姿勢控制理論與老年人跌倒研究進展

張慶來

摘 要：“老年跌倒綜合征”已成為嚴重妨害老年人健康的公共衛(wèi)生問題，對現(xiàn)存的醫(yī)療保障體系提出了嚴峻的挑戰(zhàn)，老年人跌倒風險及傷害已成為制約老年人健康生命質(zhì)量提升的一個主要障礙，老年人跌倒防控將成為老齡化社會中亟待解決的問題。對姿勢控制的相關理論進行梳理，從姿勢控制能力相關的運動、感覺及認知3個身體功能系統(tǒng)對老年人跌倒的影響進行剖析與綜述，旨在為老年人跌倒預防及功能鍛煉提供理論支持和科學有益的技術指導，從而降低老年人運動風險的發(fā)生率，不斷提升老齡化社會中老年人的生命質(zhì)量，進而推動國家全民健康水平。

關鍵詞：老年人；姿勢控制；跌倒

中圖分類號：G 804.6 學科代碼：040302 文獻標識碼：A

Abstract：The elderly falling syndrome has become a serious public health problem which seriously hinders the health of the elderly， which poses a severe challenge to the existing health care system. The risk and injury of falling in the elderly has become a major obstacle to the improvement of their healthy life quality. The prevention and control for elderly falling will become an urgent problem in the aging society. This paper， using the methods of literature， logic analysis and other methods to sort out the theory of posture control， analyzes and reviews the impact of the elderly falling from three body function systems of movement， feeling and cognition related to the posture control ability. The main purpose is to provide theoretical support and scientific and useful technical guidance for the prevention and functional training of the elderly， so as to reduce the risk of exercise in the elderly and improve the healthy life quality of the elderly in the aged society， and thus promote the national health level.

Keywords：the elderly； postural control；falling

2016年出臺的《“健康中國2030”規(guī)劃綱要》[1]，特別提出促進健康老齡化，加強老年常見病、慢性病的健康指導和綜合干預，推動形成體醫(yī)結(jié)合的疾病管理與健康服務模式，開展運動風險評估。在人進入老年期時，人的力量、速度、靈敏等身體素質(zhì)將下降，平衡能力降低，感知覺功能退化，導致身體的姿勢控制能力減弱，極易發(fā)生跌倒，而且往往后果非常嚴重[2-4]?！袄夏甑咕C合征”已成為老齡化社會中的普遍現(xiàn)象，老年人跌倒已成為嚴重的公共衛(wèi)生問題，因此，老年人跌倒風險評估研究已成為當前人口老齡問題普遍關注的熱點。

1 姿勢控制理論

1.1 姿勢控制概念

姿勢控制是指控制身體在空間的位置以達到穩(wěn)定性和方向性的目的[5]290。姿勢控制包括了姿勢穩(wěn)定性和姿勢方向性2個主要神經(jīng)肌肉控制過程。即控制質(zhì)心（COM）與支撐面（BOS）關系的能力和保持身體環(huán)節(jié)間、身體與動作任務間適當關系的能力[6]。姿勢的方向性則是利用前庭、本體和視覺等多種感覺參照系統(tǒng)調(diào)控身體環(huán)節(jié)與任務目標的關系。Kuypers[7]認為姿勢控制是基于動作支持的身體控制，例如人體站立采摘是以足為支撐基礎的保證手部動作的行為；也有人認為姿勢是人體對抗外力或者其他環(huán)節(jié)施力來控制某些環(huán)節(jié)的運動方向。Horak等[8]將姿勢控制定義為控制身體保持平衡，并保持特定的身體方位，也表示身體的空間位置達到穩(wěn)定性和方向性的目的。Movement等[9]對此解釋得更加詳細，認為姿勢控制是人體保持身體平衡或?qū)ν饨绺蓴_的骨骼肌肉反應，是人體感覺和運動系統(tǒng)與外界環(huán)境之間復雜的相互作用過程，是對一定環(huán)境中機體方位改變的反應控制和保持身體重心在一定支持面之內(nèi)的活動。

1.2 姿勢控制參與系統(tǒng)

姿勢控制系統(tǒng)是多種身體功能系統(tǒng)相互作用的表現(xiàn)。它體現(xiàn)了肌肉骨骼和神經(jīng)系統(tǒng)之間復雜的內(nèi)在聯(lián)系，姿勢控制系統(tǒng)的主要功能是調(diào)控肢體各環(huán)節(jié)的力學關系以達到控制身體在空間位置的穩(wěn)定性和方向性的目的。按照參與系統(tǒng)的功能，姿勢控制系統(tǒng)可包括運動功能、感覺功能和認知功能3個方面[5]290，如圖1所示。

1）運動功能系統(tǒng)。主要由神經(jīng)肌肉控制系統(tǒng)的高級神經(jīng)中樞、脊髓神經(jīng)中樞及肌肉運動系統(tǒng)3部分組成。具體包括人體的骨骼、關節(jié)、肌肉、韌帶等運動器系及傳遞神經(jīng)沖動和指令信號的運動皮層、脊髓、小腦、基底節(jié)等神經(jīng)遞質(zhì)。神經(jīng)沖動的傳遞速度、指令信號的傳遞效率及肌肉的響應能力對姿勢控制有較大影響。在20世紀有3個運動控制的經(jīng)典理論：反射理論、層次理論和動力系統(tǒng)理論[10]。

