任喜平

運動干預(yù)老年人跌倒的生物力學(xué)機制*

任喜平

（浙江師范大學(xué)體育與健康科學(xué)學(xué)院，浙江 金華 321004）

肌肉力量衰退、平衡控制能力下降是老年人跌倒最重要的內(nèi)在生物力學(xué)成因。運動可以改善老年人的力量和平衡，對這些跌倒風(fēng)險關(guān)鍵因素的影響的研究，表明運動具有預(yù)防跌倒的功能。進(jìn)一步提出，圍繞生物力學(xué)機制制定的運動干預(yù)方案需要根據(jù)老年人個體特點慎重規(guī)劃運動方式、強度、頻率、持續(xù)時間。

肌力；平衡能力；運動干預(yù)

1 跌倒現(xiàn)象

跌倒的議題存在已久，定義界定因各種運用及目的而有所差異[5、16、21、22、29]。一項共識聲明將跌倒定義為“患者突發(fā)、不自主、非故意的體位改變而倒在地面或比初始位置更低的平面上的事件”[12]。

跌倒是威脅老年人健康生活的危險因素之一[21、28]，在老年人中位列首位。據(jù)報道，我國65歲以上的老年人中，男性大約有21%～23%有跌倒史，女性則高達(dá)43%～44%；全世界每年至少有2000萬老年人發(fā)生2500萬次跌倒[24]。數(shù)據(jù)顯示，2014年一年內(nèi)，美國65歲以上老人大約27,000人因為髖部骨折而接受治療，大約280萬因跌倒導(dǎo)致活動受限或醫(yī)院就診，每20分鐘均有老人因為跌倒而死亡[1]。美國疾病預(yù)防與控制中心（CDC）預(yù)計按照目前這種進(jìn)程發(fā)展，到今年美國老人因為跌倒而發(fā)生的直接醫(yī)療費用和社會代價將超過600億美金[18]。我國的調(diào)研也發(fā)現(xiàn)，隨著年齡增加，65歲以上老年人跌倒率上升迅猛，部分地區(qū)為6%～30%[25、26]。跌倒會導(dǎo)致老年人功能急劇減退，獨立生活能力下降，甚至有較為嚴(yán)重的死亡危險。

老年人跌倒現(xiàn)象已經(jīng)成為全社會廣受關(guān)注的公共健康危機問題，在“健康中國2030”規(guī)劃中被重點關(guān)注。美國老齡化委員會于2008年舉辦第一屆國家預(yù)防跌倒災(zāi)害日并將其作為Falls Free?計劃的一部分，目標(biāo)是：形成國家合力，提供信息，防止老年人跌倒[19]。在西方發(fā)達(dá)國家，已經(jīng)在預(yù)防老年人跌倒方面進(jìn)行了多元化的積極干預(yù)，大大降低了老年人的跌倒發(fā)生率。CDC認(rèn)為運動可以提供改善老年人預(yù)防跌倒的干預(yù)措施[3]?？梢哉J(rèn)為，老年人跌倒的發(fā)生并不是一種意外，而是存在潛在的危險因素，具有可控可防措施。因此，梳理運動對預(yù)防跌倒發(fā)生的理論體系尤為重要。運動干預(yù)具有其內(nèi)在生物力學(xué)機制，主要通過改善人體內(nèi)在機能減少跌倒的發(fā)生概率。

2 與跌倒相關(guān)的兩個重要概念

“平衡”和“穩(wěn)定”是兩個常見的相似名詞，但其意義并不相同。平衡是指一連串的動作在不受外力或是外力總和為零時，系統(tǒng)所保持其運動狀態(tài)不變；而穩(wěn)定是指出維持同一姿勢的能力，或稱之為阻止破壞平衡的能力。當(dāng)人體處于某一固定環(huán)境或是特定姿勢、動作時，所展現(xiàn)平衡的維持能力[9]。

就力學(xué)觀點而言，采用以下方式可增加身體穩(wěn)定度：（1）增加身體質(zhì)量：欲推動大小相同、重心高度相同但質(zhì)量不同的物體時，質(zhì)量較大的物體，須花費更大的力量才能推動。因此，物體的質(zhì)量越大，其穩(wěn)定度就會大；（2）增加轉(zhuǎn)動慣量：轉(zhuǎn)動慣量較大的物體更不容易產(chǎn)生轉(zhuǎn)動角運動現(xiàn)象；（3）降低重心高度：重心越高，越容易被推倒；（4）增加支撐區(qū)域：支撐區(qū)域是指支撐面所接觸到的部分的邊緣連線所構(gòu)成的區(qū)域。假如支撐區(qū)域較窄，站立時會更加不穩(wěn)定，相反，則更加穩(wěn)定；（5）增加身體與接觸面的摩擦力：增加身體與接觸面的摩擦力，可增加身體穩(wěn)定度；（6）改變重心水平位置：當(dāng)受到外力作用時，雙腳支撐區(qū)域面積相同時，人體重心位置在中間會比重心位置偏向外力方向時較不穩(wěn)定[9、10]。

