于 寧，張 翠，逄 峰

(1.山東建筑大學(xué)，山東 濟(jì)南 250101;2 山東省體育科學(xué)研究中心，山東 濟(jì)南 250102;3.山東輕工業(yè)學(xué)院，山東 濟(jì)南250100)

1 前言

由于跌倒導(dǎo)致老年人受傷的情況相當(dāng)普遍，在65歲以上老年人群中，有過跌倒經(jīng)歷的占30%［1］，其中有20%～30%受重傷，行動不便［2］?？缭秸系K時(shí)步態(tài)的不平衡是造成老年人跌倒的最主要的原因，幾乎一半的跌倒是由此造成的［3］。

成功地跨越障礙物需要滿足三個條件:1)仔細(xì)觀察環(huán)境中的障礙物;2)及時(shí)處理關(guān)于障礙物的相關(guān)信息;3)適當(dāng)執(zhí)行有關(guān)信息并及時(shí)做出運(yùn)動反應(yīng)［4，5］。隨著年齡的增長，人們執(zhí)行這些任務(wù)的能力會下降，跌倒的可能性也逐漸增加［6］。研究表明，經(jīng)常參加體育鍛煉的老年人跌倒的風(fēng)險(xiǎn)較低［7］。

健步走和太極拳練習(xí)是增強(qiáng)體質(zhì)和減少跌倒風(fēng)險(xiǎn)的兩種鍛煉方式［8］。健步走對老年人的姿態(tài)穩(wěn)定［9］和肌肉力量［10］有積極的影響;太極拳能提高下肢肌肉力量［11］、增強(qiáng)靈活性［12］、提高姿態(tài)穩(wěn)定性［13－15］和本體感覺等［12，14，16］，有助于減少跌倒的風(fēng)險(xiǎn)［11］。

Ramachandran［17］發(fā)現(xiàn):長期練習(xí)太極拳的人在跨越障礙時(shí)采取更為保險(xiǎn)的策略，如步速放慢等，分析認(rèn)為此種策略是源于太極拳練習(xí)者對自己單腳支撐能力的自信，因?yàn)樘珮O拳練習(xí)過程中會經(jīng)常重復(fù)演練單腳支撐的動作。其他研究也得到了相似的結(jié)果:太極拳練習(xí)增加了單腳站立時(shí)間［18－19］，從而減少跌倒［20］。

另外，前人還對人體跨越障礙物時(shí)的速度，雙腳間垂直和水平距離，身體重心，下肢關(guān)節(jié)角度，步長，步幅和步頻等進(jìn)行了測試和分析［21－24］，到目前為止，尚未發(fā)現(xiàn)對老年人跨越障礙物時(shí)足底壓力的研究。而足底壓力是一種微控制的表現(xiàn)［25］，足底壓力分布的研究可以為姿勢控制研究提供理論支持［26］。

因此本研究的目的是，探究長期進(jìn)行健步走鍛煉和太極拳鍛煉，是否對老年女性跨越障礙物的策略造成影響。通過了解跨越障礙物時(shí)的步態(tài)及足底壓力分布特征，為老年人預(yù)防跌倒提供一些姿勢控制和運(yùn)動方法等方面的建議。

2 方法

2.1 受試者

30 位健康老年女性參加此項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，分為太極組(15 名，年齡:65.8±5.6 歲;身高:156.6±4.8 厘米;體重:62.3±8.4 千克;腿長:75.3±3.6 厘米;太極拳練習(xí)年限:8.2±2.9 年;強(qiáng)度:平均每天1 小時(shí))和健步走組(15 名，年齡:65.6±4.2 歲;身高:155.4±3.7厘米;體重:67.1±9.7 千克;腿長:75.3±3.2 厘米;健步走年限:8.8±2.6 年;強(qiáng)度:平均每天1 小時(shí))。

所有受試者在參加測試之前都已知情且簽署同意書，在過去3 年內(nèi)，沒有摔倒和步態(tài)異常的經(jīng)歷，右腳為主動腳，沒有心臟病、糖尿病，下肢關(guān)節(jié)病，視力、聽力問題，神經(jīng)肌肉健康。經(jīng)過SPSS 檢驗(yàn)，兩組受試者的年齡(P=0.913)、身高(P=0.453)、體重(P=0.162)和腿長(P=0.99)均無顯著性差異。

