失能老人运动健康评价研究进展

王向东，陈玉霞，苗文胜

（1．集美大学，福建 厦门 361021；2．上海体育学院运动健身科技省部共建教育部重点实验室 上海 200438；3．河南省体育科学研究所 河南 郑州 450044；4．中国老龄科学研究中心 北京 100088）

伴随我国人口老龄化进程不断加快，老人慢性病患病率逐年增加，许多老人出现不同程度的失能（刘二鹏 等，2018）。据预测，到2030年、2050年，我国失能老人将分别达到6 168万人、9 750万人（穆光宗，2016）。国际上将失能定义为：因年迈虚弱、残疾、生病、智障等原因所导致的日常生活主要活动能力或生活能力丧失或受限制（朱雪雪 等，2019）。国内有学者将失能老人定义为：因机体功能障碍导致日常生活活动能力丧失的老人（程蕾等，2019）。目前，学术界对失能老人尚没有一个统一的界定。K at z等（1963）编制了日常生活活动能力量表，设置了吃饭、穿衣、上厕所、上下床、洗澡和室内走动等六项指标来测量日常生活活动能力，根据完成项目情况进行失能分级，其中1～2项不能完成为轻度失能，3～4项不能完成为中度失能，5～6项不能完成为重度失能。朱雪雪 等（2019）以独立完成穿衣、洗澡、吃饭、上下床、上厕所、控制大小便等6项日常生活活动能力，以及做家务、做饭、购物、拨打电话、自己吃药、管钱等6项工具性日常生活活动能力的受限程度作为评估失能程度的依据，其中任何一项任务完成困难即判定为失能。国内学者刘欢 等（2021）提出将以下五个问题作为失能测度指标：“您可以在需要时自己做饭吗？”“必要时可以自己洗衣服吗？”“您可以一次连续走1公里吗？”“您能举起5公斤重的东西吗？”“您可以连续蹲下并站起来3次吗？”。选项主要包括“独立”“需要一些帮助”“不能完成”。在具体应用和统计分析过程中，如何界定“生活能够自理”与“生活不能自理”，因研究目的不同存在一定的差异（廖少宏 等，2021）。国际上通常使用K at z量表和Barthel量表进行失能评估（Hartigan，2007；朱雪雪 等，2019）。K ovacs等（2007）在其研究中使用了RMQ（Roland-Morris questionnaire）调查问卷。

International Classification of Functioning，Disability and Health(ICF)是由世界卫生组织制定的评价健康和失能的国际功能分类，该分类包含身体功能、残疾、健康问题等多个维度（林枫 等，2019；燕铁斌，2019）。目前研究多从生理、心理和社会三个层面来评估失能情况，将失能评估分为功能性评估与认知评估（朱雪雪 等，2019）。学者Ikeda-Sonoda等（2020）根据ICF分类，从日常生活活动、认知功能和社会参与三个方面建立了失能和健康的区别标准（见表1）。

表1 健康表现分类及其内容

然而，Hartigan（2007）在比较了K at z日常生活活动能力和Barthel指数在老年护理实践中的意义和实用性后指出，在日常生活活动中使用K at z评估量表，其结果往往趋于主观并缺乏系统的方法，对患者评估的主观性使其难以评估治疗的有效性，从而容易导致对数据的误解和偏见。考虑到量表评价具有主观性，可以通过生物力学手段对失能老人进行定量测试和客观评估。本研究的目的如下：通过检索国内外学界关于失能老人的生物力学研究文献，了解该领域目前的研究进展，建立失能老人生物力学指标评价体系，以期为失能评估提供客观有效的评价手段。

一、资料和方法

（一）文献检索

检索时间范围：2000—2021年。检索日期：2022年1月22日。

检索主题：中文检索“失能老人”+“运动”/“步态”/“肌肉力量”/“肌电”/“机械能量”；英文检索“disabled elderly”+“gait”/“muscle strength”/“electromyography(EMG)”/“mechanical energy”/“mechanical work”。

检索数据库：中国知网数据库（http://www.cnki.net）、PubMed数据库（http://www.ncbi.nlm.nih.gov/PubMed）。

（二）纳入和排除标准

纳入标准：国内文献检索知网数据库的失能老人运动健康中文文献，国外文献检索PubMed数据库的失能老人运动健康英文文献。

排除标准：重复文献，与失能老人运动健康不相关的研究文献。

文献选择方法：根据标题和摘要内容进行筛选。

二、结果

（一）中文数据库检索结果

“失能老人”+“运动”，检索结果26篇，纳入18篇；“失能老人”+“步态”，检索结果4篇，纳入4篇；“失能老人”+“肌肉力量”，检索结果0篇；“失能老人”+“肌电”，检索结果1篇，纳入1篇；“失能老人”+“机械功/机械能”，检索结果0篇。除去重复文献，共纳入24篇文献（见图1）。中文文献分别对失能老人辅助设备、跌倒及运动干预进行了研究。

