Research progress on the application of perturbation?based balance training in fall prevention in the elderly

SHI Mingjuan1， ZHANG Xuehong2*， WANG Nan1， ZHANG Yadi1， YAO Lijun2

1.Chengde Medical University， Hebei 067000 China；2.Affiliated Hospital of Chengde Medical University

*Corresponding Author" ZHANG Xuehong， E?mail： cdfyzhxh@126.com

Keywords" the elderly； falling； perturbation?based balance training； review

摘要" 基于擾動的平衡訓練作為一種有效預防老年人跌倒的方法備受關注，主要對基于擾動的平衡訓練相關設備的優(yōu)缺點進行綜述，為預防我國老年人跌倒提供新思路。

關鍵詞" 老年人；跌倒；基于擾動的平衡訓練；綜述

doi：10.12102/j.issn.1009-6493.2024.24.031

我國疾病監(jiān)測系統(tǒng)數據顯示，跌倒是我國65歲以上老年人因傷致死的首位原因[1]。在我國，每年約有4 000萬例老年人至少發(fā)生1次跌倒，且跌倒的發(fā)生率隨年齡增長而顯著增加，嚴重威脅老年人身心健康[2]。據統(tǒng)計，我國每年因跌倒產生的直接醫(yī)療費用在50億元人民幣以上，經濟負擔約為800億元人民幣[3]，可見，老年人跌倒已經成為嚴重的公共衛(wèi)生問題之一。第七次全國人口普查結果顯示，我國目前60歲以上老年人口占18.7%，其中65歲及以上人口占13.5%[4]。我國老年人口數量龐大，跌倒的負擔將繼續(xù)增加，應制定有效的干預措施，降低老年人跌倒事件的發(fā)生。平衡訓練可有效改善老年人的平衡控制，并將老年人的跌倒率降低約24%[5]。傳統(tǒng)的平衡訓練主要關注訓練者自己主動控制平衡，而老年人常因無法控制的意外事件發(fā)生滑倒和絆倒[6]?；跀_動的平衡訓練（perturbation?based balance training，PBT）是一種特殊類型的平衡訓練，該平衡訓練模擬了與現實生活情況非常相似的意外身體失衡，因此，基于擾動的平衡訓練獲得了許多學者的關注。有證據表明，基于擾動的平衡訓練可將老年人日常生活中跌倒減少40%～50%[7]。由此可知，相對于傳統(tǒng)的平衡訓練，基于擾動的平衡訓練對于預防老年人跌倒的效果更好[8]。

1" 概念

許多國外學者使用基于擾動的平衡訓練預防跌倒，Pai等[9]運用基于擾動的平衡訓練對老年人進行了干預訓練，發(fā)現該平衡訓練對預防老年人跌倒有積極效果；Lurie等[10]通過臨床試驗證實了基于擾動的平衡訓練的臨床可行性；Lurie等[11]在臨床中進行了一項大型的隨機對照試驗，證實了基于擾動的平衡訓練對預防跌倒的積極作用。隨著基于擾動的平衡訓練研究不斷加深，國外對基于擾動的平衡訓練不僅用于預防老年人跌倒，還涉及腦卒中[12]、脊髓損傷[13]等病人跌倒。

目前，國內外對基于擾動的平衡訓練還沒有統(tǒng)一的定義，通過文獻可以了解到，基于擾動的平衡訓練是一種新興的預防老年人跌倒的干預措施，該平衡訓練是專業(yè)人員使用相關設備對訓練者進行無預兆的擾動，這些擾動是在安全和可控的環(huán)境中引起訓練者跌倒，安全設施可恢復訓練者的穩(wěn)定姿勢?；跀_動的平衡訓練主要是模仿日常生活中跌倒的偶然性和意外性，該平衡訓練是故意對個人的步態(tài)周期造成輕微的、不可預測的干擾，通過擾動的平衡訓練可使他們能夠建立起跌倒防御機制，從而減少跌倒的發(fā)生。

2" 常見設備

2.1 基于擾動訓練的跑步機

由1臺寬大的跑步機和1個帶骨盆支架的驅動骨盆連桿組成，骨盆支架用于訓練者在跑步機行走期間對骨盆內側和前后方向傳遞擾動力脈沖，這可以訓練平衡、步態(tài)和步態(tài)的適應能力，跑步機的皮帶可無預兆地向前、向后和橫向搖擺產生擾動，從而使訓練者喪失平衡[14]。訓練者可以體驗和訓練意外的絆倒和滑倒，而不會有跌倒的風險，因為安全帶可以固定訓練者保持平衡。該跑步機不需要較大空間，這種設置在臨床環(huán)境中較為可行。在使用基于擾動的跑步機進行訓練時，可能會產生較大的地面反應沖擊力，超出了許多老年人的能力尤其是患有嚴重下肢骨關節(jié)炎的病人[8]，所以對于虛弱和下肢關節(jié)炎的病人不建議使用。