2.2 測試方案

如圖1 所示，在測試路徑中央放置一塊足底壓力測試平板(2 米，Rsscan，比利時(shí))，測試平板前后各放置兩塊橡膠墊，橡膠墊長度為5 米，寬度和厚度均與測力平板一致。受試者在障礙物前約4 米處開始行走，跨越障礙后至少繼續(xù)走3 ～4 米［21］。攝像機(jī)(JVC9800，美國)放置在測力板前后和右方各5 米處。使用APAS 動作捕捉系統(tǒng)(Ariel Dynamic Inc，美國)，拍攝頻率25 幀/秒。在測力板中部正上方放置障礙物，障礙物為一根2 厘米×100 厘米(寬×長)的木條。為避免受試者被障礙物絆倒，木條輕輕放在兩側(cè)的支柱上，輕觸即掉。受試者選擇自己日常步速跨越障礙物［21］。當(dāng)受試者跨越障礙物時(shí)，障礙物在視線范圍之內(nèi)。工作人員站在一旁，保護(hù)受試者。

圖1 測試路徑及儀器擺放圖

在受試者雙腿的大轉(zhuǎn)子、跖骨和跟骨處共貼有6個標(biāo)志點(diǎn)。要求受試者跨越3 個高度的障礙物:1)0厘米障礙(正常行走);2)15 厘米障礙物(約20%腿長);3)23 厘米障礙(約30%腿長)［17，21］。每個受試者順利跨越7 次，選其中最成功的5 次進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。障礙物高度設(shè)置的順序由受試者抽簽決定。正式測試之前，受試者先進(jìn)行3 分鐘快走熱身，然后進(jìn)行3 個高度障礙物試跨各1 次。

運(yùn)動學(xué)測試指標(biāo)的選取［21，27］:

2.2.1 跨越步長(SL):當(dāng)擺動腿跨越障礙物時(shí)，擺動腿和支撐腿雙足后跟之間的距離。

2.2.2 跨越高度(FC):當(dāng)跨越障礙正上方時(shí)，擺動腿最低點(diǎn)與障礙物之間的垂直距離。

2.2.3 跨越的最大高度(MFC):當(dāng)跨越障礙時(shí)，擺動腿最低點(diǎn)與障礙物的最大垂直距離。

2.2.4 腳趾距離(TD):在跨越障礙過程中，支撐腿的足尖與障礙物之間的水平距離。

2.2.5 腳跟距離(HD):跨越障礙后，擺動腿落地時(shí)足跟與障礙物之間的水平距離。

2.2.6 跨越速度(CV):跨越障礙時(shí)，擺動腿足跟和足尖的平均速度。

用測力板的數(shù)據(jù)來分析地面反作用力(vGRF)和支撐腿跨越障礙時(shí)腳底各個區(qū)域的壓力分布。地面反作用力按照受試者體重進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化計(jì)算(%體重)。

腳底劃分為10 個壓力區(qū)，分別為:大腳趾區(qū)，其余腳趾區(qū)，第一跖骨區(qū)，第二跖骨區(qū)，第三跖骨區(qū)，第四跖骨區(qū)，第五跖骨區(qū)，腳中部區(qū)域，腳跟內(nèi)側(cè)，腳跟外側(cè)(如圖2 所示)。使用相關(guān)軟件，確定并計(jì)算每個區(qū)域的壓力－時(shí)間積分值。

圖2 足底分區(qū)圖

單腳支撐時(shí)間定義為:擺動腳離地瞬間到跨過障礙著地瞬間所用時(shí)間的總和。

2.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用MANOVA(多元方差分析)對多個變量進(jìn)行分析(如足底壓力和跨越障礙時(shí)的運(yùn)動學(xué)指標(biāo))。在每種實(shí)驗(yàn)條件下，取5 次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的平均值進(jìn)行分析。

我們用MANOVA(LSD)對3 種跨越方式(跨越0厘米，跨越15 厘米和23 厘米的障礙)與2 組(太極練習(xí)組和健步走練習(xí)組)組間與組內(nèi)的差異性進(jìn)行檢驗(yàn)。采用獨(dú)立T 檢驗(yàn)對兩組受試者的基本特征(年齡，身高)和正常走的特征(步長，速度)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。采用SPSS 11(Chicago，IL，USA)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，P〈0.05 視為具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。

