運(yùn)動(dòng)干預(yù)老年人跌倒的生物力學(xué)機(jī)制*

任喜平

運(yùn)動(dòng)干預(yù)老年人跌倒的生物力學(xué)機(jī)制*

任喜平

（浙江師范大學(xué)體育與健康科學(xué)學(xué)院，浙江 金華 321004）

肌肉力量衰退、平衡控制能力下降是老年人跌倒最重要的內(nèi)在生物力學(xué)成因。運(yùn)動(dòng)可以改善老年人的力量和平衡，對(duì)這些跌倒風(fēng)險(xiǎn)關(guān)鍵因素的影響的研究，表明運(yùn)動(dòng)具有預(yù)防跌倒的功能。進(jìn)一步提出，圍繞生物力學(xué)機(jī)制制定的運(yùn)動(dòng)干預(yù)方案需要根據(jù)老年人個(gè)體特點(diǎn)慎重規(guī)劃運(yùn)動(dòng)方式、強(qiáng)度、頻率、持續(xù)時(shí)間。

肌力；平衡能力；運(yùn)動(dòng)干預(yù)

1 跌倒現(xiàn)象

跌倒的議題存在已久，定義界定因各種運(yùn)用及目的而有所差異[5、16、21、22、29]。一項(xiàng)共識(shí)聲明將跌倒定義為“患者突發(fā)、不自主、非故意的體位改變而倒在地面或比初始位置更低的平面上的事件”[12]。

跌倒是威脅老年人健康生活的危險(xiǎn)因素之一[21、28]，在老年人中位列首位。據(jù)報(bào)道，我國(guó)65歲以上的老年人中，男性大約有21%～23%有跌倒史，女性則高達(dá)43%～44%；全世界每年至少有2000萬(wàn)老年人發(fā)生2500萬(wàn)次跌倒[24]。數(shù)據(jù)顯示，2014年一年內(nèi)，美國(guó)65歲以上老人大約27,000人因?yàn)轶y部骨折而接受治療，大約280萬(wàn)因跌倒導(dǎo)致活動(dòng)受限或醫(yī)院就診，每20分鐘均有老人因?yàn)榈苟劳鯷1]。美國(guó)疾病預(yù)防與控制中心（CDC）預(yù)計(jì)按照目前這種進(jìn)程發(fā)展，到今年美國(guó)老人因?yàn)榈苟l(fā)生的直接醫(yī)療費(fèi)用和社會(huì)代價(jià)將超過(guò)600億美金[18]。我國(guó)的調(diào)研也發(fā)現(xiàn)，隨著年齡增加，65歲以上老年人跌倒率上升迅猛，部分地區(qū)為6%～30%[25、26]。跌倒會(huì)導(dǎo)致老年人功能急劇減退，獨(dú)立生活能力下降，甚至有較為嚴(yán)重的死亡危險(xiǎn)。

老年人跌倒現(xiàn)象已經(jīng)成為全社會(huì)廣受關(guān)注的公共健康危機(jī)問(wèn)題，在“健康中國(guó)2030”規(guī)劃中被重點(diǎn)關(guān)注。美國(guó)老齡化委員會(huì)于2008年舉辦第一屆國(guó)家預(yù)防跌倒災(zāi)害日并將其作為Falls Free?計(jì)劃的一部分，目標(biāo)是：形成國(guó)家合力，提供信息，防止老年人跌倒[19]。在西方發(fā)達(dá)國(guó)家，已經(jīng)在預(yù)防老年人跌倒方面進(jìn)行了多元化的積極干預(yù)，大大降低了老年人的跌倒發(fā)生率。CDC認(rèn)為運(yùn)動(dòng)可以提供改善老年人預(yù)防跌倒的干預(yù)措施[3]?？梢哉J(rèn)為，老年人跌倒的發(fā)生并不是一種意外，而是存在潛在的危險(xiǎn)因素，具有可控可防措施。因此，梳理運(yùn)動(dòng)對(duì)預(yù)防跌倒發(fā)生的理論體系尤為重要。運(yùn)動(dòng)干預(yù)具有其內(nèi)在生物力學(xué)機(jī)制，主要通過(guò)改善人體內(nèi)在機(jī)能減少跌倒的發(fā)生概率。

