摘 "要:步態(tài)對稱性是反映人們對步行控制能力的重要標(biāo)志之一,了解老年人步態(tài)對稱性特征及其影響因素,對減少老年人運動損傷,增進健康體質(zhì),提高生活質(zhì)量有重要意義。主要采用文獻資料法、邏輯分析法,收集文獻并進行整理分析。研究結(jié)論:步態(tài)對稱性有多種計算方法,多數(shù)研究是通過有限的步態(tài)特征進行評估。健康人老年人出現(xiàn)的步態(tài)不對稱并不是一種病理步態(tài),而是肢體對動作控制差異造成的。影響老年人步態(tài)對稱性的因素有很多,但未能確定某一種因素占主導(dǎo)地位,之后可以深入研究和探討,有助于更全面了解步態(tài)不對稱產(chǎn)生的原因和機制。
關(guān)鍵詞:老年人;步態(tài);對稱性
Study on the Characteristics of Gait Symmetry in the Elderly
ZHAO Shuangying1, LU Aming2
(1."Zhejiang Business Technology Institute, Ningbo Zhejiang, 315012, China; 2."Scool of Physical EducationSuzhou University, Suzhou Jiangsu, 215021, China.)
Abstract: Gait symmetry is one of the important symbols reflecting people's ability of walking control. Understanding the characteristics and influencing factors of gait symmetry of the elderly is of great significance to reduce sports injury, improve health and improve quality of life. It mainly adopts the methods of literature and logical analysis to collect and analyze the literature. Results: there are many methods to calculate gait symmetry, and most studies evaluate it through limited gait features. The gait asymmetry of healthy and elderly people is not a pathological gait, but the difference of limb control over movement. There are many factors that affect the gait symmetry of the elderly, but it is not determined that a certain factor is dominant. After that, it can be deeply studied and discussed, which will contribute to a more comprehensive understanding of the causes and mechanisms of gait asymmetry.
Key words: The elderly; Gait; Symmetry
中圖分類號:G804.62""""""""""""""""""文獻標(biāo)識碼:A
人口老齡化是我國最突出的社會問題之一,預(yù)計2050年,我國60歲及以上的老年人口占總?cè)丝诘?/4,占世界老年人口的1/5[1]。我國人口老齡化程度不斷加重,老年人的健康問題受到社會各個領(lǐng)域的關(guān)注。隨著年齡的增長,老年人體質(zhì)健康水平逐漸下降,各神經(jīng)系統(tǒng)功能和生理功能發(fā)生著退行性變化,老年人步行控制能力也會受到影響,導(dǎo)致老年人跌倒事件發(fā)生率增加,嚴重威脅老年人的生命健康[2]。
