增龄化对老年人侧向姿势控制策略的影响

王少君 苏丽娜 徐冬青

(1北方民族大学体育学院，宁夏 银川 750021；2天津体育学院研究生处)

对于人体姿势的深入研究，有助于分析老年人跌倒的原因〔1～4〕，有助于分析不同干预方式对人体姿势控制的影响〔5～8〕。侧向姿势控制的研究较少，特别是侧向不改变支撑面的姿势控制需要进一步深入的研究。目前有研究报道侧向干扰时年轻人不发生迈步时的姿势控制策略，老年人和年轻人神经肌肉控制的差异〔9,10〕，而老年人不改变支撑面时的姿势控制策略却少有提及。本研究采用表面肌电测试系统收集年轻人和老年人在水平足底侧向干扰时的肌电信号，比较年轻人和老年人在水平足底侧向干扰时的肌肉控制策略的差异，进一步探索增龄化对于人体侧向控制策略的影响，为侧向姿势控制干预提供理论基础。

1 对象与方法

1.1受试者 受试者均为男性，年轻人(年轻组)和老年人(老年组)各13名。要求所有受试者视力矫正后正常，无神经系统、骨骼肌肉系统、内分泌系统等影响机体正常神经肌肉控制的疾病，3 d内未饮酒，未服用止痛药、安眠药、消炎药、解热镇痛药等，老年受试者1年内未发生过跌倒。两组年龄、身高、体重、体重指数(BMI)见表1，除年龄外，其他指标差异无统计学意义(P>0.05)。

1.2实验方法 应用Noraxon表面肌电测试系统(Noraxon Inc.，USA)和Dewesoft信号采集分析软件(Dewesoft Gmbh.，Austria)同步记录足底水平突发侧向干扰信号和受试者的表面肌电信号。表面肌电仪的前置放大500倍，增益1 000，输入阻抗>100 MOhm，共模抑制比(CMRR)>100 dB，通道采样频宽10～1 000 Hz，灵敏度1 μV，肌电信号数据采集频率1 500 Hz。

表1 两组受试者的一般情况

1.2.1测试步骤 足底水平干扰触发平台采用伺服电机驱动，可随机提供两个方向的水平干扰，干扰的主要参数为：振幅0.09 m，速度0.2 m/s，加速度2 m/s2。测试选取肌肉为胫骨前肌、腓骨长肌、臀中肌和竖脊肌(L1～L2)。测试人员在受试者左侧肢体的肌腹处备皮，用75%的医用酒精棉球擦拭选取位置的皮肤至微微发红，将肌电电极片平行肌纤维的走形贴于肌肉抗阻收缩时肌腹最隆起的部位，两电极片中心点之间的距离为2 cm。连接好肌电装置后，受试者放松站立于触发平台中央，双足站立宽度为身高的20%，足尖外展14°，两眼注视前方1 m处的小插图。要求受试者在姿势干扰后尽量不要发生迈步。测试人员首先开启肌电采集系统，待四块肌肉肌电基线基本平稳之后随机触发干扰平台，受试者将随机受到向左或向右的姿势干扰，肌电信号记录至干扰后1 s。每个方向随机测试5次，测试间隔休息30 s。Dewesoft信号采集分析软件同步记录干扰平台触发信号和肌电信号以确定肌电的干扰触发时刻。

1.2.2数据处理 干扰触发后将肌电数据进行分段标记，然后分别计算每个区间的积分肌电。第一个区间为姿势反射阶段，起止时间为70～150 ms；第二个区间是姿势调整阶段，起止时间为150～350 ms；第三个区间是姿势稳定阶段，起止时间为350～500 ms〔11〕。计算肌肉活动贡献率，参与姿势调控的肌肉在姿势反射中的积分肌电值与所测参与完成所有肌肉的积分肌电总和的百分比，即肌肉活动贡献率〔12〕。该计算方法不但可以避免因为儿童、老年人等特殊群体不能完成最大等长收缩(MVC)数据采集，而且还可以避免肌电幅值超过80%时很难确定一个合适的参考点及个体皮下组织差异对于肌电幅值造成的影响〔13〕。同一受试者相同方向5次干扰的测试结果计算平均值，肌肉活动贡献率最高的关节为该时相的主导调控策略关节。由于本研究中只测试了身体左侧肌肉的肌电，因此可近似地将相反干扰方向的表面肌电数据视作相同方向干扰身体对侧相同肌肉的表面肌电。在此基础之上，对受试者的侧向姿势调控的肌肉策略进行进一步分析。

