全身振动训练对老年女性平衡能力和下肢关节肌力的影响

林长地 程亮 林晞

摘要：探讨长期振动训练对老年女性动、静态平衡能力及下肢关节肌耐力的影响，为预防老年人跌倒提供干预措施。采用美国PowerPlate振动仪，对13名55～65岁健康老年女性进行24周，3次/周，25 min/次（频率30～40 Hz，振幅3 mm）的无负重全身振动训练。在干预前后采用Good Balance平衡仪测试受试者动、静态平衡能力，使用德国IsoMed 2000等速肌力测试受试者的膝、踝关节屈伸（60、180°/s）等速肌力。结果发现：24周的高频振动训练增强了老年女性动、静态平衡能力，尤其在左右方向上改善效果显著，同时，对膝、踝关节屈、伸肌群的绝对力量、爆发力和耐力也有不同程度的改善。全身振动训练可作为提高老年人平衡能力和肌耐力的一种干预手段预防老年人跌倒的发生，对不习惯主动运动的人群也是可行的锻炼方式。

关键词： 全身振动训练;平衡能力;等速肌力;老年人;跌倒

中图分类号： G 804.21文章编号：1009783X（2015）06057205文献标志码： A

Abstract：This paper sets to study on the effect of longterm vibration training on elderly women's dynamic and static balance ability and lower limb muscle endurance，so as to provide intervention measures for the prevention of falls in the elderly.With the American PowerPlate tester，13 women aged 5565 years old were trained in 24 weeks，3 times / week，25 min / （frequency 30～40Hz，amplitude 3 mm）.The Balance Good tester was used to test the dynamic and static balance ability of the subjects，and the knee and ankle flexion and extension （60 /S，180 /S IsoMed） were used to test the knee and ankle joint strength.The results show that 24 weeks of high frequency vibration training has improved elderly womens static and dynamic balance ability，and the improvement is especially obvious on the left and right direction.At the same time，there are also varying degrees of improvement on the absolute power of knee and ankle flexor and extensor，explosive force and endurance.Therefore，whole body vibration training can be used as an effective method to improve the balance ability and endurance of the elderly people.It is also a feasible exercise for the elderly to prevent falls and those who are not used to active exercises.

Keywords：wholebody vibrations;balance ability;isokinetic muscle strength;elderly;fall

中国已逐渐步入老年化社会，每年有2 000万的老年人发生跌倒[1]，带来昂贵的医疗费用和一系列社会问题;因此，预防老年人跌倒是学者研究的热点。现有研究证实，平衡能力下降和下肢肌力的衰退容易引起老年人跌倒。如何有效地改善老年人平衡能力及增强下肢关节肌力，较多的学者从运动干预方面进行研究，如长期进行太极拳[2]、五禽戏[3]、抗阻力量训练[4]等可取得较为积极的效果。众所周知，绝对力量的退化会影响老年人的行动能力;但事实上日常活动中需要人体有强度而短促的肌肉力量，因此肌肉爆发力在人体活动中也扮演着重要角色。研究还指出老年人肌肉更容易疲劳[5]，目前改善老年人肌肉爆发力和肌肉耐力的研究甚少。

现有研究未分析过振动训练对老年人爆发力和耐力的影响，且对于平衡能力的评价采用的是开、闭眼单脚站立测试，缺乏完整的数据来分析全身振动训练对老年人平衡改善的精细度，如平衡能力改善是左右方向还是前后方向。为了弥补目前研究的不足，假设定期的全身振动训练能够对老年人平衡能力和肌耐力有一定的影响，通过对健康老年女性进行为期24周的全身高频振动训练，横向（实验和对照组）和纵向（自身）对比，进而论证长期有规律的高频振动练习对老年人平衡能力和下肢关节肌耐力的改善效果。为社区、老年机构开展振动训练活动提供定量依据，同时为预防老年人跌倒提出一种简易的干预手段，进而预防和减少老年人跌倒、减少家庭和社会的负担，丰富预防老年人跌倒的理论。