2）感覺功能系統(tǒng)。主要由視覺、聽覺、觸覺、前庭覺和本體感覺等系統(tǒng)組成，機體內(nèi)、外環(huán)境的各種刺激作用于相應的感受器，感受器是分布于體表或組織內(nèi)部專門感受機體內(nèi)、外環(huán)境變化的結(jié)構或裝置。感受器把來自軀干、四肢和一些內(nèi)臟器官的各種感受器的不同形式的刺激轉(zhuǎn)化為動作電位，經(jīng)初級傳入纖維由后根進入脊髓后，沿特定的上行傳導途徑到達丘腦，然后再到達大腦皮層，整合后經(jīng)傳出神經(jīng)將調(diào)控信息反饋給效應器——骨骼肌，通過相應環(huán)節(jié)的肌肉收縮與舒張實現(xiàn)對預定姿勢的控制[11]。

3）認知功能系統(tǒng)。認知廣義的定義為處理、分類、記憶和加工信息的能力[5]291。姿勢控制是大腦全面信息處理系統(tǒng)的一部分，與認知過程（尤其是空間記憶）相互影響[12]。大腦在姿勢擾動發(fā)生前執(zhí)行空間記憶任務，任務中的空間注意力和運動的空間位置是通過額葉前部皮質(zhì)空間編碼（眼部運動）形成的，其基本特征是頂葉和前額葉外側(cè)的協(xié)同作用[13]。老年人注意力和記憶力會隨著年齡增長而下降[14-16]。認知負荷理論認為認知任務和姿勢任務同時執(zhí)行時，需要更多的認知資源，若超出認知總負荷，姿勢穩(wěn)定性就會下降[17]?？缃绺偁幠Ｐ驮谡J知負荷理論的基礎上進一步解釋了注意力對雙重任務分配的影響。注意力是有限的，在執(zhí)行雙重任務時姿勢任務和認知活動競爭注意力資源，使姿勢的穩(wěn)定性改變和（或）認知活動的表現(xiàn)退化[18]。執(zhí)行姿勢控制任務時認知能力會下降，并且難度越高的姿勢控制動作，認知參與成分越大[19]。老年人由于肌力流失和感覺功能衰退，同時指向2種或2種以上的注意分配能力下降，動作控制時需要額外的認知資源彌補注意需求的增加，老年人需要依賴前額葉皮質(zhì)的認知輔助，但隨著年齡的增長前額葉皮質(zhì)最先開始衰老[20]，這將會影響老年人姿勢控制中的注意力分配，隨著年齡的增長老年人的認知功能減退，動作姿勢控制能力會受到較大影響。

1.3 姿勢控制策略

高級神經(jīng)中樞對姿勢的控制包括預期姿勢調(diào)整（APAs）和補償性姿勢調(diào)整（CPAs）2種模式[21]。APAs是一種前饋控制模式，指在干擾可預期的前提下，中樞神經(jīng)系統(tǒng)提前預測了可能產(chǎn)生的身體移動而對效應器提前發(fā)出指令，使姿勢肌肉先于原發(fā)動肌50～100 ms開始活動，以減小干擾的負面影響[9]。CPAs屬于反饋調(diào)節(jié)模式，即在干擾開始后，原發(fā)動肌和姿勢肌依據(jù)外界干擾引起的感覺反饋（視覺、前庭覺、本體感覺）產(chǎn)生的姿勢控制[22-23]。

姿勢策略是平衡擾動引起的肌肉激活、關節(jié)扭矩、關節(jié)旋轉(zhuǎn)或肢體運動的特定模式[8]。這些機體反應用于防止身體重心下降，并且重新建立姿勢平衡的狀態(tài)。姿勢策略選擇和調(diào)制取決于：1）外界擾動的特征（包括時間、方向、幅度及可預測性）；2）個體的中心集（干擾、覺醒、注意、期望、先前經(jīng)驗）；3）活動的持續(xù)性（認知或運動）；4）環(huán)境約束（支撐反作用力和肢體環(huán)節(jié)內(nèi)力）[24]。人體站立狀態(tài)可以被模擬為多連桿倒立鐘擺的力學模型，其中每個連桿對應身體特定部位（例如腳、大腿、軀干）[25]。靜態(tài)姿勢平衡需要控制質(zhì)心（COM）位于支撐面（BOS）范圍之上。COM是一個點，可以在全局坐標系內(nèi)集中等效全部身體質(zhì)量。正常站立時，人體的質(zhì)心通常位于第二骶椎附近。然而，由于重力的存在，連桿本身是不穩(wěn)定的，與模型相比，人體運動中與環(huán)境發(fā)生相互作用時，還會產(chǎn)生額外的不穩(wěn)定力矩[26]。BOS通常由腳的支撐位置限定，但是當手觸及或抓握用于支撐的物體時，BOS也可包括手臂的限定。在沒有手臂支撐的情況下，靜態(tài)平衡需要將COM定位在腳上，并且，支撐該足部區(qū)域的周邊可以被認為與BOS相關聯(lián)的靜態(tài)穩(wěn)定性的極限邊界相對應。動態(tài)平衡考慮了運動控制與COM移動相關的動量附加要求[27]。如果COM以足夠的水平速度移動，則即使當COM位于BOS范圍內(nèi)，身體也可能處于動態(tài)不穩(wěn)定狀態(tài)。然而，即使COM位于BOS的靜態(tài)穩(wěn)定性極限范圍之外，假如COM以足夠的速度朝向BOS的極限邊界移動，使得它最終可以重新定位在BOS范圍內(nèi)，也可以保持身體的動態(tài)穩(wěn)定。

