感觉统合力量训练对老年人双任务动态平衡能力的影响

王 锋，吴雪萍

1997年《柳叶刀》杂志首次发表了“说话时停止步行（stops walking when talking，SWWT）”可作为预测老年人跌倒的一种评价方式[1]。引发了国内外学者对老年人双任务平衡能力的研究。

双重任务平衡能力，指老年人在进行某种运动或者动作（motor）的同时（一般指站立或行走），执行并完成一个认知任务（cognitive）的能力[2]。一般表现在老年人在站立（静态）、行走（动态）时，在其他认知任务干扰的情况下，维持站立或行走稳定的能力。这种能力体现在在人们平常生活中。尤其是在动态行走时，会因为聊天、打电话、看手机等认知干扰发生跌倒。

而以往传统的平衡研究一般都在室内或者试验环境下进行，与老年人平时生活的环境有较大出入，试验结果和结论有相对的片面性。因此，国内外研究者模拟现实生活中的双重任务情景，用双重任务范式对老年人的跌倒进行预测和干预训练，取得了一定效果[3]。

力量训练能提高老年人平衡能力已经得到了广大学者认可，国内外相关研究在力量训练动作单任务基础上，采用动作——认知双重任务干预方法对老年人进行训练，成功改善了步态表现[4-5]。随着近年来新技术的发展，逐渐出现了交互式动作——认知双重任务干预。此法为人机互动法，类似“电脑游戏”，是工效学与人体科学的跨学科联合干预方法。一般是由机器发出信号提示，运动者根据提示做动作。这种训练方法来源于感觉统合理论（sensory integration theory，SIT）。其理论认为，基本的视听感觉功能对认知老化起着调节作用，感觉功能的老化是整体认知功能衰退的重要原因之一[6]。老年人因为衰老，感觉系统老化，功能逐渐丧失，大脑不能将从各种感觉器官传来的感觉进行分析、综合处理，并作出正确应答，使个体遇到外界环境的突然刺激，感觉——动作能力系统发生延迟，造成了动作不协调、跌倒等损伤。

研究表明，视、听、运动等相联合的感觉统合训练能使人的感受器接受更多的神经冲动，激活脑细胞，促进大脑功能的改善，对老年人的认知减退和维持平衡起到一定的康复作用[7]。因此，在运动干预措施中也要涉及各感觉系统及其统合能力的训练。

国内鲜有采用感觉统合联合力量训练对老年人双任务平衡能力进行干预的试验研究，因此本文主要对老年人进行感觉统合训练的同时施加力量训练，探讨其对老年人双任务动态平衡能力的影响，为研究老年人双任务平衡能力提供数据支撑，也为防止跌倒提供一种新型的锻炼方法。

1 研究对象与方法

1.1 试验对象基本情况及试验分组

本研究选取45名上海市某社区65～75岁健康老年人作为试验对象。纳入标准为MMSE得分在27分以上，体力活动IPAQ中度以下，无重度心脑血管疾病、无运动障碍者，能进行自由随意动作；且关节活动度不受限或轻度受限但不影响日常生活能力，无骨性关节炎（OA）；受试者自愿接受并配合本次运动干预。

将招募的被试按照年龄、性别采用分层随机法分为3组：控制组（Contoal，C组）、普通力量训练组（Strength Training，ST组）、感觉统合力量训练组（Sensory Integrition-Strength Training，SIST组）。通过16周的干预，C组2人退出、ST组2人退出、SIST2人退出，所有被试基本情况见表1。

表1 被试基本情况（M±SD）Table1 Basic Characteristics of Subjects（M±SD）

1.2 伦理原则

在参与本项目前与研究对象签订知情同意书，包括项目说明、试验目的、程序、风险和不良影响、收益和好处、保密性、自愿性。告知研究对象其相关权利，在研究过程中的任何阶段，均可自主退出研究而不会对其有任何损害。

1.3 试验设计

本研究共进行16周干预试验，受试者分别于试验开始前、开始后第8周末、试验结束测试3次双任务平衡能力及其他辅助数据。

1.3.1 试验仪器和试验地点 上海市某社区老年人健身中心内，采用台湾尚体公司生产SMART系列感觉统合阻力训练器材，该器材可根据需要调节阻力、角速度、活动范围等。

1.3.2 干预方案 C组给与常规社区服务即每月一次的健康讲座及体检，ST、SIST力量训练任务一致，都是使用SMART进行练习，不同的是ST组只做单纯力量练习，不看屏幕；SIST组则根据SMART器材屏幕提示，进行感觉统合力量练习。

