不同頻率全身振動訓練對老年女性平衡能力、下肢肌力和位置覺的影響

李靜雅 程亮

摘 要：探討相同振幅（3 mm）、不同頻率的全身振動訓練（WBVT）對老年女性身體姿勢控制能力的影響。63例60～70歲健康老年女性，隨機分成年齡、身高和體重相匹配的低頻組（n=15，10～15 Hz）、中頻組（n=16，25～30 Hz）、高頻組（n=15，40～45 Hz）和對照組（n=17）。采用美國產Power-Plate振動平臺對振動組進行為期24周的WBVT，并測試0周和24周所有受試者的平衡能力、下肢肌力和下肢的本體感覺。結果顯示：（1）平衡能力：低頻WBVT顯著提高了老年受試者的本體代償能力，中頻和高頻顯著提高了受試者本體代償能力、前庭整合能力和左、右方向的動態平衡能力，且高頻改善效果優于低頻和中頻；（2）下肢肌力：低頻WBVT顯著提高了老年受試者膝關節伸肌絕對力，中頻和高頻顯著提高了膝和踝關節伸肌絕對力和爆發力。高頻提升膝關節伸肌絕對力優于低頻和中頻，對膝關節伸肌爆發力、踝關節伸肌絕對力和爆發力提升效果優于低頻。中頻提升膝和踝關節伸肌爆發力效果優于低頻；（3）下肢運動覺：低頻WBVT顯著提升了老年受試者膝關節30°和60°位置覺，中頻和高頻顯著提升了膝關節30°、60°和踝關節45°位置覺。且高頻提升膝關節30°和60°位置覺效果優于低頻和中頻。

關 鍵 詞：運動醫學；全身振動訓練；身體姿勢控制；平衡能力；肌力；位置覺；老年女性

中圖分類號：G804.6 文獻標志碼：A 文章編號：1006-7116（2018）02-0128-07

Effects of whole body vibration training at different frequencies on the balance， lower limb muscle strength and position sense of elderly women

LI Jing-ya1，CHENG Liang2

（1.School of Physical Education，Sichuan Normal University，Chengdu 610066，China；

2.Rehabilitation Center，Sichuan Sports Skills Institute，Chengdu 610041，China）

Abstract： In order to probe into the effects of whole-body vibration training （WBVT） at the same amplitude （3mm） but at different frequencies on the body posture control ability of elderly women， the authors divided 63 healthy elderly women aged 60-70 randomly into a low frequency group （n=15， 10-15 Hz）， a mid frequency group （n=16， 25-30 Hz） ， a high frequency group （n=15， 40-45 Hz）， and a control group （n=17）， in which the age， height and weight match The authors let the vibration groups carry out 24-week WBVT on the Power-Plate vibration platform made in USA， and tested the balance， lower limb muscle strength and lower limb proprioception of all the testees on week 0 and week 24， and revealed the following findings： 1） balance： low frequency WBVT significantly improved the ontic compensation ability of the elderly testees， mid frequency and high frequency WBVT significantly improved the ontic compensation ability， vestibular integration ability as well as left and right dynamic balance of the testees， and high frequency WBVTs improvement effect was better than low frequency and mid frequency WBVTs； 2） lower limb muscle strength： low frequency WBVT significantly improved the absolute power of knee joint extensor of the elderly testees， mid frequency and high frequency WBVT significantly improved the absolute power and explosive power of knee and ankle joint extensors； high frequency WBVTs effect of improving the absolute power of knee joint extensor was better than low frequency and mid frequency WBVTs， its effect of improving the explosive power of knee joint extensor， and the absolute power and explosive power of ankle joint extensor， was better than low frequency WBVTs； mid frequency WBVT ‘s effect of improving the explosive power of knee and ankle joint extensors was better than low frequency WBVT ‘s； 3） lower limb movement sense： low frequency WBVT significantly improved the 30° and 60° position sense of knee joint of the elder testees， mid frequency and high frequency WBVT significantly improved the 30° and 60° position sense of knee joint and the 45° position sense of ankle joint， and high frequency WBVTs effect of improving the 30° and 60° position sense of knee joint was better than low frequency and mid frequency WBVTs.