1研究对象和方法

1.1研究对象

通过走访和广告形式，经过自愿报名，最终募集了25名无特别健身爱好的健康老年女性（在实验初期共计34名受试者参与了本实验，其中9名受试者因家庭、个人身体状况退出，人员流失率为26.5%），研究对象为25名老年女性平衡能力和下肢关节肌力。被纳入的受试者已排除下肢关节损伤、运动障碍、心脑血管疾病及癫痫病。受试者随机分成年龄、身高、体质量相匹配的实验组（n=13）和对照组（n=12），见表1。所有受试者签订了知情同意书，了解本研究的目的和意图。

表 1研究对象基本情况

1.2研究方法

1.2.1实验法

1.2.1.1全身振动训练

本次研究在专门的实验人员指导和督促下，对实验组进行为期24周的全身振动训练（美国PowerPlate振动仪共4台）。训练时间为每周3次，每次25 min，频率控制在30～40 Hz间，振幅为3 mm。受试者双手全程支撑扶手，训练过程含2～3 min的热身和2～3 min的放松，依次完成屈膝半蹲、提踵、深蹲、宽站蹲、单腿蹲5个动作，每个动作完成3组，每组10～12次，组间休息时间为30 s（不计入振动训练时间）;对照组在振动仪（关闭状态）完成振动组的所有5个动作（时间和强度相同）。在24周期间，2组受试者保持居家不运动的习惯，未做其他有利于提高人体平衡能力和关节肌力的运动或活动。在整个振动干预过程实验组受试者无明显的不适感，本研究干预总时间及每次干预时间借鉴Bogaerts等[5]和Rees等[6]的研究。

1.2.1.2动、静态平衡测试

24周干预前后，对2组受试者使用Good Balance平衡测试仪（芬兰产），进行双脚站立的动、静态平衡能力测试。受试者光脚站立在测试平台上，动态测试要求受试者按照电脑屏幕显示依次到达左前方、正前方和右前方3个位置点，每到达一个位置点后马上返回（如图1左所示）。本研究动态平衡能力分析完成的时间、压力中心移动的路线长度，压力中心移动的平均速度;静态测试要求受试者要依次完成开、闭眼双脚站立（每部分测试时间限定为30 s），电脑自动记录受试者在30 s内身体晃动指标（如图1右所示），另外测试了受试者开眼和闭眼单脚站立时间。本研究静态平衡能力分析双脚开、闭眼状态下人体压力中心在左右、前后方向上的平均移动速度、平均距离，并分析了开眼和闭眼单脚站立时间。压力中心移动速度和距离：指受试者在Good Balance仪测试平板上，身体压力中心投影到平面的移动速度或距离，有左右和前后方向，该数值越小说明平衡稳定性越好[2]。

1.2.1.3等速肌力测试

24周干预前后，在专门的实验人员操作下，对2组受试者采用IsoMed 2000等速仪（德国产），对2组受试者进行了左右侧膝、踝关节（60°/s、3次和180°/s、20次）向心（屈）、离心（伸）测试。测试前受试者需进行15 min的热身，包括下肢的牵拉。膝关节测试受试者取坐位，关节活动范围为80°，踝关节测试受试者取仰卧位，关节活动范围为45°。在正式测试前，要求受试者进行2～3次的活动，保证测试数据的可靠。

图 1动态平衡测试（左）和静态平衡测试人体重心轨迹（右）

等速肌力测试指标有峰力矩、肌肉耐力等。峰力矩（PT）[7]：人体在整个关节活动中肌肉收缩产生的最大输出力矩，单位为Nm，具有较高的准确性和可重复性，可比较受试群体间关节肌肉力量。绝对力量和爆发力测试角速度：现有研究认为慢速60°/s的角速度测试和快速180°/s角速度的测试可分别代表普通人群的绝对力量和爆发力，为此本研究中60°/s角速度测试峰力矩反映受试者的绝对力量，180°/s角速度测试峰力矩反映受试者的爆发力。肌肉耐力（ER）[7]：指人体关节肌肉重复收缩时耐受疲劳的能力。等速系统测定耐力的重复次数为25次，用最后5次与最初5次的总做功比作为耐力指数。

