失能老人運動健康評價研究進展

王向東，陳玉霞，苗文勝

（1．集美大學，福建 廈門 361021；2．上海體育學院運動健身科技省部共建教育部重點實驗室 上海 200438；3．河南省體育科學研究所 河南 鄭州 450044；4．中國老齡科學研究中心 北京 100088）

伴隨我國人口老齡化進程不斷加快，老人慢性病患病率逐年增加，許多老人出現不同程度的失能（劉二鵬 等，2018）。據預測，到2030年、2050年，我國失能老人將分別達到6 168萬人、9 750萬人（穆光宗，2016）。國際上將失能定義為：因年邁虛弱、殘疾、生病、智障等原因所導致的日常生活主要活動能力或生活能力喪失或受限制（朱雪雪 等，2019）。國內有學者將失能老人定義為：因機體功能障礙導致日常生活活動能力喪失的老人（程蕾等，2019）。目前，學術界對失能老人尚沒有一個統一的界定。K at z等（1963）編制了日常生活活動能力量表，設置了吃飯、穿衣、上廁所、上下床、洗澡和室內走動等六項指標來測量日常生活活動能力，根據完成項目情況進行失能分級，其中1～2項不能完成為輕度失能，3～4項不能完成為中度失能，5～6項不能完成為重度失能。朱雪雪 等（2019）以獨立完成穿衣、洗澡、吃飯、上下床、上廁所、控制大小便等6項日常生活活動能力，以及做家務、做飯、購物、撥打電話、自己吃藥、管錢等6項工具性日常生活活動能力的受限程度作為評估失能程度的依據，其中任何一項任務完成困難即判定為失能。國內學者劉歡 等（2021）提出將以下五個問題作為失能測度指標：“您可以在需要時自己做飯嗎？”“必要時可以自己洗衣服嗎？”“您可以一次連續走1公里嗎？”“您能舉起5公斤重的東西嗎？”“您可以連續蹲下并站起來3次嗎？”。選項主要包括“獨立”“需要一些幫助”“不能完成”。在具體應用和統計分析過程中，如何界定“生活能夠自理”與“生活不能自理”，因研究目的不同存在一定的差異（廖少宏 等，2021）。國際上通常使用K at z量表和Barthel量表進行失能評估（Hartigan，2007；朱雪雪 等，2019）。K ovacs等（2007）在其研究中使用了RMQ（Roland-Morris questionnaire）調查問卷。

International Classification of Functioning，Disability and Health(ICF)是由世界衛生組織制定的評價健康和失能的國際功能分類，該分類包含身體功能、殘疾、健康問題等多個維度（林楓 等，2019；燕鐵斌，2019）。目前研究多從生理、心理和社會三個層面來評估失能情況，將失能評估分為功能性評估與認知評估（朱雪雪 等，2019）。學者Ikeda-Sonoda等（2020）根據ICF分類，從日常生活活動、認知功能和社會參與三個方面建立了失能和健康的區別標準（見表1）。

表1 健康表現分類及其內容

然而，Hartigan（2007）在比較了K at z日常生活活動能力和Barthel指數在老年護理實踐中的意義和實用性后指出，在日常生活活動中使用K at z評估量表，其結果往往趨于主觀并缺乏系統的方法，對患者評估的主觀性使其難以評估治療的有效性，從而容易導致對數據的誤解和偏見。考慮到量表評價具有主觀性，可以通過生物力學手段對失能老人進行定量測試和客觀評估。本研究的目的如下：通過檢索國內外學界關于失能老人的生物力學研究文獻，了解該領域目前的研究進展，建立失能老人生物力學指標評價體系，以期為失能評估提供客觀有效的評價手段。

一、資料和方法

（一）文獻檢索

檢索時間范圍：2000—2021年。檢索日期：2022年1月22日。

檢索主題：中文檢索“失能老人”+“運動”/“步態”/“肌肉力量”/“肌電”/“機械能量”；英文檢索“disabled elderly”+“gait”/“muscle strength”/“electromyography(EMG)”/“mechanical energy”/“mechanical work”。

