背向行走训练提高学龄男孩平衡能力研究

孙进军

(浙江邮电职业技术学院 公体部，浙江 绍兴 312016)

背向行走训练提高学龄男孩平衡能力研究

孙进军

(浙江邮电职业技术学院 公体部，浙江 绍兴 312016)

目的:探讨背向行走训练能对儿童的平衡与运动控制能力提供的影响。方法:14位健康男孩，平均年龄7.25±0.56岁被随机分成实验组与控制组。实验组执行背向走训练方案，训练时间12周，3次/每周，30min/每次，控制组不进行任何形式行走训练。实验前及训练后4、6、8、12周分别利用动态训练评估系统 BTA-200DP对两组对象进行5项动力性平衡评估检测(前/后,内侧/外侧及总体平衡指标)及下肢运动学参数对比。结果：12周训练后，实验组平衡能力明显好于控制组；与控制组相比，实验组的运动学步态参数在退着走与正向走间没有明显差异(P>0.05)，但退着走的支撑时间明显长于正着走,而摆动时间、步长、步速及大腿、踝及足的动作幅度则明显小于正着走。结论：背向行走训练能改善学龄儿童的动态平衡及动作控制能力。

动作控制；背向行走；儿童;平衡能力

0 前 言

预防跌倒是目前全世界所面临的一个医疗和社会挑战事件，据不完全统计：世界上每年因跌倒造成儿童意外伤害约占儿童发病率和死亡率的25%～40%[1-3]。跌倒所引起的损伤不仅影响儿童生活，更是影响到他(她)们的身体健康。导致跌倒的因素众多，如平衡能力下降、瘦体重、下肢肌肉力量下降、视力、触觉，本体感觉、前庭感觉器官等功能下降等[5,6]，其中平衡能力下降的问题是感官系统、动作系统及肌肉骨骼系统的相互作用的结果，它在所有因素中起到关键的作用。为了预防意外跌倒，常引入锻炼方法以便增强平衡及动作控制能力,例如太极拳和跆拳道[7-10]。这类项目比较适合患唐氏综合征的青少年、智力残疾、协调障碍、肥胖和缺乏锻炼的孩子。

然而，查阅近20年的国内外相关研究文献，很少有学者对背向行走训练对于提升健康儿童平衡能力及运动控制能力进行过研究。而学者们所探讨的“太极拳”及“跆拳道”训练虽对提升儿童平衡有诸多益处,但这些项目无论对成年人亦或小孩，都不易学习或者实践。对儿童而言，若能找到更简单的身体训练方法提升其平衡能力则更具现实意义。背向行走所需场地设施要求不高，而且简单易学、成本低廉，若该项目能对提升健康孩子平衡能力及动作控制能力，则其推广价值明显。本研究先提出假设并进行验证：背向走能够改善学龄儿童平衡能力，并进一步验证停止练习后的平衡能力下降效果，从而为改善我国公民健康体适能作出贡献。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