步行是人類最基本運動方式之一,是保持獨立生活能力的重要組成部分。健康人在自然的狀態(tài)下行走,身體各環(huán)節(jié)之間相互配合,運動協(xié)調(diào)有序。行走時具有身體平穩(wěn)、步長適中、耗能少的運動特點[3],其中步態(tài)呈現(xiàn)出對稱性、周期性、協(xié)調(diào)性及個體差異性等特征[4-5]。然而,隨著老年人年齡增長,機體功能逐漸退化,步態(tài)特征會受到一定程度的影響。老年人行走速度明顯減慢,步長和步頻減小。下肢關(guān)節(jié)活動范圍受限,動作靈活性降低。還受骨骼肌肉退行性變化的影響,步態(tài)對稱性變差。
步態(tài)對稱性是人體行走運動質(zhì)量的體現(xiàn),反映出機體對行走動作的控制能力。步態(tài)是否具有對稱性對評價人的身體健康狀況、生活質(zhì)量都有著重要的意義[6]。步態(tài)對稱性受多種因素的影響,當(dāng)步態(tài)出現(xiàn)不對稱時會增加機體運動時的能量消耗[7],同時會使其中一側(cè)肢體的負荷高于另一側(cè)肢體,長期處于這種不對稱運動還有可能出現(xiàn)骨關(guān)節(jié)炎、骨質(zhì)疏松等下肢疾病[8]。因此,通過對身體機能不斷退化的老年人的步態(tài)對稱性進行分析,了解步態(tài)特征變化及其影響因素,對減少老年人運動損傷,預(yù)防跌倒,增進健康體質(zhì)水平,提高生活質(zhì)量有重要意義,為步態(tài)異?;蚧疾〔綉B(tài)研究提供理論參考。
1 "步態(tài)對稱性測試方法
步行是人類活動時的外部表現(xiàn)。隨著現(xiàn)代測量技術(shù)的發(fā)展,可以對其進行準(zhǔn)確的分析,使用定量分析的方法評價出人體行走時的步態(tài)特征,被稱作為步態(tài)分析。步態(tài)分析已成為人體神經(jīng)系統(tǒng)和運動系統(tǒng)疾病的病因診斷和治療的重要方式之一。步態(tài)對稱性被用作步態(tài)質(zhì)量的衡量標(biāo)準(zhǔn)[7],用于量化步態(tài)對稱性的最常見方法有對稱指數(shù)(symmetry index, SI)、比率指數(shù)(Ratio Index, RI)、對稱角度(Symmetry Angle, SA)以及其他幾種統(tǒng)計方法[55]。
(1)對稱性指數(shù)
對稱性指數(shù)(SI)主要是通過測力臺測量人體下肢對地面的反作用力數(shù)據(jù)來量化的步態(tài)對稱性的指標(biāo)[24],該指數(shù)可以分析不同受試者的步態(tài)對稱性。其中,Xl表示左側(cè)步態(tài)參數(shù)值,Xr表示右側(cè)步態(tài)參數(shù)值,計算得出SI的值越接近于0,表示步態(tài)對稱性越好。
Becker等人[25]對40名移位性踝關(guān)節(jié)骨折患者進行臨床檢查和足底壓力分布測試,采用SI評估步態(tài)的對稱性,研究發(fā)現(xiàn)踝關(guān)節(jié)骨折的成功手術(shù)治療,在足底壓力分布方面改善了步態(tài)對稱性。Lawrence 等人[58]采集下肢運動學(xué)數(shù)據(jù),利用SI評價時空步態(tài)特征和關(guān)節(jié)角。研究發(fā)現(xiàn),與年輕人相比,老年人的踝關(guān)節(jié)角更不對稱,在跑步和步行步態(tài)中,下肢關(guān)節(jié)角度存在年齡差異。SI的計算方法較為簡單,也是常見評價步態(tài)對稱性的方法。通常會使用某幾個周期內(nèi)步態(tài)參數(shù)的平均值來計算SI的值,周期的選擇主要取決于實驗?zāi)康?、實驗條件等因素。但這種使用平均值來計算步態(tài)對稱性的方式,容易丟失與下肢步態(tài)對稱性相關(guān)的步態(tài)信息。
(2)不對稱比率指數(shù)
不對稱比率指數(shù)(RI)[26]評價步態(tài)對稱性主要是通過下肢兩側(cè)步態(tài)參數(shù)的比值。其中,Xl表示左側(cè)步態(tài)參數(shù)值,Xr表示右側(cè)步態(tài)參數(shù)值,計算得出RI的值越接近于1,表示下肢步態(tài)對稱性越好。