（1）干预练习方法。训练前，根据屏幕先进行阻力、角速度、关节活动范围等参数设定，屏幕绿颜色光标移动速度即为预先设定好的角速度。

（2）动作任务。练习者以膝关节为轴进行一侧肢体小腿蹬伸运动，同时另一侧为屈曲运动。到达关节角度临界点后反向运动，此为一个动作循环（见图1）。

图1 尚体SMART系列下肢感觉统合力量训练器材Figure1 Sensory Integration Resist Training machines of Shangti

（3）认知任务。训练时被试肢体操纵机械杆运动，其动作速度由速度传感系统形成可视化蓝色标志，训练要求蓝色光标移动速度与既定绿色光标移动速度保持一致，不能快也不能慢。训练过程中，始终有1～2名教练控制，对被试进行语言指导和提示，保证被试按照要求完成任务（见图2）。

图2 感觉统合力量训练操作示意图Figure2 Sensory Integration Resist Training control

1.3.3 运动负荷剂量 中等强度负荷（靶心率为最大心率60%～75%），力量练习角速度为55°/s。每次训练做4～6组，每组做8～12次动作循环，组间间歇时间为2 min，大组休息5 min，锻炼频率为每周3次，隔一天锻炼一次。根据负荷适应原则，每4周增加一次负荷。每次递增负荷剂量，靶心率变化不宜超过5%～10%。试验时间跨度为16周[8]。

1.3.4 锻炼监控 每次运动前，有专门运动指导人员测量血压并询问被试身体情况及精神状态，预试验已根据负荷要求测出起始阻力，运动过程中，被试统一佩戴polar心率带监控心率，并传感至可视化屏幕，运动过程中使心率处于靶心率范围之内。

1.4 试验测试指标

1.4.1 双任务动态平衡能力指标 （1）双任务10 m行走时间。测试方法：受试者通过平坦通道14 m，听到出发信号后从起点启动，以本人正常的步速经过2 m标准后测试者开始计时，同时给予心算任务（100减3）。在经过10 m标志后停止认知心算任务并记录所用时间，被试继续步行2 m后至终点停止。被试每人共测3次，取所用时间平均值[9]。

（2）双任务TUGT测试。测试方法：使用TUGT测试仪，被试坐于放有TUGT测试仪的椅子上，椅子高度为被试大腿水平小腿垂直。脚至于起点线后。听到出发口令，被试起身以正常步速步行至起点线3 m标志物并绕过返回做好。同时，测试者给予被试心算任务（100减3）。TUGT测试仪可自动记录被试从出发至返回所用时间，被试每人共测3次，取所用时间平均值。

1.4.2 膝关节等速肌力指标 等速测试指标已成为评定肌肉力量特征的黄金指标[10-13]，采用con-trex等速肌力测试系统，对受试者膝关节伸肌进行速度为60°/s的等速肌力测试，观察指标为最大峰力矩（PT）、屈/伸肌力比（H/Q）。受试者测试前进行热身活动，每组测试时进行2次练习，从膝关节屈曲90°为起点，然后在低速（≤60°/s）测试速度下每组全力屈伸5次，每次测定间休息5 min[14]。

1.5 统计学方法

所有测量指标均表示为平均数（M）和标准差（SD）。采用SPSS20.0统计学软件进行统计学分析。采用双因素重复测量方差分析（Two-way，ANOVA with Repeated Measurement）比较组间、组内及组别×时间的交互作用。结果显示各测试指标组别和时间都存在交互作用。进一步应用单因素重复测量方差分析（One-way，Repeated ANOVA）对各指标组内进行分析，采用单因素方差分析（One-way，ANOVA）对组间进行分析。统计学的显著性差异为P＜0.05。

2 研究结果

2.1 肌肉力量变化

2.1.1 膝关节屈伸肌峰力矩（60°/s）变化 结果显示，膝关节伸肌PT值在ST和SIST 2种方式干预下，随着练习时间的增长都出现了明显增加，而C组PT值则无变化或略有下降（见图3）。由表2可知，第8周测试结果与基线比较，ST、SIST组内均出现显著性增加（P＜0.01）；而2组间在第8周时则无显著性差异（P＞0.05）；但同C组相比，2组第8周时出现显著性差异（P＜0.01）。训练8周后，伸肌PT值随着练习时间的增长而继续增加，2组的测试结果在第16周时较第8周均出现显著性增加（P＜0.01），但增长幅度有所降低；2组在第16周组间比较无显著性差异（P＞0.05）；但同对照组相比，出现显著性差异（P＜0.01）。

