增齡化對(duì)老年人側(cè)向姿勢(shì)控制策略的影響

王少君 蘇麗娜 徐冬青

(1北方民族大學(xué)體育學(xué)院，寧夏 銀川 750021；2天津體育學(xué)院研究生處)

對(duì)于人體姿勢(shì)的深入研究，有助于分析老年人跌倒的原因〔1～4〕，有助于分析不同干預(yù)方式對(duì)人體姿勢(shì)控制的影響〔5～8〕。側(cè)向姿勢(shì)控制的研究較少，特別是側(cè)向不改變支撐面的姿勢(shì)控制需要進(jìn)一步深入的研究。目前有研究報(bào)道側(cè)向干擾時(shí)年輕人不發(fā)生邁步時(shí)的姿勢(shì)控制策略，老年人和年輕人神經(jīng)肌肉控制的差異〔9,10〕，而老年人不改變支撐面時(shí)的姿勢(shì)控制策略卻少有提及。本研究采用表面肌電測(cè)試系統(tǒng)收集年輕人和老年人在水平足底側(cè)向干擾時(shí)的肌電信號(hào)，比較年輕人和老年人在水平足底側(cè)向干擾時(shí)的肌肉控制策略的差異，進(jìn)一步探索增齡化對(duì)于人體側(cè)向控制策略的影響，為側(cè)向姿勢(shì)控制干預(yù)提供理論基礎(chǔ)。

1 對(duì)象與方法

1.1受試者 受試者均為男性，年輕人(年輕組)和老年人(老年組)各13名。要求所有受試者視力矯正后正常，無(wú)神經(jīng)系統(tǒng)、骨骼肌肉系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)等影響機(jī)體正常神經(jīng)肌肉控制的疾病，3 d內(nèi)未飲酒，未服用止痛藥、安眠藥、消炎藥、解熱鎮(zhèn)痛藥等，老年受試者1年內(nèi)未發(fā)生過(guò)跌倒。兩組年齡、身高、體重、體重指數(shù)(BMI)見表1，除年齡外，其他指標(biāo)差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。

1.2實(shí)驗(yàn)方法 應(yīng)用Noraxon表面肌電測(cè)試系統(tǒng)(Noraxon Inc.，USA)和Dewesoft信號(hào)采集分析軟件(Dewesoft Gmbh.，Austria)同步記錄足底水平突發(fā)側(cè)向干擾信號(hào)和受試者的表面肌電信號(hào)。表面肌電儀的前置放大500倍，增益1 000，輸入阻抗>100 MOhm，共模抑制比(CMRR)>100 dB，通道采樣頻寬10～1 000 Hz，靈敏度1 μV，肌電信號(hào)數(shù)據(jù)采集頻率1 500 Hz。

表1 兩組受試者的一般情況

1.2.1測(cè)試步驟 足底水平干擾觸發(fā)平臺(tái)采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，可隨機(jī)提供兩個(gè)方向的水平干擾，干擾的主要參數(shù)為：振幅0.09 m，速度0.2 m/s，加速度2 m/s2。測(cè)試選取肌肉為脛骨前肌、腓骨長(zhǎng)肌、臀中肌和豎脊肌(L1～L2)。測(cè)試人員在受試者左側(cè)肢體的肌腹處備皮，用75%的醫(yī)用酒精棉球擦拭選取位置的皮膚至微微發(fā)紅，將肌電電極片平行肌纖維的走形貼于肌肉抗阻收縮時(shí)肌腹最隆起的部位，兩電極片中心點(diǎn)之間的距離為2 cm。連接好肌電裝置后，受試者放松站立于觸發(fā)平臺(tái)中央，雙足站立寬度為身高的20%，足尖外展14°，兩眼注視前方1 m處的小插圖。要求受試者在姿勢(shì)干擾后盡量不要發(fā)生邁步。測(cè)試人員首先開啟肌電采集系統(tǒng)，待四塊肌肉肌電基線基本平穩(wěn)之后隨機(jī)觸發(fā)干擾平臺(tái)，受試者將隨機(jī)受到向左或向右的姿勢(shì)干擾，肌電信號(hào)記錄至干擾后1 s。每個(gè)方向隨機(jī)測(cè)試5次，測(cè)試間隔休息30 s。Dewesoft信號(hào)采集分析軟件同步記錄干擾平臺(tái)觸發(fā)信號(hào)和肌電信號(hào)以確定肌電的干擾觸發(fā)時(shí)刻。

