老年人本體感覺、足底觸覺和肌肉力量與姿勢穩(wěn)定性的關(guān)系

王琪，毛敏，孫威，宋祺鵬

1.山東體育學院，山東濟南市 250102；2.山東大學，山東濟南市 250100

0 引言

跌倒和與跌倒相關(guān)的損傷是導致老年人殘疾和死亡的主要原因[1]，姿勢控制能力下降與跌倒之間存在密切關(guān)系。姿勢穩(wěn)定性需要由感覺、運動和整合系統(tǒng)的相互作用來維持[2]。

在老年人的日常活動中，本體感覺、足底觸覺以及肌肉力量是保持姿勢穩(wěn)定和預防跌倒的潛在因素。肌肉、關(guān)節(jié)囊、韌帶或肌腱中的本體機械感受器可以提供身體各部分在空間中位置和運動的信息。本體感覺的下降可能會導致在功能活動中關(guān)節(jié)生物力學的異常[3]；足底觸覺是控制身體傾斜幅度和穩(wěn)定人體搖擺高頻成分的重要信息來源[4]；肌肉收縮能夠產(chǎn)生足夠的關(guān)節(jié)力矩，從而幫助老年人維持姿勢穩(wěn)定[5]。隨著年齡逐漸增加，本體感覺[6-7]、足底觸覺[8]以及肌肉力量[5]會下降。姿勢穩(wěn)定性下降是跌倒的主要原因[9]。研究這些因素與姿勢穩(wěn)定性之間的關(guān)系可以為預防老年人跌倒提供理論基礎。

目前在臨床上，本體感覺、足底觸覺以及肌肉力量與跌倒之間的關(guān)系還存在爭議。一些研究認為，本體感覺[3,10]、足底觸覺[8,11]以及肌肉力量[5,12]的功能下降與跌倒有關(guān)。另一些研究則認為，肌肉力量[13-14]和足底觸覺[15-16]的功能下降與跌倒之間沒有關(guān)系。上述矛盾可能由于跌倒原因的多樣性導致。跌倒還受環(huán)境變化和錯誤使用輔助設備等外在因素的影響。姿勢穩(wěn)定性是系統(tǒng)之間的一種復雜關(guān)系，它不僅可以快速而精確地改變以預防跌倒[17]，還不受外在因素的影響，因此相對于直接研究身體功能與跌倒的關(guān)系，研究身體功能與姿勢穩(wěn)定性之間的關(guān)系可能更有意義。

在臨床實踐中，評估老年人的動態(tài)姿勢穩(wěn)定性通常用Berg 平衡量表(Berg Balance Scale,BBS)等以身體功能為導向的功能移動性測試，而評估靜態(tài)姿態(tài)穩(wěn)定性通常采用站立時的足底壓力中心(center of pressure,COP)測試。BBS 包含與平衡相關(guān)的14 項活動任務。靜態(tài)姿勢穩(wěn)定性測試通常采用COP 的均方根(root mean square,RMS)來表示施加在身體上的慣性力以及試圖恢復姿勢的平衡[18]。目前還未檢索到同時探討本體感覺、足底觸覺以及肌肉力量與動態(tài)和靜態(tài)姿勢穩(wěn)定性之間關(guān)系的綜合性研究。

在日常生活中，我們可以通過不同形式的體育鍛煉來改善本體感覺、足底觸覺和肌肉力量，如太極拳[10]、倒走[19]或電子競技游戲[20]可以提高本體感覺；太極拳[21]或赤腳運動[22]可改善足底觸覺；跳舞[23]、游泳[24]或北歐式健步走[25]可增強肌肉力量。有學者建議應進行進一步的研究，如在今后研究中還應考慮關(guān)節(jié)位置覺與功能能力的關(guān)系，以確保實施最有效的鍛煉方式來降低跌倒的風險[26]。如果我們了解這三個因素中的哪一個與靜態(tài)或動態(tài)姿勢穩(wěn)定性相關(guān)，就可以給老年人開出精準運動處方。因此本研究旨在探討老年人本體感覺、足底觸覺以及肌肉力量與靜態(tài)或動態(tài)姿勢穩(wěn)定性的關(guān)系。