图3 膝关节（60°/s）伸屈肌峰力矩-时间曲线图Figure3 Peak Torque（60 °/s）of Knee Extensors and Fexors

屈肌PT值在ST和SIST 2种方式干预下，随着练习时间的增长都出现了明显增加，第8周后，增长幅度也有所降低（见图3）。而C组PT值则无变化或略有下降。由表2中数据可以看出，屈肌PT除了平均数（M）和标准差（SD）与伸肌PT数值不同外，其变化趋势及显著性相似，此处不再赘述。

表2 不同干预方法对膝关节（60°/s）屈伸肌峰力矩的影响（M±SD）Figure2 Effects of Different Intervention Methods on Peak Torque of Knee（60 °/s）Flexors and Extensors（M±SD）

2.1.2 膝关节屈伸肌峰力矩比 对正常膝关节进行慢速测试（60°/s）表明，膝关节正常H/Q值为60%～75%，该值偏高或偏低，容易使得肌肉受损，影响平衡。由图4可知，C组在基线、第8周、第16周的H/Q均处于较为离散状态。结合表3中C组H/Q 3个测量时间点极值（MAX：90.40%、87.40%、87.00%；MIN：48.00%、44.60%、43.40%）和CV值（21.39%、21.10%、21.39%）来看，基本没有发生变化；ST组、SIST组与C组在基线处离散程度相似，其CV值分别为24.68%、21.17%。但训练至第8周时，图4显示ST、SIST组H/Q已经相对集中，表3中CV数据逐渐减少，分别降至17.67%、14.80%。至第16周时，两组CV已经分别降低至10.40%、6.27%，极值也逐渐向平均数靠近。且与ST组相比，SIST组的H/Q更加集中。

图4 不同干预方法对膝关节（60°/s）屈伸肌峰力矩比的影响Figure4 Effects of Different Intervention Methods on Peak-totorque Ratio of Knee（60 °/s）

表3 不同干预方法对膝关节（60°/s）屈伸肌峰力矩比的影响/%（M±SD）Figure3 Effects of Different Intervention Methods on Peak-totorque ratio of Knee（60 °/s）Flexors and Extensors/%（M±SD）

2.2 老年人双任务动态平衡能力变化

图5 不同干预方法对双任务10 m行走影响示意图Figure5 Effect of Different Intervention Methods on DT 10Meter Walk

表4 不同干预方法对老年人双任务动态平衡能力的影响（M±SD）Figure4 Effect of Different Intervention Methods on Dual Task Dynamic Balance Ability of Elderly（M±SD）

2.2.1 双任务10 m步行（DT-10M） 双任务10 m步行反映老年人双任务直行平衡能力。由图5可知，老年人双任务10 m行走时间，在ST和SIST 2种方式干预下，随着练习时间的增长都出现了明显减少。而C组则无变化或略有增加。通过表4数据可知，第8周测试结果与基线比较，ST、SIST组内均出现显著性减少（P＜0.01）；而2组间在第8周时则无显著性差异（P＞0.05）；但同C组相比，2组第8周时出现显著性差异（P＜0.01）。训练8周后，双任务10 m步行时间随着练习时间的增长而继续减少，2组的测试结果在第16周时较第8周均出现显著性增加（P＜0.01），但增长幅度有所降低；2组在第16周组间比较出现显著性差异（P＜0.05）；同时，2组同对照组相比，具显著性差异（P＜0.01）。2.2.2 DT-TUGT DT-TUGT反映老年人双任务起立-行走及转弯平衡能力。由图6可知，老年人DT-TUGT，在ST和SIST 2种方式干预下，随着练习时间的增长都出现了明显减少，C组则无变化或略有增加。其整体变化情况与双任务10 m行走相仿。通过表4数据可知，第8周DT-TUGT测试结果与基线比较，ST、SIST组内均出现显著性减少（P＜0.01）；而2组间在第8周时则无显著性差异（P＞0.05）；但同C组相比，2组第8周时均出现显著性差异（P＜0.01）。训练8周后，DT-TUGT随着练习时间的增长而继续减少，2组的测试结果在第16周时较第8周均出现显著性减少（P＜0.01），但增长幅度有所降低；2组在第16周组间比较出现显著性差异（P＜0.05）；同时，2组同对照组相比，具显著性差异（P＜0.01）。

图6 不同干预方法对双任务TUGT影响示意图figure6 Effect of Different Intervention Methods on DT-TUGT