Key words： sports medicine；whole body vibration training；body posture control；balance；muscle strength；position sense；elderly women

因衰老導致人體姿勢控制能力的下降，增加了老年人跌倒的風險[1]。Chang等[2]的研究顯示，隨著年齡的增加，老年人的平衡能力、下肢的關節肌力、下肢的本體感覺功能和神經肌肉反應時下降，是易發生跌倒的重要因素。因此，提高老年人上述功能是預防跌倒的重要策略。諸多研究發現，有規律太極拳鍛煉[2-3]、快走[4]和抗阻訓練[5]等運動方式，能有效提高老年人身體姿勢控制能力，但上述運動需受試者自律主動堅持。巴洪冰[6]和林長地[7]等的研究認為：有規律的全身振動訓練（Whole-Body Vibration Training，WBVT）適合運動功能差或不習慣主動運動的人群。

近期研究認為有規律的WBVT對老年人身體姿勢控制能力有一定的影響。多數研究認為WBVT能改善老年人的下肢關節肌力，Rees等[8]認為8周的WBVT（振幅5～8 mm、頻率>26 Hz）能顯著提高老年女性的踝關節伸肌力。Bogacrts等[9]發現24周WBVT（振幅2.5～5.0 mm、頻率30～40 Hz）顯著提高了老年女性膝關節伸肌力。盧澎濤[10]認為24周低頻（10～15 Hz）WBVT對老年人下肢肌力影響不顯著，高頻（40～45 Hz）對肌力影響效果優于低頻和中頻（25～30 Hz）；同時，WBVT對受試者平衡能力改善也有報道，但研究對象主要為中風或偏癱人群。Van等[11]對23名慢性中風受試者進行振動刺激（振幅3 mm、頻率30 Hz），顯示提高了靜態平衡能力。張國興等[12]認為在常規康復治療基礎上附加WBVT（振幅3 mm、頻率<20 Hz）能顯著提高腦卒中患者的平衡和步行能力；另外，個別學者報道了WBVT對運動員膝關節位置覺的影響，黃鵬等[13]對籃球運動員進行8周中低頻（30 Hz）和次高頻（45 Hz）訓練并測試膝關節位置覺，認為次高頻改善受試者位置覺效果更明顯。

目前WBVT對老年人身體姿勢控制能力的影響，缺乏系統的研究，表現為測試指標單一，未細化振動頻率、未統一振幅等。為此，本研究假設：（1）有規律的WBVT對老年人身體姿勢控制能力（平衡能力、下肢關節肌力和本體感覺）有積極影響；（2）相同振幅，不同頻率的WBVT對老年人身體姿勢控制能力影響有所不同。擬通過對年齡、身高和體重相匹配的健康老年女性進行不同頻率的WBVT干預，探討改善老年人身體姿勢控制能力最有效的振動頻率區間，為WBVT預防老年人摔倒提供借鑒。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

走訪四川師范大學周邊大型公園及社區，通過粘貼廣告和宣傳形式募集了有健身意愿的健康老年女性，在實驗初期招募了75名，有12名因身體不適、時間安排不當等原因退出，最終63名受試者完成整個實驗過程，人員流失率為16.0%。受試者納入標準：（1）年齡分布在60～70歲；（2）通過了健康體檢和問卷；（3）簽訂了知情同意書。受試者排除標準：（1）有其他健身愛好；（2）足部畸形、步態異常；（3）嚴重的下肢外傷史；（4）運動障礙、癲癇病或心血管疾病；（5）近2年長期服用藥物。采用數字“1，2，3，4；1，2，3，4；1，2，3，4……”法隨機分成年齡、身體和體重相匹配的低頻組、中頻組、高頻組和對照組，受試者基本信息見表1。