姿勢控制策略可以通過其功能目標來定義，并且基于身體運動學（環(huán)節(jié)運動學特征）或身體動力學（環(huán)節(jié)受力特征）來描述[26]。有2種姿勢控制策略可用于解釋在站立時受到擾動后如何恢復平衡：一是固定支撐策略。即在足部支撐面上的控制質(zhì)心（COM）返回策略；二是改變支撐策略。即通過改變支撐面來調(diào)整控制質(zhì)心（COM）位置的邁步或抓握策略。具體可歸結(jié)為踝策略、髖策略、邁步和觸及抓握策略4種情況[5]318。

在固定支撐策略中，主要包括踝策略和髖策略。由于姿勢擾動引起COM的晃動，支撐腳所在的大小腿、軀干及上肢環(huán)節(jié)將以支撐腳為支點產(chǎn)生一個肌肉扭轉(zhuǎn)力矩，支撐腳與地面接觸會產(chǎn)生一個反向的剪切力（H），致使COM減速或停止繼續(xù)水平運動，但此時由于剪切力的力臂（D）非常小，所以產(chǎn)生對抗COM繼續(xù)運動的剪切力矩非常有限[26]。但控制踝關節(jié)的趾長屈肌、伸肌、腓腸肌、小腿三頭肌等肌群的激活潛伏期較短，約為80～140 ms，基本上是抵抗姿勢擾動的第一道防線[24]；因此，踝策略是站立在固定支撐面上身體重心有微小晃動時，維持身體平衡的主要姿勢調(diào)節(jié)方式[28]。但從生物力學的角度，人體站立時會有冗余的自由度，這意味著在各個關節(jié)處可能有許多不同的肌肉力矩組合，其可用于在對給定姿勢擾動做出響應時重新建立姿勢平衡。人體會通過神經(jīng)中樞系統(tǒng)調(diào)控各關節(jié)的力矩加權組合來處理這種冗余。在髖關節(jié)策略中，主要的穩(wěn)定動作由髖關節(jié)主動相關肌群產(chǎn)生髖力矩。與踝策略相比，髖策略的特征在于大腿和軀干前后對側(cè)肌肉的激活，即響應于向后下降運動的背部肌肉和向前下降運動的腹部肌肉。踝部肌肉有相對較少的肌群激活，但當姿勢的擾動足夠大時，導致踝部產(chǎn)生的肌力矩已不能與COM的移動相抗衡，單獨使用踝策略已不能維持平衡，此時必須由髖策略產(chǎn)生更大剪切力作為穩(wěn)定力矩，使COM速度下降。踝部策略在較小的擾動水平上占主導，而髖策略的參與程度隨著對COM控制難度的增大而增加[29]。這些“混合策略”反應最初被認為是踝關節(jié)和髖關節(jié)策略的加權組合。而在日常身體活動中觀察到的“純”髖關節(jié)策略很少（除非實驗中為了體現(xiàn)髖策略的作用，故意采取縮短在支撐面的站立時間以限制踝策略）[24] 。這表明在一個連續(xù)的姿勢反應中，踝策略和髖策略不是獨立運行的，而是產(chǎn)生一定的髖關節(jié)力矩添加到踝策略中作為混合策略完成姿勢控制過程。