Patterson等人[7]利用RI研究卒中患者步速與步態(tài)對稱性的關(guān)系,研究發(fā)現(xiàn)卒中患者中有55.5%的人步態(tài)時間參數(shù)不對稱存在顯著差異,33.3%的人步態(tài)空間參數(shù)不對稱存在顯著差異。Andres等人[27]通過比較正常側(cè)和假肢側(cè)的差異,探討下肢在矢狀面步態(tài)運動學(xué)特征,研究發(fā)現(xiàn)膝關(guān)節(jié)存在顯著的不對稱性,不對稱比率指數(shù)可以很好的反應(yīng)出截至患者下肢的不對稱特征。Wall等人[21]對25例腦卒中患者的步態(tài)不對稱進行了測量,運用RI的值反映步態(tài)周期每個支撐階段的不對稱程度,研究發(fā)現(xiàn)腦卒中患者步態(tài)表現(xiàn)存在普遍的不對稱性,但不同階段患者的步態(tài)狀態(tài)不同,需要根據(jù)患者自身步態(tài)特征制定運動方案。比率指數(shù)可以分析步態(tài)周期內(nèi)任意時刻對稱性的變化。但是靈敏度低,如果下肢左右兩側(cè)步態(tài)參數(shù)值相差較小時,不同側(cè)肢體做分母或分子計算得出的結(jié)果差異較小。但如果兩側(cè)肢體步態(tài)參數(shù)差值較大時,計算結(jié)果會存在較大差異。
(3)對稱角度
對稱角度(SA)的提出在一定程度上彌補了RI的局限性[29]。SA是相對于X軸的離散步態(tài)參數(shù)的左右值繪制的矢量角度計算的因子,通過兩側(cè)下肢步態(tài)參數(shù)比值定義正切角度變化差異來量化評價步態(tài)對稱性變異狀況,其中,Xl表示左側(cè)步態(tài)參數(shù)值,Xr表示右側(cè)步態(tài)參數(shù)值,計算SA的值越接近于0,表示下肢步態(tài)對稱性越好,若SA的值為1,表明左右兩側(cè)下肢步態(tài)參數(shù)大小相等且方向相反,表示步態(tài)不對稱。
Wafai等學(xué)者利用SA和SI評價方法,量化評估了健康受試者和足病患者的足底壓力的對稱性,研究證明了正常步態(tài)中足底壓力不對稱的存在,但患有足部疾病患者足部大部分區(qū)域的不對稱程度較高,研究還發(fā)現(xiàn)SI計算結(jié)果值要高于SA計算的結(jié)果值,但這兩種評價方法均能準(zhǔn)確評價受試者和足部疾病患者的步態(tài)對性。Michalina等人[30]分別使用SI、RI、SA分析步長、支撐期、擺動期等七個特征的對稱參數(shù),研究發(fā)現(xiàn),由RI得到的所有時空參數(shù)的平均結(jié)果在使用SA和SI得到的結(jié)果之間變化,對稱性指數(shù)方法在計算步態(tài)參數(shù)對稱性上具有較高的敏感性。
(4)其他
以上幾種分析步態(tài)對稱性的方法多采用的是單變量的分析方法,雖然操作計算簡單、易行,但也具有一定的指標(biāo)分析局限性,而且對受試者下肢步態(tài)對稱性的程度分析不夠全面,會丟失一些步態(tài)信息,增加了量化評估的誤差。因此,一些學(xué)者在此基礎(chǔ)上又提出了多變量的分析步態(tài)對稱性的方法,收集運動學(xué)、動力學(xué)數(shù)據(jù),通過不同人群進行不同姿態(tài)的運動驗證了算法的有效性[56]。
劉永斌等人[19]以人體行走時姿態(tài)變化時間過程為基礎(chǔ),用特征函數(shù)的基本概念進行歸類組合,對步行功能的左右對稱性進行量化處理,得出時相對稱性指數(shù)(Phase Symmetry Index)。時相對稱性指數(shù)是通過步態(tài)周期的時間相位判斷左右側(cè)腿步態(tài)的對稱性。
其中,T0表示健康人在自然狀態(tài)下的步態(tài)周期時間(秒);T 是被測對象的步態(tài)周期時間(秒);Ss、Sm分別為左右兩腿支撐期所用時間中的較小值和較大值;Ws、Wm分別為左右兩腿擺動期所用時間中的較小值和較大值。數(shù)值越接近1,行走功能左右對稱性越強。該方法可以準(zhǔn)確的反映步態(tài)周期相位之間的對稱關(guān)系,但不能體現(xiàn)出其他步態(tài)特征參數(shù)在對稱性中的作用。