1.2.2数据统计法

采用SPSS 18.0对本次研究的测试数据进行平均值±标准差（X±SD）处理。为了减少受试者左右侧肌力不平衡导致的误差，对所有受试者等速肌力测试结果进行了左右侧平均化处理。对24周前后实验组和对照组的测试数据，双因素重复测量方差分析比较组间、组内和组别×时间的交互作用，结果显示组别和时间有交互作用，最终单因素重复方差进行组内比较，组间进行配对样本t检验，显著水平α=0.05。

2研究结果

2.1平衡测试

平衡测试结果见表24。24周干预前：实验组和对照组，各项平衡指标均无显著性差异;24周干预后：1）动态平衡：实验组压力中心移动总长度（减少10.6%，P=0.032）显著变短。实验组压力中心移动总长度（减小13.1%，P=0.025），比对照组显著变小;而对照组干预前后人体双脚站立动态指标均无显著变化;2）静态平衡：实验组开眼压力中心在左右方向移动速度（减小13.1%，P=0.042）和距离（减小17.2%，P=0.038）均显著减小，开眼单脚站立时间显著增加（增加19.9%，P=0.020）。实验组闭眼压力中心在左右方向距离（减小13.1%，P=0.040）显著缩短，闭眼单脚站立时间非常显著增加（增加32.9%，P=0.030）;相比对照组，实验组开眼压力中心在左右方向上移动速度（减小12.2%，P=0.032）和闭眼压力中心在左右方向上移动距离（减小8.0%，P=0.046）均显著减小，开眼（增加15.8%，P=0.039）和闭眼单脚站立时间（增加29.6%，P=0.030）显著增加，而对照组各项指标均无显著变化。

2.2等速肌力测试

等速肌力测试结果见表56。24周干预前：实验组和对照组，下肢关节等速肌力指标均无显著性差异;24周干预后：1）绝对力量（60°/s）：实验组膝（组内增大16.9%，P<0.001、组间增大9.4%，P=0.038）和踝（增大15.8%，P=0.030）关节伸肌峰力矩均显著增大。其中对照组膝（增大8.5%，P=0.038）关节伸肌显著增大;2）爆发力（180°/s）：实验组膝关节屈（组内增大14.3%，P=0.016;组间增大15.1%，P=0.012）和踝关节伸（组内增大17.1%，P<0.001;组间增大8.2%，P=0.039）肌峰力矩显著增大;3）肌肉耐力：实验组膝关节屈肌（组内增大11.2%，P=0.030;组间增大9.1%，P=0.049）和踝关节伸肌（组内增大22.6%，P<0.001;组间增大12.1%，P=0.010）肌肉耐力显著增大。研究中踝关节屈为背屈，踝关节伸为趾屈。

表 2受试者动态平衡测试

1.2研究方法

1.2.1实验法

1.2.1.1全身振动训练

本次研究在专门的实验人员指导和督促下，对实验组进行为期24周的全身振动训练（美国PowerPlate振动仪共4台）。训练时间为每周3次，每次25 min，频率控制在30～40 Hz间，振幅为3 mm。受试者双手全程支撑扶手，训练过程含2～3 min的热身和2～3 min的放松，依次完成屈膝半蹲、提踵、深蹲、宽站蹲、单腿蹲5个动作，每个动作完成3组，每组10～12次，组间休息时间为30 s（不计入振动训练时间）;对照组在振动仪（关闭状态）完成振动组的所有5个动作（时间和强度相同）。在24周期间，2组受试者保持居家不运动的习惯，未做其他有利于提高人体平衡能力和关节肌力的运动或活动。在整个振动干预过程实验组受试者无明显的不适感，本研究干预总时间及每次干预时间借鉴Bogaerts等[5]和Rees等[6]的研究。