在改變支撐策略中，通常是當身體姿勢擾動超過了踝和髖策略對COM的控制，為了不失去平衡，往往會采取被迫的補償性姿勢調(diào)整（CPAs）來改變支撐面，主要包括邁步策略和觸及抓握策略[24]。支撐面的穩(wěn)定極限也不是一個固定的邊界，而是根據(jù)任務、個體的力量、ROM、COM等特點及環(huán)境的改變等方面而發(fā)生變化[30]，任何對穩(wěn)定的理解必須包括當時COM的位置和速度這2個變量之間的相互作用，這也是決定個體是需要在支撐面內(nèi)保持平衡，還是通過邁步來重獲穩(wěn)定性的關鍵。COM變化的軌跡線表明，當COM的位置變化沒有超出支撐面的穩(wěn)定界限且COM的速度又足夠低的情況下完全可以通過踝和髖策略在固定支撐面下保持平衡；如果擾動致使COM的分布和速度很大且超出了穩(wěn)定界限，必須采取邁步或觸及抓握重獲穩(wěn)定。但也有COM的分布處于BOS內(nèi)，但由于擾動致使COM運動速度太大，仍然需要邁步調(diào)節(jié)穩(wěn)定性[30]。在改變支撐反應中，BOS會隨著快速邁步或肢體觸及抓握支撐運動而發(fā)生變化。支撐面（BOS）的增加會導致：1）在不失去平衡的情況下，允許擾動所產(chǎn)生的COM活動范圍加大；2）對COM減速的作用時間加長（由腳和手所產(chǎn)生的“環(huán)境反應”力所致）；3）使COM減速的“環(huán)境反應”力會更大（主要是增大了新觸及點相對重心的力臂D），從而產(chǎn)生更大的抵抗力矩。相對于固定支撐面的姿勢控制，改變支撐面的邁步或觸及抓握策略有更好的生物力學優(yōu)點，因為身體可以被新觸及的物體所錨定，只要能夠保持足夠強的抓握力，BOS變化反應可以給身體提供更大程度的穩(wěn)定性，并且這也是抗拒更大姿勢擾動的唯一途徑[24-25]。這種由于支撐面改變而產(chǎn)生代償性的邁步或觸及抓握動作與有意識地去完成相同動作時的神經(jīng)控制基礎有些不同。首先，代償性的姿勢調(diào)控動作要快得多。例如，完成一個代償性的邁步動作通常需要500 ms，其用時僅為按照視覺指令盡快完成邁步所用時間的一半[31]。同樣地，代償性觸及抓握速度要比有意去完成抓握動作快得多。例如，在擾動開始之后，代償性手臂活動肌肉激發(fā)的潛伏期大約是80～140 ms，而最快的有意圖的手臂運動（簡單反應時測試）肌肉激活潛伏期也要150～200 ms[ 25]675。另一個基本的區(qū)別則是補償性的邁步和正常行走的邁步在擺動腿抬起之前是否存在預期姿勢調(diào)節(jié)（APAs）。有意圖的邁步或擺腿總是先于預期姿勢控制進行啟動，目的是可以把身體COM推移到支撐腿，從而減少接下來的連續(xù)運動中COM在非支撐側(cè)的下降趨勢。在代償性邁步反應中APAs在通常情況下要么是不存在，要么是被縮短，這樣可以讓邁步動作更快完成；然而，它的后果是導致側(cè)向的COM移動增大，但這要求在擺動腳著地前對其進行控制，而通常（在健康的青年人中）前后姿勢擾動喚起的主要是向前或向后的單個邁步調(diào)整，而其他方向的姿勢擾動引起更多種類的邁步模式。如果擾動屬于身體中間位置，則擾動誘發(fā)的COM運動將引起一側(cè)腿的負荷增加，同時另一側(cè)腿的負荷減少。通常，當外界擾動不可預測時，非重心承載腿優(yōu)先用于執(zhí)行邁步反應，這樣減少了擺動腿的卸載時間，非常有利于擺動腿的快速抬起[32]。

總之，由于人體解剖結(jié)構類似于多剛體模型結(jié)構，各環(huán)節(jié)間的力學關系交互關聯(lián)，導致其運動控制系統(tǒng)異常復雜，在完成各種動作的姿勢調(diào)控策略中，很少是由單一策略來實現(xiàn)的，需要多個策略的協(xié)同配合才能完成對人體各種動作姿勢的穩(wěn)定控制。

2 姿勢控制與老年人跌倒研究進展

姿勢控制過程被認為是通過2種行為實現(xiàn)的：第1種是閉環(huán)控制（或稱為反饋），即期望的與實際發(fā)生的控制狀態(tài)之間進行錯誤修正[33]。該控制系統(tǒng)反應不及時，被控制量出現(xiàn)偏差后，控制器才開始調(diào)節(jié)，理論上不可能使控制量始終保持在設定值。第2種是開環(huán)控制（或稱為前饋），即它是一種沒有錯誤察覺的情景下所引發(fā)的一種補償動作行為[20]。該控制系統(tǒng)反應及時，不必等到控制量出現(xiàn)偏差就產(chǎn)生了補償性的控制，使被控制量保持在設定值上[25]276。廣義上的姿勢控制，是肢體協(xié)調(diào)進行體位控制，從而保證一定動作表現(xiàn)單向或循環(huán)的感覺——動作過程，在老年人跌倒相關的研究中，姿勢控制可以狹義理解為對身體整體的平衡控制能力[11]，即控制質(zhì)心與支撐面關系的能力和保持身體環(huán)節(jié)間、身體與動作任務、環(huán)境間適當關系的能力。姿勢控制過程是中樞神經(jīng)系統(tǒng)各組織結(jié)構共同作用的結(jié)果[5，25]。目前認為對姿勢控制的過程存在2種可能的情況，一是通過從大腦到效應器之間逐級傳遞控制信息，從脊髓到腦干再到小腦和間腦，大腦半球（大腦皮質(zhì)和基底節(jié)）是姿勢控制的最高級中樞，大腦半球整合分析視覺軀體感覺和前庭感覺的傳入信息做出姿勢定向，同時選擇合適的運動機制通過運動的傳出信息作用于肌肉骨骼系統(tǒng)，保持姿勢的穩(wěn)定性，低級神經(jīng)中樞在此過程中主要起信息傳遞作用[21，34]。二是認為某一感覺傳入信息可以興奮多級神經(jīng)中樞共同調(diào)節(jié)姿勢控制過程[34]。