1.2.2數(shù)據(jù)處理 干擾觸發(fā)后將肌電數(shù)據(jù)進(jìn)行分段標(biāo)記，然后分別計(jì)算每個(gè)區(qū)間的積分肌電。第一個(gè)區(qū)間為姿勢(shì)反射階段，起止時(shí)間為70～150 ms；第二個(gè)區(qū)間是姿勢(shì)調(diào)整階段，起止時(shí)間為150～350 ms；第三個(gè)區(qū)間是姿勢(shì)穩(wěn)定階段，起止時(shí)間為350～500 ms〔11〕。計(jì)算肌肉活動(dòng)貢獻(xiàn)率，參與姿勢(shì)調(diào)控的肌肉在姿勢(shì)反射中的積分肌電值與所測(cè)參與完成所有肌肉的積分肌電總和的百分比，即肌肉活動(dòng)貢獻(xiàn)率〔12〕。該計(jì)算方法不但可以避免因?yàn)閮和⒗夏耆说忍厥馊后w不能完成最大等長(zhǎng)收縮(MVC)數(shù)據(jù)采集，而且還可以避免肌電幅值超過(guò)80%時(shí)很難確定一個(gè)合適的參考點(diǎn)及個(gè)體皮下組織差異對(duì)于肌電幅值造成的影響〔13〕。同一受試者相同方向5次干擾的測(cè)試結(jié)果計(jì)算平均值，肌肉活動(dòng)貢獻(xiàn)率最高的關(guān)節(jié)為該時(shí)相的主導(dǎo)調(diào)控策略關(guān)節(jié)。由于本研究中只測(cè)試了身體左側(cè)肌肉的肌電，因此可近似地將相反干擾方向的表面肌電數(shù)據(jù)視作相同方向干擾身體對(duì)側(cè)相同肌肉的表面肌電。在此基礎(chǔ)之上，對(duì)受試者的側(cè)向姿勢(shì)調(diào)控的肌肉策略進(jìn)行進(jìn)一步分析。

1.3統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 應(yīng)用SPSS20.0軟件進(jìn)行獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)。

2 結(jié) 果

2.1不同階段老年人和年輕人主導(dǎo)姿勢(shì)控制情況 年輕人姿勢(shì)反射階段的測(cè)試結(jié)果顯示左向干擾時(shí)主導(dǎo)調(diào)節(jié)策略中踝關(guān)節(jié)為9人，軀干為4人；右向干擾時(shí)主導(dǎo)策略踝關(guān)節(jié)為1人，髖關(guān)節(jié)為12人。老年人姿勢(shì)反射階段的測(cè)試結(jié)果顯示左向干擾時(shí)主導(dǎo)調(diào)節(jié)策略中踝關(guān)節(jié)為8人，髖關(guān)節(jié)為2人，軀干為3人；右向干擾時(shí)主導(dǎo)調(diào)節(jié)策略中踝關(guān)節(jié)為5人，髖關(guān)節(jié)為5人，軀干為3人。年輕人姿勢(shì)調(diào)整階段的測(cè)試結(jié)果顯示左向干擾時(shí)主導(dǎo)調(diào)節(jié)策略中踝關(guān)節(jié)為7人，髖關(guān)節(jié)和軀干各為3人；右向干擾時(shí)主導(dǎo)策略踝關(guān)節(jié)為8人，髖關(guān)節(jié)為3人，軀干為2人。老年人姿勢(shì)調(diào)整階段的測(cè)試結(jié)果顯示左向干擾時(shí)主導(dǎo)調(diào)節(jié)策略中踝關(guān)節(jié)為10人，其余3人為髖關(guān)節(jié)，右向干擾時(shí)主導(dǎo)策略中踝關(guān)節(jié)為10人，其余3人為髖關(guān)節(jié)。年輕人姿勢(shì)穩(wěn)定階段的測(cè)試結(jié)果顯示左向干擾時(shí)主導(dǎo)調(diào)節(jié)策略中踝關(guān)節(jié)為3人，髖關(guān)節(jié)和軀干各5人；右向干擾時(shí)主導(dǎo)調(diào)節(jié)策略中踝關(guān)節(jié)為3人，髖關(guān)節(jié)為9人，軀干為1人。老年人左向干擾時(shí)主導(dǎo)調(diào)節(jié)策略中踝關(guān)節(jié)為7人，髖關(guān)節(jié)為5人，軀干僅為1人；右向干擾時(shí)主導(dǎo)調(diào)節(jié)策略中11人為踝關(guān)節(jié)，髖關(guān)節(jié)僅為2人。