1.2.1.2动、静态平衡测试

24周干预前后，对2组受试者使用Good Balance平衡测试仪（芬兰产），进行双脚站立的动、静态平衡能力测试。受试者光脚站立在测试平台上，动态测试要求受试者按照电脑屏幕显示依次到达左前方、正前方和右前方3个位置点，每到达一个位置点后马上返回（如图1左所示）。本研究动态平衡能力分析完成的时间、压力中心移动的路线长度，压力中心移动的平均速度;静态测试要求受试者要依次完成开、闭眼双脚站立（每部分测试时间限定为30 s），电脑自动记录受试者在30 s内身体晃动指标（如图1右所示），另外测试了受试者开眼和闭眼单脚站立时间。本研究静态平衡能力分析双脚开、闭眼状态下人体压力中心在左右、前后方向上的平均移动速度、平均距离，并分析了开眼和闭眼单脚站立时间。压力中心移动速度和距离：指受试者在Good Balance仪测试平板上，身体压力中心投影到平面的移动速度或距离，有左右和前后方向，该数值越小说明平衡稳定性越好[2]。

1.2.1.3等速肌力测试

24周干预前后，在专门的实验人员操作下，对2组受试者采用IsoMed 2000等速仪（德国产），对2组受试者进行了左右侧膝、踝关节（60°/s、3次和180°/s、20次）向心（屈）、离心（伸）测试。测试前受试者需进行15 min的热身，包括下肢的牵拉。膝关节测试受试者取坐位，关节活动范围为80°，踝关节测试受试者取仰卧位，关节活动范围为45°。在正式测试前，要求受试者进行2～3次的活动，保证测试数据的可靠。

图 1动态平衡测试（左）和静态平衡测试人体重心轨迹（右）

等速肌力测试指标有峰力矩、肌肉耐力等。峰力矩（PT）[7]：人体在整个关节活动中肌肉收缩产生的最大输出力矩，单位为Nm，具有较高的准确性和可重复性，可比较受试群体间关节肌肉力量。绝对力量和爆发力测试角速度：现有研究认为慢速60°/s的角速度测试和快速180°/s角速度的测试可分别代表普通人群的绝对力量和爆发力，为此本研究中60°/s角速度测试峰力矩反映受试者的绝对力量，180°/s角速度测试峰力矩反映受试者的爆发力。肌肉耐力（ER）[7]：指人体关节肌肉重复收缩时耐受疲劳的能力。等速系统测定耐力的重复次数为25次，用最后5次与最初5次的总做功比作为耐力指数。

1.2.2数据统计法

采用SPSS 18.0对本次研究的测试数据进行平均值±标准差（X±SD）处理。为了减少受试者左右侧肌力不平衡导致的误差，对所有受试者等速肌力测试结果进行了左右侧平均化处理。对24周前后实验组和对照组的测试数据，双因素重复测量方差分析比较组间、组内和组别×时间的交互作用，结果显示组别和时间有交互作用，最终单因素重复方差进行组内比较，组间进行配对样本t检验，显著水平α=0.05。

2研究结果

2.1平衡测试

平衡测试结果见表24。24周干预前：实验组和对照组，各项平衡指标均无显著性差异;24周干预后：1）动态平衡：实验组压力中心移动总长度（减少10.6%，P=0.032）显著变短。实验组压力中心移动总长度（减小13.1%，P=0.025），比对照组显著变小;而对照组干预前后人体双脚站立动态指标均无显著变化;2）静态平衡：实验组开眼压力中心在左右方向移动速度（减小13.1%，P=0.042）和距离（减小17.2%，P=0.038）均显著减小，开眼单脚站立时间显著增加（增加19.9%，P=0.020）。实验组闭眼压力中心在左右方向距离（减小13.1%，P=0.040）显著缩短，闭眼单脚站立时间非常显著增加（增加32.9%，P=0.030）;相比对照组，实验组开眼压力中心在左右方向上移动速度（减小12.2%，P=0.032）和闭眼压力中心在左右方向上移动距离（减小8.0%，P=0.046）均显著减小，开眼（增加15.8%，P=0.039）和闭眼单脚站立时间（增加29.6%，P=0.030）显著增加，而对照组各项指标均无显著变化。