3 結(jié)果

由見表1 可見，太極組的跨越步長(SL)明顯大于健步走組。在跨越15 厘米和23 厘米障礙物時(shí)，太極組的標(biāo)準(zhǔn)化的腳趾距離(Norm－TD)明顯大于健步走組(15 cm 障礙物:P=0.032; 23 cm 障礙物:P=0.042; 表1)。太極組的標(biāo)準(zhǔn)化的腳跟距離(Norm－HD)僅在跨越23 厘米障礙物時(shí)大于健步走組(P=0.028)。在跨越15 厘米和23 厘米時(shí)，太極組的跨越高度(FC)(15 cm 障礙物:P=0.005;23 cm 障礙物:P=0.037)、跨越速度(CV)(15 cm 障礙物:P〈0.001;23 cm 障礙物:P=0.006))明顯高于健步走組。兩組的最大跨越高度沒有顯著差異。

表1 太極組與健步走組運(yùn)動學(xué)指標(biāo)對比表

正常走，表示途中沒有障礙物;15 cm 與23 cm 分別表示途中設(shè)有高度為15 厘米和23 厘米的障礙物。

SL:跨越步長;TD:腳趾距離;Norm－TD:標(biāo)準(zhǔn)化后的腳趾距離;HD:腳跟距離;Norm－TD:標(biāo)準(zhǔn)化后的腳跟距離;MFC:跨越的最大高度;FC:跨越高度;CV:跨越速度;SLST:與步長標(biāo)準(zhǔn)化的單腳支撐時(shí)間。

如圖3 所示，與正常走相比，太極組在跨越障礙物時(shí)，支撐腿的負(fù)荷增大(如圖ABC 中深黑色曲線)(15厘米障礙，P=0.036;23 厘米障礙，P=0.044)。健步走組則無明顯變化。在跨越同一高度障礙物時(shí)，兩組之間著地時(shí)的地面反作用力有顯著性差異(如圖A 深色與淺色曲線，正常走，P=0.714;如圖B 深色與淺色曲線，15 厘米障礙，P=0.034; 如圖C 深色與淺色曲線，23 厘米障礙，P=0.022)。

圖3 支撐腿地面反作用力(vGRF) (A) 正常走;(B) 跨越15厘米障礙物;(C) 跨越23 厘米障礙物

如圖4 所示，正常走時(shí)，兩組間壓力－時(shí)間積分值無顯著差異?？缭秸系K物時(shí)，健步走組的第1 ～4 跖骨區(qū)的壓力－時(shí)間積分值明顯大于太極組(p 范圍:P〈0.001－0.048);太極組腳跟內(nèi)側(cè)的壓力－時(shí)間積分明顯高于健步走組(15 厘米 障礙:P=0.037;23 厘米 障礙:P=0.048)。

4 討論

本研究發(fā)現(xiàn)，長期進(jìn)行太極拳鍛煉的老年女性和長期進(jìn)行健步走鍛煉的老年女性在跨越障礙物過程中運(yùn)動學(xué)和足底壓力分布方面有差異。

4.1 支撐腿跨越障礙策略

隨著障礙物高度的增加，太極組采用支撐腿腳趾距離增大，著地力增大的策略，而健步走組采用地面反作用力不變的策略(表1，圖3)。太極組支撐腿著地時(shí)地面反作用力的增大，從而增加了腿部肌肉的活性［28］，增加了太極組跨越速度，同時(shí)提供了步長與大腳趾距離加大所需要的力量。所以，太極組采用的著地力增大的方法減小了腳觸碰障礙物的可能性。

圖4 支撐腿足底各區(qū)壓力積分(PTI)，(A) 正常走; (B)跨越15 厘米障礙物;(C) 跨越23 厘米障礙物。GT=大腳趾;LT=2 ～5 腳趾;1 MTP=第1 跖骨區(qū);2 MTP=第2 跖骨區(qū);3 MTP=第3 跖骨區(qū);4 MTP=第4 跖骨區(qū);5 MTP=第5跖骨區(qū);MF=足中部;MH=腳跟內(nèi)側(cè);LH=腳跟外側(cè)。

在跨越障礙過程中，兩組之間支撐腿部分區(qū)域的足底壓力也不同。健步走組壓力－時(shí)間積分的差異出現(xiàn)在前腳掌，而太極組則出現(xiàn)在腳跟內(nèi)側(cè)(圖4)。兩組受試者踝關(guān)節(jié)的柔韌性可能是引起壓力分布不同的原因之一［29］。如果受試者踝關(guān)節(jié)柔韌性差，在跨越障礙時(shí)，就會受到背屈的限制，只能采用腳跟抬高的方法，導(dǎo)致腳前掌的負(fù)擔(dān)增大。太極拳練習(xí)能增加踝關(guān)節(jié)的柔韌性［12］，促進(jìn)背屈度和踝關(guān)節(jié)的運(yùn)動范圍，能適度減少跨越障礙物時(shí)身體的前沖性，從而增加身體的穩(wěn)定性。