檢索數據庫：中國知網數據庫（http://www.cnki.net）、PubMed數據庫（http://www.ncbi.nlm.nih.gov/PubMed）。

（二）納入和排除標準

納入標準：國內文獻檢索知網數據庫的失能老人運動健康中文文獻，國外文獻檢索PubMed數據庫的失能老人運動健康英文文獻。

排除標準：重復文獻，與失能老人運動健康不相關的研究文獻。

文獻選擇方法：根據標題和摘要內容進行篩選。

二、結果

（一）中文數據庫檢索結果

“失能老人”+“運動”，檢索結果26篇，納入18篇；“失能老人”+“步態”，檢索結果4篇，納入4篇；“失能老人”+“肌肉力量”，檢索結果0篇；“失能老人”+“肌電”，檢索結果1篇，納入1篇；“失能老人”+“機械功/機械能”，檢索結果0篇。除去重復文獻，共納入24篇文獻（見圖1）。中文文獻分別對失能老人輔助設備、跌倒及運動干預進行了研究。

圖1 2000—2021年失能老人運動健康研究中文文獻數量

（二）英文數據庫檢索結果

“disabled elderly”+“gait”，檢索結果3 403篇；“disabled elderly”+“muscle strength”，檢索結果3 751篇；“disabled elderly”+“EMG”，檢索結果876篇；“disabled elderly”+“mechanical energy”，檢索結果71篇；“disabled elderly”+“mechanical work”，檢索結果191篇：共計8 292篇。失能老人健康評價研究的英文文獻數量較多，主要研究方向為失能老人力量相關問題，其次是失能老人步態分析。英文文獻年度發文情況如圖2所示。

三、討論

（一）失能老人運動健康相關研究進展

2000—2021年，失能老人運動健康相關研究的中文文獻共計24篇，最早發文年度為2010年。該領域的研究成果主要集中在最近四年，其中2018年3篇，2019年5篇，2020年3篇，2021年3篇。主要研究領域為跌倒和輔助設備。

失能老人運動健康相關研究的英文文獻共8 292篇，發文數量明顯多于中文文獻。2000—2017年，該領域的英文文獻數量一直處于穩步增長狀態；2018年增長速度趨于緩和，與2017年基本持平；2020年發文數量相比2019年有所下降（見圖2）。該領域英文文獻主要研究方向為力量測試和步態評估。

圖2 2000—2021年失能老人運動健康英文文獻數量

（二）失能人群輔助設備的生物力學測量

針對失能老人的實際需求，楊智鑫（2017）進行了家用失能老人洗浴輔助設備的設計和研發，周思源（2018）利用運動仿真軟件提出了床椅一體化護理床的新設計方案，馬金平等（2021）根據失能老人的需求，進行了仿真學行走輔助輪椅的設計研究。

Agrawal等（1979）通過運動學計算設計了針對失能人群坐-立和坐-躺的改良椅。Bae等（2011）對具有抬臀功能的電動升降椅進行了生物力學評價，通過實驗測量了受試者在預定高度座位上進行坐-立運動時大腿肌肉的三維運動學數據和肌電圖。其實驗結果表明，座位高度抬高15°可以滿足抬髖功能，座椅位置越高，對人體站立運動的輔助越有效。

