成松濤，靳宇，楊海峰

（江蘇省紡織產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院，江蘇 南京210000）

前言

跌倒是威脅人類健康甚至生命安全的一個(gè)重要誘因。跌倒會(huì)引起肢體損傷、活動(dòng)能力降低，進(jìn)而影響自理能力和社交能力的下降，嚴(yán)重威脅著老年人的身心健康和晚年生活，同時(shí)也增加了家庭與社會(huì)負(fù)擔(dān)。在我國，每年有4000 多萬老年人發(fā)生跌倒，65 歲以上的老年人跌倒死亡率男性為49.56/10 萬，女性為52.80/10 萬[1]。我國已經(jīng)進(jìn)入老齡化社會(huì)，2021 年發(fā)布的第七次全國人口普查公報(bào)（第五號(hào)）顯示，65 歲及以上老年人已達(dá)1.9億以上[2]，若按照30%的跌倒發(fā)生率估算，每年將有5700多萬老年人發(fā)生1 次跌倒?；瑒?dòng)跌倒在跌倒案例中的占比最大(約占到43%的跌倒案例)[3]。因此，尋找滑動(dòng)跌倒的發(fā)生和預(yù)防機(jī)制成為生物力學(xué)和運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)方面研究亟待解決的重點(diǎn)和熱點(diǎn)問題。

1 滑倒行為基本分析

人滑倒的行為本質(zhì)可以描述為：人行走或奔跑過程中，鞋與地面向后方向蹬產(chǎn)生摩擦力，而地面提供足夠向前方向的反作用動(dòng)力，下肢帶動(dòng)上肢行進(jìn)；若鞋與地面的摩擦力改變，從而導(dǎo)致反作用力不足以提供向前行進(jìn)的動(dòng)力，鞋與地面形成相對(duì)滑移，身體就會(huì)做出或來不及做出應(yīng)急平衡反應(yīng)。肢體的擺動(dòng)、滑動(dòng)腿的應(yīng)急補(bǔ)償力以及反應(yīng)時(shí)間等因素參與身體的動(dòng)態(tài)平衡再調(diào)整過程，若穩(wěn)定性調(diào)整失敗，則造成人體前、后、側(cè)向的滑倒行為?；瑒?dòng)行為體系中，涉及人、地面環(huán)境、鞋三個(gè)主體和相關(guān)影響因素，見圖1。

2 滑倒的不同行為生物力學(xué)研究

人的平衡控制[4]是一種復(fù)雜的多系統(tǒng)協(xié)調(diào)機(jī)制，維持人體平衡的因素主要有正確的前庭感覺、本體感覺及視覺信息的輸入，大腦的整合作用及其神經(jīng)支配，骨骼肌系統(tǒng)產(chǎn)生的適宜運(yùn)動(dòng)以及正常的肌張力。

國外較早開始提出和研究人行走滑動(dòng)的動(dòng)態(tài)平衡理論體系。Pai Y C 等人構(gòu)建動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性體系[5-6]，研究了人體在向后滑倒時(shí)平衡調(diào)節(jié)生物力學(xué)表現(xiàn)，身體動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性為負(fù)值和支撐力不足是滑倒的決定因素。人從坐到站的姿態(tài)轉(zhuǎn)換過程中，若突然遭遇身體向后滑倒的情況，會(huì)通過向后邁出恢復(fù)步來抵抗向后滑倒的趨勢(shì)。增加恢復(fù)步的步幅，可以通過增加支撐面積以及更充足的時(shí)間來調(diào)整身體平衡，研究同時(shí)發(fā)現(xiàn)有力擺動(dòng)手臂對(duì)恢復(fù)平衡也很重要。李旭龍等人[7]從生物力學(xué)角度入手，通過三維測(cè)力和肌電測(cè)試，采集從坐到站過程滑動(dòng)跌倒平衡支撐的系列數(shù)據(jù)，研究表明向后滑倒時(shí)脛骨前肌、豎脊肌和三角肌的積分肌電變化較正常狀態(tài)有非常顯著的升高，同時(shí)踝關(guān)節(jié)的力量和本體感覺與平衡調(diào)整時(shí)間相關(guān)性較大。楊建坤等人利用步態(tài)分析系統(tǒng)研究了人體背部負(fù)重對(duì)坡道行走步態(tài)的影響[8]，受試者在負(fù)重后會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)步態(tài)參數(shù)，從而降低所需最大摩擦因數(shù)，減小滑倒的危險(xiǎn)。無論上坡還是下坡，受試者個(gè)體之間的差異一直十分明顯，由于個(gè)人行走習(xí)慣和肌肉強(qiáng)度等生理因素不同，對(duì)于不同的人來說即使處在相同的環(huán)境和負(fù)重之下，他們所面臨的滑倒危險(xiǎn)也是截然不同的。