2.2等速肌力测试

等速肌力测试结果见表56。24周干预前：实验组和对照组，下肢关节等速肌力指标均无显著性差异;24周干预后：1）绝对力量（60°/s）：实验组膝（组内增大16.9%，P<0.001、组间增大9.4%，P=0.038）和踝（增大15.8%，P=0.030）关节伸肌峰力矩均显著增大。其中对照组膝（增大8.5%，P=0.038）关节伸肌显著增大;2）爆发力（180°/s）：实验组膝关节屈（组内增大14.3%，P=0.016;组间增大15.1%，P=0.012）和踝关节伸（组内增大17.1%，P<0.001;组间增大8.2%，P=0.039）肌峰力矩显著增大;3）肌肉耐力：实验组膝关节屈肌（组内增大11.2%，P=0.030;组间增大9.1%，P=0.049）和踝关节伸肌（组内增大22.6%，P<0.001;组间增大12.1%，P=0.010）肌肉耐力显著增大。研究中踝关节屈为背屈，踝关节伸为趾屈。

表 2受试者动态平衡测试

表 4受试者静态平衡测试（单脚）

表 5受试者膝、踝关节60°/s和180°/s屈伸运动肌肉峰力矩

表 6受试者膝、踝关节屈伸运动肌肉耐力（ER）变化

3讨论

3.1平衡能力

全身振动训练能够触发人体感受器，通过触压觉、本体感觉及前庭感觉的输入，进一步引起身体的适应性和神经肌肉兴奋性的改变，而人体姿势控制平衡主要是靠感觉系统（如视觉、前庭感觉）、运动系统和中枢整合来维持[8]。现有研究中，全身振动训练对老年人平衡能力的影响，从检测效果上多数采用了静态平衡测试指标，如单脚站立（开眼、闭眼）时间、压力中心摆动幅度等。如Van等[9]对慢性中风老年人进行8周振动训练（30 Hz），发现开眼和闭眼单脚站立时间、动作速度等平衡控制能力都出现了显著提高。Garland等[10]对患有轻度中风的老年人进行4周振动训练（30 Hz）发现受试者的压力中心晃动减小。刘洋等[11]对绝经女性（21人）进行16周振动训练（30～45 Hz），发现受试者（闭眼压力中心、重心最大摆幅、开眼和闭眼站立时间）静态平衡能力发生显著变化。研究结果显示，24周高频振动训练显著增加了老年女性开眼和闭眼单脚站立时间，这与Van等[9]、刘洋等[11]的研究结果一致。另外，研究使用的Good Balance平衡测试仪能够精细化监测受试者平衡能力情况。研究的静态平衡测试结果表现为，实验组开眼压力中心在左右方向移动速度和距离均显著减小（P<0.05），闭眼压力中心在左右方向移动距离显著减小（P<0.05）。这说明，经过24周的振动训练后，尤其改善了受试者在左右方向的平衡稳定性。这与吴方芳等[12]研究的振动训练能使老年人静态平衡指标中左右动摇幅度显著下降，Hiroshige等[13]认为4周的全身振动训练（30 Hz）后老年组左右摇摆（X轴轨迹）长度降低较的结果一致。由衰老导致的人体姿势控制变化，其平衡能力会出现下降，增加了老年人跌倒的风险。有研究发现，老年人侧向稳定能力下降是跌倒（侧向滑倒）的一个主要因素[14]。因在日常的活动中，前后方向是老年人经常锻炼的区域，而左右方向的活动相对较少，如何有效改善老年人侧向的稳定性就显得十分重要。此项研究验证了高频全身振动训练能改善老年受试者在左右方向的平衡能力。

老年人在日常生活中需进行大量的活动，因此，动态平衡能力至关重要。Cheung等[15]对平均年龄60岁以上的老年女性进行为期12周的全身振动训练（30 Hz）并进行动态极限稳定性测试，结果显示受试者动态稳定性增强、方向控制更加精确。本研究发现，经过24周振动训练后，实验组动态平衡能力只有压力中心移动总长度出现显著缩短（P=0.032），其他指标虽有不同程度的改善，但无统计学意义（P>0.05），我们推测经过振动训练干预后，实验组受试者维持动态平衡（压力中心）路线更加精确，拓展了上述研究。