（三）針對失能老人的運動健康評價

1．力量測試

Giampaoli等（1999）指出，握力差可以作為老人失能的預測指標。Rantanen等（1999）根據被試自我報告在進行“舉起10磅重物”“在一個小房間走1/4英里”“爬10級臺階”等活動時遇到的困難數量，確定其日常身體活動的頻率和數量，并使用便攜式測力計對其握力和膝關節伸展力量進行測試。該研究結果表明：力量較弱的被試報告了更多的運動困難；身體活動量與膝關節伸展力呈正相關，活動強度與身體殘疾水平一致；身體活動量和肌肉力量是身體殘疾嚴重程度的重要預測指標，較小的肌肉力量與更大程度的身體殘疾呈正相關。K rebs等（2007）將15名門診失能老人分成兩組，分別進行6周高強度功能訓練（FT）（每周進行3～5次快速家庭練習和日常生活中的運動，包括步行、踏步、椅子坐-立練習）和彈力帶漸進阻力力量練習（ST）。其研究發現：兩種訓練均對下肢髖關節外展力量、膝關節屈肌和伸肌力量、踝關節跖屈和背屈力量有顯著改善作用；通過干預后，兩組被試的步速均得到改善，其中FT組較ST組改善幅度更大（P=0.001）；在椅子坐-立測試中，FT組的膝關節最大力矩較ST組有大幅改善（P=0.033）。其研究結果表明：FT干預較ST干預可以更好地增強失能老人的關節力量，在失能老人執行日常生活任務時，對其動態平衡控制和協調有更大程度的改善。K rebs等（1998）通過研究表明，適度運動可改善殘疾老人的步態穩定性，因此鼓勵有功能限制的老人進行低強度的力量訓練。Beijersbergen等（2016）檢查了10周波茨坦步態（POGS）訓練對中度行動不便老年人腿部力量的影響，并進行了完整的步態生物力學測試（包括關節運動學、動力學測試和肌肉激活測試等），結果發現，10周POGS練習可以提高腿部力量并能有效提升步行速度。POGS 10周腿部力量和爆發力訓練可改善中度行動不便老人的步行速度。Cuoco等（2004）研究了失能老人肌肉力量和爆發力對其步態速度的影響，對被試雙腿分別進行40%，50%，60%，70%，80%和90%1RM的力量測試，其結果表明：40%1RM較70%1RM更能解釋步態速度的變異性；步態速度變異率在較低百分比最大強度下，才能表現出對收縮速度差異的敏感性。由于步態速度變異率可高度預測殘疾，故宜在較小外部阻力下評價肌肉力量的決定因素。

2．步態評估

Boyle等（2007）通過測量8英尺行走和旋轉一周所用的時間和步數，研究社區老人的體育活動和偶發殘疾情況。實驗分組情況如下：不能完成任務的人得0分；其余人按得分分成五組，完成任務時間最快、步數最少的組得分為5分，完成任務時間最慢、步數最多的組得分為1分。該研究發現：每周增加一小時體育活動，可使老人致殘風險相對降低約7%。體育活動的保護作用超出了自我護理活動，即使只增加較低強度的體育活動，也可顯著降低老人的致殘率。Shimada等（2004）為了確定步行對肢體殘疾老人的影響，將32位66～98歲門診殘疾老年患者隨機分成普通運動組和跑步機運動組（跑步機運動組持續6個月在跑步機上進行步行練習）。其研究發現：跑步機運動組的跌倒次數比普通運動組低21%。這表明，在跑步機上步行，通過步態擾動干預可有效減少殘疾老人跌倒次數，從而可以對殘疾老人的身體功能產生有益影響。

Morgenroth等（2012）通過對患有骨關節炎的失能人群進行研究指出，步態生物力學改變會導致肢體負重增加，這被認為是該人群下肢膝關節和髖關節骨關節炎患病率增加的原因之一。優化臼窩配合和假體對齊，以及開發具有改善推進特性的假體足，可以減少肢體的不對稱負載，是預防和治療截肢人群骨關節炎的潛在策略。關注與此類似的機械危險因素，對繼發性殘疾原因的持續研究、發展預防策略、實現最佳康復實踐，對于最大限度提高殘疾患者的功能和生活質量至關重要。

