社區(qū)不同跌倒風(fēng)險老年人跨越障礙的步態(tài)運(yùn)動學(xué)特征分析

孟站領(lǐng)，張慶來，劉昌亞

1.鄭州大學(xué)體育學(xué)院，河南鄭州市 450044；2.蘇州大學(xué)體育學(xué)院，江蘇蘇州市 215000

預(yù)計到2050年，中國老年人口將占全國總?cè)丝诘?5%，超過4億[1‐2]。人口老齡化備受關(guān)注?！丁敖】抵袊?030”規(guī)劃綱要》特別提出促進(jìn)健康老齡化的問題，強(qiáng)調(diào)對老年人的健康指導(dǎo)與干預(yù)；指出推動形成體醫(yī)結(jié)合的疾病管理與健康服務(wù)模式，開展運(yùn)動風(fēng)險評估[3]。

70%跌倒與老年人死亡相關(guān)[4‐6]，約50%老年人跌倒是因?yàn)闆]能很好通過地面上的突起物或障礙物[1,7‐8]。步態(tài)是人體結(jié)構(gòu)與功能、運(yùn)動調(diào)節(jié)系統(tǒng)等在行走時的外在表現(xiàn)。四肢、軀干、神經(jīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)和運(yùn)動平衡能力都會影響步態(tài)[9‐12]。步態(tài)分析利用生物力學(xué)的理論和方法，結(jié)合人體解剖、生理等知識，對人體行走功能進(jìn)行運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)綜合研究[13‐14]。老年人跌倒與老年人跨越障礙物時的步態(tài)異常直接相關(guān)[15‐17]。研究老年人跨越障礙的步態(tài)穩(wěn)定性，對老年人跌倒的預(yù)防具有重要意義。

1 對象與方法

1.1 研究對象

2016年7 月至9 月，應(yīng)用隨機(jī)整群抽樣方法，抽取某市1 個社區(qū)和1 個老年公寓中年齡≥60 歲的老年人。

納入標(biāo)準(zhǔn)：①無語言和認(rèn)知障礙，能夠完全理解測試要求，并獨(dú)立完成各項測試工作；②知情同意并自愿參加測試；③無明顯足部畸形、下肢疾患和嚴(yán)重外傷史，能獨(dú)立行走。

排除標(biāo)準(zhǔn)：①有明顯影響步行和姿勢控制方面的疾?。虎谡诜蒙窠?jīng)松弛劑或支氣管擴(kuò)張劑等影響姿勢控制能力的藥物。

最終入選27例，其中男性15例，女性12例。均簽署知情同意書。

本研究經(jīng)鄭州大學(xué)倫理委員會審查批準(zhǔn)〔No.[鄭體]倫審字(2019002)〕

1.2 跌倒風(fēng)險分組

參照Shumway‐Cook 等[18]提出的標(biāo)準(zhǔn)，以計時起立‐行走測試(Timed Up and Go Test,TUGT)時間13.5 s為高跌倒風(fēng)險界值，12 s 作為低跌倒風(fēng)險界值。參照Bohannon[19]提出的標(biāo)準(zhǔn)，以5 次坐立測試(Five Times Sit to Stand Test,FTSST)時間14.8 s 為高跌倒風(fēng)險界值，11.4 s為低跌倒風(fēng)險界值。

受試者均完成TUGT[18,20]和FTSST[19]測試，測試3次，取平均值。按照同時滿足兩種跌倒風(fēng)險標(biāo)準(zhǔn)的原則，將受試者分為高跌倒風(fēng)險組(H 組)和低跌倒風(fēng)險組(L 組)，其中H 組15例，男性7例，女性8例；L 組12例，男性8例，女性4例。兩組TUGT 和FTSST 成績有非常高度顯著性差異。見表1。

表1 兩組TUGT和FTSST結(jié)果比較(s)

1.3 跨越障礙步態(tài)測試

采用兩臺DCR‐VX2100E 攝錄一體機(jī)(日本SONY公司)拍攝老年人跨越障礙時的三維運(yùn)動錄像，攝像機(jī)至測力板中心距離約10 m，主光軸夾角90°，機(jī)高1.2 m，拍攝頻率50 Hz；比例尺采用愛捷001‐A 三維DLT 立體輻射框架，以框架中“23”球中心指向“13”球中心的連線為X 方向，保持X 方向與行走方向平行。陳巖等[21]提出，障礙物高度15 cm 與現(xiàn)實(shí)生活中跨越臺階高度最符，故采用15×10×80 cm 的泡沫板作為障礙物。采用運(yùn)動錄像分析系統(tǒng)Ariel Perfor‐mance Analysis System(美國ARIEL DYNAMICS 公司)對錄像進(jìn)行逐幀逐點(diǎn)解析，采用Dempster模型，經(jīng)過數(shù)字化轉(zhuǎn)換，獲取各關(guān)節(jié)的位移、角度、速度、加速度等運(yùn)動學(xué)參數(shù)；采用數(shù)字濾波進(jìn)行數(shù)據(jù)優(yōu)化，截斷頻率6 Hz。