1.2 研究方法

1）全身振動訓練干預。

采用美國Power-Plate振動儀（5臺）對振動組（低頻、中頻和高頻組）進行WBVT干預。前人研究顯示：人體全身共振頻率為5 Hz，內臟和脊柱共振頻率為8 Hz，頭部共振頻率為18 Hz，眼球共振頻率高于60 Hz [14]。為了避免給受試者帶來不適和損傷，本研究振動頻率借鑒盧澎濤[10]和劉北湘[14]，振幅借鑒林長地[7]和巴洪冰[6、15]等的實驗方案。振動頻率和振幅選擇為：低頻組（振幅3 mm，頻率10～15 Hz）、中頻組（振幅3 mm，頻率25～30 Hz）、高頻組（振幅3 mm，頻率40～45 Hz）。由4名實驗人員進行指導，實驗組進行為期24周的全身無負重振動訓練，每名受試者需在振動平臺上完成半蹲、深蹲、提踵和單腿蹲4個動作（5組，10次/組，組間休息20 s），約進行12 min的振動干預（每周3次，時間安排在15：00～18：30）。對照組在振動平臺關閉狀態下完成振動組相同的4個動作（組數和次數與實驗組相同）。在整個24周內，4組受試者在不改變原先居家生活的狀態下（既往無特別的運動愛好）不再增加其他的運動方式，每4周有實驗人員進行電話回訪，記錄她們的生活或運動狀況。

2）平衡能力測試。

使用美國BioDex平衡儀，在0周和24周對所有受試者進行靜態（站立）和動態（極限穩定）平衡測試。測試過程要求受試者赤腳雙腳站立，雙手放置身體兩側。

靜態平衡測試需完成穩定堅硬平板閉眼站立（ECSS）、海綿墊睜眼站立（EOFS）和海綿墊閉眼站立（ECFS）。3項測試順序隨機，每項需站立30 s，間隙3 min。受試者在測試過程盡量保持身體不移動或晃動，如在30 s內有跌倒、睜眼、手扶欄桿或邁步等情況均視為傾倒，需重新測試1～2次直至完成實驗。衡量指標為身體晃動指數，數值越小說明該受試者靜態平衡能力越好。

動態平衡測試，受試者雙腳禁止發生移動或屈膝動作，通過改變身體位置來改變人體重心，分別有前、后、左和右4個方位的動態測試。隨機出現到達每個方位的指令，各方位測試3次（間隙10 s），測試結果以第3次為準。衡量指標為完成時間和分數，完成時間越短，總分越高說明該受試者動態平衡能力越好。

3）膝、踝關節等速肌力測試。

采用德國產IsoMed 2000等速測試儀，在0周和24周對所有受試者雙側膝和踝關節（60（°）/s、5次和180（°）/s、5次）進行屈、伸測試。膝關節取坐位，關節活動度為80°；踝關節取仰臥位，關節活動度為70°。測試前受試者需進行10 min下肢關節的熱身，整個測試過程實驗人員對受試者進行言語激勵以保證測試數據的可靠。有研究認為針對普通老年人，60（°）/s測試反映受試者絕對力，180（°）/s測試反映受試者爆發力[7]。

4）膝、踝關節位置覺測試。

在受試者進行完等速肌力測試后，保持測試的姿勢，對優勢側進行位置覺測試。角速度設為1（°）/s。分別讓等速儀器動力頭自動屈伸運動到預設角度：屈膝30°和60°（膝關節完全伸直位為0°），踝關節預設角度：-15°（踝關節背屈），0°（與地面垂直）和45°（踝關節跖屈）。每運動到一個角度后，儀器動力頭角度回到起始位置，再讓受試者主動運動到指定的位置（按鈕后運動自動停止），并記錄實際角度與預設角度的差值，每個角度測試3次取平均值。

5）數據統計。

采用Spss 19.0對4組受試者測試數據進行平均值±標準差（ ±s）處理。組間分析采用單因素方差分析（One Way-Anova）并事后多重比較（Post-Hoc tests），組內比較采用配對樣本t檢驗，顯著水平α=0.05。

2 結果及分析

2.1 平衡能力測試結果

0周和24周4組受試者平衡能力測試結果見表2、表3。0周4組平衡能力基線數據無顯著差異（P>0.05）；0周與24周組內配對樣本t檢驗顯示：低頻組ECSS身體晃動指數減小，差異具有統計學顯著性意義