2.1 姿勢控制中神經(jīng)肌肉功能與跌倒

肌力會隨著年齡的增長而下降，下肢肌力在30～80歲會下降40%[35]。Hughes等[36]對60歲的老年人進行了10年的跟蹤研究顯示，膝關節(jié)伸肌和屈肌的肌力減少達到12%～17%，但也不能排除一些個體在特異性的衰老過程中出現(xiàn)肌力增加現(xiàn)象。有跌倒史的老年人肌力減弱更為明顯，與沒有跌倒史的老年人相比膝、踝關節(jié)肌力減少1/2～1/4。臨床上的肌肉減少癥，是指隨著年齡的增長肌肉大量流失，從而導致肌肉力量的下降。肌肉減少癥被認為是造成身體衰弱的主要因素[37]。Fried等[38]建立了5項診斷身體衰弱的標準：1）非故意的體重下降；2）步行速度降低；3）低的身體活動水平；4）疲勞；5）握力下降。如果具有這5項標準中的1～2項，即被認為是有衰弱的征兆，若有3項及以上的癥狀，則可以診斷為衰弱?；加兴ト醢Y的老年人相對具有較高的跌倒風險[39]。研究發(fā)現(xiàn)，肌力與身體功能關系密切，超過20%的功能狀態(tài)的變異可以用相對肌力強度來解釋[40]。與肌力相比，肌肉功率更加重要，隨著年齡的增長，肌肉的爆發(fā)力不足，是導致不能應對突如其來的外界擾動的主要原因，因此，通過針對性的肌肉功率（爆發(fā)力）的干預訓練比普通意義的肌肉力量訓練對改善老年人的身體功能更有效[41]。劉宇等[42]通過肌動圖（MMG）對10名老年人和10名青年人的股外肌在不同強度的激活和疲勞測試中發(fā)現(xiàn)，老年人在靜、動態(tài)力量表現(xiàn)中有肌力流失的現(xiàn)象，老化對爆發(fā)力影響遠超過對肌力影響。

靜態(tài)站立狀態(tài)下，通常通過身體搖擺情況來評估老年人姿勢控制能力。Maki等[43]通過對64名健康成年人（含老年人和青年人）和5名有跌倒史的老年人進行了睜眼站立中自發(fā)搖擺和擾動干預下的身體搖擺測試，擾動干預是在一個移動的測力臺上進行，受試者站立在測量臺上，在無預知的情況下，測量臺短暫地向前加速。通過對COP的移動范圍、晃動頻率等參數(shù)進行比較發(fā)現(xiàn)，自發(fā)搖擺和擾動搖擺表現(xiàn)出隨年齡增加穩(wěn)定性下降，尤其在擾動影響下?lián)u擺更加顯著，青年人在自發(fā)搖擺和擾動搖擺之間表現(xiàn)出顯著相關性，然而正常老年人與有跌倒史的老年人卻在這2種搖擺測試數(shù)據(jù)中沒有表現(xiàn)出顯著的相關性，在某些自發(fā)搖擺指標上甚至出現(xiàn)負相關。Wolfson等[44]研究也發(fā)現(xiàn)，35歲的成年人和76歲無神經(jīng)系統(tǒng)疾病的老年人的搖擺測試之間只有3%的不同，無統(tǒng)計學顯著性差異。Horak[45]甚至提出患有神經(jīng)疾病的老年人靜態(tài)站立時搖擺是正常的，甚至比健康者擺動減少，這可能與肢體剛性或強度的增加將靜態(tài)站立時搖擺限制在一個很小的范圍有關，但卻不能盲目判定其姿勢控制正?；驘o跌倒風險。任杰等[33]通過測力臺和錄像分析系統(tǒng)測試11名健康成年人在睜眼和閉眼狀態(tài)下直立姿勢保持1 min，探討直立姿勢控制中足壓中心（COP）和頭部搖動的區(qū)別和聯(lián)系，結(jié)果表明：RMS（誤差均方根）指標上COP與頭部搖動之間有很高的相關性（r=0.75～0.97，P<0.01），可見，頭部測定法和COP法不能互相取代，頭部測定法比COP法更有效。因此，在正常靜態(tài)站立睜眼評估搖擺并不是評定老年人平衡功能優(yōu)劣的最好方法，可以通過閉眼或肢體轉(zhuǎn)動后的站立搖擺更能體現(xiàn)個體的綜合平衡控制能力。

在有外界擾動狀態(tài)下，老年人的平衡受到威脅時，身體相關環(huán)節(jié)的肌肉激活反應一直是多數(shù)學者研究的熱點。Carbonneau等[46]、Nagai等[47]、Barrett等[48]，Aftab等[49]通過人為擾動對人體失衡后的姿勢調(diào)整及神經(jīng)肌肉的控制能力進行了大量實驗研究。人體神經(jīng)肌肉控制系統(tǒng)由高級神經(jīng)中樞、脊髓神經(jīng)中樞及肌肉運動系統(tǒng)3部分組成。突發(fā)外部和內(nèi)部姿勢干擾條件下，中樞神經(jīng)系統(tǒng)對身體姿勢調(diào)整肌肉的快速激活分別動用了下意識的前饋（FFM）和反饋（FBM）2種不同的神經(jīng)肌肉控制機制，以維持身體重心穩(wěn)定和保持特定身體姿勢[22]。當人體受到突然的外界擾動而面臨失衡時，往往通過中樞神經(jīng)系統(tǒng)的快速反饋，產(chǎn)生局部肢體的姿勢改變，試圖去抵抗擾動。最廣泛的前饋姿勢控制研究一般是通過測量站立狀態(tài)下擾動導致的單側(cè)或雙側(cè)手臂的抬起動作。Maki[26]通過姿勢調(diào)整的生物力學分析指出，對于手臂的姿勢調(diào)整有3個重要的力學變量要參考：1）增大了支撐腳在垂直方向上的支撐反作用力；2）增大了支撐腳水平向前的支撐反作用力；3）改變了腳的后部COP的位移。