4.2 擺動腿跨越障礙策略

在跨越障礙時(shí)，太極組跨越速度較快，腳跟距離較大，而健步走組單腿支撐時(shí)間較長，跨越距離較小(表1)，與前人研究結(jié)果不同［17］。前人研究發(fā)現(xiàn)，太極練習(xí)者跨越障礙物時(shí)的單腿支撐時(shí)間長于非太極拳練習(xí)者。我們認(rèn)為受試者的年齡差異可能是引起結(jié)果不一致的原因:前人研究中受試者平均年齡為46 歲，而本研究為66 歲。

跨越障礙物速度和單腳支撐時(shí)間的不同與長期鍛煉的項(xiàng)目有關(guān)。太極拳練習(xí)能增加身體維持平衡和在不同姿勢下保持穩(wěn)定的能力［30］，太極拳練習(xí)，動作緩慢、舒展，其中有上跨步和蹬腿等動作，動作要求把擺動腳抬過支撐腿膝關(guān)節(jié)位置堅(jiān)持?jǐn)?shù)秒再像前下方伸腿并落地［30］，類似于跨越障礙物的動作。長期進(jìn)行這種跨步練習(xí)能夠提高練習(xí)者在單腿支撐時(shí)對支撐腿及擺動腿的控制能力。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，太極組跨越障礙的速度比健步走組要快，這充分顯示太極組在跨越障礙時(shí)的信心和平衡控制能力。如果太極練習(xí)者在日常生活中能控制好節(jié)奏，就更能通過降低速度來減少摔倒的風(fēng)險(xiǎn)［31］。與此相反，健步走組較慢的跨越速度導(dǎo)致其較長的單腿支撐時(shí)間，要求有較大的腿部力量。因此，每個組的鍛煉策略能顯示出他們長期鍛煉該項(xiàng)目的優(yōu)勢。

從跨越障礙來說，太極組FC 距離大于健步走組，但最大跨越高度(MFC)沒有顯著性差異(見表1)。跨越障礙物時(shí)，太極組最大抬腳高度出現(xiàn)在擺動腳跨越到障礙物上方的時(shí)刻，增加了腳跟距離;健步走組出現(xiàn)在擺動腳到達(dá)障礙物之前，到達(dá)障礙物上方時(shí)FC 已經(jīng)開始下降，增加了觸碰障礙物的風(fēng)險(xiǎn)。腳向前邁步時(shí)較長的腳跟距離能降低腳跟碰撞障礙物的危險(xiǎn)［32］，所以太極組采用的大腳跟距離策略更為安全。

4.3 本研究的局限性

本研究盡管分析了不同鍛煉組在跨越障礙時(shí)運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)指標(biāo)的差異，但是研究仍有一些局限性。例如:研究缺少肌電和下肢力量的數(shù)據(jù)。肌電能夠評價(jià)兩組之間的肌肉用力模式，提供更直觀運(yùn)動控制策略。下肢力量作為受試者完成任務(wù)所需要力量的一個外在表現(xiàn)，在跨越障礙物的過程中扮演著重要角色［34］。眾多研究表明太極和健步走鍛煉都會增加人體下肢肌肉力量［9，10，12－14，16］，但不知是否增加相同的腿部力量。除了腿部力量之外，研究對練習(xí)強(qiáng)度也沒做細(xì)致的要求。兩組受試者不同的練習(xí)強(qiáng)度可能引起體質(zhì)和下肢力量的不同，這可能也是解釋跨越障礙不同策略的一個原因。因此，為了更深入了解影響跨越障礙物策略的原因，下一步研究重點(diǎn)應(yīng)該在肌肉的激活，下肢力量和身體平衡對于跨越障礙物策略的影響上。

5 結(jié)論

與長期練習(xí)健步走的老年女性相比，太極拳練習(xí)者采用了足底壓力均勻分布在支撐腿的腳前部和后部，支撐腿著地力大和擺動腿腳跟水平距離大的跨越策略，以減少接觸障礙物的可能性。由此可見，不同運(yùn)動項(xiàng)目對老年女性跨越障礙物的策略會造成一定的影響，太極拳練習(xí)可能具有更好的身體姿態(tài)控制能力和跨越障礙物策略。

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