3．姿勢控制

Hughes等（1996）研究了自我報告失能老人的姿勢擺動、感覺運動障礙以及功能表現。其研究發現：姿勢擺動測試結果與自我報告的失能情況并不一致，因此，報告姿勢擺動可能更能表現感覺運動障礙而不是區分功能表現。Chang等（1999）的研究表明，步態起始評估可以作為區分健康人群和失能人群的篩查測試工具。通過測量步態啟動時單支撐相人體重心-壓力中心的力矩臂（所能承受的重心偏離地面反作用力壓力中心的距離，該距離代表了動態平衡控制水平）來評價動態平衡能力，將人體重心-壓力中心的力矩臂16～18厘米的范圍作為區分殘疾和非殘疾的標準，并可將其作為識別平衡功能障礙的潛在工具。Santos等（2010）分析了人體在站立時保持平衡姿勢的中樞神經系統利用預期和代償。從運動學和動力學角度研究利用預期和代償之間的關系，在典型時間段內記錄并分析運動學和動力學數據，并進行預期和補償性姿勢調整。與利用預期的可預測條件相比，當干擾不可預測時，質心和壓力中心位移更大。這表明：可以通過更好地利用預期來增強姿勢控制，這種方法可以作為平衡障礙患者康復的一種有價值的方式。

Bernardi等（2004）通過使用測力臺監測因患有骨科疾病而影響運動功能的老人坐-立過程的身體姿態，對其進行運動學分析。其研究表明：坐-立運動在很大程度上取決于軀干彎曲動量、身體重心上升前的位置和下肢伸肌力量，通過這三個指標，可快速確定坐-立運動表現。這三個因素可視為坐-立運動表現的決定因素。膝關節伸肌相對最大力量（伸肌最大等長收縮力量除以體重），是下肢伸肌力量的預測指標。軀干彎曲動量和下肢伸肌力量，是最大垂直速度的重要預測因子，軀干彎曲動量是主要預測因子。研究證明：幫助運動受損老人增強坐-立能力，以增加力量為目的的康復干預是有效的。Aissaoui等（1999）就坐-立任務的生物力學分析與建模進行了文獻綜述。其研究發現，關于坐-立任務的研究內容主要集中在四個方面，分別是椅子設計、康復治療方法、正常和異常坐-立運動表現分析，以及坐-立生物力學建模。通常采用建模的方法評估作用于失能人群不同關節的力和力矩。此外，建模方法還可以用來分析關節扭矩和地面反作用力的影響因素。

4．能量學研究

McGibbon等（2001）試圖確定機械能方法是否可用于識別和理解下肢殘疾造成的補償性運動策略。他們通過分析健康老人和失能老人在自選速度和規定速度（每分鐘120步）行走時下肢矢狀面的機械能消耗和機械能補償情況發現：在支撐末期，失能老人踝關節消耗的能量較少；在支撐中期，后腰部位消耗更多的能量；當控制行走速度時，踝關節的機械消耗差異消失，但髖關節在支撐中期的機械消耗顯著增加；髖關節和后腰部位的機械消耗增加，髖部和后腰部肌肉出現嚴重代償，尤其當其步行速度超過自選速度時更是如此；在支撐中期采用增加轉移到骨盆的能量來幫助步態推進、控制對側肢體擺動的姿勢控制策略。然而這種調整策略可能損害動態穩定性并增加跌倒風險。其研究結果表明，機械能方法可以用于識別失能老人的代償性運動策略。

四、結論

本研究對國內外近20年失能老人運動健康相關研究成果進行了簡要對比，國內外學界在該領域的研究情況大體如下。第一，國內失能老人運動健康研究開始較晚，研究成果數量較少；國外相關研究數量龐大，近20年來一直處于穩步增長趨勢。第二，國內學界在該領域的研究內容單一，主要研究方向是失能老人跌倒和輔助設備；國外學界對于失能老人的力量、步態和姿勢控制等方面均進行了大量研究。第三，關于失能老人肌電活動情況和機械能的研究，國內尚屬空白。第四，對老人失能情況的測量和評價可以借助運動生物力學領域的力量測試、姿勢控制能力測試、步態評估、能量學分析等手段。

多學科交叉融合將是未來研究的發展趨勢，利用生物力學手段對失能老人運動健康情況進行相關研究，能夠為失能老人相關研究提供新的研究方法和研究思路，其研究結果將對臨床醫學、運動醫學、康復醫學等產生重要影響。