滑倒行為與防滑拖鞋安全性能研究

成松濤，靳宇，楊海峰

（江蘇省紡織產品質量監(jiān)督檢驗研究院，江蘇 南京210000）

前言

跌倒是威脅人類健康甚至生命安全的一個重要誘因。跌倒會引起肢體損傷、活動能力降低，進而影響自理能力和社交能力的下降，嚴重威脅著老年人的身心健康和晚年生活，同時也增加了家庭與社會負擔。在我國，每年有4000 多萬老年人發(fā)生跌倒，65 歲以上的老年人跌倒死亡率男性為49.56/10 萬，女性為52.80/10 萬[1]。我國已經進入老齡化社會，2021 年發(fā)布的第七次全國人口普查公報（第五號）顯示，65 歲及以上老年人已達1.9億以上[2]，若按照30%的跌倒發(fā)生率估算，每年將有5700多萬老年人發(fā)生1 次跌倒?；瑒拥乖诘拱咐械恼急茸畲?約占到43%的跌倒案例)[3]。因此，尋找滑動跌倒的發(fā)生和預防機制成為生物力學和運動醫(yī)學方面研究亟待解決的重點和熱點問題。

1 滑倒行為基本分析

人滑倒的行為本質可以描述為：人行走或奔跑過程中，鞋與地面向后方向蹬產生摩擦力，而地面提供足夠向前方向的反作用動力，下肢帶動上肢行進；若鞋與地面的摩擦力改變，從而導致反作用力不足以提供向前行進的動力，鞋與地面形成相對滑移，身體就會做出或來不及做出應急平衡反應。肢體的擺動、滑動腿的應急補償力以及反應時間等因素參與身體的動態(tài)平衡再調整過程，若穩(wěn)定性調整失敗，則造成人體前、后、側向的滑倒行為?；瑒有袨轶w系中，涉及人、地面環(huán)境、鞋三個主體和相關影響因素，見圖1。

2 滑倒的不同行為生物力學研究

人的平衡控制[4]是一種復雜的多系統(tǒng)協(xié)調機制，維持人體平衡的因素主要有正確的前庭感覺、本體感覺及視覺信息的輸入，大腦的整合作用及其神經支配，骨骼肌系統(tǒng)產生的適宜運動以及正常的肌張力。

國外較早開始提出和研究人行走滑動的動態(tài)平衡理論體系。Pai Y C 等人構建動態(tài)穩(wěn)定性體系[5-6]，研究了人體在向后滑倒時平衡調節(jié)生物力學表現(xiàn)，身體動態(tài)穩(wěn)定性為負值和支撐力不足是滑倒的決定因素。人從坐到站的姿態(tài)轉換過程中，若突然遭遇身體向后滑倒的情況，會通過向后邁出恢復步來抵抗向后滑倒的趨勢。增加恢復步的步幅，可以通過增加支撐面積以及更充足的時間來調整身體平衡，研究同時發(fā)現(xiàn)有力擺動手臂對恢復平衡也很重要。李旭龍等人[7]從生物力學角度入手，通過三維測力和肌電測試，采集從坐到站過程滑動跌倒平衡支撐的系列數據，研究表明向后滑倒時脛骨前肌、豎脊肌和三角肌的積分肌電變化較正常狀態(tài)有非常顯著的升高，同時踝關節(jié)的力量和本體感覺與平衡調整時間相關性較大。楊建坤等人利用步態(tài)分析系統(tǒng)研究了人體背部負重對坡道行走步態(tài)的影響[8]，受試者在負重后會自動調節(jié)步態(tài)參數，從而降低所需最大摩擦因數，減小滑倒的危險。無論上坡還是下坡，受試者個體之間的差異一直十分明顯，由于個人行走習慣和肌肉強度等生理因素不同，對于不同的人來說即使處在相同的環(huán)境和負重之下，他們所面臨的滑倒危險也是截然不同的。

一般會有這樣的基本認識，在下雨天等情況下人們會通過減少步幅來降低滑倒的可能性，這一結果也在Cham R 等人研究結論中[3]得到了印證：在濕滑路面情況下，人們往往通過調整步態(tài)降低所需最大摩擦因數減少滑倒的危險。為了研究人體在真實滑倒過程中的平衡調節(jié)機制，國內外很多研究都采用了情景模擬的方法，通過模擬真實的滑倒環(huán)境，使用動態(tài)滑軌實現(xiàn)滑倒的外部干擾來進行試驗。紀仲秋[9]等人通過高速攝像機和表面肌電測試研究人在滑軌上的生物力學表現(xiàn)，從坐到站及人體行走的過程中，地面反作用力、壓力中心移動范圍的值相比無干擾狀態(tài)下顯著增加，人體需要發(fā)更大的力以及更多的身體移動來維持平衡。在突然滑動和疲勞后突然滑動的外部干擾狀態(tài)下，人體在左右方向的晃動明顯增加，與受力情況相符合，有較大的跌倒風險，疲勞時平衡調節(jié)能力減弱。同時印證了，跌倒的防治與人體的平衡能力密切相關，人體平衡能力的提高可以有效預防跌倒的發(fā)生，如增加肌肉力量、增大關節(jié)的靈活程度以做出平衡的調節(jié)等。多次的滑動訓練作為防止跌倒的訓練方式，可以提高平衡能力，對于老年人跌倒的評估有一定的意義。Yang F 等人[10]采用在步態(tài)滑道行走和在坐立滑道上從坐到站立兩種行為生物力學表現(xiàn)來分析人體的穩(wěn)定性和下肢支撐作用，當滑行誘導的身體穩(wěn)定性差且下肢支撐不足時，滑倒幾乎就不可避免。