王人成[18]等人基于Fitts定律[31]提出的難度指標(biāo) (index of difficulty)與執(zhí)行度指標(biāo) (index of performance),并結(jié)合下肢運動特點,提出步長對稱性指標(biāo)和跨步長執(zhí)行對稱性綜合指標(biāo)。步長對稱性指標(biāo)和跨步長執(zhí)行對稱性指標(biāo)被定義在0和1之間,當(dāng)步長對稱性指標(biāo)和跨步長執(zhí)行對稱性指標(biāo)的值為1時,說明左右兩側(cè)下肢完全對稱。
①步長對稱性指標(biāo)
其中,Sl、Sr分別為左、右兩腿的步長,Sl0、Sr0分別為健康人正常步態(tài)下左、右兩腿的步長精度誤差值。
②跨步長執(zhí)行對稱性指標(biāo)
其中,STl、STr分別為左、右兩腿的跨步長,STl0、STr0分別為健康人正常步態(tài)下左、右兩腿的跨步長精度誤差值,tl、tr分別為左右兩腿擺動相所用的時間。
廖福元等人[32]為定量描述帕金森病對步態(tài)對稱性的影響,分別將7個健康成年人和10名帕金森病患者受試者的左、右腿支撐期時間和跨步時間組成序列對,通過用序列對的相似性來評估步態(tài)的對稱性。吳建寧等人[33]采用基于Vapnik和Chervonenkis理論和結(jié)構(gòu)風(fēng)險最小化原則的支持向量機(SVM)評估老年人步態(tài)的對稱性,將鑒別老年人下肢左、右兩側(cè)的步態(tài)模式相似性問題轉(zhuǎn)化為二分類問題,采用SVM識別24名健康老年人下肢左、右兩側(cè)的步態(tài)模式,有效的提取了兩側(cè)下肢步態(tài)模式中的非線性信息,提高了步態(tài)參數(shù)在評估對稱性的敏感性。許敏華等人[34]研究視覺和本體感覺系統(tǒng)對步態(tài)平衡性的影響,采用了加速度計收集步態(tài)數(shù)據(jù),基于自相關(guān)函數(shù)來計算步態(tài)對稱性。這些綜合分析步態(tài)對稱性的方法可以全面反映步態(tài)參數(shù)在對稱性中的作用,解決了一些步態(tài)對稱性指標(biāo)的只能反應(yīng)某個時刻的對稱狀態(tài)的局限性,但是由于操作、計算比較困難,這些測試的方法在一般性步態(tài)對稱性研究中并沒有廣泛使用。
2 "老年人步態(tài)的對稱性相關(guān)研究
步態(tài)的對稱性是指行走時下肢兩側(cè)運動狀態(tài)的量化參數(shù)值不存在統(tǒng)計意義上差異[9],即下肢步態(tài)參數(shù)具有一致性。許多學(xué)者對步態(tài)進行研究,證實了健康老年人步態(tài)的對稱性。尹傲冉[42]運用不對稱比率評價健康中老年人步長、支撐期、擺動期的對稱性,對稱性結(jié)果分別為1.05、1.05、1.02。Peixoto等人[57]采用不對稱比率指數(shù)對33名健康老年女性進行步態(tài)對稱性分析發(fā)現(xiàn),健康老年女性下肢步長、單支撐期不對稱比率值為1,具有較高的對稱性。還有一些步態(tài)對稱性的研究中,研究者為了簡化收集和分析數(shù)據(jù)的步驟,通常只采集受試者一側(cè)肢體的數(shù)據(jù),假設(shè)肢體具有對稱性[10]。因此,步態(tài)的不對稱性一般被認為是一種病理步態(tài)或者異常步態(tài)。受疾病的影響機體神經(jīng)、骨骼肌肉系統(tǒng)會發(fā)生損傷,如帕金森病[12]、腦卒中[13,42]、截肢[14]、骨關(guān)節(jié)炎[15]、腰椎疼痛[59]等,這時步態(tài)特征會呈現(xiàn)較高的不對稱性。