穩(wěn)定性不同的老年人在面對不同強度和速度的平衡失控時的反應也是不同的。Lin等[50]通過測試脛骨前肌、股四頭肌和腹肌發(fā)現(xiàn)小而慢的向前擾動時，穩(wěn)定性好的老年人和穩(wěn)定性差的老年人的啟動反應時間較青年人明顯延長，但應對大而快的擾動時，只有穩(wěn)定性差的老年人才表現(xiàn)出啟動延時。進一步通過對擾動時腓腸肌的姿勢反應幅度和最大自主收縮幅度對比發(fā)現(xiàn)，在較小的擾動時，青年人和穩(wěn)定性好的老年人都使用了相似的最大能力（約20%）進行姿勢調(diào)控，但穩(wěn)定性差的老年人明顯要用更大的最大能力（約40%）進行抗擾動的姿勢調(diào)控。當擾動速度增加到40 cm/s，穩(wěn)定性好的老年人也表現(xiàn)出比青年人更明顯的最大能力利用率。Sparto等[51]通過對70名有過跌倒經(jīng)歷的70～94歲的成年人和20名21～58歲的成年人進行了側(cè)向邁步啟動的實驗對比研究，受試者判斷屏幕中隨機出現(xiàn)的箭頭的指示方向（左或右），并按照指示方向快速啟動行走，通過地面鋪設的測力臺獲取啟動過程中的力學特征參數(shù)。研究結(jié)果表明，在行走誘發(fā)啟動過程中老年人起動腿存在1～2個控制調(diào)整策略，青年人在啟動過程中僅使用1個控制調(diào)整策略，并指出啟動時出現(xiàn)2次調(diào)整策略的老年人與過去1年內(nèi)有過跌倒顯著相關。此外，較長的啟動離地時間與跌倒也高度相關。老年人側(cè)向運動控制能力較弱，是引發(fā)老年人轉(zhuǎn)身跌倒的主要隱患[52]。王少君[53]的研究表明，老年人靜態(tài)姿勢控制能力出現(xiàn)明顯下降，特別是姿勢控制難度增加時，側(cè)向穩(wěn)定性變化更為最佳判別。在突發(fā)足底水平側(cè)向干擾時，老年人依然表現(xiàn)出更差的動態(tài)姿勢穩(wěn)定性。規(guī)律性的體育鍛煉可以改善老年人靜態(tài)、動態(tài)姿勢控制能力，但不同的鍛煉方式的鍛煉效果不盡相同。

由上可見，肌力對人體姿勢控制的影響主要是肌張力大小或僵硬度，但同時又受神經(jīng)支配功能的影響，這與抵抗肌肉被拉長激活的牽張反射有關，在多數(shù)的臨床文獻中，都強調(diào)姿勢張力為動態(tài)活動中支撐身體抵抗重力的主要機制，但靜態(tài)站立姿勢控制中，許多肌肉都有張力活動，只是全身肌肉的張力性活動保持身體在垂直方向上被限制在很窄的范圍內(nèi)，目前對于牽張反射在動態(tài)和靜態(tài)姿勢保持中的反饋作用的差異性尚缺乏深入研究。

2.2 姿勢控制中感覺功能與跌倒

感覺系統(tǒng)的功能改變對姿勢控制和平衡能力會造成嚴重的影響，進而會增大老年人的跌倒風險。其中視覺、軀體感覺、前庭覺和本體感覺是影響平衡能力的重要因素[54]。由于衰老或某些神經(jīng)病變會造成感覺系統(tǒng)出現(xiàn)功能障礙[55]。研究發(fā)現(xiàn)許多老年人下肢（腿部、足部）的振動閾值提高，踝關節(jié)的振動反應遲鈍，觸摸閾值隨著衰老而減退，主要原因是衰老影響了麥氏小體和環(huán)層小體的數(shù)量和質(zhì)量，同時老年人神經(jīng)纖維支配的感受器功能降低30%[56]。當在完成日常生活活動（ADLs）時，老年人來回走動，必須要避開障礙物，比如家具、地上的雜物、不平的道路等，當躲避這些障礙物時，老年人必須要通過視覺、本體感覺及前庭覺的綜合判斷，迅速改變步態(tài)模式跨過或繞過障礙[57]?？捎玫姆磻獣r間只有從察覺障礙到與障礙物相撞，在這短暫的時間內(nèi)，神經(jīng)中樞系統(tǒng)必須把通過視覺獲取的障礙物的位置及特征，連同自身運動速度和身體位置進行綜合信息反饋給大腦，通過效應器指揮相關環(huán)節(jié)的肌肉收縮，控制肢體修正當前的活動模式，完成對障礙物的躲避。Reed-Jones等[58]針對提升老年人的視覺判斷能力、靈敏性、本體感覺及前庭功能等綜合能力為基礎，制定了一套預防老年人跌倒的穿越障礙練習方案，49名65歲以上的老年人經(jīng)過12周的訓練，躲避障礙的功能提升22%。