参与本次研究的14名健康男孩(没有任何运动障碍)，平均年龄7.25±0.56岁。得到孩子家长和本人同意后，将受试对象随机分成控制组和实验组。

图1 16周大步健走后不同健身组别体质指数BMI变化比较

1.2 研究方法

1.2.1 实验设计。

1.2.1.1 实验组受试者被执行为期12周的背向走训练，训练计划是3次/周，30min/次，训练地点是在标准400m田径场的60m直道上来回反复进行训练；

1.2.1.2 为保证实验的严谨，排除干扰因素，课题组指派三位健身指导员分别对实验组进行监督，训练时间均确定于每日18∶00-20∶00时段内；

1.2.1.3 所有受试者均配戴芬兰polar运动心率表，要求训练过程中达到个人最大心率75%的运动强度，以确保中等强度。

1.2.1.4 背向训练时，要求受试者昂首挺胸，尽可能迈大步；在整个实验期间，控制组按照他们原来的生活方式进行。

1.2.2 平衡能力指标测试。使用BTA-200DP (国产)动态平衡测试系统(强调受试者保持平衡中心稳定性能力)。该测试系统有前-后及内侧-外侧轴，能同时进行自由移动，系统软件在前、后方向和内侧、外侧轴向采样频率为200Hz，并自动计算前-后指数(API)、内侧-外侧指数(MLI)及总体平衡指数(OBI)。此外系统还能评估变量多区COP(左右侧对称度、平均重心分布、COP点总轨迹长、外周面积、单位面积轨迹长、视觉Romberg率、最大压力点、足弓指数等20余类指标。

由于OBI, API 及MLI代表受试者对他们各方向(矢状面及额状面)对平衡的控制能力，故本研究特选择这三类指标进行评价。

1.2.3 运动学参数测试。12周背向走训练后，对实验组与控制组受试者均要参加运动学测试。在所有对象熟悉了检测后，使用1台JVC9800高速摄像机，拍摄频率为100帧/s。摄像机固定正对60m跑道中段，距离跑道约12m，机高0.75m,采用北京体育大学研发的视讯图像解析系统对运动图像进行解析(附：该系统含中国人体惯性参数模型)，以获取相关运动学参数。

受试者被告知按自我选择的速度步行，眼正视前方，尽可能地以自然姿势行走，每个孩子完成3次背向走及正向走测验，下肢矢状面内的运动学参数包括步态周期中的步长、步频、角位移、支撑时间、摆动时间被提取进行统计学分析。将所测3次步行参数求均值后进行分析，这里的步态周期是指从一只脚触地瞬间到该只脚下一次触地瞬间，一个单步是指一只脚触地瞬间到下一次另一只脚触地瞬间，步长指一只脚的触地点到接着另一只脚触地点之间的距离。

1.2.4 数理统计法。使用SPSS17.0对所测参数进行统计处理。独立样本T 检验比较实验组和对照组之间的相关平衡指标；采用独立样本T检验以查明背向走与正向走方式下，实验组和对照组之间运动学及步态参数差异；所有统计分析的显著水平选择为0.05。

图1 实验组与控制组OBI动态变化曲线图

图2 实验组与控制组API指数动态变化曲线图

图3 实验组与控制组MLI指数动态变化曲线图

2 研究结果

2.1 动态平衡参数比较

据评价标准核定，受试对象的动态平衡指数OBI(总体平衡指数)、API(前后指数)及MLI(内外测指数)，测得值越小表示平衡能力越好。

图1、2、3显示总体平衡能力(OPI)、前-后指数(API)、内侧-外侧指数(MLI)在实验前(0周)实验组与对照组没有差异，说明分组较均匀；在实验进行到第4周时，实验组与控制组开始出现明显著差异(P<0.001)，表现为实验组明显低于控制组;在实验进行到第8周时，OPI、API、MLI三项指标均表现出实验组显著低于控制组(P<0.001)；实验进行到12周后，实验组OPI、API、MLI继续呈现下降趋势，但下降的速度明显缓慢，而控制组在整个实验阶段三项指标值比较稳定，没有明显变化；背向行走训练结束后的12周再测试，实验组OPI、API、MLI三项指标值虽然均表现出有所上升，但还是显著低于控制组(P<0.001)，说明退着走训练获取的平衡能力增益效应的消退速度比较缓慢。

2.2 运动学参数比较

首先，经过双因素方差分析检验,不同组别(控制组与实验组)及不同走模式(正着走与背向走)所获得的运动学参数中，总支撑、单支撑、双支撑、摆动时间、步长、步速、左步长×10/身高、最小髋角、最大髋角、髋角变化、最小膝角、最大膝角、膝角变化、最小踝角、最大踝角、踝角变化均不存在交互影响(P>0.05)，这意味着背向行走训练不影响受试者的行走的下肢运动特征。但同一受试者，正向走与背向走所表现出的下肢运动学参数却有许多不同之点，表现如下：