1.3统计学方法 应用SPSS20.0软件进行独立样本t检验。

2 结 果

2.1不同阶段老年人和年轻人主导姿势控制情况 年轻人姿势反射阶段的测试结果显示左向干扰时主导调节策略中踝关节为9人，躯干为4人；右向干扰时主导策略踝关节为1人，髋关节为12人。老年人姿势反射阶段的测试结果显示左向干扰时主导调节策略中踝关节为8人，髋关节为2人，躯干为3人；右向干扰时主导调节策略中踝关节为5人，髋关节为5人，躯干为3人。年轻人姿势调整阶段的测试结果显示左向干扰时主导调节策略中踝关节为7人，髋关节和躯干各为3人；右向干扰时主导策略踝关节为8人，髋关节为3人，躯干为2人。老年人姿势调整阶段的测试结果显示左向干扰时主导调节策略中踝关节为10人，其余3人为髋关节，右向干扰时主导策略中踝关节为10人，其余3人为髋关节。年轻人姿势稳定阶段的测试结果显示左向干扰时主导调节策略中踝关节为3人，髋关节和躯干各5人；右向干扰时主导调节策略中踝关节为3人，髋关节为9人，躯干为1人。老年人左向干扰时主导调节策略中踝关节为7人，髋关节为5人，躯干仅为1人；右向干扰时主导调节策略中11人为踝关节，髋关节仅为2人。

2.2不同阶段年轻人和老年人肌肉贡献率比较 见表2、表3。对比年轻人和老年人姿势反射阶段的肌肉贡献率的结果显示仅右向干扰时老年人腓骨长肌的贡献率明显地高于年轻人(t=-3.157，P<0.05)，其余肌肉间比较未见有显著性差异。左向姿势调整阶段老年人同年轻人肌肉活动贡献率的比较结果显示老年人胫骨前肌明显地大于年轻人(t=-3.105，P<0.05)，而老年人竖脊肌明显地小于年轻人(t=3.334，P<0.05)；右向姿势调整阶段的比较结果发现老年人胫骨前肌也明显大于年轻人(t=-2.383，P<0.05)；而其他的比较间未发现有显著性差异。

表2 左向干扰时老年人和年轻人在不同姿势控制阶段肌肉贡献率比较

表3 右向干扰时老年人和年轻人在不同姿势控制阶段肌肉贡献率比较

姿势稳定阶段左向干扰时老年人同年轻人肌肉活动贡献率的比较结果显示老年人胫骨前肌明显大于年轻人(t=-2.536，P<0.05)，老年人竖脊肌明显小于年轻人(t=2.770，P<0.05)；右向干扰老年人胫骨前肌明显大于年轻人(t=-3.882，P<0.05)，老年人臀中肌明显小于年轻人(t=3.414，P<0.05)，老年人竖脊肌明显小于年轻人(t=2.706，P<0.05)；其他的比较间未见有显著性差异。

