張建國 施雪琴 徐舟峰

南京師范大學體育科學學院（南京210046）

平衡是人體的重要身體素質之一，它是在視覺器官、前庭器官、本體感受器以及肌肉等器官協(xié)同作用下產生的一種綜合性能力。人類自嬰幼兒開始學習站立和走路起就初步具備了維持平衡的能力，這種能力隨著生長逐漸發(fā)展成熟。Barela等指出，6歲兒童已具備了對來自感受器官的刺激信號產生耦合反應的能力，但仍缺乏精確分析來自本體感受器的信號的能力，從而使他們的平衡機能不夠完善［1］。余友林等［2］發(fā)現(xiàn)，3～6歲年齡段里，3～4歲平衡機能增長最快，而女性幼兒增長速度快于同齡男性幼兒。Riach等［3］使用簡易方法測試了4～14歲不同年齡段兒童少年與成年人站立時的平衡能力后發(fā)現(xiàn)，7歲兒童的平衡能力已達到成年水平。后來，Riach等［4］又使用壓力中心偏移速度作為指標，對人體靜止站立時保持平衡的能力進行了較為精確的測試，其結果顯示8歲時人體維持平衡的機制已經形成。而Rival等［5］則提出了不同的看法，他們認為早在6歲時，兒童已經形成了維持最佳站立姿勢的能力。近年來，我國雖然有部分針對某個年齡段少年兒童平衡能力的研究，但針對不同年齡段的總體研究較少，有必要就青少年生長發(fā)育過程中平衡能力的變化特征展開進一步探討。

1 對象與方法

1.1 對象

受試者為6～13歲、15～16歲、19～20歲三個年齡段青少年，分別選自南京市白云園小學、南京師范大學附屬實驗中學、南京師范大學。受試者分為6～7歲、8～9歲、10～11歲、12～13歲、15～16歲、19～20歲6個年齡組，每個年齡組男女各30人以上，共計391人。受試者身體健康，測試時無疲勞現(xiàn)象及明顯影響平衡能力的疾患。所有測試內容均在測試前向受試者說明，并征得了本人或監(jiān)護人（以未成年人為對象時）的同意。

1.2 測試方法

使用Footscan Balance7.7平板式足底壓力測試系統(tǒng)（RSscan公司，比利時）測試受試者睜眼、閉眼狀態(tài)下單、雙足靜止站立時反映平衡能力的指標。該測試系統(tǒng)由一塊50 cm×40 cm壓力分布測試平板及一套平衡采集分析軟件構成。每平方厘米測試平板上有4個以上壓力傳感器，當人站立于平板上時，壓力傳感器感知來自足底壓力的變化，分析人體壓力中心（center of pressure，COP）的分布與變化。

雙足站立進行測試時，受試者的站立姿勢及測試時間參照Daniel等［6］的方法：受試者脫鞋后站立于測試平板上，雙足跟并攏，足尖分開，成約30度夾角，兩手下垂置于體側，雙眼平視前方 （睜眼測試時），測試時間為20秒。單足站立方法參照國民體質監(jiān)測［7］方法：兩手任意放置，以習慣腳站立于測試平板上。睜眼單足站立測試時間為10秒，閉眼單足站立測試時間以10秒為限，未達到10秒，但出現(xiàn)非站立足著地或身體大幅晃動時即判為測試終止，記錄測試軟件顯示的終止時間。

1.3 測試指標

選用壓力中心移動軌跡總長度 （COP Total Traveled Way，TTW）和包絡95%壓力中心移動軌跡在內的橢圓面積（95%confidence ellipse area，EA）兩項代表性指標，這兩項指標絕對值越大，說明站立時人體擺動的幅度越大。

對睜眼雙足與睜眼單足站立時的TTW和EA進行動態(tài)分析，即分別將TTW和EA的測試時間平分為6個相等的時段，依次觀察每一時段數(shù)值的變化。如，雙腳站立時間為20秒，則分為6個3.33秒，按第1至第6的順序觀察每個3.33秒時段的數(shù)據(jù)變化。