靜態(tài)平衡，指人體維持某一固定動作的能力；而保持運動中的姿勢或從不平衡中恢復(fù)到平衡的能力則稱之為動態(tài)平衡，即人體在不受任何外力干擾下，維持一定的軌跡或旋轉(zhuǎn)軸上的運動。“重心”往往被視為某一物體或系統(tǒng)維持平衡的點。從力矩的概念可知，若重心的垂直投影點落到支點的外面時，會形成力矩現(xiàn)象，使得物體產(chǎn)生角運動，物體的重心便會朝某一方向落下[9]。因此，從生物力學(xué)角度探討動作平衡現(xiàn)象的研究中常以重心為代表支點的支撐底面積或足底壓力中心的相互關(guān)系作為評判標(biāo)準(zhǔn)。靜態(tài)平衡能力便可視為靜態(tài)動作中維持重心投影點在支撐底面積內(nèi)或使其與足底壓力中心的偏移量越小的能力，人體在靜態(tài)平衡的維持上通常會因重心位移的大小藉由軀干與下肢肌肉活動使用不同的平衡策略來維持重心在支撐底面積內(nèi)[10]。人體由多個單一肢段所組成，運動過程中身體各肢段在空間中的位置不斷改變，在例如步行、上下樓梯、跨越障礙時，支撐底面積與人體重心均會同時移動，且在動作過程中的單腳支撐期重心并不會維持在支撐底面積內(nèi)[10]，因此，在不穩(wěn)定的狀態(tài)下維持身體的平衡是避免跌倒的要素，身體重心與支撐腿壓力中心的交互作用，對動態(tài)平衡下的穩(wěn)定具有重要影響[14]。

人體姿勢的穩(wěn)定性主要利用感覺、運動與中樞神經(jīng)系統(tǒng)組成的協(xié)同與交互作用來維持。身體感覺系統(tǒng)包含視覺、內(nèi)耳前庭器、本體感覺、觸覺和震動覺，可提供重心相對于支撐面相關(guān)位置與作用的信息；運動系統(tǒng)主要為肌肉骨骼系統(tǒng)，提供自主動作與重心位置變化的關(guān)系，并啟動個體改變與修正肢體位置，以使重心重回穩(wěn)定位置以維持個體平衡；中樞神經(jīng)系統(tǒng)則是整合與協(xié)同肢體動作、肌肉收縮及平衡策略，以維持身體姿勢平衡控制的協(xié)調(diào)與穩(wěn)定性。

3 運動干預(yù)機制

運動有多種類型，例如力量、平衡、協(xié)調(diào)練習(xí)及有氧運動，干預(yù)計劃通常包括一種或多種類型。歐洲預(yù)防跌倒計劃（Pro-FaNE）開發(fā)了一種分類法，將運動類型分為：（1）步態(tài)、平衡和功能（任務(wù)）訓(xùn)練；（2）力量/阻力訓(xùn)練（包括功率）；（3）靈活性訓(xùn)練；（4）三維立體訓(xùn)練（例如太極拳、氣功、舞蹈）；（5）一般身體活動；（6）耐力訓(xùn)練以及其他類型的訓(xùn)練。此分類法允許在某項鍛煉計劃中實施多于一種類型的運動。鍛煉計劃可以由不同的人實施，例如物理治療師、運動防護師、訓(xùn)練有素的志愿者等，計劃實施過程中可以有監(jiān)督，也有可以無監(jiān)督，亦或是兩者交叉。

研究表明，運動干預(yù)措施可以減少老年人跌倒引起骨折的危險因素，通過運動干預(yù)來改善平衡能力、下肢肌力、柔韌性、反應(yīng)速度、常速行走的步長、步頻、步速，進(jìn)而來預(yù)防跌倒[2、6、13、23、27]。目前關(guān)于老年人運動能力的研究，從數(shù)量上來看在逐漸增加，也取得了大量的研究成果。一項Cochrane綜述[8]發(fā)現(xiàn)，運動作為單項干預(yù)，可預(yù)防跌倒，并且是最常見的單次跌倒預(yù)防干預(yù)措施。隨機試驗伴隨的效益評估發(fā)現(xiàn)，絕大多數(shù)老年人骨折都涉及到跌倒，運動干預(yù)是一種具有成本效益的防摔策略。