一般會(huì)有這樣的基本認(rèn)識(shí)，在下雨天等情況下人們會(huì)通過減少步幅來降低滑倒的可能性，這一結(jié)果也在Cham R 等人研究結(jié)論中[3]得到了印證：在濕滑路面情況下，人們往往通過調(diào)整步態(tài)降低所需最大摩擦因數(shù)減少滑倒的危險(xiǎn)。為了研究人體在真實(shí)滑倒過程中的平衡調(diào)節(jié)機(jī)制，國內(nèi)外很多研究都采用了情景模擬的方法，通過模擬真實(shí)的滑倒環(huán)境，使用動(dòng)態(tài)滑軌實(shí)現(xiàn)滑倒的外部干擾來進(jìn)行試驗(yàn)。紀(jì)仲秋[9]等人通過高速攝像機(jī)和表面肌電測(cè)試研究人在滑軌上的生物力學(xué)表現(xiàn)，從坐到站及人體行走的過程中，地面反作用力、壓力中心移動(dòng)范圍的值相比無干擾狀態(tài)下顯著增加，人體需要發(fā)更大的力以及更多的身體移動(dòng)來維持平衡。在突然滑動(dòng)和疲勞后突然滑動(dòng)的外部干擾狀態(tài)下，人體在左右方向的晃動(dòng)明顯增加，與受力情況相符合，有較大的跌倒風(fēng)險(xiǎn)，疲勞時(shí)平衡調(diào)節(jié)能力減弱。同時(shí)印證了，跌倒的防治與人體的平衡能力密切相關(guān)，人體平衡能力的提高可以有效預(yù)防跌倒的發(fā)生，如增加肌肉力量、增大關(guān)節(jié)的靈活程度以做出平衡的調(diào)節(jié)等。多次的滑動(dòng)訓(xùn)練作為防止跌倒的訓(xùn)練方式，可以提高平衡能力，對(duì)于老年人跌倒的評(píng)估有一定的意義。Yang F 等人[10]采用在步態(tài)滑道行走和在坐立滑道上從坐到站立兩種行為生物力學(xué)表現(xiàn)來分析人體的穩(wěn)定性和下肢支撐作用，當(dāng)滑行誘導(dǎo)的身體穩(wěn)定性差且下肢支撐不足時(shí)，滑倒幾乎就不可避免。

武明等人在2002 年發(fā)表的文章[11]中研究了人體跖趾關(guān)節(jié)彎曲對(duì)行走步態(tài)特征的影響，人體其它關(guān)節(jié)會(huì)有相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)來補(bǔ)償跖趾關(guān)節(jié)受約束后的協(xié)調(diào)行走，但各個(gè)關(guān)節(jié)對(duì)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)的貢獻(xiàn)大小是不同的，運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償主要發(fā)生在踝關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)，同時(shí)上軀干也加入到補(bǔ)償之中。武明等人在2003 年[12]又研究了人體站立受擾平衡策略，人體受擾后會(huì)采取身體的擺動(dòng)、單跨步、多跨步等模式來對(duì)抗不同的擾動(dòng)強(qiáng)度，人體站立受擾平衡是多關(guān)節(jié)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)參與平衡恢復(fù)。在平衡恢復(fù)過程中跖趾關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)對(duì)平衡恢復(fù)起主要作用是不可忽視的。

3 滑倒預(yù)防

3.1 鞋防滑

鞋類安全性能對(duì)防滑摔倒具有重要的作用,目前國標(biāo)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)于滑板鞋、輕型登山鞋和雪地靴等產(chǎn)品均設(shè)立防滑性能技術(shù)規(guī)定。防滑性能測(cè)試數(shù)據(jù)越低,意味著對(duì)人身滑倒具有更大的風(fēng)險(xiǎn),尤其是在的濕滑的地面上更易引起滑跌事故。

R.Mohan 等人[13]利用三氯異氰酸-丁酮溶液對(duì)熱塑性橡膠鞋底表面涂刷，使其形成一層均勻的涂層，測(cè)試表明利用鹵化改性引入氯化基團(tuán)和氧化基團(tuán)可以明顯增加材料的極性、表面能以及表面粗糙度均，材料的摩擦系數(shù)顯著增大，從而改善橡膠鞋底的防滑性能。鞋與摩擦界面間的摩擦系數(shù)（COF）是表征防滑性能的常用指標(biāo)，Li Kai Way 等人利用鞋底花紋深度、溝槽寬度及花紋方向等影響因素對(duì)COF 的影響進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究[14-16]。結(jié)果表明花紋越深，在濕態(tài)路面以及有洗滌劑路面上摩擦力越大，花紋深度每增加1 mm，平均COF 值增加0.018 到0.108。鞋底9 mm 寬的花紋溝槽比3 mm 寬的花紋溝槽COF 值要高。相較于其他方向來說，平行于滑行方向的花紋溝槽作用不大。英國SATRA 公司的研究人員利用生物力學(xué)特征，真實(shí)模擬人在正常行走過程中發(fā)生滑倒設(shè)計(jì)并研發(fā)了SATRA STM603 鞋類動(dòng)態(tài)防滑試驗(yàn)機(jī)，其測(cè)試方法SATRA TM144 已被鞋類產(chǎn)業(yè)廣泛接受，還形成了后來歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN ISO 13287 的基礎(chǔ)。測(cè)試人員利用此機(jī)臺(tái)方法對(duì)大約500 種不同款式的男女式鞋測(cè)試并收集數(shù)據(jù)并通過其鞋底花紋特征分析，提出了具有指導(dǎo)意義的防滑鞋底花紋設(shè)計(jì)方案[17]。彭文利等人[18]研究溫度和材料對(duì)鞋底止滑性能的影響，用作寒冷地區(qū)冰雪路面上的防滑鞋的鞋底宜作選用橡膠和TPR 材料。

