社區不同跌倒風險老年人跨越障礙的步態運動學特征分析

孟站領，張慶來，劉昌亞

1.鄭州大學體育學院，河南鄭州市 450044；2.蘇州大學體育學院，江蘇蘇州市 215000

預計到2050年，中國老年人口將占全國總人口的25%，超過4億[1‐2]。人口老齡化備受關注。《“健康中國2030”規劃綱要》特別提出促進健康老齡化的問題，強調對老年人的健康指導與干預；指出推動形成體醫結合的疾病管理與健康服務模式，開展運動風險評估[3]。

70%跌倒與老年人死亡相關[4‐6]，約50%老年人跌倒是因為沒能很好通過地面上的突起物或障礙物[1,7‐8]。步態是人體結構與功能、運動調節系統等在行走時的外在表現。四肢、軀干、神經調節系統和運動平衡能力都會影響步態[9‐12]。步態分析利用生物力學的理論和方法，結合人體解剖、生理等知識，對人體行走功能進行運動學和動力學綜合研究[13‐14]。老年人跌倒與老年人跨越障礙物時的步態異常直接相關[15‐17]。研究老年人跨越障礙的步態穩定性，對老年人跌倒的預防具有重要意義。

1 對象與方法

1.1 研究對象

2016年7 月至9 月，應用隨機整群抽樣方法，抽取某市1 個社區和1 個老年公寓中年齡≥60 歲的老年人。

納入標準：①無語言和認知障礙，能夠完全理解測試要求，并獨立完成各項測試工作；②知情同意并自愿參加測試；③無明顯足部畸形、下肢疾患和嚴重外傷史，能獨立行走。

排除標準：①有明顯影響步行和姿勢控制方面的疾病；②正在服用神經松弛劑或支氣管擴張劑等影響姿勢控制能力的藥物。

最終入選27例，其中男性15例，女性12例。均簽署知情同意書。

本研究經鄭州大學倫理委員會審查批準〔No.[鄭體]倫審字(2019002)〕

1.2 跌倒風險分組

參照Shumway‐Cook 等[18]提出的標準，以計時起立‐行走測試(Timed Up and Go Test,TUGT)時間13.5 s為高跌倒風險界值，12 s 作為低跌倒風險界值。參照Bohannon[19]提出的標準，以5 次坐立測試(Five Times Sit to Stand Test,FTSST)時間14.8 s 為高跌倒風險界值，11.4 s為低跌倒風險界值。

受試者均完成TUGT[18,20]和FTSST[19]測試，測試3次，取平均值。按照同時滿足兩種跌倒風險標準的原則，將受試者分為高跌倒風險組(H 組)和低跌倒風險組(L 組)，其中H 組15例，男性7例，女性8例；L 組12例，男性8例，女性4例。兩組TUGT 和FTSST 成績有非常高度顯著性差異。見表1。

表1 兩組TUGT和FTSST結果比較(s)

1.3 跨越障礙步態測試

采用兩臺DCR‐VX2100E 攝錄一體機(日本SONY公司)拍攝老年人跨越障礙時的三維運動錄像，攝像機至測力板中心距離約10 m，主光軸夾角90°，機高1.2 m，拍攝頻率50 Hz；比例尺采用愛捷001‐A 三維DLT 立體輻射框架，以框架中“23”球中心指向“13”球中心的連線為X 方向，保持X 方向與行走方向平行。陳巖等[21]提出，障礙物高度15 cm 與現實生活中跨越臺階高度最符，故采用15×10×80 cm 的泡沫板作為障礙物。采用運動錄像分析系統Ariel Perfor‐mance Analysis System(美國ARIEL DYNAMICS 公司)對錄像進行逐幀逐點解析，采用Dempster模型，經過數字化轉換，獲取各關節的位移、角度、速度、加速度等運動學參數；采用數字濾波進行數據優化，截斷頻率6 Hz。

1.4 統計學分析

采用SPSS 19.0 進行統計分析。以給定置信水平下可接受的邊際誤差進行樣本容量估計。所有結果以()表示，組間比較采用獨立樣本t檢驗，組內比較采用配對t檢驗。顯著性水平α1=0.05，非常顯著性水平α2=0.01。

2 結果

2.1 時間特征

H 組跨越腿擺動時間高于L 組(P＜0.05)，擺動腿擺動時間也有高于L 組的趨勢，但無顯著性差異(P＞0.05)，H組跨越障礙總時間高于L 組(P＜0.05)。見表2。

表2 老年人跨越障礙的時間特征(s)

2.2 空間特征

2.2.1 位移參數

H 組身高標準化的最大質心高度小于L 組(P＜0.05)。H 組身高標準化的跨越步長、跨越腿擺動凈高度和擺動腿擺動凈高度有小于L 組的趨勢，但無顯著性差異(P＞0.05)。見表3。

表3 老年人跨越障礙的位移參數(/身高)

2.2.2 關節角度

在跨越腿位于障礙正上方時，H 組跨越腿膝關節角度大于L 組(P＜0.05)；在擺動腿位于障礙正上方時，擺動腿膝關節角度大于L 組(P＜0.05)。兩腿髖關節和踝關節角度均無顯著性差異(P＞0.05)。組內比較，H 組擺動腿髖關節角度顯著大于跨越腿(P＜0.001)，踝關節角度明顯大于跨越腿(P＜0.01)；L 組擺動腿髖關節角度顯著大于跨越腿(P＜0.001)，膝關節角度明顯小于跨越腿(P＜0.05)，踝關節角度顯著大于跨越腿(P＜0.001)。見表4。