3 讨 论

人体侧向姿势控制调控策略的研究多数集中于理论推导和改变支撑面的调节策略研究，而仅有少量研究报道不改变支撑面的侧向姿势调节反应。Rietdyk等〔14〕研究指出人体行走单支撑相由两个不同水平的控制策略来调节身体质心侧向加速度的变化；第一水平控制在距下关节，第二水平控制在髋关节；由足部位置变化引起的较小姿势干扰时，由髋关节外展力矩和距下关节以上身体的被动加速度力矩来抵消重力距对于侧向姿势控制产生的影响；当干扰较大时，由髋关节外展力矩和头部、躯干和摆动腿产生的加速度力矩来抵消重力距对于侧向姿势控制产生的影响；人体侧向质心的调控是踝关节外展力矩和髋关节外展力矩协同控制的结果。以上研究结论是基于人体逆向动力学的理论推导。Rogers和Maki两个研究团队对于侧向姿势控制中改变支撑面调节策略的研究完成了大量工作〔15～17〕，Rogers团队应用腰部牵拉干扰装置诱发人体的迈步姿势的研究显示年轻人的迈步反应中88.6%可通过迈1步恢复平衡，0.5%的迈步反应需要3步以上才可恢复姿势平衡；42.8%的老年人迈步反应可通过1步恢复平衡，11.2%的迈步反应需要3步以上才可恢复姿势平衡，选择负重侧迈步策略的年轻人的迈步反应为48.1%，而老年人的迈步反应为30.4%〔18〕。Allum等〔9〕应用支撑面倾斜干扰研究人体不改变支撑面时的姿势调节反应，结果指出老年人躯干角度变化出现明显地延迟，倾斜的方向与年轻人和中年人完全相反，与支撑面的倾斜角度一致，竖脊肌表面肌电的振幅明显地小于年轻人，作者指出躯干调节的改变可能是老年人生物力学退行性改变的关键变化之一。

本研究中侧向干扰下老年人和年轻人的身体姿势调节模式表现出明显的差异。姿势反射阶段老年人左向干扰时髋关节主导调节策略和右向干扰时的躯干主导策略在年轻人中未有显示；姿势调整阶段同年轻人相比较，未有老年人选择躯干主导策略；姿势稳定阶段左向干扰时老年人同年轻人相比较大都选择了踝关节和髋关节主导策略，而选择躯干主导策略的非常少，右向干扰时老年人多数选择踝关节策略，而年轻人多数选择髋关节策略。以上分析结果显示在侧向姿势干扰后的整个姿势控制阶段老年人和年轻人表现出截然不同的姿势控制策略，老年人主导姿势调控策略局限于下肢主导调控策略，躯干主导调控策略选择出现明显地减少。本研究中关于躯干参与侧向姿势调节的结果同Allum等〔9〕的结果相互印证。提高人体侧向姿势调控的效率应将躯干调节作为一个关键切入点。如果某个干预方式可以提高老年人躯干在侧向姿势调控中的调节效率，那么该方式可能在姿势干预中有效。

两组受试者肌肉贡献率差异的比较发现姿势反射阶段老年人右向干扰时腓骨长肌活动的贡献率明显大于年轻人；姿势调整阶段老年人胫骨前肌活动的贡献率在左右干扰两个方向皆明显地大于年轻人，仅在左向干扰时竖脊肌活动的贡献率明显小于年轻人；姿势稳定阶段老年人胫骨前肌和竖脊肌活动的贡献率在左右干扰两个方向皆表现出显著性差异，老年人胫骨前肌活动的贡献率较大，而竖脊肌活动的贡献率较小，仅在右向干扰时老年人臀中肌活动的贡献率明显小于年轻人。以上分析结果提示在侧向足底水平干扰后老年人在姿势反射、姿势调整和姿势稳定阶段皆表现出对踝关节控制策略的倚重，在姿势调整阶段和姿势稳定阶段竖脊肌参与不足，在姿势稳定阶段臀中肌参与不足。Allum等〔9〕的研究中虽然老年人胫骨前肌的肌电振幅在120～220 ms明显地小于年轻人，而在240 ms之后出现明显地增加；并且老年人臀中肌和竖脊肌的肌电振幅也出现明显地下降，该研究结论基本与我们的研究结论一致，其差异可能是由于干扰方式的不同引起的。综上，年轻人和老年人足底水平侧向突发干扰诱发人体不改变支撑面的姿势控制比较结果显示老年人的调控策略多集中于踝关节，表现出对于踝关节控制策略的倚重，而髋关节和躯干参与姿势调控表现出参与不足。本研究进一步证实随着年龄的增加，老年人在侧向足底水平干扰下姿势调节的效率出现明显下降。