2.2.1 从表1的数据看出:不同走模式下，背向行走比正向行走的单步支撑总时间及双支撑时间更长(P<0.001),而摆动时间更短(P<0.001)些。

2.2.2 从表2的数据显示：正向走比背向走的步长更长(P<0.001)，步速更快(P<0.001)，而左步长×10/身高指数更大(P<0.001)。这充明说明孩子可能在背向走期间表现出过于小心谨慎。

2.2.3 从表3数据显示，与背向行走相比：正向走的最大髋角及髋角变化明显增大(P<0.001)，而最小髋角无明显差异(P>0.05)；最小膝角明显变小(P<0.001)，而膝角变化范围则显著增大(P<0.001)，而最大膝角无明显差异(P>0.05)；最小踝角及最大踝角则明显增大(P<0.001)，但踝角变化范围则没有明显差异(P>0.05)。进一步分析发现：在背向走的步态参数中，足的最大背屈角约11°,但在正着走时，足几乎不存在背屈；背向走的最大踝角比正着走约小15°，这意味着背向走时，足跖屈程度要小些。

表1 正向走和背向单步时间特征统计表(单位：毫秒ms)

表2 正向走和背向走单步步长与步速特征统计表

表3 正向走和背向走下肢关节角特征统计表(°)

3 分析与讨论

本研究表明：12周背向行走训练后，儿童的平衡能力大大改善。在背向走训练停止2个月后，平衡能力(OPI、API、MLI三批标)仍然保持在一个相当高的水平。该结果与zhang.S.[11]的研究结果很相似，只是zhang.S以老年妇女为对象，分设实验组与控制组，也是经过12周的背向走训练，结果发现实验组的单腿站立持续时间明显高于对照组，而闭眼静态站立的重心波动呈明显下降趋势。Yang.YR[12]对两组脑卒中患者进行过实验，结果表明，三周背向走训练后,实验组比对照组在步速、步长和对称指数方面显示出更多改善。

目前，对背向走训练引起平衡能力及动作控制力的明显改善的机制问题尚不十分清楚。但从事动态任务时，人体平衡及动作控制显然是由人体内许多系统协同完成的[13]。至少涉及到三个组件系统:①感觉系统(视觉，皮肤和本体觉和前庭感觉)提供反馈信息以便对一个自主任务的平衡动作进行调节；②动作系统, 它创造协调动作以便保持平衡；③生物力学系统或肌肉骨骼系统,它包括那些创造运动力矩的肌肉和构成运动框架的骨与关节。背向走训练时，这三大系统彼此相互联系从而改善了平衡能力。对儿童而言，他们更多地依赖于视觉而不是其它系统[14],但孩子从3岁开始就可以通过调整三个传入信号以保持平衡，这种多感官调整能力随着年龄的增长而增加[15]。背向走期间,视觉线索不能提供孩子们必要的地面条件下的视觉信息，运动模式是非常规的，于是孩子不得不重新组合和适应那些来自视觉，皮肤和本体和前庭感觉的变化信息，然后，强化动作控制以保持动态平衡[16]。capaday及UNG等[17]研究发现：每日进行背向走训练能诱导比目鱼肌的H-反射的适应性；Van Deursen等人研究认为[18,19]：正着走与背向走两种方式由相同的中枢模式反生器(CPG)协调,至于要产生两种行走模式的不同特征只需要CPG作出较小的修改。