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計學分析

采用one-way ANOVA檢驗各參數(shù)的組內差異，確認組內差異后，使用Post Hoc Tests（LSD法）比較組間差異?？紤]到19～20歲時生長發(fā)育已經基本成熟，故以19～20歲組作為成年組與其它年齡組比較。由于許多受試者閉眼單足站立的測試時間未能達到預設的10秒標準，無法計算相同時間范圍的TTW和EA，因此，將受試者的站立時間分別歸入0～1.9秒、2.0～3.9秒、4.0～5.9秒、6.0～7.9秒、8.0秒以上5個時間段，計算每組受試者在各時間段所占的人數(shù)百分比，分析統(tǒng)計采用多樣本構成的卡方檢驗。

所有分析使用SPPS13.0統(tǒng)計軟件進行，除卡方檢驗組間差異時顯著性水平為P<0.01外 （由于單足閉眼站立分為5個時間段，實際形成了5個組，進行兩兩比較時顯著性水平須修正為：0.05/5=0.01）［8］，其余統(tǒng)計分析的顯著性水平均為P<0.05。

2 結果

2.1 測試對象基本情況

表1為各年齡組測試對象按性別區(qū)分的年齡、身高和體重狀況。

表1 測試對象基本情況

2.2 各年齡組不同狀態(tài)站立時TTW和EA的比較

圖1和圖2為各年齡組不同狀態(tài)站立時TTW和EA的比較結果。6～7歲、8～9歲、10～11歲三個年齡組受試者睜眼雙足站立和閉眼雙足站立時的TTW均高于19～20歲組，其中，睜眼雙足站立時（216.3±112.2）mm、（173.5±104.7）mm、（134.3±88.4）mm vs.（87.4±49.2）mm；閉眼雙足站立時 （204.0± 155.9）mm、（140.5±67.4）mm、（113.1±54.6）mm vs.（81.8±28.3）mm，差異均有顯著性（P<0.01），但12～ 13歲、15～16歲在上述兩種狀態(tài)測定的TTW與19～ 20歲組之間無顯著差異。6～7歲、8～9歲年齡組睜眼單足站立時的TTW高于19～20歲組，（414.3±288.1）mm、（305.4±171.1）mm vs.（199.9±147.1）mm，差異均有統(tǒng)計學意義 （P<0.01），但是在10～11歲、12～13歲、15～16歲組分別與19～20歲組比較這一狀態(tài)下的TTW時未發(fā)現(xiàn)顯著差異。另一方面，6～7歲、8～9歲兩個年齡組睜眼雙足站立、閉眼雙足站立、睜眼單足站立時的EA均高于19～20歲組，其中，睜眼雙足站 立 時 （121.8±101.7）mm2、（74.2±82.9）mm2vs.（26.8±45.6）mm2；閉眼雙足站立時 （123.1±101.7）mm2、（55.6±82.4）mm2vs.（15.3±12.5）mm2；睜眼單足站立時 （205.5±155.1）mm2、（146.8±166.4）mm2vs.（57.3±67.2）mm2，差異均有統(tǒng)計學意義（P<0.01），但10～11歲、12～13歲、15～16歲上述三種狀態(tài)測得的EA與19～20歲組之間無顯著差異。

圖1 各年齡組不同站立狀態(tài)下TTW的比較

圖2 各年齡組不同站立狀態(tài)下EA的比較

2.3 不同年齡組閉眼單足站立時間比較

表2顯示，從整體分布趨勢看，6～7歲年齡組單足站立時間主要集中在4秒以內的2個時間段，其它年齡組除了約40%在8秒以上時間段外，其它時間段均占10～20%。15～16歲組和19～20歲組，2秒內時間段的人數(shù)分別約占該年齡組總人數(shù)的27%以上。此外，6～7歲閉眼單足站立時間達到8秒以上者僅9.52%，明顯少于19～20歲組的55.07%，兩者差異有統(tǒng)計學意義（P<0.001），但其它年齡組閉眼單足站立時間分布與19～20歲組比較，差異均無統(tǒng)計學意義。