前庭系統(tǒng)的一個功能是其他系統(tǒng)（視覺和軀體感覺）對比與校正的絕對參照系統(tǒng)[59]。老年人前庭系統(tǒng)功能障礙表現(xiàn)為平衡能力下降、眩暈等。前庭系統(tǒng)隨著老年人年齡增加會出現(xiàn)功能減退，到70歲時，有40%的前庭毛細胞和神經(jīng)細胞丟失[60]。前庭系統(tǒng)在視覺和軀體感覺系統(tǒng)發(fā)生沖突時對平衡的控制顯得尤為重要。有前庭損傷的老年人，在有視覺和軀體感覺沖突的情況下，會出現(xiàn)眩暈和穩(wěn)定性下降的現(xiàn)象。眩暈是一個用于描述運動錯覺的術語，它包括不穩(wěn)和不平衡的感覺，即衰弱的或頭重腳輕的感覺[5]295。許多疾病都可以造成眩暈的癥狀，包括內(nèi)耳疾病。老年人前庭系統(tǒng)內(nèi)耳石的退化，可能會導致老年人位置性眩暈和步行時不平衡的現(xiàn)象。許多研究證實當姿勢控制的感覺信息嚴重減少時，一些老年人比年輕人更難維持平衡，如閉眼（視覺信息阻斷），站在泡沫板等軟的支持面上（部分軀體感覺阻斷）。Horak等[61]通過對有跌倒史和無跌倒史的老年人結(jié)合年輕人對照組進行了感覺信息改變的適應能力實驗研究發(fā)現(xiàn)，超過20%的老年人（含跌倒和非跌倒）在平衡的視覺信息錯誤時都失去了平衡，而年輕人（20～39歲）沒有失去平衡。40%的無跌倒史的老年人在提供視覺和軀體感覺信息都不正確的報告時身體搖擺失去平衡，在任何涉及搖擺的情況下，軀體感覺提示錯誤的條件下，有跌倒史的老年人都表現(xiàn)出更差的姿勢控制能力。Woollacott等[62]的研究發(fā)現(xiàn)，當姿勢控制的視覺和軀體感覺輸入都減少時，50%的老年人都失去了平衡，但大多數(shù)老年人在第2次嘗試同樣的條件下就可以保持平衡，說明他們可以適應姿勢控制的感覺，但只有在同樣條件下進行練習后才能夠產(chǎn)生。Pai等[63]在一項老年人從坐到站立活動的預備性和反應性姿勢控制的關系研究中發(fā)現(xiàn)，在老年人從椅子上站起時突然向前推他們，在重復嘗試后，老年人出現(xiàn)了適應性調(diào)整（即預備性姿勢控制），以增加他們的穩(wěn)定性，可見，老年人可通過設定COM穩(wěn)定性的內(nèi)在表現(xiàn)來改善穩(wěn)定性的預備控制能力。

總之，神經(jīng)中樞系統(tǒng)在完成身體在空間位置的姿勢控制之前，必須整合來自全身感受器的信息，一般認為，視覺、本體感覺、前庭系統(tǒng)的周圍輸入等在重力和環(huán)境方面可用于檢測身體的空間位置和運動感覺，每種感覺可為CNS提供與身體位置和運動相關的信息，從而為姿勢控制提供不同的參考框架。目前的研究中，有關視覺、本體感覺和前庭系統(tǒng)在完成姿勢控制中量化研究明顯不足，這可能是今后探索感覺系統(tǒng)對姿勢控制影響的重要研究內(nèi)容之一。

2.3 姿勢控制中的認知功能與跌倒

認知功能是指人腦加工、儲存、提取信息的能力[64]。它是成功完成一切身體活動的基礎。大量研究表明， 隨著年齡增長老年人的認知能力逐漸出現(xiàn)衰退。認知功能衰退是指人腦加工、儲存和提取信息的能力下降現(xiàn)象[65]。表現(xiàn)在學習記憶力降低、認知加工速度減慢、執(zhí)行功能下降及語言表達能力減退。認知控制是指個體在完成復雜的認知任務時， 對各種基本認知過程進行協(xié)調(diào)和控制的過程，包含工作記憶的提取協(xié)調(diào)、任務切換、對自動化提取的抑制、提取策略的不斷更新、注意的控制和選擇等多個子成分[66]。

老年人認知功能衰退導致認知控制能力下降，在面臨多任務的行動中，由于任務切換造成信息提取及注意力控制分散從而導致姿勢控制能力降低，行動中的平衡穩(wěn)定性下降，容易導致跌倒[67-68] 。Gay[69]提出了認知-姿勢控制干擾的概念，即大腦在執(zhí)行認知和姿勢控制時，2個任務會產(chǎn)生相互影響，或影響認知過程的執(zhí)行，或影響姿勢控制穩(wěn)定性。盡管姿勢控制的方向和平衡過程包含了身體多環(huán)節(jié)的復雜神經(jīng)控制過程，但姿勢控制系統(tǒng)卻經(jīng)常被人們忽略，因為姿勢控制的過程通常被認為是一種無意識的自動控制，幾乎不需要注意的參與[70]。只有當人們的神經(jīng)系統(tǒng)或骨骼肌肉系統(tǒng)出現(xiàn)損傷或病變，開始產(chǎn)生眩暈與空間方向感紊亂，才會存在平衡和姿勢的調(diào)整問題；但Woollacott等[71]的研究表明，姿勢控制有明顯的注意需求，這些需求根據(jù)姿勢任務、個體年齡和個體平衡能力而有所不同。研究注意和姿勢控制相關影響的典型方法就是雙任務模式，即同時執(zhí)行姿勢任務和繼發(fā)任務（干擾）。

