增齡化對老年人側(cè)向姿勢控制策略的影響

王少君 蘇麗娜 徐冬青

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

對于人體姿勢的深入研究，有助于分析老年人跌倒的原因〔1～4〕，有助于分析不同干預方式對人體姿勢控制的影響〔5～8〕。側(cè)向姿勢控制的研究較少，特別是側(cè)向不改變支撐面的姿勢控制需要進一步深入的研究。目前有研究報道側(cè)向干擾時年輕人不發(fā)生邁步時的姿勢控制策略，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的姿勢控制策略卻少有提及。本研究采用表面肌電測試系統(tǒng)收集年輕人和老年人在水平足底側(cè)向干擾時的肌電信號，比較年輕人和老年人在水平足底側(cè)向干擾時的肌肉控制策略的差異，進一步探索增齡化對于人體側(cè)向控制策略的影響，為側(cè)向姿勢控制干預提供理論基礎(chǔ)。

1 對象與方法

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，無神經(jīng)系統(tǒng)、骨骼肌肉系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)等影響機體正常神經(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，其他指標差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。

1.2實驗方法 應用Noraxon表面肌電測試系統(tǒng)(Noraxon Inc.，USA)和Dewesoft信號采集分析軟件(Dewesoft Gmbh.，Austria)同步記錄足底水平突發(fā)側(cè)向干擾信號和受試者的表面肌電信號。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測試步驟 足底水平干擾觸發(fā)平臺采用伺服電機驅(qū)動，可隨機提供兩個方向的水平干擾，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。測試選取肌肉為脛骨前肌、腓骨長肌、臀中肌和豎脊肌(L1～L2)。測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肌腹最隆起的部位，兩電極片中心點之間的距離為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。要求受試者在姿勢干擾后盡量不要發(fā)生邁步。測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)之后隨機觸發(fā)干擾平臺，受試者將隨機受到向左或向右的姿勢干擾，肌電信號記錄至干擾后1 s。每個方向隨機測試5次，測試間隔休息30 s。Dewesoft信號采集分析軟件同步記錄干擾平臺觸發(fā)信號和肌電信號以確定肌電的干擾觸發(fā)時刻。

1.2.2數(shù)據(jù)處理 干擾觸發(fā)后將肌電數(shù)據(jù)進行分段標記，然后分別計算每個區(qū)間的積分肌電。第一個區(qū)間為姿勢反射階段，起止時間為70～150 ms；第二個區(qū)間是姿勢調(diào)整階段，起止時間為150～350 ms；第三個區(qū)間是姿勢穩(wěn)定階段，起止時間為350～500 ms〔11〕。計算肌肉活動貢獻率，參與姿勢調(diào)控的肌肉在姿勢反射中的積分肌電值與所測參與完成所有肌肉的積分肌電總和的百分比，即肌肉活動貢獻率〔12〕。該計算方法不但可以避免因為兒童、老年人等特殊群體不能完成最大等長收縮(MVC)數(shù)據(jù)采集，而且還可以避免肌電幅值超過80%時很難確定一個合適的參考點及個體皮下組織差異對于肌電幅值造成的影響〔13〕。同一受試者相同方向5次干擾的測試結(jié)果計算平均值，肌肉活動貢獻率最高的關(guān)節(jié)為該時相的主導調(diào)控策略關(guān)節(jié)。由于本研究中只測試了身體左側(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側(cè)相同肌肉的表面肌電。在此基礎(chǔ)之上，對受試者的側(cè)向姿勢調(diào)控的肌肉策略進行進一步分析。

1.3統(tǒng)計學方法 應用SPSS20.0軟件進行獨立樣本t檢驗。

2 結(jié) 果

2.1不同階段老年人和年輕人主導姿勢控制情況 年輕人姿勢反射階段的測試結(jié)果顯示左向干擾時主導調(diào)節(jié)策略中踝關(guān)節(jié)為9人，軀干為4人；右向干擾時主導策略踝關(guān)節(jié)為1人，髖關(guān)節(jié)為12人。老年人姿勢反射階段的測試結(jié)果顯示左向干擾時主導調(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；右向干擾時主導調(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。年輕人姿勢調(diào)整階段的測試結(jié)果顯示左向干擾時主導調(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；右向干擾時主導策略踝關(guān)節(jié)為8人，髖關(guān)節(jié)為3人，軀干為2人。老年人姿勢調(diào)整階段的測試結(jié)果顯示左向干擾時主導調(diào)節(jié)策略中踝關(guān)節(jié)為10人，其余3人為髖關(guān)節(jié)，右向干擾時主導策略中踝關(guān)節(jié)為10人，其余3人為髖關(guān)節(jié)。年輕人姿勢穩(wěn)定階段的測試結(jié)果顯示左向干擾時主導調(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；右向干擾時主導調(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。老年人左向干擾時主導調(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；右向干擾時主導調(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率比較 見表2、表3。對比年輕人和老年人姿勢反射階段的肌肉貢獻率的結(jié)果顯示僅右向干擾時老年人腓骨長肌的貢獻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。左向姿勢調(diào)整階段老年人同年輕人肌肉活動貢獻率的比較結(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 左向干擾時老年人和年輕人在不同姿勢控制階段肌肉貢獻率比較