除去受疾病的影響,還有一些學(xué)者認為健康人群中步態(tài)并不是完全對稱的,并且還存在一定的個體差異。Claeys采用獨立樣本T檢驗對67名健康的青年受試者步態(tài)時下肢兩側(cè)的垂直地面反作用力和水平地面反作用力的對稱性,研究發(fā)現(xiàn),在34名受試者中,左右兩側(cè)的地面反作用力具有對稱性,但在另外33名受試者中存在不對稱,但不對稱值都在0.95以上[16]。劉蓉等人[17]研究發(fā)現(xiàn),健康成人行走時步態(tài)對稱性值為0.95,說明具有較強步態(tài)對稱性。王人成等人[18]采用步長對稱性指標(biāo)和跨步長執(zhí)行對稱性綜合指標(biāo)對步態(tài)對稱性進行研究,發(fā)現(xiàn)健康人在任何一種步態(tài)模式、路況下都具有良好的步態(tài)對稱性,而且對稱性指標(biāo)全部在0.95以上。劉永斌等人[19]對健康成年人和疾病患者進行了行走功能的評價,發(fā)現(xiàn)健康成年人對稱性指標(biāo)均在0.9以上,大部分為0.95。通過這些研究可以看出成年人的步態(tài)并不是不完全對稱的,但是步態(tài)不對稱的偏差其實并不明顯,而造成這種步態(tài)不對稱的原因很多學(xué)者也進行了說明,認為可能是由于肢體優(yōu)勢側(cè)和非優(yōu)勢側(cè)對動作推進和控制的功能產(chǎn)生的差異,這也可能是由于多種步態(tài)對稱性計算方法進行計算,導(dǎo)致的不同結(jié)果具有差異性。健康成年人步態(tài)特征相對變化較小,隨著年齡的不斷增長,老年人的機體功能不斷減弱,身體素質(zhì)也越來越差,從而步態(tài)對稱性會受到影響[20]。健康老年人在行走過程中,往往也會出現(xiàn)步態(tài)的不對稱的問題,且步態(tài)不對稱性的程度要高于青年人[23]。Wall等人[21]運用不對稱指數(shù)來評價中老年人的跨步對稱性,研究發(fā)現(xiàn),老年人不對稱指數(shù)為1.19。Hiromitsu根據(jù)步態(tài)的自相關(guān)函數(shù)來評價步態(tài)的對稱性發(fā)現(xiàn),老年人步態(tài)對稱指在0.80-0.86之間[22],老年人的步態(tài)不對稱性表現(xiàn)較成年人更加明顯,步態(tài)不對稱性越大,在行走過程中會較長時間依賴于肢體一側(cè),肢體一側(cè)長時間受到壓力,是形成下肢損傷的重要原因。
3 "影響老年人步態(tài)對稱性的因素
關(guān)于步態(tài)是否存在不對稱尚無定論,一些學(xué)者認為步態(tài)的不對稱是一種病理步態(tài)[28],而還有一部分學(xué)者認為,大腦半球結(jié)構(gòu)的不同導(dǎo)致某一側(cè)成為優(yōu)勢肢體,步態(tài)的不對稱是優(yōu)勢側(cè)與非優(yōu)勢側(cè)對動作控制的差異產(chǎn)生的自然狀態(tài)[37],兩側(cè)偏差值較小,如果這種偏差超過8%-10%,則為異常步態(tài)。步態(tài)的控制機制十分復(fù)雜,主要包括神經(jīng)和骨骼肌肉系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運動,并受到各種因素的影響。中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能異常,易產(chǎn)生腦卒中、腦癱、帕金森等慢性疾病,嚴重影響步態(tài)對稱性[12,42-44]。骨骼肌肉系統(tǒng)異常,則會引起的下肢損傷、肌萎縮、骨關(guān)節(jié)炎等也是影響步態(tài)對稱性的重要因素[14-15,45]。除了機體系統(tǒng)功能異常導(dǎo)致的疾病引起的步態(tài)不對稱,步態(tài)對稱性還受到其他因素的影響。
隨著年齡的增長,年齡與步態(tài)參數(shù)之間存在較強的線性相關(guān)[38],一些學(xué)者認為步態(tài)對稱性受年齡的影響,Hiromitsu等人探討了年齡和性別對步態(tài)對稱性的影響,研究發(fā)現(xiàn)老年人的步態(tài)對稱性較青年人更差。Kara等人對81名健康成年人步態(tài)特征進行研究,發(fā)現(xiàn)步態(tài)對稱性并不像步速一樣受到年齡的影響,擺動時間、支撐時間以及步長的對稱性與年齡無顯著相關(guān)性[49],這是由于年齡超過60歲以后,年齡對步態(tài)會產(chǎn)生顯著的影響[23],因此步態(tài)對稱性出現(xiàn)年齡差異。在與年齡相關(guān)的主要步態(tài)變化中,步態(tài)對稱性的變化可能是由多種因素引起的,包括肌肉力量、運動功能、有氧能力的下降。衰老并不是導(dǎo)致步態(tài)不對稱的主要因素,害怕跌倒更有可能改變步態(tài)模式,如運動恐懼癥和低自我效能也可能是老年人步態(tài)障礙的潛在原因[60]。除了年齡的因素外,步態(tài)對稱性還存在性別差異[36],Hiromitsu等人研究發(fā)現(xiàn)老年人步態(tài)對稱性具有性別差異,但是性別的影響要小于年齡[22],還有一些學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)髖、踝關(guān)節(jié)活動范圍存在顯著的性別差異,但是步態(tài)對稱性是否存在性別差異并沒有很好的證明[39]。