2.2 EPES（elliptical perturbation system）系統(tǒng)

EPES系統(tǒng)是一種重達140 kg的機電一體化設備，可在原地行走過程中提供三維擾動傾斜，它由1個固定的橢圓系統(tǒng)組成，該系統(tǒng)安裝在1個運動平臺上，該運動平臺由2個直流電機和與之相連的齒輪組成[8]。該系統(tǒng)提供最大8°的三維擾動傾斜角度，并配備了攝像裝置，可在給出未經通知的平衡擾動后捕獲和識別訓練者的平衡反應，并及時反饋給訓練者。這樣訓練者可以接收到實時反饋，幫助訓練者在受到擾動時快速做出反應。此外，EPES可確定不同的擾動參數，例如擾動的傾斜角度、旋轉強度和時間間隔等。該系統(tǒng)目的是專門改善軀干和上肢平衡反應控制。橢圓系統(tǒng)專門針對行走過程中的平衡反應，這適用于所有老年人，特別適用于患有下肢骨關節(jié)炎的老年人。此外，橢圓系統(tǒng)可改善老年人[8]、腦卒中[15]和帕金森病[16]等病人的步態(tài)參數。這是因為在橢圓系統(tǒng)中行走是一項有節(jié)奏的任務，其反射調節(jié)與常規(guī)行走相似。有數據表明，與其他訓練工具相比，橢圓系統(tǒng)訓練具有優(yōu)勢，因為其安全裝置能夠穩(wěn)固地固定雙下肢，以減少在高強度沖擊下反復出現的下肢關節(jié)反作用力，同時允許以功能性、直立的姿勢進行鍛煉[8]。但是，橢圓系統(tǒng)的擾動可能不足以平衡老年人現實生活中的跌倒情況，對預防跌倒的影響目前尚不清楚。

2.3 主動系留輔助骨盆裝置（TPAD）

TPAD是一種創(chuàng)新的電驅動機器人。運動平臺為分體式跑步機，由4個交流電機安裝在1個鋼性框架上，并通過電纜連接到受試者佩戴的織物腰帶上[17]。配有稱重傳感器和閉環(huán)控制器（可確保電機提供正確的張力），10個攝像頭動作捕捉系統(tǒng)。訓練者在正常行走過程中，織物腰帶對訓練者腰部進行干擾，同時稱重感受器對訓練者腳部力量檢測，并控制擾動時間，該系統(tǒng)十分適合基于擾動的平衡訓練。Martelli等[18]初步研究顯示，老年人使用該裝置后對預防跌倒有積極的效果并且證明了該裝置可以改善步態(tài)穩(wěn)定性，鑒于在跑步機和地上行走存在差異，消除跑步機約束是必不可少的。為了允許在地面行走期間進行擾動，同時還開發(fā)了移動系留骨盆輔助裝置（mTPAD）。移動系留骨盆輔助裝置是一個移動機器人平臺，使用后式助行車為框架，是一種便攜式設備。該裝置可對骨盆施加定時力，以及干預后的認知和功能測量。此外，該裝置成本低，便于攜帶，有利于在臨床推廣使用。

3" 優(yōu)勢與效果

3.1 改善平衡

與傳統(tǒng)的平衡訓練相比，基于擾動的平衡訓練具有安全措施，在進行外部干擾時安全裝置可以維持訓練者身體的穩(wěn)定性，從而避免不良事件的發(fā)生。有研究證實了基于擾動的平衡訓練的可行性[19]，基于擾動的平衡訓練是改善老年人反應平衡的最佳干預措施[20]。Allin等[21]通過臨床試驗證明了基于擾動的訓練對跌倒有積極影響。近年來，基于擾動的平衡訓練在預防跌倒并降低跌倒率得出了積極的結果?；跀_動的平衡訓練使老年人能夠發(fā)展短期和長期的抗跌倒技能，例如改善老年人的身體平衡性和運動神經反饋，以應對意外的擾動[22]。Kim等[23]評估了為期 8 周的基于擾動的平衡訓練計劃在社區(qū)老年人中的有效性，結果表明基于擾動的平衡訓練對老年人的動態(tài)平衡控制產生了積極影響，并且還降低了對跌倒恐懼。一項針對 166 名社區(qū)老年人的研究報告稱，基于跑步機的擾動平衡訓練對于預防跌倒有著明顯的效果，反應較差的老年人在接受基于擾動的平衡訓練后身體的平衡性得到了提升[24]。Lurie等[11]在老年病醫(yī)院對衰弱的老年人進行了基于擾動的平衡訓練，得出基于擾動的平衡訓練對預防老年衰弱病人跌倒是可行的。