完成困難的平衡任務時受空間（視覺）記憶而非語言記憶任務影響，因為姿勢控制被認為包括了視覺（空間）處理過程。Ebersbach等[72]特別研究了老年人步態(tài)控制與伴隨發(fā)生的繼發(fā)任務之間的關系，表明以手指叩擊為繼發(fā)任務導致跨步時間明顯減少，當行走時完成較小的動作和簡單記憶任務時，雙腿的支撐時間明顯受到影響，但年輕人在雙任務的狀態(tài)下步態(tài)參數(shù)的變化是很小的。Kang等[73]通過測試了717名社區(qū)老年人（年齡77.9±3.5歲）的30 s站立過程中COP的變化，并且站立中進行數(shù)字減法運算作為繼發(fā)任務。結(jié)果表明，雙任務對身體虛弱的老年人影響較大，對身體相對健康的老年人幾乎沒有影響。Southard等[74]推出了一套新的雙任務測試方法，即多任務測試（MTT），并且把此方法與Berg平衡量表（BBS）進行了對照研究，目的是消除BBS在測試身體功能能力較強的老年人時所出現(xiàn)的“天花板效應”。22名受試者（年齡78.7±6.9歲）同時進行了MTT和BBS測試，結(jié)果表明，MTT與BBS得分高度相關，可見，MTT更適合區(qū)分身體功能較強的老年人的跌倒風險。通過聲覺刺激作為繼發(fā)性第2項干擾任務，發(fā)現(xiàn)注意力會被分散。Zimmer[13]要求老年人（平均年齡73歲）和青年人（平均年齡24歲）在走路時聽到一種“低聲調(diào)”的聲音后，要盡快做出反應并低聲說“soft”，當聽到一種“高聲調(diào)”的聲音后，要盡快做出反應并大聲說“l(fā)oud”。經(jīng)過測試發(fā)現(xiàn)，老年人走路時在聽覺任務的反應時間上明顯比年輕人要慢，提示老年人在同時有效完成2個任務時存在困難。

認知能力對老年人的行動會產(chǎn)生較大的影響，這種影響已經(jīng)非常普遍，這不僅發(fā)生在有跌倒風險的老年人身上，這種現(xiàn)象隨著年齡增長屬于一種不可避免的狀態(tài)。Lindenberger等[75]對不同年齡段（年輕人、中年人、老年人）的受試者進行了一項雙任務測試，讓受試者在狹窄且路口復雜的小路上或站、或坐、或行走，并同時記憶單詞表。實驗結(jié)果表明，與坐、站相比，行走時記憶的準確性明顯降低，與單獨行走相比，執(zhí)行雙任務時步行的速度與準確性大大降低。40～50歲人群執(zhí)行雙任務時的記憶力和行走速度也出現(xiàn)降低，60～70歲的老年人除了步行速度下降外，行走的準確性下降明顯。研究者認為許多雙任務對行動的影響研究顯示，認知能力對人體活動的影響與年齡密切相關，這是一種更為一般的老齡化現(xiàn)象，稱之為“行為和認知的年齡相關現(xiàn)象”。這種觀點認為對于身體衰弱、功能缺陷及整體感覺障礙的人群需要更多的認知控制和監(jiān)督。

可見，有關注意力分散或雙任務對姿勢控制的影響研究非常普遍，但青年人和老年人的認知能力對姿勢控制影響的神經(jīng)肌肉力學機制對比研究相對較少，有待進一步深入研究。

3 展望

綜上所述，隨著老齡化加劇，各國對老年人跌倒問題的關注度普遍升高，對老年人的跌倒研究越來越受到各國學者的重視，我國對老年人跌倒問題研究起步較晚，研究的深度和廣度與其他國家（地區(qū)）還有一定差距；但我國老年人口將會出現(xiàn)大幅增長，人口老齡化會越來越嚴重，老年人跌倒防控將是一個非常嚴峻的問題。目前，各國對老年人跌倒風險的預測及評價仍然存在較多問題。跌倒與老年人體平衡及步態(tài)的姿勢控制能力密切相關，影響老年人跌倒的因素也是多方面的，跌倒的原因與身體內(nèi)在的退行性改變有關，也與外部生活環(huán)境有關，跌倒風險評估的方法也是多種多樣的，但不同方法在跌倒風險評估中的一致性有待進一步研究。目前，對高跌倒風險人群的靜態(tài)和動態(tài)姿勢控制能力的運動學、動力學及肌電圖學的綜合研究相對不足，對跌倒風險老年人站立或行走姿勢控制原理研究較少。對老年人跌倒風險評估缺乏系統(tǒng)的研究，針對高跌倒風險人群的運動干預策略研究還需進一步加強。結(jié)合姿勢控制理論對老年人跌倒風險進行綜合預測與評估方面的探索研究將是老年人跌倒防控的研究重點。

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