（P<0.05）；中頻組ECSS和ECFS身體晃動指數、動態平衡測量時間減小，差異具有統計學顯著性意義

（P<0.05），動態平衡左、右方向得分增加，差異具有統計學顯著性意義（P<0.05）；高頻組ECSS和ECFS身體晃動指數減小，差異具有統計學非常顯著性意義

（P<0.01），動態平衡測量時間減小，差異具有統計學顯著性意義（P<0.05），動態平衡左、右方向得分增加，差異具有統計學顯著性意義（P<0.05）。

24周后組間方差分析并事后多重比較顯示：高頻組ECSS身體晃動指數小于低頻、中頻和對照組，差異具有統計學非常顯著性意義（P<0.01）；ECFC身體晃動指數小于低頻和對照組，差異具有統計學非常顯著性意義（P<0.01）、小于中頻組，差異具有統計學顯著性意義（P<0.05）；動態平衡測試時間小于對照組，左、右方向得分大于對照組，差異具有統計學顯著性意義（P<0.05）；中頻組ECSS和ECFC身體晃動指數和動態測試時間小于對照組，差異具有統計學顯著性意義

（P<0.05）；低頻組ECSS身體晃動指數小于對照組，差異具有統計學顯著性意義（P<0.05）。

2.2 下肢肌力測試結果

0周和24周4組受試者下肢肌力測試結果見表4、表5。0周4組下肢肌力基線數據差異無統計學顯著意義（P>0.05）。0周與24周組內配對樣本t檢驗顯示： 低頻組膝關節伸肌絕對力增加，差異具有統計學顯著性意義（P<0.05）；中頻組膝和踝關節伸肌絕對力和爆發力增加，差異具有統計學顯著性意義（P<0.05）；高頻組膝關節伸肌絕對力和爆發力增加，差異具有統計學非常顯著性意義（P<0.01）、踝關節伸肌絕對力和爆發力增加，差異具有統計學顯著性意義（P<0.05）。

24周后組間方差分析并事后多重比較顯示：低頻組膝關節伸肌絕對力大于對照組，差異具有統計學顯著性意義（P<0.05），中頻組膝和踝關節伸肌絕對力和爆發力大于對照組，差異具有統計學顯著性意義（P<0.05），高頻組膝關節伸肌絕對力和爆發力大于對照組，差異具有統計學非常顯著性意義（P<0.01）、踝關節伸肌絕對力和爆發力大于對照組，差異具有統計學顯著性意義（P<0.05）；高頻組膝關節伸肌絕對力大于中頻組和低頻組，差異具有統計學顯著性意義（P<0.05）、膝關節伸肌爆發力大于低頻組，差異具有統計學非常顯著性意義（P<0.01）、踝關節伸肌絕對力和爆發力大于低頻組，差異具有統計學顯著性意義（P<0.05），中頻組膝和踝關節伸肌爆發力大于低頻組，差異具有統計學顯著性意義（P<0.05）。

2.3 下肢位置覺測試結果

0周和24周4組受試者下肢位置覺測試結果見表6。0周4組下肢位置覺基線數據差異無統計學顯著意義

（P>0.05）；0周與24周組內配對樣本t檢驗顯示：低頻組膝關節30°和60°位置覺測試角度減小，差異具有統計學顯著性意義（P<0.05），中頻組膝關節30°、60°和踝關節45°位置覺測試角度減小，差異具有統計學非常顯著性意義（P<0.05），高頻組膝關節30°和60°位置覺測試角度減小，差異具有統計學非常顯著性意義

（P<0.01）、踝關節45°位置覺測試角度減小，差異具有統計學顯著性意義（P<0.05）。

24周后組間方差分析并事后多重比較顯示：低頻組和中頻組膝關節30°和60°位置覺測試角度小于對照組，差異具有統計學顯著性意義（P<0.05），中頻組和高頻組踝關節45°位置覺測試角度小于對照組，差異具有統計學顯著性意義（P<0.05），高頻組膝關節30°和60°位置覺測試角度小于對照組，差異具有統計學非常顯著性意義（P<0.01）。高頻組膝關節30°和60°位置覺測試角度小于低頻組和中頻組，差異具有統計學顯著性意義（P<0.05）。

3 討論

3.1 平衡能力

本研究衡量WBVT對老年受試者平衡能力的影響，采用了BioDex 平衡儀，分別從靜態和動態平衡兩方面進行剖析。靜態指標：當受試者閉眼站立在穩定平面（ECSS）時，主要依賴本體信息傳入維持穩定姿勢，身體晃動指數越大，說明本體代償能力越差。而受試者睜眼站立在海綿墊上（ECFS）時，主要依賴視覺信息傳入維持穩定姿勢，身體晃動指數越大，說明視覺代償能力越差。另外，受試者當閉眼站立在海綿墊上（ECFS）時，維持穩定姿勢主要依賴前庭系統的整合，身體晃動指數越大，說明前庭整合能力越差[16]。動態指標：當受試者在雙腳不離地的狀態下，通過身體移動將光標盡可能快的移動到發光圓點處，其得分越高，表明在該方向上的動態平衡能力越好。