2 與跌倒相關(guān)的兩個(gè)重要概念

“平衡”和“穩(wěn)定”是兩個(gè)常見(jiàn)的相似名詞，但其意義并不相同。平衡是指一連串的動(dòng)作在不受外力或是外力總和為零時(shí)，系統(tǒng)所保持其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變；而穩(wěn)定是指出維持同一姿勢(shì)的能力，或稱之為阻止破壞平衡的能力。當(dāng)人體處于某一固定環(huán)境或是特定姿勢(shì)、動(dòng)作時(shí)，所展現(xiàn)平衡的維持能力[9]。

就力學(xué)觀點(diǎn)而言，采用以下方式可增加身體穩(wěn)定度：（1）增加身體質(zhì)量：欲推動(dòng)大小相同、重心高度相同但質(zhì)量不同的物體時(shí)，質(zhì)量較大的物體，須花費(fèi)更大的力量才能推動(dòng)。因此，物體的質(zhì)量越大，其穩(wěn)定度就會(huì)大；（2）增加轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大的物體更不容易產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)角運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象；（3）降低重心高度：重心越高，越容易被推倒；（4）增加支撐區(qū)域：支撐區(qū)域是指支撐面所接觸到的部分的邊緣連線所構(gòu)成的區(qū)域。假如支撐區(qū)域較窄，站立時(shí)會(huì)更加不穩(wěn)定，相反，則更加穩(wěn)定；（5）增加身體與接觸面的摩擦力：增加身體與接觸面的摩擦力，可增加身體穩(wěn)定度；（6）改變重心水平位置：當(dāng)受到外力作用時(shí)，雙腳支撐區(qū)域面積相同時(shí)，人體重心位置在中間會(huì)比重心位置偏向外力方向時(shí)較不穩(wěn)定[9、10]。

靜態(tài)平衡，指人體維持某一固定動(dòng)作的能力；而保持運(yùn)動(dòng)中的姿勢(shì)或從不平衡中恢復(fù)到平衡的能力則稱之為動(dòng)態(tài)平衡，即人體在不受任何外力干擾下，維持一定的軌跡或旋轉(zhuǎn)軸上的運(yùn)動(dòng)?！爸匦摹蓖灰暈槟骋晃矬w或系統(tǒng)維持平衡的點(diǎn)。從力矩的概念可知，若重心的垂直投影點(diǎn)落到支點(diǎn)的外面時(shí)，會(huì)形成力矩現(xiàn)象，使得物體產(chǎn)生角運(yùn)動(dòng)，物體的重心便會(huì)朝某一方向落下[9]。因此，從生物力學(xué)角度探討動(dòng)作平衡現(xiàn)象的研究中常以重心為代表支點(diǎn)的支撐底面積或足底壓力中心的相互關(guān)系作為評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。靜態(tài)平衡能力便可視為靜態(tài)動(dòng)作中維持重心投影點(diǎn)在支撐底面積內(nèi)或使其與足底壓力中心的偏移量越小的能力，人體在靜態(tài)平衡的維持上通常會(huì)因重心位移的大小藉由軀干與下肢肌肉活動(dòng)使用不同的平衡策略來(lái)維持重心在支撐底面積內(nèi)[10]。人體由多個(gè)單一肢段所組成，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中身體各肢段在空間中的位置不斷改變，在例如步行、上下樓梯、跨越障礙時(shí)，支撐底面積與人體重心均會(huì)同時(shí)移動(dòng)，且在動(dòng)作過(guò)程中的單腳支撐期重心并不會(huì)維持在支撐底面積內(nèi)[10]，因此，在不穩(wěn)定的狀態(tài)下維持身體的平衡是避免跌倒的要素，身體重心與支撐腿壓力中心的交互作用，對(duì)動(dòng)態(tài)平衡下的穩(wěn)定具有重要影響[14]。

人體姿勢(shì)的穩(wěn)定性主要利用感覺(jué)、運(yùn)動(dòng)與中樞神經(jīng)系統(tǒng)組成的協(xié)同與交互作用來(lái)維持。身體感覺(jué)系統(tǒng)包含視覺(jué)、內(nèi)耳前庭器、本體感覺(jué)、觸覺(jué)和震動(dòng)覺(jué)，可提供重心相對(duì)于支撐面相關(guān)位置與作用的信息；運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)主要為肌肉骨骼系統(tǒng)，提供自主動(dòng)作與重心位置變化的關(guān)系，并啟動(dòng)個(gè)體改變與修正肢體位置，以使重心重回穩(wěn)定位置以維持個(gè)體平衡；中樞神經(jīng)系統(tǒng)則是整合與協(xié)同肢體動(dòng)作、肌肉收縮及平衡策略，以維持身體姿勢(shì)平衡控制的協(xié)調(diào)與穩(wěn)定性。

