究結(jié)果表明，在外部干擾下盡可能快地將肌肉從同時(shí)收縮中解放出來是防止跌倒的關(guān)鍵。

6 防止跌倒的訓(xùn)練方法

如前所述，造成跌倒的原因很復(fù)雜。老年人不僅肌肉力量和全身持久力下降，身體的平衡能力下降得尤其顯著。因此，防止老年人跌倒的訓(xùn)練目的在于提高其身體平衡機(jī)能。

6.1 器械訓(xùn)練方法

在利用器械進(jìn)行訓(xùn)練時(shí)，不僅需要考慮到參加者的體力與運(yùn)動(dòng)能力，還要考慮到訓(xùn)練的安全性。應(yīng)該明確訓(xùn)練目的，制定相應(yīng)的訓(xùn)練內(nèi)容。訓(xùn)練內(nèi)容的制定建議以“外部干擾-身體平衡適應(yīng)理論”為基本原理。例如，利用“人體移動(dòng)裝置”可以對(duì)參加者進(jìn)行水平方向上的身體平衡機(jī)能訓(xùn)練：通過改變移動(dòng)臺(tái)的移動(dòng)距離和速度來調(diào)整外部干擾的強(qiáng)度；通過向參加者提示移動(dòng)臺(tái)的移動(dòng)方向和發(fā)生移動(dòng)的時(shí)間，進(jìn)行預(yù)測(cè)性姿勢(shì)控制的訓(xùn)練。這樣的訓(xùn)練對(duì)于動(dòng)姿勢(shì)的提高是非常有效的。老年人、年輕人及運(yùn)動(dòng)員，均可以根據(jù)各自的訓(xùn)練目的而改變外部干擾的內(nèi)容。

作為簡單的站立平衡訓(xùn)練器，利用蹺蹺板作用原理的平衡板也可進(jìn)行相應(yīng)的訓(xùn)練。作為動(dòng)姿勢(shì)的訓(xùn)練器械，專業(yè)運(yùn)動(dòng)員也經(jīng)常使用。今后，希望能夠開發(fā)出更多的性能好的訓(xùn)練器械。

6.2 不使用器械的訓(xùn)練方法

“單腳站立”是值得向老年人推薦的最簡單的訓(xùn)練方法。單腳站立也是評(píng)價(jià)身體平衡機(jī)能的測(cè)試項(xiàng)目之一。具體的單腳站立訓(xùn)練方法是用手扶著固定支持物保持身體姿勢(shì)平衡，抬起一只腳，然后，將手離開支持物10 s或30 s。當(dāng)習(xí)慣了這一動(dòng)作后，可以進(jìn)行閉眼單腳站立的訓(xùn)練。對(duì)于老年人，閉眼單腳站立是很困難的，不過，可以將非支撐腳輕輕地靠著地面來保持身體平衡。在進(jìn)行這一訓(xùn)練時(shí)，必須有輔助人員參與訓(xùn)練以保證安全。

步行運(yùn)動(dòng)不僅是提高身體平衡能力的重要方法，而且，也可以增強(qiáng)人體的步行能力。對(duì)9名老年婦女(73～95歲)的研究發(fā)現(xiàn)，通過“最大速度走”、“邁大步走”及“大幅度擺臂走”等步行訓(xùn)練，受試者的步行能力得到了改善[19]。渡部和彥和宮川健[14]對(duì)跨越不同高度障礙物時(shí)老年人和成年人的動(dòng)作進(jìn)行了分析比較，發(fā)現(xiàn)老年人軀干部的前后晃動(dòng)顯著大于成年人。引起老年人絆腳的主要原因——足關(guān)節(jié)背曲角度減少現(xiàn)象，也在跨越障礙物時(shí)明顯增加。以上這兩點(diǎn)值得在步行運(yùn)動(dòng)指導(dǎo)時(shí)予以特別注意。