本研究從WBVT改善老年人靜態平衡機制出發，結果顯示：低頻WBVT顯著減小了老年受試者的閉眼站立在穩定平面時身體晃動指數（提高了本體代償能力），中頻和高頻顯著減小了閉眼站立在穩定平面時身體晃動指數（提高了本體代償能力）、閉眼站立在海綿墊上時身體晃動指數（提高了前庭整合能力），且高頻效果優于低頻和中頻。值得注意的是，無論以什么頻率的干預對老年受試者睜眼站立在海綿墊上身體晃動指數影響不顯著，說明WBVT對受試者視覺代償能力影響不大，探其原因，Chang等[2]認為在靜態站立中，開眼比閉眼時對下肢非對稱負荷更小，而下肢負荷的非對稱性可作為與年齡相關的平衡能力下降的早期診斷指標。另外，視覺對修正老年人頭部、軀干的位置十分重要，通過身體姿勢的調整影響人體平衡。我們認為WBVT并不能訓練受試者的視覺能力。前人研究定期的WBVT對老年人平衡能力的影響，采用了單腳開、閉眼站立時間、壓力中心移動距離等靜態平衡指標，隨著WBVT干預時間的增加，效果也不同。Garland等[17]認為4周WBVT（30Hz）能減小輕度中風的老年人閉眼壓力中心的晃動距離。Van等[11]認為8周WBVT

（30 Hz）能顯著提高慢性中風老年人的單腳開眼、閉眼站立時間和壓力中心移動速度。劉洋[18]將WBVT（30～45 Hz）提升至16周，認為能顯著改善老年女性的靜態平衡能力，表現為提高了單腳開、閉眼站立時間，降低了閉眼壓力中心的最大移動距離等。

事實上，老年人在日常生活中需進行大量的活動。因此，動態平衡能力的改善更值得關注。研究認為，老年人左、右方向是不經常活動的區域，在發生跌倒的統計中，有23% 概率是側向滑到（左、右方向），容易造成髖部的骨折[19]，林長地[7]認為前、后方向是老年人經常活動的區域（行走、上下樓梯等），因此不易改善左、右方向的平衡能力，發現30～40 Hz的WBVT對老年女性左、右方向平衡能力改善效果最顯著，與本研究的中頻和高頻組結果一致。一系列研究支持了此觀點，Hiroshige等[20]發現4周WBVT（30 Hz）能降低老年受試者左、右方向壓力中心移動距離；吳方芳[21]認為振動訓練能顯著降低老年人壓力中心的左、右晃動幅度。本研究進一步拓展了上述研究，認為中頻和高頻組顯著提高老年人左、右方向的動態平衡能力，且高頻效果優于低頻和中頻。而低頻組雖有變化但差異無統計學顯著性意義，推測可能與振動刺激強度不夠有關。

3.2 下肢肌力

Chang[2]的研究顯示：隨著人們年齡增加，肌肉組織的流失，表現為肌力和運動功能的衰退，增加了跌倒的風險。研究認為相比傳統力量訓練，WBVT能刺激受試者更多的感受器、激活更多的α運動神經元，強化了肌纖維募集的能力，促進神經遞質的分泌、刺激肌腱進而改善肌力[6，7，10]。

本研究顯示：低頻WBVT顯著增加了老年受試者膝關節伸肌絕對力，中頻和高頻顯著提高了膝和踝關節伸肌絕對力和爆發力。高頻提升膝關節伸肌絕對力效果優于低頻和中頻，對膝關節伸肌爆發力、踝關節伸肌絕對力和爆發力提升效果優于低頻。中頻提升膝和踝關節伸肌爆發力效果優于低頻，說明隨著振動頻率增加改善老年受試者下肢肌力效果越好。任滿迎[22]的研究顯示，WBVT對受試者的負荷由振幅、頻率和附加負荷組成，頻率決定了肌群所受的加速度力，振幅決定了肌群所受的離心力，附加負荷（本研究的附加負荷為老年人自身體重）決定了肌群的緊張度。當振幅和附加負荷一定的前提下，振動頻率的增加對受試者肌群刺激越大。本研究也持相同的觀點，值得注意的是，本研究低頻組對受試者膝關節伸肌絕對力有明顯提升，這與盧澎濤[10]的研究不一致，推測可能與受試者個體差異有關。