3.2等速肌力

研究指出，随着年龄的增大，人体肌肉组织的流失，这是导致老年人肌肉力量衰退、功能丧失并发生跌倒的主因之一[23]。传统的抗阻训练可有效改善老年人肌力，而近期研究认为全身振动训练也有类似的效果。其作用机制可能为外来的机械振动刺激肢体感受器肌梭，激活α运动神经元，并促进强直性反射收缩活化肌肉的神经控制，进而增加运动单元同步程度、协同肌群同步收缩、拮抗肌群抑制与伸展反射敏感性[56，16]。

如今，对运动员群体进行振动训练会增强关节肌力已被大量研究报道。任满迎等[17]认为抗负荷力量训练附加振动刺激可有效提高运动员下肢最大力量、爆发力及肌肉耐力，次高频（35～50 Hz）效果高于中低频（20～35 Hz）。曾纪荣等[18]对女子举重运动员附加8周振动刺激后（频率10～30 Hz，振幅为2～6 mm），下肢后深蹲最大力量和下肢力矩值比对照组分别提高了16.9%和20%。研究结果发现，经过24周的振动干预后，实验组膝和踝关节伸肌（趾屈）绝对力量（60°/s）显著增大，膝关节屈肌和踝关节伸肌（趾屈）爆发力（180°/s）显著增大。国外有学者研究了高频振动训练对老年人下肢等速肌力影响，Bogaerts等[5]对31名老年女性进行24周（频率30～40 Hz、振幅2.5～5.0 mm）振动干预，膝关节伸肌力（测试角速度为120°/s）增加了9.4%。Rees等[6]研究认为8周（频率26+Hz、振幅5～8 mm）的振动训练，老年女性的踝趾屈肌力（测试角速度为90°/s）增加了18%。Roelants等[7]认为24周（频率35～40 Hz、振幅2.5～5 mm）振动训练增加了老年女性膝伸肌力（测试角速度为60°/s）18.4%。上述研究测试受试者的等速肌力角速度在60°/s～120°/s，并不能代表爆发力的测试。本研究进一步论证了高频振动训练能够改善老年人下肢等速肌力（绝对力量和爆发力），而老年人下肢肌力与跌倒有较强的关联。Whipple等[19]对比了易跌倒与无跌倒史的老年人下肢等速肌力，结果显示膝关节屈肌有显著差异，而踝关节趾屈肌有非常显著差异。Macrae等[20]研究了老年人（60～89岁）下肢等速肌力以寻求与跌倒关系最密切的肌群，认为踝趾屈肌最能预测跌倒的发生，其次是膝关节。上述研究表明老年人膝、踝关节肌力强弱与平衡功能的关系，对于预防跌倒有积极意义。

目前，对全身振动训练是否能提高老年人肌肉耐力缺乏文献报道。Fachina等[21]研究认为，人体关节肌力的增加会改善肌肉抗疲劳能力。因在一定的绝对张力下，需要相对力量百分比减少，这为主动重复性收缩运动提供了较多的能量储备。本研究结果显示，经过24周全身振动训练，实验组膝关节屈肌和踝关节伸肌力耐力指数显著增大，而下肢肌群耐力的提高会改善老年人在日常活动中抗疲劳度，这对预防老年人跌倒有一定的帮助。

本研究进一步拓展了全身振动训练能够预防老年人跌倒的理论，相比以往的研究，发现全身振动训练在改善老年女性左右方向的平衡能力、下肢爆发力以及肌肉耐力均有良好的效果;但遗憾的是，因条件限制本研究未能进行不同振动频率与振幅，以及本体感觉、下肢神经肌肉反应时等影响女性老年人平衡能力和肌肉耐力相关因素的研究。

4结束语

24周的高频全身振动训练增强了老年女性动、静态平衡能力，尤其在静态平衡测试中左右方向改善显著;同时对膝关节屈和踝关节伸肌群的绝对力量、爆发力和耐力也有不同程度改善;但对膝关节伸肌、踝关节屈肌的爆发力、耐力改善效果不显著。全身振动训练可作为提高老年人平衡能力和肌耐力的一种干预手段进而预防老年人跌倒的发生，对不习惯主动运动的人群也是可行的锻炼方式。

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