表2 不同年齡組閉眼單足站立時間百分比（%）

2.4 不同年齡組單、雙足睜眼站立時TTW和EA的動態(tài)變化趨勢

如圖3所示，各年齡組睜眼雙足站立時EA的動態(tài)變化可分為三個類型：（1）第1時段（開始站立時）EA數(shù)值較大，隨后減小，后又增大，呈U型。僅在6～7歲年齡組觀察到這種變化；（2）第1時段EA數(shù)值較大，隨后下降，并保持較小幅度變化至測試結束。這說明開始站立時身體擺動幅度較大，隨后逐漸減小并保持至測試結束。8～9歲、10～11歲、12～13歲、15～16歲四個年齡組呈此類變化；（3）自第1時段起始終在較小范圍內波動，表明站立開始至結束，身體始終保持良好的穩(wěn)定性。僅19～20歲組具有這一變化特征。

圖4為各年齡組睜眼單足站立時EA的動態(tài)變化特征。EA動態(tài)變化只呈現(xiàn)了雙足站立時的（1）和（2）兩種類型，6～7歲和8～9歲兩個年齡組屬于前者；其它年齡組屬于后者。

各年齡組單、雙足站立時TTW的動態(tài)變化與EA相同。

圖3 不同年齡組雙足睜眼站立時EA的動態(tài)變化

圖4 不同年齡組單足睜眼站立時EA的動態(tài)變化

2.5 男女之間TTW和EA的比較

本研究結果表明，男女在各年齡段均未顯示明顯差異（P>0.05），提示在生長發(fā)育過程中平衡能力的發(fā)展可能無明顯的性別差異。

2.6 睜眼與閉眼時TTW和EA的比較

結果顯示，各年齡組睜眼和閉眼雙足站立兩種狀態(tài)下的TTW和EA值無明顯差異（P>0.05）。從各年齡組閉眼單足站立時間達到8秒以上者的比率看，19～20歲組也只達到55%左右，而受試者單足睜眼站立時間均到達10秒，說明閉眼單足站立時間明顯短于睜眼單足站立。

3 討論

3.1 青少年不同年齡階段靜態(tài)平衡機能的變化

本研究使用精密儀器測試了6～20歲6個不同年齡階段青少年靜止站立時的平衡機能，結果表明青少年平衡機能在生長發(fā)育過程中的某個年齡段達到完善，但TTW和EA兩項指標所顯示的平衡機能完善的年齡段有所不同。TTW是計算壓力中心點在整個測試過程中的移動軌跡，其數(shù)值越大，則表明總的移動距離越大，平衡能力越差。但造成移動距離大有兩種可能性，一是測試過程中X、Y軸上出現(xiàn)較大幅度的移動軌跡，二是出現(xiàn)高頻率小幅度的擺動，從而使移動軌跡的合計值升高。另外，EA是包絡95%移動軌跡所形成橢圓面積，如同壓力中心區(qū)域的投影，主要與壓力中心在X、Y軸上到達的最大點有關，因此EA反映了身體壓力中心較大幅度擺動的狀況。當身體出現(xiàn)高頻率小幅度的擺動時，TTW升高，EA值卻不增大。從維持身體站立平衡的角度看，大幅度擺動造成身體失去平衡的可能性更大，因此，直接反映大幅度擺動的EA值能較準確地反映人體平衡機能。當TTW和EA的結果有差異時，我們更傾向使用EA解釋測試結果。因此，推測少年兒童生長發(fā)育中平衡機能完善的年齡在10～11歲左右顯得更為合理。這一結果比國外學者提出的平衡機能成熟年齡［3，4］推遲了約2歲以上。

3.2 青少年不同年齡階段靜態(tài)平衡機能的動態(tài)變化

Rival等［5］觀察6歲、8歲、10歲兒童雙足站立時COP移動的動態(tài)變化時發(fā)現(xiàn)，三個年齡組均有相同的變化趨勢：從測試開始至結束，平衡指標變化幅度逐漸變小。這提示站立時身體重心的搖擺在平衡機能的調控下隨著時間延長逐漸趨穩(wěn)。本研究結果與Rival等有所不同，除19～20歲組之外，其它各個年齡組在站立開始時穩(wěn)定性均較差，后趨于穩(wěn)定，但隨時間延長，6～7歲年齡組穩(wěn)定性再次下降。這提示該年齡段兒童在較長時間站立時容易受肌肉疲勞、調控能力下降等因素影響，而隨著年齡增長，這種現(xiàn)象逐漸消失。值得注意的是，19～20歲組在雙足站立一開始，穩(wěn)定性就較好，并一直保持到測試結束，說明成年后人體在姿勢轉換（踏上測試平板）初期就可快速糾正重心搖擺，從而保持身體穩(wěn)定。