1 資料與方法

1.1 一般資料

2020年6月至11月，通過在當?shù)厣鐓^(qū)和療養(yǎng)院分發(fā)傳單和宣傳，共招募205例老年受試者。

納入標準：①年齡＞65 歲；②可以不使用輔助設備獨立行走。

排除標準：①中樞神經(jīng)系統(tǒng)(central nervous system,CNS)功能障礙；②視力缺陷；③頭暈、眩暈或任何其他前庭疾病；④與跌倒風險相關(guān)的心理問題，如害怕摔倒、焦慮或抑郁等；⑤足底潰瘍；⑥簡易精神狀態(tài)檢查(Mini-Mental State Examination,MMSE)得分＜24分。

篩查后納入164 例，其中男性75 例，女性89 例；年齡(73.51±7.79)歲；身高(161.56±7.10) cm；體質(zhì)量(63.67±8.89) kg。本研究通過山東體育學院運動科學倫理委員會的批準(No.19003)，測試內(nèi)容符合《赫爾辛基宣言》。

1.2 方法

1.2.1本體感覺測試

不論是何種題材的翻譯，譯者都會不可避免地在語言轉(zhuǎn)換過程中遭遇文化差異，怎樣在翻譯過程中處理本國和他國之間的文化差異，在很大程度上反映了一個譯者甚至一個民族對于文化交流和接受的態(tài)度。

采用本體感覺測試儀(山東動之美實業(yè)有限公司)采集右側(cè)踝關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)的本體感覺閾值，該儀器已被證實具有良好的重測信度(ICC 0.737～0.935，標準誤差值0.21°～0.52°)[27]。儀器由一個盒子和一個可在額狀面和矢狀面內(nèi)旋轉(zhuǎn)的平臺組成。平臺由兩個電機驅(qū)動，角速度為0.4°/s。通過受試者控制的手控開關(guān)隨時停止平臺運動。設備中的電子測角儀可記錄平臺的角位移。在踝關(guān)節(jié)本體感覺測試中，在將測試臺放置在水平位置，膝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)屈曲90°，小腿垂直于測試臺表面。在膝關(guān)節(jié)本體感覺測試中，設備的外側(cè)軸與膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)軸平行。髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)均呈90°，踝關(guān)節(jié)處于中立位。測試時受試者閉眼，戴耳機，耳機內(nèi)播放音樂。要求受試者注意力集中在腳上，當他們能感覺到運動時，立即按下手控開關(guān)停止平臺移動，然后識別運動方向。發(fā)出開始試驗指令后，電動機以2～10 s 的隨機時間間隔運行。每個方向至少試驗5次。記錄每個方向的最小3個角度。

1.2.2足底觸覺測試

受試者仰臥，使用單絲(美國NORTH COAST MEDICAL 公司)測量右腳的足底觸覺。使用6 種不同尺寸的單絲規(guī)格，分別為2.83、3.61、4.31、4.56、5.07 和6.65，施加壓力直至單絲形成C 形彎曲(彎曲90°)時，所施加力值分別為0.07 g、0.4 g、2 g、4 g、10 g和6.65 g。使用單絲隨機測試足跟、足弓、第1和第5 跖骨底部以及拇趾的足底觸覺。從最細的單絲開始，逐漸變粗，直到受試者能夠感覺到足底受力[11]。記錄受試者所能感覺到的最小閾值。

1.2.3肌肉力量測試

采用IsoMed 2000 等速肌力測試系統(tǒng)(德國D&R FERSTL 公司)進行肌肉力量測試。在踝關(guān)節(jié)肌肉力量測試中，受試者仰臥于測力床上，髖、膝關(guān)節(jié)自然伸展，以10°/s 的角速度進行踝關(guān)節(jié)最大肌力測試。踝關(guān)節(jié)跖屈開始于背屈5°，止于跖屈30°，而踝背屈始于跖屈30°，止于背屈5°。在髖關(guān)節(jié)肌肉力量測試中，受試者側(cè)臥，髖關(guān)節(jié)自然伸展，用束帶穩(wěn)定受試者的骨盆，膝關(guān)節(jié)自然伸展；另一條腿穩(wěn)定在測力床上，膝關(guān)節(jié)微屈；受試者以10°/s 的角速度以最大的用力外展測試腿。髖關(guān)節(jié)在0°～30°內(nèi)進行外展運動。記錄每個方向的3 次平均值，受試者在兩次試驗之間至少休息2 min。