图1 2000—2021年失能老人运动健康研究中文文献数量

（二）英文数据库检索结果

“disabled elderly”+“gait”，检索结果3 403篇；“disabled elderly”+“muscle strength”，检索结果3 751篇；“disabled elderly”+“EMG”，检索结果876篇；“disabled elderly”+“mechanical energy”，检索结果71篇；“disabled elderly”+“mechanical work”，检索结果191篇：共计8 292篇。失能老人健康评价研究的英文文献数量较多，主要研究方向为失能老人力量相关问题，其次是失能老人步态分析。英文文献年度发文情况如图2所示。

三、讨论

（一）失能老人运动健康相关研究进展

2000—2021年，失能老人运动健康相关研究的中文文献共计24篇，最早发文年度为2010年。该领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。主要研究领域为跌倒和辅助设备。

失能老人运动健康相关研究的英文文献共8 292篇，发文数量明显多于中文文献。2000—2017年，该领域的英文文献数量一直处于稳步增长状态；2018年增长速度趋于缓和，与2017年基本持平；2020年发文数量相比2019年有所下降（见图2）。该领域英文文献主要研究方向为力量测试和步态评估。

图2 2000—2021年失能老人运动健康英文文献数量

（二）失能人群辅助设备的生物力学测量

针对失能老人的实际需求，杨智鑫（2017）进行了家用失能老人洗浴辅助设备的设计和研发，周思源（2018）利用运动仿真软件提出了床椅一体化护理床的新设计方案，马金平等（2021）根据失能老人的需求，进行了仿真学行走辅助轮椅的设计研究。

Agrawal等（1979）通过运动学计算设计了针对失能人群坐-立和坐-躺的改良椅。Bae等（2011）对具有抬臀功能的电动升降椅进行了生物力学评价，通过实验测量了受试者在预定高度座位上进行坐-立运动时大腿肌肉的三维运动学数据和肌电图。其实验结果表明，座位高度抬高15°可以满足抬髋功能，座椅位置越高，对人体站立运动的辅助越有效。

（三）针对失能老人的运动健康评价

1．力量测试

Giampaoli等（1999）指出，握力差可以作为老人失能的预测指标。Rantanen等（1999）根据被试自我报告在进行“举起10磅重物”“在一个小房间走1/4英里”“爬10级台阶”等活动时遇到的困难数量，确定其日常身体活动的频率和数量，并使用便携式测力计对其握力和膝关节伸展力量进行测试。该研究结果表明：力量较弱的被试报告了更多的运动困难；身体活动量与膝关节伸展力呈正相关，活动强度与身体残疾水平一致；身体活动量和肌肉力量是身体残疾严重程度的重要预测指标，较小的肌肉力量与更大程度的身体残疾呈正相关。K rebs等（2007）将15名门诊失能老人分成两组，分别进行6周高强度功能训练（FT）（每周进行3～5次快速家庭练习和日常生活中的运动，包括步行、踏步、椅子坐-立练习）和弹力带渐进阻力力量练习（ST）。其研究发现：两种训练均对下肢髋关节外展力量、膝关节屈肌和伸肌力量、踝关节跖屈和背屈力量有显著改善作用；通过干预后，两组被试的步速均得到改善，其中FT组较ST组改善幅度更大（P=0.001）；在椅子坐-立测试中，FT组的膝关节最大力矩较ST组有大幅改善（P=0.033）。其研究结果表明：FT干预较ST干预可以更好地增强失能老人的关节力量，在失能老人执行日常生活任务时，对其动态平衡控制和协调有更大程度的改善。K rebs等（1998）通过研究表明，适度运动可改善残疾老人的步态稳定性，因此鼓励有功能限制的老人进行低强度的力量训练。Beijersbergen等（2016）检查了10周波茨坦步态（POGS）训练对中度行动不便老年人腿部力量的影响，并进行了完整的步态生物力学测试（包括关节运动学、动力学测试和肌肉激活测试等），结果发现，10周POGS练习可以提高腿部力量并能有效提升步行速度。POGS 10周腿部力量和爆发力训练可改善中度行动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发力对其步态速度的影响，对被试双腿分别进行40%，50%，60%，70%，80%和90%1RM的力量测试，其结果表明：40%1RM较70%1RM更能解释步态速度的变异性；步态速度变异率在较低百分比最大强度下，才能表现出对收缩速度差异的敏感性。由于步态速度变异率可高度预测残疾，故宜在较小外部阻力下评价肌肉力量的决定因素。

2．步态评估

Boyle等（2007）通过测量8英尺行走和旋转一周所用的时间和步数，研究社区老人的体育活动和偶发残疾情况。实验分组情况如下：不能完成任务的人得0分；其余人按得分分成五组，完成任务时间最快、步数最少的组得分为5分，完成任务时间最慢、步数最多的组得分为1分。该研究发现：每周增加一小时体育活动，可使老人致残风险相对降低约7%。体育活动的保护作用超出了自我护理活动，即使只增加较低强度的体育活动，也可显著降低老人的致残率。Shimada等（2004）为了确定步行对肢体残疾老人的影响，将32位66～98岁门诊残疾老年患者随机分成普通运动组和跑步机运动组（跑步机运动组持续6个月在跑步机上进行步行练习）。其研究发现：跑步机运动组的跌倒次数比普通运动组低21%。这表明，在跑步机上步行，通过步态扰动干预可有效减少残疾老人跌倒次数，从而可以对残疾老人的身体功能产生有益影响。