單足站立時身體支撐面遠遠小于雙足站立，身體始終處于不穩(wěn)定狀態(tài)，中樞神經系統(tǒng)需要不斷整合分析來自感覺器官的信息，并且不斷向維持支撐的下肢肌肉發(fā)出指令，以確保身體的平衡。此時可能對相應的肌肉力量要求更高，從而導致低年齡組兒童難以較長時間維持身體穩(wěn)定。另外，由于身體始終處于不穩(wěn)定狀態(tài)，即便成年人在站立初期也無法像雙足站立那樣保持良好的穩(wěn)定狀態(tài)，也須通過一定時間的調整以達到相對穩(wěn)定。

3.3 青少年睜眼站立與閉眼站立時平衡機能的比較

Redfern等［9］指出，視覺器官、前庭、本體感受器這三個參與平衡調控的器官實際上感受的人體擺動頻率有所不同，視覺器官主要感受小于0.1Hz的非常緩慢的低頻擺動，本體感受器和前庭器官感受的則是單位時間內發(fā)生次數(shù)較多的高頻擺動，并由此推測三個不同的感覺器官在維持平衡機能方面存在各司其職或某個器官優(yōu)先發(fā)揮作用的現(xiàn)象。由于前庭器官的適宜刺激是頭部的空間位置改變以及不同方向的加速度運動，因此其主要作用體現(xiàn)在維持動態(tài)平衡方面。雙足靜止站立時人體相對穩(wěn)定，重心只產生一些細微的偏移，此時可能主要依靠本體感覺對人體平衡進行微調，因此阻斷了視覺作用后，站立時的穩(wěn)定性與阻斷前相比未見明顯差異。有國內外研究也顯示，雙足站立時閉眼與睜眼狀態(tài)下測定的平衡指標數(shù)值比較接近，只有當本體感覺被阻斷后，視覺的調節(jié)作用才充分顯現(xiàn)出來［2，10］。另一方面，單足站立時人體穩(wěn)定性較差，出現(xiàn)低頻的大幅擺動，此時視覺的調節(jié)作用進一步顯現(xiàn)。一旦來自視覺器官的信息被阻斷，身體將較快失去平衡，這也是閉眼單足站立時平衡機能遠遠低于睜眼單足站立的重要原因。

4 總結

本研究結果顯示，人體的靜態(tài)平衡機能隨年齡增長逐漸完善，10～11歲左右已達到19～20歲水平，但站立過程中平衡的動態(tài)調節(jié)機能隨年齡的增長不斷完善。青少年雙足站立時睜眼與閉眼狀態(tài)平衡指標的變化無明顯差異。

［1］Barela JA，Jeka JJ，Clark JE.Postural control in children. Coupling to dynamic somatosensory information.Exp Brain Res，2003，150（4）：434-442.

［2］余友林，張建國.3～6歲幼兒靜態(tài)直立平衡能力特征探討.中國運動醫(yī)學雜志，2009，28（2）：150-153.

［3］Riach CL，Starkes JL.Stability limits of quiet standing postural control in children and adults.Gait Posture，1993，1：105–111.

［4］Riach CL，Starkes JL.Velocity of centre of pressure excursions as an indicator of postural control systems in children. Gait Posture，1994，2：167–172.

［5］Rival C，Ceyte H，Olivier I.Developmental changes of static standing balance in children.Neurosci Lett，2005，376（2）：133-136.

［6］Daniel F，Vale R，Giani T，et al.Effects of physical activity program on static balances and functional autonomy in elderly women.Maced J Med Sci，2010，3（1）：21-26.

［7］國家體育總局群體司.2000年國民體質監(jiān)測報告.北京：北京體育大學出版社，2002.42.

［8］宇傳華主編.SPSS與統(tǒng)計分析.北京：電子工業(yè)出版社，2007.171-173.

［9］Redfern MS，Yardley L，Bronstein AM.Visual influences on balance.J Anxiety Disord，2001，15（1-2）：81-94.

［10］Geldhof E，Cardon G，De Bourdeaudhuij I，et al.Static and dynamic standing balance：test-retest reliability and reference values in 9 to 10 year old children.Eur J Pediatr，2006，165（11）：779-786.