3.2 提高認知能力

隨著年齡的增長，老年人的認知能力不斷下降，認知能力的下降會影響老年人的平衡性，容易使老年人發(fā)生跌倒。活動可以分為身體訓練（即有氧運動和力量訓練）和運動訓練（即平衡、協(xié)調和柔韌性），身體和運動訓練對認知的改善都是有益的，但運動訓練可能更好地刺激信息處理的變化，尤其是處理視覺和空間信息的能力[25]。Bhagwat等[26]在基于擾動的平衡訓練前后運用認知測量工具對訓練者進行評估后發(fā)現，訓練后訓練者的認知能力得到顯著提升?；跀_動的平衡訓練被認為是一種具有高度復雜性和神經肌肉要求的運動訓練任務[27]。有研究結果證實，平衡訓練可有效提高大腦信息處理速度，并且發(fā)現基于擾動的平衡訓練可能對認知功能領域特別有益[28]。Aviles等[29]首次驗證了基于擾動的平衡訓練可以影響老年人的認知表現。

3.3 降低跌倒率

跌倒是指突發(fā)、不自主的、非故意的體位改變。隨著我國老齡化日益加重，老年人跌倒發(fā)生率也在不斷上升。近些年，國外發(fā)現基于擾動的平衡訓練對預防跌倒的發(fā)生有著積極的意義。Pai等[9]對基于擾動的平衡訓練的老年人進行了為期12個月的隨訪，發(fā)現跌倒率下降了50%。Okubo等[30]調查了基于擾動的平衡訓練對虛弱或高危老年人跌倒發(fā)生率的影響，從試驗結果得出在擾動跑步機上進行反應性平衡訓練對于容易跌倒的虛弱老年住院病人是可行的?？梢姡跀_動的平衡訓練對不僅對預防老年人跌倒有效，對衰弱的老年人同樣有效[31]。

4" 不足

4.1 安全裝置需要改進

基于擾動的平衡訓練目前還未出現較重的不良事件，但還是有一些輕微不良事件的報告。有研究發(fā)現，基于擾動的平衡訓練后部分訓練者出現了肌肉酸痛等輕微不良事件，這可能是由于安全裝置與皮膚摩擦或牽拉所致，為減少不良事件的發(fā)生，安全裝置需符合人體工學[32]。

4.2 最佳擾動訓練尚不清楚

盡管許多研究證明了基于擾動的平衡訓練在臨床實踐中的可行性，但目前很難得出基于擾動的平衡訓練最佳擾動次數和訓練頻率的結論，并且也沒有相關指南[14]。國外不同學者對基于擾動的平衡訓練的訓練頻率和訓練量存在較大差異，雖然有研究表明相對較低的訓練劑量有積極效果，但最佳擾動訓練量尚不清楚[33]。未來可針對不同階段的臨床需求設計合理的方案，因為同一訓練方案不能滿足不同階段的需求，難以使訓練達到最好效果。因此，需要對基于擾動的平衡訓練進行更多的臨床試驗研究，確定最佳擾動訓練方案。

4.3 臨床推廣困難

基于擾動的平衡訓練通過破壞訓練者的穩(wěn)定性并模擬跌倒的情況，從而預防老年人跌倒的發(fā)生。但該訓練設備的成本高、體型大及訓練內容可能會阻礙該訓練工具在臨床上的廣泛應用[34]。因此，有必要開發(fā)替代這些訓練工具的簡便方法或者開發(fā)經濟有效且臨床上可行的設備進行擾動訓練。

5" 小結

隨著年齡的增長，老年人身體各項機能逐漸下降，平衡功能慢慢減退，跌倒風險不斷增加，基于擾動的平衡訓練可有效預防老年人跌倒的發(fā)生，提高老年人的生活質量，實現健康老齡化這一戰(zhàn)略。通過臨床研究發(fā)現，與傳統(tǒng)的平衡訓練相比基于擾動的平衡訓練對預防老年人跌倒效果更為顯著并且持續(xù)時間長。早在21世紀初國外就開始對社區(qū)老年人進行基于擾動的平衡訓練，積累了豐富的經驗并獲得了積極的效果。目前，我國關于基于擾動的平衡訓練研究較少，未來研究人員可對老年人群進行干預研究，建立完善且適合我國老年人群的基于擾動的平衡訓練，降低老年人跌倒的發(fā)生。另外，基于擾動的平衡訓練由于過于依賴設備，并且設備體型較大，需要專業(yè)人員在旁進行監(jiān)督，在臨床推廣使用較為困難，期望科技人員根據臨床需要設計出體型較小、操作方便、價格合理的設備。基于擾動的平衡訓練是一種很有前途的預防老年人跌倒的方法。在臨床推廣之前，仍需進行大規(guī)模、多中心的臨床干預試驗，確保其實施的可行性。

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（收稿日期：2024-02-10；修回日期：2024-12-05）

（本文編輯 蘇琳）