BBS 包括14 個簡單的日常功能活動測試(如坐站轉(zhuǎn)換和轉(zhuǎn)身1 周)[28]。研究人員通過觀察受試者的表現(xiàn)評分，每項測試0～4分。所有測試完成后計算總分。

1.2.5靜態(tài)姿勢穩(wěn)定性測試

受試者雙腳并攏，在9287BA 測力臺(瑞士KISTLER公司)上閉眼站立120 s，頭正直，雙上肢自然下垂于軀干兩側(cè)。以1000 Hz的頻率采集地面反作用力。每個受試者測試3次，兩次試驗之間休息至少1 min。

1.3 觀察指標

肌肉力量包含踝關(guān)節(jié)背屈、跖屈，髖關(guān)節(jié)外展時的最大關(guān)節(jié)扭矩(%體質(zhì)量)。本體感覺包括膝關(guān)節(jié)屈伸和踝關(guān)節(jié)背屈跖屈時的最小探測角。足底觸覺包括大腳趾、第1 和第5 跖骨、足弓、足跟的單絲測量值。采用站立試驗60～90 s 的垂直地面反作用力數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)整理。輸出數(shù)據(jù)為COP 在前后(anteroposterior,AP)和內(nèi)外側(cè)方向(mediolateral,ML)的位置。COP 數(shù)據(jù)由截止頻率為12 Hz 的四階低通巴特沃斯濾波器進行濾波。過濾后的數(shù)據(jù)用于計算每個受試者COP位移(mm)的RMS。

其中，x和y是COP的平均位置。

1.4 統(tǒng)計學分析

采用SAS 9.4 進行統(tǒng)計學分析。采用Shapiro-Wilk檢驗數(shù)據(jù)的正態(tài)分布，并列出指標的平均值、標準差、最小值和最大值。使用因子分析來確定多個指標的公因子，并在控制其他協(xié)變量的同時，使用多變量線性回歸探索每個公因子與結(jié)果之間的關(guān)系。顯著性水平α=0.05。

2 結(jié)果

Shapiro-Wilk 檢驗顯示，除足底觸覺外，其余所有變量均呈正態(tài)分布。見表1。

表1 指標的描述性信息

2.1 因子分析

Kaiser-Meyer-Olkin 檢驗值＞0.5，Bartlett 球度檢驗值＜0.05，提示測量數(shù)據(jù)呈球形分布，并且各個變量在一定程度上相互獨立，適合進行因子分析。本體感覺、足底觸覺和肌肉力量中所有變量的因子負荷見表2。

表2 本體感覺、足底觸覺和肌肉力量指標的因子負荷

2.2 多元回歸

本體感覺與BBS 評分呈顯著負相關(guān)(P＜0.001)，與COP 在內(nèi)外側(cè)方向的RMS 明顯正相關(guān)(P＜0.01)，足底觸覺與COP 前后方向的RMS 明顯正相關(guān)(P＜0.01)，肌肉力量與BBS 評分顯著正相關(guān)(P＜0.001)。見表3。

表3 BBS和COP均方根的多元回歸

3 討論

本研究采用因子分析方法，研究本體感覺、足底觸覺、肌肉力量這三個因素與動態(tài)、靜態(tài)姿勢穩(wěn)定性之間的關(guān)系。本研究獲得的數(shù)據(jù)與先前研究中健康老年人的本體感覺[10,29]、足底觸覺[22]和肌肉力量[30]的結(jié)果相近。

由于本體感覺[31]、足底觸覺以及肌肉力量[32]是外周水平控制姿勢穩(wěn)定性神經(jīng)通路中的主要元素[33]，對姿勢穩(wěn)定性有著重要影響[4-5,31]，因此選用它們作為本研究的主要指標。當肌肉被拉長時，肌梭被牽引，將本體感覺信息傳遞給感覺運動皮層和小腦[31]。同時，皮膚機械感受器會將壓力或振動的相關(guān)信息傳遞到中樞神經(jīng)系統(tǒng)，并對刺激進行分析。然后，脊髓的反饋會引起肌肉收縮，對抗跌倒的發(fā)生[32]。