3 運(yùn)動(dòng)干預(yù)機(jī)制

運(yùn)動(dòng)有多種類(lèi)型，例如力量、平衡、協(xié)調(diào)練習(xí)及有氧運(yùn)動(dòng)，干預(yù)計(jì)劃通常包括一種或多種類(lèi)型。歐洲預(yù)防跌倒計(jì)劃（Pro-FaNE）開(kāi)發(fā)了一種分類(lèi)法，將運(yùn)動(dòng)類(lèi)型分為：（1）步態(tài)、平衡和功能（任務(wù)）訓(xùn)練；（2）力量/阻力訓(xùn)練（包括功率）；（3）靈活性訓(xùn)練；（4）三維立體訓(xùn)練（例如太極拳、氣功、舞蹈）；（5）一般身體活動(dòng)；（6）耐力訓(xùn)練以及其他類(lèi)型的訓(xùn)練。此分類(lèi)法允許在某項(xiàng)鍛煉計(jì)劃中實(shí)施多于一種類(lèi)型的運(yùn)動(dòng)。鍛煉計(jì)劃可以由不同的人實(shí)施，例如物理治療師、運(yùn)動(dòng)防護(hù)師、訓(xùn)練有素的志愿者等，計(jì)劃實(shí)施過(guò)程中可以有監(jiān)督，也有可以無(wú)監(jiān)督，亦或是兩者交叉。

研究表明，運(yùn)動(dòng)干預(yù)措施可以減少老年人跌倒引起骨折的危險(xiǎn)因素，通過(guò)運(yùn)動(dòng)干預(yù)來(lái)改善平衡能力、下肢肌力、柔韌性、反應(yīng)速度、常速行走的步長(zhǎng)、步頻、步速，進(jìn)而來(lái)預(yù)防跌倒[2、6、13、23、27]。目前關(guān)于老年人運(yùn)動(dòng)能力的研究，從數(shù)量上來(lái)看在逐漸增加，也取得了大量的研究成果。一項(xiàng)Cochrane綜述[8]發(fā)現(xiàn)，運(yùn)動(dòng)作為單項(xiàng)干預(yù)，可預(yù)防跌倒，并且是最常見(jiàn)的單次跌倒預(yù)防干預(yù)措施。隨機(jī)試驗(yàn)伴隨的效益評(píng)估發(fā)現(xiàn)，絕大多數(shù)老年人骨折都涉及到跌倒，運(yùn)動(dòng)干預(yù)是一種具有成本效益的防摔策略。

伴隨著年齡的增長(zhǎng)和活動(dòng)減少，身體功能逐漸衰弱。肌肉力量和平衡控制是跌倒的最為強(qiáng)烈的風(fēng)險(xiǎn)因素。研究表明，腿部伸肌力量較差的人在家中跌倒的可能性比強(qiáng)壯的同齡人高出43％。步態(tài)有問(wèn)題的人比常人跌倒風(fēng)險(xiǎn)高出兩倍[20]；Berg平衡量表，站立—走測(cè)試，五次坐到站測(cè)試均可以有效識(shí)別跌倒高風(fēng)險(xiǎn)的個(gè)體[17]。一則包含108項(xiàng)運(yùn)動(dòng)干預(yù)實(shí)驗(yàn)（涉及全球25個(gè)國(guó)家、23047名參與者）的系統(tǒng)綜述[4]表明，有效的鍛煉計(jì)劃可以減少跌倒，主要包括平衡和功能鍛煉（高度相關(guān)性證據(jù)），最常見(jiàn)的是平衡和附加阻力的功能鍛煉（中度相關(guān)性證據(jù)）。太極拳減少了跌倒的人數(shù)（高相關(guān)性）并可能降低跌倒率（低相關(guān)性）。大部分鍛煉干預(yù)計(jì)劃的持續(xù)時(shí)間為12周或以上，近三分之一持續(xù)一年或更長(zhǎng)時(shí)間。在基于團(tuán)隊(duì)的環(huán)境中或個(gè)體基礎(chǔ)上進(jìn)行運(yùn)動(dòng)干預(yù)是有效的。成功防跌倒鍛煉計(jì)劃的最佳特征尚不清楚，但基于多重因素的計(jì)劃（同時(shí)兼顧力量和平衡）[8]以及包括平衡訓(xùn)練的計(jì)劃被證明特別有效[15]。因此，解決這些障礙的練習(xí)可能會(huì)降低跌倒的風(fēng)險(xiǎn)。