3.2 地面防滑

美國材料測(cè)試學(xué)會(huì)（ASTM）提出的地面安全性標(biāo)準(zhǔn)ANSI A 1264.2 中規(guī)定，干態(tài)地面材料靜摩擦系數(shù)應(yīng)當(dāng)在0.5 以上[19]。我國在2014 年也發(fā)布了《建筑地面工程防滑技術(shù)規(guī)程》[20]，對(duì)建筑地面工程按照潮濕地面和干態(tài)地面的分類和施工要求，并分別規(guī)定了相關(guān)防滑等級(jí)技術(shù)要求。特別強(qiáng)調(diào)，老人、兒童、殘疾人聚集的活動(dòng)場(chǎng)所，應(yīng)相應(yīng)提高防滑等級(jí)。建筑地面防滑工程中整體現(xiàn)澆面層通過面層拉毛、壓痕、刻痕或嵌貼防滑條等措施或使用地面防滑涂料增加表面粗糙度，板塊鋪貼面層中選用防滑地磚、石材等措施，室內(nèi)裝修選用防滑木地板、大理石磚等措施，浴室增加防滑墊和安全扶手或拉環(huán)，樓梯邊沿增加防滑條等措施。

3.3 防滑倒擾動(dòng)性訓(xùn)練

防滑倒的擾動(dòng)訓(xùn)練是以運(yùn)動(dòng)控制與學(xué)習(xí)的原理為基礎(chǔ)，并以重復(fù)滑動(dòng)訓(xùn)練產(chǎn)生的適應(yīng)性和長(zhǎng)期的記憶保持為背景的。其主要包括步行滑板訓(xùn)練和從坐到站滑動(dòng)訓(xùn)練。Pai Y C 和Bhatt T等人在防滑倒的訓(xùn)練干預(yù)方面進(jìn)行了系統(tǒng)性的研究[21-22]，通過受試者觀察視頻和幻燈片演示，相較于完全未知的受試者來說具有具有更好的滑后穩(wěn)定性和更小的滑動(dòng)速度與位移，但數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果并不樂觀，通過提前觀察了解風(fēng)險(xiǎn)做好滑倒預(yù)判并不必然降低防滑風(fēng)險(xiǎn)，而受試者經(jīng)過滑步訓(xùn)練后才能具有更好的步態(tài)穩(wěn)定性。因此，僅僅通過觀察訓(xùn)練是不能夠完全取代運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練的。Cole 等[23]研究了不同速度的步態(tài)訓(xùn)練對(duì)帕金森患者步態(tài)穩(wěn)定性的影響，指出降低帕金森病人跌倒風(fēng)險(xiǎn)的訓(xùn)練應(yīng)是步態(tài)訓(xùn)練與其他物理治療相結(jié)合。WANG H H 等人[24]通過單足支撐和雙足支撐來評(píng)價(jià)平衡能力，提出增加肌肉力量對(duì)身體姿勢(shì)控制有著重要的意義。

4 結(jié)束語

收集更多的滑倒的案例和損傷狀況數(shù)據(jù)，對(duì)于全社會(huì)更多關(guān)注和研究滑倒風(fēng)險(xiǎn)有積極意義，尤其是在老年人這個(gè)特殊易發(fā)群體中，進(jìn)而可以吸引更多的醫(yī)學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、建材學(xué)等專業(yè)人員來進(jìn)行滑倒風(fēng)險(xiǎn)的針對(duì)性干預(yù)。對(duì)于滑倒的有效干預(yù)，除了要加強(qiáng)鞋類安全性能的研發(fā)，還必須增加對(duì)老年群體健康護(hù)理方面的投入，動(dòng)員全社會(huì)的力量助力老年人健康晚年生活，減少家庭照顧壓力，營造一個(gè)真正的老有所助、老有所依、老有所樂的溫暖社會(huì)環(huán)境。