表3 右向干擾時老年人和年輕人在不同姿勢控制階段肌肉貢獻率比較

姿勢穩(wěn)定階段左向干擾時老年人同年輕人肌肉活動貢獻率的比較結(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)向姿勢控制調(diào)控策略的研究多數(shù)集中于理論推導和改變支撐面的調(diào)節(jié)策略研究，而僅有少量研究報道不改變支撐面的側(cè)向姿勢調(diào)節(jié)反應。Rietdyk等〔14〕研究指出人體行走單支撐相由兩個不同水平的控制策略來調(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干擾時，由髖關(guān)節(jié)外展力矩和距下關(guān)節(jié)以上身體的被動加速度力矩來抵消重力距對于側(cè)向姿勢控制產(chǎn)生的影響；當干擾較大時，由髖關(guān)節(jié)外展力矩和頭部、軀干和擺動腿產(chǎn)生的加速度力矩來抵消重力距對于側(cè)向姿勢控制產(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力學的理論推導。Rogers和Maki兩個研究團隊對于側(cè)向姿勢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團隊應用腰部牽拉干擾裝置誘發(fā)人體的邁步姿勢的研究顯示年輕人的邁步反應中88.6%可通過邁1步恢復平衡，0.5%的邁步反應需要3步以上才可恢復姿勢平衡；42.8%的老年人邁步反應可通過1步恢復平衡，11.2%的邁步反應需要3步以上才可恢復姿勢平衡，選擇負重側(cè)邁步策略的年輕人的邁步反應為48.1%，而老年人的邁步反應為30.4%〔18〕。Allum等〔9〕應用支撐面傾斜干擾研究人體不改變支撐面時的姿勢調(diào)節(jié)反應，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調(diào)節(jié)模式表現(xiàn)出明顯的差異。姿勢反射階段老年人左向干擾時髖關(guān)節(jié)主導調(diào)節(jié)策略和右向干擾時的軀干主導策略在年輕人中未有顯示；姿勢調(diào)整階段同年輕人相比較，未有老年人選擇軀干主導策略；姿勢穩(wěn)定階段左向干擾時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)主導策略，而選擇軀干主導策略的非常少，右向干擾時老年人多數(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)向姿勢干擾后的整個姿勢控制階段老年人和年輕人表現(xiàn)出截然不同的姿勢控制策略，老年人主導姿勢調(diào)控策略局限于下肢主導調(diào)控策略，軀干主導調(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)向姿勢調(diào)控的效率應將軀干調(diào)節(jié)作為一個關(guān)鍵切入點。如果某個干預方式可以提高老年人軀干在側(cè)向姿勢調(diào)控中的調(diào)節(jié)效率，那么該方式可能在姿勢干預中有效。

兩組受試者肌肉貢獻率差異的比較發(fā)現(xiàn)姿勢反射階段老年人右向干擾時腓骨長肌活動的貢獻率明顯大于年輕人；姿勢調(diào)整階段老年人脛骨前肌活動的貢獻率在左右干擾兩個方向皆明顯地大于年輕人，僅在左向干擾時豎脊肌活動的貢獻率明顯小于年輕人；姿勢穩(wěn)定階段老年人脛骨前肌和豎脊肌活動的貢獻率在左右干擾兩個方向皆表現(xiàn)出顯著性差異，老年人脛骨前肌活動的貢獻率較大，而豎脊肌活動的貢獻率較小，僅在右向干擾時老年人臀中肌活動的貢獻率明顯小于年輕人。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反射、姿勢調(diào)整和姿勢穩(wěn)定階段皆表現(xiàn)出對踝關(guān)節(jié)控制策略的倚重，在姿勢調(diào)整階段和姿勢穩(wěn)定階段豎脊肌參與不足，在姿勢穩(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)和軀干參與姿勢調(diào)控表現(xiàn)出參與不足。本研究進一步證實隨著年齡的增加，老年人在側(cè)向足底水平干擾下姿勢調(diào)節(jié)的效率出現(xiàn)明顯下降。