武明等人在2002 年發(fā)表的文章[11]中研究了人體跖趾關節(jié)彎曲對行走步態(tài)特征的影響，人體其它關節(jié)會有相應的運動來補償跖趾關節(jié)受約束后的協(xié)調行走，但各個關節(jié)對協(xié)調運動的貢獻大小是不同的，運動補償主要發(fā)生在踝關節(jié)和膝關節(jié)，同時上軀干也加入到補償之中。武明等人在2003 年[12]又研究了人體站立受擾平衡策略，人體受擾后會采取身體的擺動、單跨步、多跨步等模式來對抗不同的擾動強度，人體站立受擾平衡是多關節(jié)協(xié)調運動參與平衡恢復。在平衡恢復過程中跖趾關節(jié)和髖關節(jié)對平衡恢復起主要作用是不可忽視的。

3 滑倒預防

3.1 鞋防滑

鞋類安全性能對防滑摔倒具有重要的作用,目前國標產品標準中對于滑板鞋、輕型登山鞋和雪地靴等產品均設立防滑性能技術規(guī)定。防滑性能測試數據越低,意味著對人身滑倒具有更大的風險,尤其是在的濕滑的地面上更易引起滑跌事故。

R.Mohan 等人[13]利用三氯異氰酸-丁酮溶液對熱塑性橡膠鞋底表面涂刷，使其形成一層均勻的涂層，測試表明利用鹵化改性引入氯化基團和氧化基團可以明顯增加材料的極性、表面能以及表面粗糙度均，材料的摩擦系數顯著增大，從而改善橡膠鞋底的防滑性能。鞋與摩擦界面間的摩擦系數（COF）是表征防滑性能的常用指標，Li Kai Way 等人利用鞋底花紋深度、溝槽寬度及花紋方向等影響因素對COF 的影響進行了較為系統(tǒng)的研究[14-16]。結果表明花紋越深，在濕態(tài)路面以及有洗滌劑路面上摩擦力越大，花紋深度每增加1 mm，平均COF 值增加0.018 到0.108。鞋底9 mm 寬的花紋溝槽比3 mm 寬的花紋溝槽COF 值要高。相較于其他方向來說，平行于滑行方向的花紋溝槽作用不大。英國SATRA 公司的研究人員利用生物力學特征，真實模擬人在正常行走過程中發(fā)生滑倒設計并研發(fā)了SATRA STM603 鞋類動態(tài)防滑試驗機，其測試方法SATRA TM144 已被鞋類產業(yè)廣泛接受，還形成了后來歐洲標準EN ISO 13287 的基礎。測試人員利用此機臺方法對大約500 種不同款式的男女式鞋測試并收集數據并通過其鞋底花紋特征分析，提出了具有指導意義的防滑鞋底花紋設計方案[17]。彭文利等人[18]研究溫度和材料對鞋底止滑性能的影響，用作寒冷地區(qū)冰雪路面上的防滑鞋的鞋底宜作選用橡膠和TPR 材料。

3.2 地面防滑

美國材料測試學會（ASTM）提出的地面安全性標準ANSI A 1264.2 中規(guī)定，干態(tài)地面材料靜摩擦系數應當在0.5 以上[19]。我國在2014 年也發(fā)布了《建筑地面工程防滑技術規(guī)程》[20]，對建筑地面工程按照潮濕地面和干態(tài)地面的分類和施工要求，并分別規(guī)定了相關防滑等級技術要求。特別強調，老人、兒童、殘疾人聚集的活動場所，應相應提高防滑等級。建筑地面防滑工程中整體現(xiàn)澆面層通過面層拉毛、壓痕、刻痕或嵌貼防滑條等措施或使用地面防滑涂料增加表面粗糙度，板塊鋪貼面層中選用防滑地磚、石材等措施，室內裝修選用防滑木地板、大理石磚等措施，浴室增加防滑墊和安全扶手或拉環(huán)，樓梯邊沿增加防滑條等措施。

3.3 防滑倒擾動性訓練

防滑倒的擾動訓練是以運動控制與學習的原理為基礎，并以重復滑動訓練產生的適應性和長期的記憶保持為背景的。其主要包括步行滑板訓練和從坐到站滑動訓練。Pai Y C 和Bhatt T等人在防滑倒的訓練干預方面進行了系統(tǒng)性的研究[21-22]，通過受試者觀察視頻和幻燈片演示，相較于完全未知的受試者來說具有具有更好的滑后穩(wěn)定性和更小的滑動速度與位移，但數據統(tǒng)計分析結果并不樂觀，通過提前觀察了解風險做好滑倒預判并不必然降低防滑風險，而受試者經過滑步訓練后才能具有更好的步態(tài)穩(wěn)定性。因此，僅僅通過觀察訓練是不能夠完全取代運動訓練的。Cole 等[23]研究了不同速度的步態(tài)訓練對帕金森患者步態(tài)穩(wěn)定性的影響，指出降低帕金森病人跌倒風險的訓練應是步態(tài)訓練與其他物理治療相結合。WANG H H 等人[24]通過單足支撐和雙足支撐來評價平衡能力，提出增加肌肉力量對身體姿勢控制有著重要的意義。

4 結束語

收集更多的滑倒的案例和損傷狀況數據，對于全社會更多關注和研究滑倒風險有積極意義，尤其是在老年人這個特殊易發(fā)群體中，進而可以吸引更多的醫(yī)學、運動學、建材學等專業(yè)人員來進行滑倒風險的針對性干預。對于滑倒的有效干預，除了要加強鞋類安全性能的研發(fā)，還必須增加對老年群體健康護理方面的投入，動員全社會的力量助力老年人健康晚年生活，減少家庭照顧壓力，營造一個真正的老有所助、老有所依、老有所樂的溫暖社會環(huán)境。