3 讨论

3.1 力量训练对老年人双任务动态平衡能力的影响

对以往文献进行整理分析发现，采用不同的身体训练任务，以及不同的运动负荷，表现出不同的干预效果。身体任务以有氧、力量训练等方法为主的干预，且身体任务运动强度为中等运动强度，干预效果具有明显的积极作用[15-17，19，21-24]。身体任务以平衡练习或者走路等小强度练习为主的，未有明显干预效果[18]。有研究发现，在平衡训练单任务条件下，步速和步态启动能力的差异干预前后没有差异。在增加了具体的有氧和力量干预后，在双重任务条件下的步态才开始改善[20]。VAN HET REVE的研究结果进一步证实了平衡训练加入力量训练成分后，可以改善执行功能，减少跌倒[19]。可见，力量训练能提高老年人的双任务平衡能力，已经得到了广大学者的认同。本研究中，ST组被试随着训练时间的增加，双任务动态平衡能力逐渐增强。体现着在第8周和第16周的DT-10 m行走时间和DTTUGT测试结果明显减少。与对照组相比，具有显著性差异（P＜0.01）。试验证明，中等强度的力量训练能提高老年人双任务动态平衡能力。

3.2 感觉统合力量训练对老年人双任务动态平衡能力的影响

本研究使用的感觉统合力量训练是一种人机互动法，是工效学与人体科学的跨学科联合干预方法。一般是由机器电脑屏幕信号的提示，通过视觉反馈联合肢体运动达到干预效果。其形式以视觉反馈联合平衡练习[24-31]、舞蹈[32]、太极拳[33]、肢体动作[34]等练习为主。其科学性、严谨性比较强，其对健康老年人，以及患有MCI、PD、创伤性脑损伤患者，中风患者的身体功能和双任务平衡具有积极影响效应[26-41]。一般用于医学研究较多。通过本干预效果来看，SIST组被试随着训练时间的增加，双任务动态平衡能力逐渐增强。体现在第8周和第16周的DT-10 m行走时间和DT-TUGT测试结果明显减少。与对照组相比，具有显著性差异（P＜0.01）。其干预效果趋势同ST组相似，因此，本试验证明，感觉统合力量训练确实能提高老年人双任务动态平衡能力。

3.3 ST组与SIST组干预效果对比分析

从本研究2组干预结果来看，训练第8周时，两组被试DT-10 m行走时间和DT-TUGT测试结果明显减少，且2组趋势相似。同对照组相比，都具有显著性差异（P＜0.01）。但2组之间相比，没有显著性差异（P＞0.05）。而训练到第16周时，同对照组相比，都具有显著性差异（P＜0.01）。但此时2组之间相比，出现了显著性差异（P＜0.01）。

从其干预效果来看，第16周时，SIST组的干预效果优于ST组。然而，2组被试获得的力量训练效应相同。在训练第8周和第16周时，同C组相比，2组都出现显著性差异（P＜0.01）。但2组间伸肌、屈肌PT值均无显著性差异（P＞0.05）。屈伸肌力比在第8周时，2组都已经相对集中，表2中CV数据逐渐减少，分别降至17.67%、14.80%。至第16周时，2组CV已经分别降低至10.40%、6.27%，极值也逐渐向平均数靠近。且与ST组相比，SIST组的H/Q更加集中。

从训练方案来看，2组被试施加的力量训练负荷是相同的，不同的是感觉统合力量训练组在做力量的同时，还要将注意力分散到视觉提示上，根据屏幕提示做出动作。因此，这两者之间就存在另外的一个干预因素——认知。正是因为认知因素的存在，造成了两者干预效果的差异。

广大学者对平衡能力的认知因素进行了广泛的研究，一项单认知任务干预研究中，WONGCHAROEN等[20]发现，通过非运动干预（纯认知任务）在单任务和双任务条件下平衡性能也可以得到改善，（P=0.01，ES=0.13，P=0.01，ES=0.11）。可见，认知单任务对老年人双任务平衡能力具有一定的积极效应。

虽然本研究的身体单任务练习组（ST），即使在不施加认知任务干预的条件下，也能提高老年人双重任务步态表现。但SIST组在力量训练的同时施加认知任务干预，其干预效果优于身体单任务。究其原因，可能是干预对认知功能产生了潜移默化的作用[42]，特别是注意力和执行功能[43]。

4 结 论

普通力量训练和感觉统合力量训练都能提高老年人双任务动态平衡能力，而感觉统合力量训练干预效果优于普通力量训练。其原因是对老年人认知功能也起到了促进作用。另外，与传统的身体单任务练习相比，被试更有兴趣参与“电脑游戏”。SIST干预作为一种新兴的方法，将成未来研究方向，也将成为老年人所喜爱的锻炼方式。