2.2不同階段年輕人和老年人肌肉貢獻(xiàn)率比較 見表2、表3。對(duì)比年輕人和老年人姿勢(shì)反射階段的肌肉貢獻(xiàn)率的結(jié)果顯示僅右向干擾時(shí)老年人腓骨長(zhǎng)肌的貢獻(xiàn)率明顯地高于年輕人(t=-3.157，P<0.05)，其余肌肉間比較未見有顯著性差異。左向姿勢(shì)調(diào)整階段老年人同年輕人肌肉活動(dòng)貢獻(xiàn)率的比較結(jié)果顯示老年人脛骨前肌明顯地大于年輕人(t=-3.105，P<0.05)，而老年人豎脊肌明顯地小于年輕人(t=3.334，P<0.05)；右向姿勢(shì)調(diào)整階段的比較結(jié)果發(fā)現(xiàn)老年人脛骨前肌也明顯大于年輕人(t=-2.383，P<0.05)；而其他的比較間未發(fā)現(xiàn)有顯著性差異。

表2 左向干擾時(shí)老年人和年輕人在不同姿勢(shì)控制階段肌肉貢獻(xiàn)率比較

表3 右向干擾時(shí)老年人和年輕人在不同姿勢(shì)控制階段肌肉貢獻(xiàn)率比較

姿勢(shì)穩(wěn)定階段左向干擾時(shí)老年人同年輕人肌肉活動(dòng)貢獻(xiàn)率的比較結(jié)果顯示老年人脛骨前肌明顯大于年輕人(t=-2.536，P<0.05)，老年人豎脊肌明顯小于年輕人(t=2.770，P<0.05)；右向干擾老年人脛骨前肌明顯大于年輕人(t=-3.882，P<0.05)，老年人臀中肌明顯小于年輕人(t=3.414，P<0.05)，老年人豎脊肌明顯小于年輕人(t=2.706，P<0.05)；其他的比較間未見有顯著性差異。

3 討 論

人體側(cè)向姿勢(shì)控制調(diào)控策略的研究多數(shù)集中于理論推導(dǎo)和改變支撐面的調(diào)節(jié)策略研究，而僅有少量研究報(bào)道不改變支撐面的側(cè)向姿勢(shì)調(diào)節(jié)反應(yīng)。Rietdyk等〔14〕研究指出人體行走單支撐相由兩個(gè)不同水平的控制策略來(lái)調(diào)節(jié)身體質(zhì)心側(cè)向加速度的變化；第一水平控制在距下關(guān)節(jié)，第二水平控制在髖關(guān)節(jié)；由足部位置變化引起的較小姿勢(shì)干擾時(shí)，由髖關(guān)節(jié)外展力矩和距下關(guān)節(jié)以上身體的被動(dòng)加速度力矩來(lái)抵消重力距對(duì)于側(cè)向姿勢(shì)控制產(chǎn)生的影響；當(dāng)干擾較大時(shí)，由髖關(guān)節(jié)外展力矩和頭部、軀干和擺動(dòng)腿產(chǎn)生的加速度力矩來(lái)抵消重力距對(duì)于側(cè)向姿勢(shì)控制產(chǎn)生的影響；人體側(cè)向質(zhì)心的調(diào)控是踝關(guān)節(jié)外展力矩和髖關(guān)節(jié)外展力矩協(xié)同控制的結(jié)果。以上研究結(jié)論是基于人體逆向動(dòng)力學(xué)的理論推導(dǎo)。Rogers和Maki兩個(gè)研究團(tuán)隊(duì)對(duì)于側(cè)向姿勢(shì)控制中改變支撐面調(diào)節(jié)策略的研究完成了大量工作〔15～17〕，Rogers團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)用腰部牽拉干擾裝置誘發(fā)人體的邁步姿勢(shì)的研究顯示年輕人的邁步反應(yīng)中88.6%可通過(guò)邁1步恢復(fù)平衡，0.5%的邁步反應(yīng)需要3步以上才可恢復(fù)姿勢(shì)平衡；42.8%的老年人邁步反應(yīng)可通過(guò)1步恢復(fù)平衡，11.2%的邁步反應(yīng)需要3步以上才可恢復(fù)姿勢(shì)平衡，選擇負(fù)重側(cè)邁步策略的年輕人的邁步反應(yīng)為48.1%，而老年人的邁步反應(yīng)為30.4%〔18〕。Allum等〔9〕應(yīng)用支撐面傾斜干擾研究人體不改變支撐面時(shí)的姿勢(shì)調(diào)節(jié)反應(yīng)，結(jié)果指出老年人軀干角度變化出現(xiàn)明顯地延遲，傾斜的方向與年輕人和中年人完全相反，與支撐面的傾斜角度一致，豎脊肌表面肌電的振幅明顯地小于年輕人，作者指出軀干調(diào)節(jié)的改變可能是老年人生物力學(xué)退行性改變的關(guān)鍵變化之一。