1.4 統(tǒng)計學(xué)分析

采用SPSS 19.0 進(jìn)行統(tǒng)計分析。以給定置信水平下可接受的邊際誤差進(jìn)行樣本容量估計。所有結(jié)果以()表示，組間比較采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，組內(nèi)比較采用配對t檢驗(yàn)。顯著性水平α1=0.05，非常顯著性水平α2=0.01。

2 結(jié)果

2.1 時間特征

H 組跨越腿擺動時間高于L 組(P＜0.05)，擺動腿擺動時間也有高于L 組的趨勢，但無顯著性差異(P＞0.05)，H組跨越障礙總時間高于L 組(P＜0.05)。見表2。

表2 老年人跨越障礙的時間特征(s)

2.2 空間特征

2.2.1 位移參數(shù)

H 組身高標(biāo)準(zhǔn)化的最大質(zhì)心高度小于L 組(P＜0.05)。H 組身高標(biāo)準(zhǔn)化的跨越步長、跨越腿擺動凈高度和擺動腿擺動凈高度有小于L 組的趨勢，但無顯著性差異(P＞0.05)。見表3。

表3 老年人跨越障礙的位移參數(shù)(/身高)

2.2.2 關(guān)節(jié)角度

在跨越腿位于障礙正上方時，H 組跨越腿膝關(guān)節(jié)角度大于L 組(P＜0.05)；在擺動腿位于障礙正上方時，擺動腿膝關(guān)節(jié)角度大于L 組(P＜0.05)。兩腿髖關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)角度均無顯著性差異(P＞0.05)。組內(nèi)比較，H 組擺動腿髖關(guān)節(jié)角度顯著大于跨越腿(P＜0.001)，踝關(guān)節(jié)角度明顯大于跨越腿(P＜0.01)；L 組擺動腿髖關(guān)節(jié)角度顯著大于跨越腿(P＜0.001)，膝關(guān)節(jié)角度明顯小于跨越腿(P＜0.05)，踝關(guān)節(jié)角度顯著大于跨越腿(P＜0.001)。見表4。

2.3 時空特征

2.3.1 速度

在跨越腿位于障礙正上方時，H 組跨越腿髖關(guān)節(jié)速度小于L 組(P＜0.05)。擺動腿在位于障礙最上方時，各關(guān)節(jié)和質(zhì)心速度均無顯著性差異(P＞0.05)。組內(nèi)比較，H 組擺動腿髖關(guān)節(jié)速度顯著大于跨越腿(P＜0.001)，膝關(guān)節(jié)速度顯著大于跨越腿(P＜0.001)，擺動腿位于障礙正上方時質(zhì)心速度大于跨越腿位于障礙正上方時(P＜0.05)；L 組擺動腿髖關(guān)節(jié)速度顯著大于跨越腿(P＜0.01)，膝關(guān)節(jié)速度顯著大于跨越腿(P＜0.001)，擺動腿位于障礙正上方時質(zhì)心速度明顯大于跨越腿位于障礙正上方時(P＜0.01)。見表5。

表4 位于障礙正上方時跨越腿和擺動腿髖、膝、踝關(guān)節(jié)的角度特征(°)

2.3.2 加速度

擺動腿處于障礙物正上方時，H 組踝關(guān)節(jié)加速度低于L 組(P＜0.05)，其他關(guān)節(jié)和質(zhì)心加速度兩組間無顯著性差異(P＞0.05)。組內(nèi)比較，跨越腿和擺動腿各關(guān)節(jié)和質(zhì)心加速度均無顯著性差異(P＞0.05)。見表6。

3 討論

TUGT 側(cè)重于測試?yán)夏耆似胶夂鸵苿幽芰?，F(xiàn)TSST 側(cè)重于測試?yán)夏耆讼轮×推胶饪刂颇芰?。同時對老年人進(jìn)行TUGT 和FTSST 測試，能夠較為準(zhǔn)確地區(qū)分老年人跌倒風(fēng)險。