2.3 時空特征

2.3.1 速度

在跨越腿位于障礙正上方時，H 組跨越腿髖關節速度小于L 組(P＜0.05)。擺動腿在位于障礙最上方時，各關節和質心速度均無顯著性差異(P＞0.05)。組內比較，H 組擺動腿髖關節速度顯著大于跨越腿(P＜0.001)，膝關節速度顯著大于跨越腿(P＜0.001)，擺動腿位于障礙正上方時質心速度大于跨越腿位于障礙正上方時(P＜0.05)；L 組擺動腿髖關節速度顯著大于跨越腿(P＜0.01)，膝關節速度顯著大于跨越腿(P＜0.001)，擺動腿位于障礙正上方時質心速度明顯大于跨越腿位于障礙正上方時(P＜0.01)。見表5。

表4 位于障礙正上方時跨越腿和擺動腿髖、膝、踝關節的角度特征(°)

2.3.2 加速度

擺動腿處于障礙物正上方時，H 組踝關節加速度低于L 組(P＜0.05)，其他關節和質心加速度兩組間無顯著性差異(P＞0.05)。組內比較，跨越腿和擺動腿各關節和質心加速度均無顯著性差異(P＞0.05)。見表6。

3 討論

TUGT 側重于測試老年人平衡和移動能力，FTSST 側重于測試老年人下肢肌力和平衡控制能力。同時對老年人進行TUGT 和FTSST 測試，能夠較為準確地區分老年人跌倒風險。

不同跌倒風險老年人在跨越障礙的時間特征方面存在一定差異。高跌倒風險老年人在跨越障礙時動作更緩慢，起跨動作不果斷，跨越障礙的信心相對不足。當步行速度降低時，站立相延長，擺動相相對穩定，雙腿支撐時間明顯增加[23‐24]。步行周期約1.1 s時，雙腿支撐相占步行周期25%；當步行周期增加至約2.5 s 時，雙腿支撐相約占50%；若步行周期緩慢增加，由于速度下降，單腿支撐時間和步長延長，姿勢的穩定性下降[25‐26]。Chen 等[27]發現，老年人在開始邁出躲避障礙物的那一步之前，就對步態模式做出了調整，他們用更保守的策略跨過障礙物，表現為接近障礙物時速度更慢，步伐更小。

表5 位于障礙正上方時跨越腿和擺動腿髖、膝、踝關節和質心速度(m/s)

表6 位于障礙正上方時跨越腿和擺動腿髖、膝、踝關節和質心加速度(m/s2)

H 組身高標準化的最大質心高度下降，說明高跌倒風險老年人在跨越障礙時，由于下肢肌力下降，整體做功能力下降。Saunders 等[28]提出，減少質心垂直位移可降低步行中的能量消耗，保持人體動力學順暢的機械轉移。人跨越障礙物時，對平衡控制的需求增加。Chou 等[29]發現，受試者跨過相當其身高2.5%～15%障礙物時，前后方向和垂直方向有較大范圍的質心運動，同時伴隨質心和壓力中心前后方向的位移。健康個體側方質心位移較小，多可保持質心在安全極限內；而平衡受損的老年人在控制中有更多困難[30]。一旦對質心平衡調控不當，極易導致跌倒[31]。

H 組老年人，跨越腿和擺動腿在位于障礙正上方時，膝關節角度增大，提示高跌倒風險老年人相關肌肉和關節柔韌性可能有一定衰退，擺動高度降低，膝關節角度增大[32‐33]。膝關節屈曲將有效提高步態的協調性，在跨越障礙時，站立相屈膝可使質心在垂直方向上的運動變得更加平緩，擺動相屈膝使擺動側肢體的垂直距離變短，有助于足的廓清。踝關節對跨越障礙步態變緩也很重要，站立相踝關節跖屈將使每步轉移變平緩，并可影響擺動側肢體初始速度[34‐35]。老年人在跨越障礙時，擺動腿髖關節和踝關節角度增大，以增加擺動腿和腳的高度，避免發生絆倒。

擺動腿處于障礙物正上方時，L 組踝關節加速度高于H 組。Winter 等[36]指出，頭‐上肢‐軀干環節的動態平衡由髖關節周圍肌肉控制，幾乎不涉及踝，這與站立平衡主要依賴踝關節控制截然不同。高跌倒風險老年人擺動腿踝關節加速能力減弱，在跨越或躲避障礙物時，可能容易造成跟隨腳拖拉，碰到障礙物發生絆倒。

總之，本研究顯示，高跌倒風險老年人跨越障礙時間延長，質心高度降低，是下肢肌力不足，身體平衡和做功能力下降的表現；質心位移減小可能是機體的一種代償反應。高跌倒風險老年人跨越腿和擺動腿的膝關節角度均增大，可能與完成擺動動作的相關肌肉及關節柔韌性出現一定衰退有關；老年人在完成跨越障礙動作中，均表現出跨越腿髖、踝關節角度小于擺動腿的現象，擺動腿髖、踝關節角度增大，可適當增加擺動腿和腳的高度，避免發生磕絆。高跌倒風險老年人跨越障礙過程中，跨越腿髖關節移動速度和擺動腿踝關節加速度減小，提示肌力下降，易導致質心側移，可增大絆倒風險。