本研究中側(cè)向干擾下老年人和年輕人的身體姿勢(shì)調(diào)節(jié)模式表現(xiàn)出明顯的差異。姿勢(shì)反射階段老年人左向干擾時(shí)髖關(guān)節(jié)主導(dǎo)調(diào)節(jié)策略和右向干擾時(shí)的軀干主導(dǎo)策略在年輕人中未有顯示；姿勢(shì)調(diào)整階段同年輕人相比較，未有老年人選擇軀干主導(dǎo)策略；姿勢(shì)穩(wěn)定階段左向干擾時(shí)老年人同年輕人相比較大都選擇了踝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)主導(dǎo)策略，而選擇軀干主導(dǎo)策略的非常少，右向干擾時(shí)老年人多數(shù)選擇踝關(guān)節(jié)策略，而年輕人多數(shù)選擇髖關(guān)節(jié)策略。以上分析結(jié)果顯示在側(cè)向姿勢(shì)干擾后的整個(gè)姿勢(shì)控制階段老年人和年輕人表現(xiàn)出截然不同的姿勢(shì)控制策略，老年人主導(dǎo)姿勢(shì)調(diào)控策略局限于下肢主導(dǎo)調(diào)控策略，軀干主導(dǎo)調(diào)控策略選擇出現(xiàn)明顯地減少。本研究中關(guān)于軀干參與側(cè)向姿勢(shì)調(diào)節(jié)的結(jié)果同Allum等〔9〕的結(jié)果相互印證。提高人體側(cè)向姿勢(shì)調(diào)控的效率應(yīng)將軀干調(diào)節(jié)作為一個(gè)關(guān)鍵切入點(diǎn)。如果某個(gè)干預(yù)方式可以提高老年人軀干在側(cè)向姿勢(shì)調(diào)控中的調(diào)節(jié)效率，那么該方式可能在姿勢(shì)干預(yù)中有效。

兩組受試者肌肉貢獻(xiàn)率差異的比較發(fā)現(xiàn)姿勢(shì)反射階段老年人右向干擾時(shí)腓骨長(zhǎng)肌活動(dòng)的貢獻(xiàn)率明顯大于年輕人；姿勢(shì)調(diào)整階段老年人脛骨前肌活動(dòng)的貢獻(xiàn)率在左右干擾兩個(gè)方向皆明顯地大于年輕人，僅在左向干擾時(shí)豎脊肌活動(dòng)的貢獻(xiàn)率明顯小于年輕人；姿勢(shì)穩(wěn)定階段老年人脛骨前肌和豎脊肌活動(dòng)的貢獻(xiàn)率在左右干擾兩個(gè)方向皆表現(xiàn)出顯著性差異，老年人脛骨前肌活動(dòng)的貢獻(xiàn)率較大，而豎脊肌活動(dòng)的貢獻(xiàn)率較小，僅在右向干擾時(shí)老年人臀中肌活動(dòng)的貢獻(xiàn)率明顯小于年輕人。以上分析結(jié)果提示在側(cè)向足底水平干擾后老年人在姿勢(shì)反射、姿勢(shì)調(diào)整和姿勢(shì)穩(wěn)定階段皆表現(xiàn)出對(duì)踝關(guān)節(jié)控制策略的倚重，在姿勢(shì)調(diào)整階段和姿勢(shì)穩(wěn)定階段豎脊肌參與不足，在姿勢(shì)穩(wěn)定階段臀中肌參與不足。Allum等〔9〕的研究中雖然老年人脛骨前肌的肌電振幅在120～220 ms明顯地小于年輕人，而在240 ms之后出現(xiàn)明顯地增加；并且老年人臀中肌和豎脊肌的肌電振幅也出現(xiàn)明顯地下降，該研究結(jié)論基本與我們的研究結(jié)論一致，其差異可能是由于干擾方式的不同引起的。綜上，年輕人和老年人足底水平側(cè)向突發(fā)干擾誘發(fā)人體不改變支撐面的姿勢(shì)控制比較結(jié)果顯示老年人的調(diào)控策略多集中于踝關(guān)節(jié)，表現(xiàn)出對(duì)于踝關(guān)節(jié)控制策略的倚重，而髖關(guān)節(jié)和軀干參與姿勢(shì)調(diào)控表現(xiàn)出參與不足。本研究進(jìn)一步證實(shí)隨著年齡的增加，老年人在側(cè)向足底水平干擾下姿勢(shì)調(diào)節(jié)的效率出現(xiàn)明顯下降。