不同跌倒風(fēng)險老年人在跨越障礙的時間特征方面存在一定差異。高跌倒風(fēng)險老年人在跨越障礙時動作更緩慢，起跨動作不果斷，跨越障礙的信心相對不足。當(dāng)步行速度降低時，站立相延長，擺動相相對穩(wěn)定，雙腿支撐時間明顯增加[23‐24]。步行周期約1.1 s時，雙腿支撐相占步行周期25%；當(dāng)步行周期增加至約2.5 s 時，雙腿支撐相約占50%；若步行周期緩慢增加，由于速度下降，單腿支撐時間和步長延長，姿勢的穩(wěn)定性下降[25‐26]。Chen 等[27]發(fā)現(xiàn)，老年人在開始邁出躲避障礙物的那一步之前，就對步態(tài)模式做出了調(diào)整，他們用更保守的策略跨過障礙物，表現(xiàn)為接近障礙物時速度更慢，步伐更小。

表5 位于障礙正上方時跨越腿和擺動腿髖、膝、踝關(guān)節(jié)和質(zhì)心速度(m/s)

表6 位于障礙正上方時跨越腿和擺動腿髖、膝、踝關(guān)節(jié)和質(zhì)心加速度(m/s2)

H 組身高標(biāo)準(zhǔn)化的最大質(zhì)心高度下降，說明高跌倒風(fēng)險老年人在跨越障礙時，由于下肢肌力下降，整體做功能力下降。Saunders 等[28]提出，減少質(zhì)心垂直位移可降低步行中的能量消耗，保持人體動力學(xué)順暢的機(jī)械轉(zhuǎn)移。人跨越障礙物時，對平衡控制的需求增加。Chou 等[29]發(fā)現(xiàn)，受試者跨過相當(dāng)其身高2.5%～15%障礙物時，前后方向和垂直方向有較大范圍的質(zhì)心運(yùn)動，同時伴隨質(zhì)心和壓力中心前后方向的位移。健康個體側(cè)方質(zhì)心位移較小，多可保持質(zhì)心在安全極限內(nèi)；而平衡受損的老年人在控制中有更多困難[30]。一旦對質(zhì)心平衡調(diào)控不當(dāng)，極易導(dǎo)致跌倒[31]。

H 組老年人，跨越腿和擺動腿在位于障礙正上方時，膝關(guān)節(jié)角度增大，提示高跌倒風(fēng)險老年人相關(guān)肌肉和關(guān)節(jié)柔韌性可能有一定衰退，擺動高度降低，膝關(guān)節(jié)角度增大[32‐33]。膝關(guān)節(jié)屈曲將有效提高步態(tài)的協(xié)調(diào)性，在跨越障礙時，站立相屈膝可使質(zhì)心在垂直方向上的運(yùn)動變得更加平緩，擺動相屈膝使擺動側(cè)肢體的垂直距離變短，有助于足的廓清。踝關(guān)節(jié)對跨越障礙步態(tài)變緩也很重要，站立相踝關(guān)節(jié)跖屈將使每步轉(zhuǎn)移變平緩，并可影響擺動側(cè)肢體初始速度[34‐35]。老年人在跨越障礙時，擺動腿髖關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)角度增大，以增加擺動腿和腳的高度，避免發(fā)生絆倒。

擺動腿處于障礙物正上方時，L 組踝關(guān)節(jié)加速度高于H 組。Winter 等[36]指出，頭‐上肢‐軀干環(huán)節(jié)的動態(tài)平衡由髖關(guān)節(jié)周圍肌肉控制，幾乎不涉及踝，這與站立平衡主要依賴踝關(guān)節(jié)控制截然不同。高跌倒風(fēng)險老年人擺動腿踝關(guān)節(jié)加速能力減弱，在跨越或躲避障礙物時，可能容易造成跟隨腳拖拉，碰到障礙物發(fā)生絆倒。

總之，本研究顯示，高跌倒風(fēng)險老年人跨越障礙時間延長，質(zhì)心高度降低，是下肢肌力不足，身體平衡和做功能力下降的表現(xiàn)；質(zhì)心位移減小可能是機(jī)體的一種代償反應(yīng)。高跌倒風(fēng)險老年人跨越腿和擺動腿的膝關(guān)節(jié)角度均增大，可能與完成擺動動作的相關(guān)肌肉及關(guān)節(jié)柔韌性出現(xiàn)一定衰退有關(guān)；老年人在完成跨越障礙動作中，均表現(xiàn)出跨越腿髖、踝關(guān)節(jié)角度小于擺動腿的現(xiàn)象，擺動腿髖、踝關(guān)節(jié)角度增大，可適當(dāng)增加擺動腿和腳的高度，避免發(fā)生磕絆。高跌倒風(fēng)險老年人跨越障礙過程中，跨越腿髖關(guān)節(jié)移動速度和擺動腿踝關(guān)節(jié)加速度減小，提示肌力下降，易導(dǎo)致質(zhì)心側(cè)移，可增大絆倒風(fēng)險。