Morgenroth等（2012）通过对患有骨关节炎的失能人群进行研究指出，步态生物力学改变会导致肢体负重增加，这被认为是该人群下肢膝关节和髋关节骨关节炎患病率增加的原因之一。优化臼窝配合和假体对齐，以及开发具有改善推进特性的假体足，可以减少肢体的不对称负载，是预防和治疗截肢人群骨关节炎的潜在策略。关注与此类似的机械危险因素，对继发性残疾原因的持续研究、发展预防策略、实现最佳康复实践，对于最大限度提高残疾患者的功能和生活质量至关重要。

3．姿势控制

Hughes等（1996）研究了自我报告失能老人的姿势摆动、感觉运动障碍以及功能表现。其研究发现：姿势摆动测试结果与自我报告的失能情况并不一致，因此，报告姿势摆动可能更能表现感觉运动障碍而不是区分功能表现。Chang等（1999）的研究表明，步态起始评估可以作为区分健康人群和失能人群的筛查测试工具。通过测量步态启动时单支撑相人体重心-压力中心的力矩臂（所能承受的重心偏离地面反作用力压力中心的距离，该距离代表了动态平衡控制水平）来评价动态平衡能力，将人体重心-压力中心的力矩臂16～18厘米的范围作为区分残疾和非残疾的标准，并可将其作为识别平衡功能障碍的潜在工具。Santos等（2010）分析了人体在站立时保持平衡姿势的中枢神经系统利用预期和代偿。从运动学和动力学角度研究利用预期和代偿之间的关系，在典型时间段内记录并分析运动学和动力学数据，并进行预期和补偿性姿势调整。与利用预期的可预测条件相比，当干扰不可预测时，质心和压力中心位移更大。这表明：可以通过更好地利用预期来增强姿势控制，这种方法可以作为平衡障碍患者康复的一种有价值的方式。

Bernardi等（2004）通过使用测力台监测因患有骨科疾病而影响运动功能的老人坐-立过程的身体姿态，对其进行运动学分析。其研究表明：坐-立运动在很大程度上取决于躯干弯曲动量、身体重心上升前的位置和下肢伸肌力量，通过这三个指标，可快速确定坐-立运动表现。这三个因素可视为坐-立运动表现的决定因素。膝关节伸肌相对最大力量（伸肌最大等长收缩力量除以体重），是下肢伸肌力量的预测指标。躯干弯曲动量和下肢伸肌力量，是最大垂直速度的重要预测因子，躯干弯曲动量是主要预测因子。研究证明：帮助运动受损老人增强坐-立能力，以增加力量为目的的康复干预是有效的。Aissaoui等（1999）就坐-立任务的生物力学分析与建模进行了文献综述。其研究发现，关于坐-立任务的研究内容主要集中在四个方面，分别是椅子设计、康复治疗方法、正常和异常坐-立运动表现分析，以及坐-立生物力学建模。通常采用建模的方法评估作用于失能人群不同关节的力和力矩。此外，建模方法还可以用来分析关节扭矩和地面反作用力的影响因素。

4．能量学研究

McGibbon等（2001）试图确定机械能方法是否可用于识别和理解下肢残疾造成的补偿性运动策略。他们通过分析健康老人和失能老人在自选速度和规定速度（每分钟120步）行走时下肢矢状面的机械能消耗和机械能补偿情况发现：在支撑末期，失能老人踝关节消耗的能量较少；在支撑中期，后腰部位消耗更多的能量；当控制行走速度时，踝关节的机械消耗差异消失，但髋关节在支撑中期的机械消耗显著增加；髋关节和后腰部位的机械消耗增加，髋部和后腰部肌肉出现严重代偿，尤其当其步行速度超过自选速度时更是如此；在支撑中期采用增加转移到骨盆的能量来帮助步态推进、控制对侧肢体摆动的姿势控制策略。然而这种调整策略可能损害动态稳定性并增加跌倒风险。其研究结果表明，机械能方法可以用于识别失能老人的代偿性运动策略。

四、结论

本研究对国内外近20年失能老人运动健康相关研究成果进行了简要对比，国内外学界在该领域的研究情况大体如下。第一，国内失能老人运动健康研究开始较晚，研究成果数量较少；国外相关研究数量庞大，近20年来一直处于稳步增长趋势。第二，国内学界在该领域的研究内容单一，主要研究方向是失能老人跌倒和辅助设备；国外学界对于失能老人的力量、步态和姿势控制等方面均进行了大量研究。第三，关于失能老人肌电活动情况和机械能的研究，国内尚属空白。第四，对老人失能情况的测量和评价可以借助运动生物力学领域的力量测试、姿势控制能力测试、步态评估、能量学分析等手段。

多学科交叉融合将是未来研究的发展趋势，利用生物力学手段对失能老人运动健康情况进行相关研究，能够为失能老人相关研究提供新的研究方法和研究思路，其研究结果将对临床医学、运动医学、康复医学等产生重要影响。