金昌龍[18]對(duì)太極拳訓(xùn)練年數(shù)與身體平衡機(jī)能的關(guān)系進(jìn)行了研究。接受測(cè)試者的年齡在40～70歲之間，其中，初學(xué)對(duì)照組59名、訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)組53名。初學(xué)對(duì)照組參加太極拳練習(xí)不滿3年，不能完成24式太極拳；訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)組則具有練習(xí)太極拳3年以上的經(jīng)驗(yàn)。動(dòng)態(tài)姿勢(shì)平衡測(cè)試儀(EquiTest)的評(píng)價(jià)結(jié)果表明，兩組在安靜站立時(shí)沒有差異，而在外部干擾的實(shí)驗(yàn)條件下，即移動(dòng)臺(tái)水平移動(dòng)和上下傾斜時(shí)，訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)組的身體平衡能力顯著高于對(duì)照組；在動(dòng)作反應(yīng)時(shí)上，訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)組也優(yōu)于對(duì)照組。這一結(jié)果說明，24式太極拳中30%的單腳站立支撐動(dòng)作及相對(duì)緩慢的拳式可以提高身體的平衡能力。渡部和彥[15]認(rèn)為，參與調(diào)節(jié)肌紡錘體感度的γ神經(jīng)支配與太極拳對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的作用有著重要的關(guān)系。α-γ神經(jīng)通路與身體姿勢(shì)調(diào)節(jié)有緊密的關(guān)系，像太極拳這樣緩慢的動(dòng)作有助于這一神經(jīng)通路的形成。

老年人身體平衡能力隨年齡增長而降低，這種自然規(guī)律在“外部干擾-身體平衡適應(yīng)理論”指導(dǎo)的各種運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練方法下，可以延緩和提高身體平衡機(jī)能，保障老年人的生活質(zhì)量。

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TheCharacteristicofUprightBalanceinElderlyandMethodologyoftheCoaching:Backgroundof“Disturbanceandadaptationtheory”

WATANABE Kazuhiko1,WANG Yun2

The research for improving the health and motor control in elderly people is one of the mostly encouraged matters in the society today.Balance control abilities in the elderly decrease very quickly to 20%～30% at about the 70 years of age,compared with the 20s among all of the items in physical fitness test.“Disturbance-Balance Adaptation Theory”was introduced for improving balance control,walking performance and also protecting from falling.In a case of sudden and unexpected ‘disturbance (cf.:horizontal shift)’ is given to the upright standing,the joints will be fixed tentatively by the ‘Co-contraction’ of the antagonists.The risk of falls will increase due to hardly use ‘step strategy’.Changing postural control manner to the ‘Reciprocal-contraction’ quickly is need for protecting from falling.Based on our studies,a special device named as ‘human shift board apparatus’ was introduced for balance training and also for protection from falling.Training effects of balance control by walking program and Taichi were introduced as examples of “self-disturbance”.

elderly;balancecontrol;Disturbance-BalanceAdaptationTheory

1000-677X(2014)02-0054-06

2013-12-18；

：2014-01-13

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(31371207)。

渡部和彥(1944-)，男，日本北海道人，教授，博士，博士研究生導(dǎo)師，主要研究方向?yàn)檫\(yùn)動(dòng)生物力學(xué)，E-mail:kazuwp@hiroshima-u.ac.jp；王蕓(1970-)，女，天津人，研究員，博士，碩士研究生導(dǎo)師，主要研究方向?yàn)檫\(yùn)動(dòng)控制的神經(jīng)生理學(xué)機(jī)理，E-mail:yunwang70@hotmail.com。

1.體育健康科學(xué)研究所，東廣島 日本739-0045；2.天津體育學(xué)院 運(yùn)動(dòng)生理與運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300381 1.Institute of Sports and Health Science,Higashi-Hiroshima 739-0045,Japan；2.Tianjin Key Lab of Exercise Physiology and Sports Medicine,Tianjin University of Sport,Tianjin 300381,China.

G804.64

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