背向走步态模式不同于正着走也许也是它所以能引起平衡能力改善的机制之一。从着地方式看：正着走时先脚跟触地再到脚趾离地，与此相反，背着走先脚趾触地再到脚跟离地[18]。Winter等[20]研究认为：背向走与正向走图像相近,为了产生正向走时肌肉激活模式，背着走时肌肉收缩的时间循环只需反向罢了；Grasso等[21]研究发现：背向走步态时的所有仰角波形相对应于正着走步态的仰角波形基本是时间反转的。然而，我们的研究结果表明：背向走的运动学参数只与正着走有点儿不同，那似乎是男孩们在背向走时更谨慎些，因而花费更多的时间在双支撑阶段。背向走与正向走单步时间没有显著性差异(表2和表3)，但背向走时步速与步长比正向走都要小,而且，正向走大腿、小腿和足的动作范围均下降，与正向走相比，背向走足有移动。

此外,本研究中发现：背向走与正向走的单步支撑时间与摆动时间占整个步态周期的百分比显然存在显著差异，这与先前的许多研究是相矛盾的[18-21]，相关原因有待深入研究。本研究证实:背向走训练能增加儿童的平衡能力,这点与那些以老人及病人[22],为对象的实证研究所获结果基本相同,但我们仍然不知道儿童平衡能力的增长机制是否与那些老人及病人是相同的。不同时期发展起来的感观动作控制系统的三个组件[22]中，本体感觉功能似乎在3～4岁就已成熟，但是视觉和前庭感觉系统要到15～16岁才能达到成年人水平[22]，而本研究中的儿童年龄只有7岁左右。由于背向走实践起来非常容易，它除了拥有正向走所能获得的益处外，背向走对提高平衡及动作控制能力有独特的益处，而且据有关研究认为：背向走过程中,同样的跑速下，氧耗和心率比正向走高很多[23,24],这建议背向走需要更多的新陈代谢成本,需要提供刺激以便保持与心血管系统的适能。

4 结 论

4.1 背向训练4周后,受试者的平衡及动作控制能力开始出现显著改善,随着训练的深入，总体平衡能力指数(OPI)、前-后指数(API)、内侧-外侧指数(MLI)改变的速度明显下降；训练结束后12周，实验组OPI、API、MLI依旧保持较高的水平。

4.2 学龄儿童进行背向走训练能够大大改善他们的平衡能力；但背向训练，对行走步态运动学参数在实验组与对照组上没有存在显著差异；然而，背向走与正向走却在支撑时间、摆动时间、步长、步速及下肢角位移等时空参数存在显著差异。这些差异也许可是背向走引起的平衡能力改善作出了贡献的原因。

4.3 本研究验证了背向训练有益于增强平衡能力及防跌倒损伤的假设，但背向走训练引起平衡能力及动作控制力的改善机制尚不清楚，且这种机制是否存与年龄及性别，这些问题有待于进一步探索。

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Effects on Backwards Walking Training to Balance Ability of School Children

SUN Jin-jun

(Pubilic PE Department, Zhejiang Post and Telecommunication College, Shaoxing 312016, China)

Purpose:Discussion on the influence of backward walking training to balance and motion control ability of children. Methods: 14 healthy boys, mean age 7.25 ± 0.56 yrs , were randomly divided into experimental and control groups. The experimental group training performed backwards walking training, lasting 12 weeks, 3 session each week, 30min eachtime. The control group didn’t performed any form of walking training. Before and after 4,6,8,12 weeks of training, the subjects were assessed using dynamic training system BTA-200DP on 5 dynamic balance assessment test (front / rear, medial / lateral, and overall balance index), and lower extremity kinematics contrast. Results: After 12 weeks of training, the experimental group was significantly better than the control group on balance ability. There was no significant difference on kinematic gait parameters in backward and forward walking between experimental and control group (P>0.05) , but backward walking had a far longer time on support phase, and swing time, step length, step speed , and the range of motion of ankle and foot is significantly less than forward walking . Conclusion: Backward walking training can improve dynamic balance ability and motion control ability for preschool children.

motion control;backward walking;child; balance ability

2016-12-21

孙进军(1970-)，男，浙江衢州人，讲师，研究方向：学生体质健康，体育人文.

1004-3624(2017)02-0085-06

G804.49

A