伴隨著年齡的增長和活動減少，身體功能逐漸衰弱。肌肉力量和平衡控制是跌倒的最為強烈的風(fēng)險因素。研究表明，腿部伸肌力量較差的人在家中跌倒的可能性比強壯的同齡人高出43％。步態(tài)有問題的人比常人跌倒風(fēng)險高出兩倍[20]；Berg平衡量表，站立—走測試，五次坐到站測試均可以有效識別跌倒高風(fēng)險的個體[17]。一則包含108項運動干預(yù)實驗（涉及全球25個國家、23047名參與者）的系統(tǒng)綜述[4]表明，有效的鍛煉計劃可以減少跌倒，主要包括平衡和功能鍛煉（高度相關(guān)性證據(jù)），最常見的是平衡和附加阻力的功能鍛煉（中度相關(guān)性證據(jù)）。太極拳減少了跌倒的人數(shù)（高相關(guān)性）并可能降低跌倒率（低相關(guān)性）。大部分鍛煉干預(yù)計劃的持續(xù)時間為12周或以上，近三分之一持續(xù)一年或更長時間。在基于團隊的環(huán)境中或個體基礎(chǔ)上進(jìn)行運動干預(yù)是有效的。成功防跌倒鍛煉計劃的最佳特征尚不清楚，但基于多重因素的計劃（同時兼顧力量和平衡）[8]以及包括平衡訓(xùn)練的計劃被證明特別有效[15]。因此，解決這些障礙的練習(xí)可能會降低跌倒的風(fēng)險。

運動可以改善老年人的力量[13]和平衡[11]，通過對這些關(guān)鍵跌倒風(fēng)險因素的影響，表明運動可能具有預(yù)防跌倒的效果。

4 運動干預(yù)原則

圍繞“肌力”和 “平衡”兩大影響跌倒的內(nèi)在生物力學(xué)因子，老年人的運動干預(yù)需遵循以下原則：

運動方式：老年人的運動介入原則以溫和為主，由輕度運動強度開始，漸進(jìn)式地加強至中等運動強度。運動方式以動態(tài)、間歇性的項目為主，因此，等張、等速運動較等長運動對老年人而言更為合適。

運動頻率及持續(xù)時間：每周3次及以上，每次累積30分鐘。根據(jù)老年人體能狀況，也可以10分鐘為單位分階段進(jìn)行，并在同一天累積。若真正達(dá)到預(yù)防跌倒的效果，干預(yù)周期以2年以上為佳[7]。

運動強度：通常以最大攝氧量的60-85%或55-90%最大心率的運動強度最為適當(dāng)。

注意事項：每次運動前首先要進(jìn)行5-10分鐘的熱身運動，避免發(fā)生肌腱拉傷等情形。運動后則需要至少5分鐘的恢復(fù)性運動，減少低血壓、頭暈的現(xiàn)象，避免乳酸堆積造成的肌肉酸痛，并降低腎上腺素上升后的危險。如有專門人員教導(dǎo)老年人運動時，口令需簡潔易懂，易學(xué)易做，以團隊練習(xí)方式為佳。

5 結(jié)語

過去的研究提高了人們對易患跌倒的常見危險因素的理解，并為預(yù)防跌倒提供了重要見解。從生物力學(xué)角度而言，特定肌肉力量和平衡訓(xùn)練是核心。

運動量減少是導(dǎo)致肌肉萎縮的直接原因。為了避免肌肉萎縮所造成的持續(xù)問題，老年人應(yīng)保持規(guī)律運動習(xí)慣。跌倒主要由于下肢肌力不足造成，藉由漸進(jìn)式的阻力訓(xùn)練來訓(xùn)練下肢承重肌肉群，可增進(jìn)肌力、肌耐力、減少骨質(zhì)流失而預(yù)防跌倒。老年人接受肌力訓(xùn)練時應(yīng)該處于舒適而且能產(chǎn)生最大機械效應(yīng)的姿勢下進(jìn)行，訓(xùn)練時主要肌群、協(xié)同肌群應(yīng)與拮抗肌群一同平衡地練習(xí),不應(yīng)限于練習(xí)單一肌群。

隨著年齡增長，視力退化、本體感覺差加上肌肉收縮速度下降，使得平衡能力降低，以至于出現(xiàn)跌倒的現(xiàn)象。為了減少失衡所造成的影響，平衡訓(xùn)練對于老年人而言不可或缺。

不同的鍛煉方法在身體能耗、“愉悅性”以及對身體機能的影響各有優(yōu)劣，這些優(yōu)缺點因個體和環(huán)境而有所不同。運動干預(yù)方案在實施前需仔細(xì)規(guī)劃，以減少可能發(fā)生的風(fēng)險。

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On the Inherent Biomechanical Mechanism of Exercise Intervention in Elderly Falls

REN Xiping

(Zhejiang Normal University, Jinhua 321004, Zhejiang, China)

浙江省教育廳科研項目（Y201636163）。

任喜平(1982—)，碩士，講師，研究方向：運動健康促進(jìn)。