運(yùn)動(dòng)可以改善老年人的力量[13]和平衡[11]，通過(guò)對(duì)這些關(guān)鍵跌倒風(fēng)險(xiǎn)因素的影響，表明運(yùn)動(dòng)可能具有預(yù)防跌倒的效果。

4 運(yùn)動(dòng)干預(yù)原則

圍繞“肌力”和 “平衡”兩大影響跌倒的內(nèi)在生物力學(xué)因子，老年人的運(yùn)動(dòng)干預(yù)需遵循以下原則：

運(yùn)動(dòng)方式：老年人的運(yùn)動(dòng)介入原則以溫和為主，由輕度運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度開(kāi)始，漸進(jìn)式地加強(qiáng)至中等運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度。運(yùn)動(dòng)方式以動(dòng)態(tài)、間歇性的項(xiàng)目為主，因此，等張、等速運(yùn)動(dòng)較等長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)對(duì)老年人而言更為合適。

運(yùn)動(dòng)頻率及持續(xù)時(shí)間：每周3次及以上，每次累積30分鐘。根據(jù)老年人體能狀況，也可以10分鐘為單位分階段進(jìn)行，并在同一天累積。若真正達(dá)到預(yù)防跌倒的效果，干預(yù)周期以2年以上為佳[7]。

運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度：通常以最大攝氧量的60-85%或55-90%最大心率的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度最為適當(dāng)。

注意事項(xiàng)：每次運(yùn)動(dòng)前首先要進(jìn)行5-10分鐘的熱身運(yùn)動(dòng)，避免發(fā)生肌腱拉傷等情形。運(yùn)動(dòng)后則需要至少5分鐘的恢復(fù)性運(yùn)動(dòng)，減少低血壓、頭暈的現(xiàn)象，避免乳酸堆積造成的肌肉酸痛，并降低腎上腺素上升后的危險(xiǎn)。如有專(zhuān)門(mén)人員教導(dǎo)老年人運(yùn)動(dòng)時(shí)，口令需簡(jiǎn)潔易懂，易學(xué)易做，以團(tuán)隊(duì)練習(xí)方式為佳。

5 結(jié)語(yǔ)

過(guò)去的研究提高了人們對(duì)易患跌倒的常見(jiàn)危險(xiǎn)因素的理解，并為預(yù)防跌倒提供了重要見(jiàn)解。從生物力學(xué)角度而言，特定肌肉力量和平衡訓(xùn)練是核心。

運(yùn)動(dòng)量減少是導(dǎo)致肌肉萎縮的直接原因。為了避免肌肉萎縮所造成的持續(xù)問(wèn)題，老年人應(yīng)保持規(guī)律運(yùn)動(dòng)習(xí)慣。跌倒主要由于下肢肌力不足造成，藉由漸進(jìn)式的阻力訓(xùn)練來(lái)訓(xùn)練下肢承重肌肉群，可增進(jìn)肌力、肌耐力、減少骨質(zhì)流失而預(yù)防跌倒。老年人接受肌力訓(xùn)練時(shí)應(yīng)該處于舒適而且能產(chǎn)生最大機(jī)械效應(yīng)的姿勢(shì)下進(jìn)行，訓(xùn)練時(shí)主要肌群、協(xié)同肌群應(yīng)與拮抗肌群一同平衡地練習(xí),不應(yīng)限于練習(xí)單一肌群。

隨著年齡增長(zhǎng)，視力退化、本體感覺(jué)差加上肌肉收縮速度下降，使得平衡能力降低，以至于出現(xiàn)跌倒的現(xiàn)象。為了減少失衡所造成的影響，平衡訓(xùn)練對(duì)于老年人而言不可或缺。

不同的鍛煉方法在身體能耗、“愉悅性”以及對(duì)身體機(jī)能的影響各有優(yōu)劣，這些優(yōu)缺點(diǎn)因個(gè)體和環(huán)境而有所不同。運(yùn)動(dòng)干預(yù)方案在實(shí)施前需仔細(xì)規(guī)劃，以減少可能發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。

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On the Inherent Biomechanical Mechanism of Exercise Intervention in Elderly Falls

REN Xiping

(Zhejiang Normal University, Jinhua 321004, Zhejiang, China)

浙江省教育廳科研項(xiàng)目（Y201636163）。

任喜平(1982—)，碩士，講師，研究方向：運(yùn)動(dòng)健康促進(jìn)。