本研究顯示，本體感覺與動態(tài)和靜態(tài)姿勢穩(wěn)定性都有關(guān)系。本體感覺可以感受肌肉的收縮和關(guān)節(jié)伸展的程度和位置[34]，并且在產(chǎn)生流暢的動作、維持和調(diào)節(jié)姿勢穩(wěn)定性方面也都很重要[35]。有研究證明[36]，老年人在維持姿勢穩(wěn)定時，更依賴于本體感覺而并非視覺信息。空間和時間信息傳入機械感受器后，傳遞到中樞神經(jīng)系統(tǒng)進行整合，最后將運動控制命令發(fā)送到相關(guān)肌肉，以確保執(zhí)行協(xié)調(diào)有效的動作[26]。靜態(tài)姿勢穩(wěn)定性受損者，在實現(xiàn)動態(tài)姿勢控制時可能更依賴于本體感覺[37]。隨著年齡的增長，本體感覺降低，老年人的踝關(guān)節(jié)本體感覺閾值比年輕人低3.13°[6]。因此，建議老年人進行一些活動來維持或恢復老年人受損的本體感覺，如太極拳[10]、倒走[19]或運動游戲[20]等。

隨著年齡的增加，老年人的肌肉力量也會隨之下降[38]，肌肉力量在維持姿勢穩(wěn)定和預防跌倒方面發(fā)揮著不可或缺的作用[39]。有Meta 分析指出[40]，下肢肌肉力量是評估老年人跌倒風險的重要指標之一。對1 068例老年人進行的一項社區(qū)健康調(diào)查證實[41]，肌肉力量是影響老年人跌倒的重要因素。本研究顯示肌肉力量與BBS評分呈顯著性相關(guān)。BBS是跌倒的最有效預測因子，通常用來評估姿勢穩(wěn)定性和活動障礙[18]。但也有研究指出[13]，肌肉力量對女性老年人的跌倒次數(shù)或跌倒的風險并沒有顯著性影響。上述研究只測量了膝屈肌和伸肌的力量，而本研究測量了踝背屈肌和跖屈肌力以及髖外展肌力，這是因為在恢復身體平衡時踝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)功能更重要。在65歲以后，下肢肌肉力量每年下降1%～2%[42]，老年人的下肢肌肉力量比健康年輕人降低約40%[43]，人們認為老年人是由于體力活動減少才導致下肢肌肉力量的下降[44]。因此，建議老年人應進行各種形式的運動來增強肌肉力量，通過提高姿勢穩(wěn)定性來預防跌倒，如交際舞[23]、游泳[24]或北歐式健步走[25]等。

足底觸覺與動態(tài)姿勢穩(wěn)定性之間并沒有顯著關(guān)系。盡管本體感覺和足底觸覺通過相似的神經(jīng)通路起作用，但它們也有不同之處。本體感覺機械感受器是通過大直徑的Ia 和Ⅱ型感覺神經(jīng)元來傳遞信息，而足底觸覺則是通過小直徑的Ⅲ型感覺神經(jīng)元[45]。感覺信息之間具有可替代性，中樞神經(jīng)系統(tǒng)可采用一種感覺刺激來補償另一種減弱的感覺刺激[45]。與本體感覺信號相比，足底觸覺信號傳導速度較慢且信號較弱。因此，老年人可能更多依靠本體感覺信息控制動態(tài)姿勢穩(wěn)定性。由于足底觸覺信息可以通過本體感覺通路[15]或視覺信息來補償，因此它并不是維持動態(tài)姿勢穩(wěn)定性的主要因素。其他研究也認為[15-16]，足底觸覺喪失后可能會由其他感覺系統(tǒng)來補償，并且足底觸覺與動態(tài)姿勢穩(wěn)定性無關(guān)。

本研究還顯示，足底觸覺與靜態(tài)姿勢穩(wěn)定性有關(guān)系。人體在站立不動時，COP 的位置也會不斷調(diào)整變化。足底觸覺的傳入可以為中樞神經(jīng)系統(tǒng)提供有關(guān)關(guān)節(jié)受力、身體重心轉(zhuǎn)移以及肢體負荷等有價值的反饋信息[46]，從而參與靜態(tài)姿勢穩(wěn)定性。然而，由于跌倒大多數(shù)發(fā)生在動態(tài)運動中，因此我們推測，足底觸覺對跌倒的影響小于肌肉力量和本體感覺。

綜上所述，本體感覺和肌肉力量與動態(tài)姿勢穩(wěn)定性相關(guān)，本體感覺和足底觸覺與靜態(tài)姿勢穩(wěn)定性相關(guān)。

利益沖突聲明：所有作者聲明不存在利益沖突。