隨著神經(jīng)系統(tǒng)功能的退化,老年人中樞神經(jīng)系統(tǒng)的信息處理時間較長,受視覺刺激影響,老年人膝關(guān)節(jié)肌肉反應(yīng)時間比青年人更長[40]。Sihyun等人對16名男性老年人進行研究,探討了在步行過程中實時視覺反饋對步態(tài)對稱性的影響,研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),提供視覺反饋有利于降低單支撐、雙支撐以及髖關(guān)節(jié)活動范圍的不對稱性,對老年人步行有積極的影響[35]。Sihyun等人[63]研究老年人行走過程中實時視覺生物反饋對步態(tài)對稱性的影響,研究發(fā)現(xiàn)在提供視覺生物反饋后,站立和擺動階段踝關(guān)節(jié)背屈和跖屈的活動范圍增加,雙站、單站姿勢的對稱性指數(shù)降低,因此視覺因素對老年人的對稱行走有積極的影響。
運動和認知系統(tǒng)的變化會對步態(tài)產(chǎn)生影響,當(dāng)兩者相結(jié)合執(zhí)行雙重任務(wù)時,老年人的注意力和執(zhí)行能力比青年人要弱一些,老年人步行時步速、步頻和步長明顯降低[52],單支撐時間變長[53],這時老年人可能會改變行走策略,重新建立步長和雙支撐時間的對稱性來適應(yīng)雙重任務(wù)行走[54],Gillain等人[61]對105名65歲以上的老年人進行了2年的追蹤研究,研究發(fā)現(xiàn),老年人在執(zhí)行雙重任務(wù)時,步長對稱性的下降會增加跌倒發(fā)生的風(fēng)險,步態(tài)對稱性變化對跌倒發(fā)生的風(fēng)險具有積極的預(yù)測作用。
步速也是影響步態(tài)對稱性的重要因素,健康老年人步行時,足底壓力中心對稱值在0.97-0.102之間,對稱性較強。與健康老年人相比,偏癱步態(tài)[41]和腦疾病者[62]會表現(xiàn)出較大的步長、擺動期的不對稱性,而步態(tài)不對稱性與步行速度之間存在一定的相關(guān)關(guān)系。擺動相、支撐相以及垂直地面反作用力的對稱性與步速之間具有相關(guān)性,隨著步行速度的增加,擺動相、支撐相[50]、以及垂直地面反作用力[51]的不對稱性增大,這說明速度的加快會增加了一側(cè)肢體的負荷,從而引起了兩側(cè)肢體的不對稱。步態(tài)還隨著疲勞的出現(xiàn)而發(fā)生變化,尤其是時空參數(shù)[47],在疲勞步態(tài)中步速、步頻減慢,步長不對稱顯著增加[46],疲勞導(dǎo)致膝關(guān)節(jié)內(nèi)旋和膝關(guān)節(jié)剛度對稱性降低,增加運動損傷的風(fēng)險[48]。
4 "結(jié) "論
(1)步態(tài)對稱性是反映人們對步行控制能力的重要標(biāo)志之一,步態(tài)對稱性有多種計算方法,不同計算方法可能產(chǎn)生不同的結(jié)果,多數(shù)研究是通過有限的步態(tài)特征進行評估。因此,在使用之前要充分考慮方法的適用條件和優(yōu)缺點,今后的研究可以對對稱性評定方法進行深入的區(qū)分,還可以繼續(xù)研究和發(fā)現(xiàn)對稱性評定的新方法。
(2)健康人在一定程度上出現(xiàn)的步態(tài)不對稱并不是一種病理步態(tài),而是肢體對動作控制差異造成的。影響老年人步態(tài)對稱性的因素有很多,但還未能確定某一種因素占主導(dǎo)地位,之后可以深入研究和探討,有助于更全面了解步態(tài)不對稱產(chǎn)生的原因和機制。
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