另外，本研究振動組（低頻、中頻和高頻）膝和踝關節屈肌絕對力和爆發力雖有提升但無顯著變化，其中膝關節肌力變化與Bogacrts等[9]的研究（30～40 Hz）一致，該作者認為24周WBVT顯著增加了老年女性膝關節伸肌力，而屈肌無顯著變化，但與盧彭濤的高頻組（40～45 Hz）的結果不一致（顯著增加了膝關節屈肌力）；踝關節肌力變化與Rees等[8]的一致，認為8周的WBVT（>26 Hz，2.5 mm）顯著增加了老年女性的踝伸肌力，而屈肌力變化不顯著。不一致的原因，可能與振幅、受試者個體差異以及附加負荷的不同有關。

本研究認為不同頻率的WBVT干預，對提升老年人下肢肌力預防跌倒有積極作用。

3.3 下肢位置覺

本體感覺能影響到人體關節的穩定性和靈活性，是人體高效完成運動動作、保持平衡、避免運動損傷的基礎[2]。目前衡量人體本體感覺測試分為運動覺和位置覺[2]。其中運動覺采用0.3（°）/s的等速（消除關節和設備的自重）移動，讓受試者感知關節的移動。而位置覺采用較小的（≤1（°）/s）等速移動，讓受試者感知關節移動的空間位置。鑒于實驗條件的限制，本研究未能測試運動覺（設備未能達到0.3（°）/s的運動速度），因此分析受試者膝和踝關節不同角度的位置覺變化。

本研究進一步拓展了前人的研究，結果顯示：低頻WBVT顯著提升了老年受試者膝關節30°和60°位置覺，中頻和高頻顯著提升了膝關節30°、60°和踝關節45°位置覺。且高頻提升膝關節30°和60°位置覺效果優于低頻和中頻，說明振動組（低頻、中頻和高頻）的膝關節在屈曲位置、中高頻組踝關節在跖屈位置，受到持續適宜的拉伸刺激，肌腱、腱梭的高爾基體等受到刺激產生記憶效應較為明顯。本研究要求受試者在振動平臺上完成半蹲、深蹲、提踵和單腿蹲動作，需要受試者反復屈、伸膝和踝關節，參考對照組下肢位置覺無顯著變化，說明附加振動訓練能進一步激活關節內及周圍的本體感受器，進而促進了本體感覺信息在神經通路中的傳遞，而這種效應隨著振動頻率的增加效果越明顯。但本研究存在局限性，未能進一步擴大樣本，對身體姿勢控制能力評價缺少下肢的神經反應時，本體感覺評價未增加運動覺的測試，不同振幅對結果有何影響？將是后續的研究方向。

上述分析可得如下結論：

（1）平衡能力：低頻WBVT顯著提高了老年受試者的本體代償能力，中頻和高頻顯著提高了本體代償能力、前庭整合能力和左右方向的動態平衡能力，且高頻效果優于低頻和中頻。

（2）下肢肌力：低頻WBVT顯著增加了老年受試者膝關節伸肌絕對力，中頻和高頻顯著增加了膝和踝關節伸肌絕對力和爆發力。高頻提升膝關節伸肌絕對力效果優于低頻和中頻，對膝關節伸肌爆發力、踝關節伸肌絕對力和爆發力提升效果優于低頻。中頻提升膝和踝關節伸肌爆發力效果優于低頻。

（3）下肢運動覺：低頻WBVT顯著提升了老年受試者膝關節30°和60°位置覺，中頻和高頻顯著提升了膝關節30°、60°和踝關節45°位置覺。且高頻提升膝關節30°和60°位置覺效果優于低頻和中頻。

（4）老年人進行全身振動訓練應避開易引起人體器官共振的頻率區間，40～45 Hz的WBVT對提高老年人身體姿勢控制能力、預防跌倒有積極意義。

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