人体平衡机能增长敏感期和衰减明显期的研究

任玉庆 潘月红

(1.江苏技术师范学院体育部，江苏 常州 213001;2.江苏常州解放路小学 体育组，江苏常州 213003)

1 前言

平衡是监测国民体质的重要指标，作为人体的一项重要生理机能，对于维持人体各种姿势、进行各种活动以及对外界干扰产生适宜的反应均有非常重要的作用。随着人们对平衡机能重要性认识的逐步提高和研究的不断深入，通过实证研究了解人体各年龄段特别是增长敏感期和衰减明显期的年龄特征和性别特征，寻求适时有效的运动干预来提高或改善人体平衡机能，成为体育科研的重要课题之一。但目前国内的相关研究大多采用简易方法评价中老年人的平衡能力，对于采用精密仪器同时评价人体平衡能力增长敏感期和衰减明显期的大样本研究仍为空白。为此，本研究采用Tetrax平衡仪对420名5-25岁和46-60岁城市健康居民的平衡能力进行评价，探讨平衡机能的增长敏感期和衰减明显期的年龄特征和性别特征，为寻求适时合理的运动干预提高或改善人体平衡机能提供参考。

2 研究对象与方法

2.1 研究对象

以5-25岁和46-60岁420名南京城市健康居民为对象，实验分组按照我国国民体质监测的样本分组方式，监测样本年龄段的划分除15-17岁和18-25岁各为一个年龄组外，其他均为每5岁一个年龄组，共7个年龄组，每组60人(男女各30人)。研究对象入选标准:城市非体力劳动者;身体健康，无脊柱疾病和肌肉疾病等症状，能独立完成各项测试者;排除运动员、舞蹈、戏剧、杂技演员等。

2.2 测试指标及方法

使用以色列产型号为IEC60601-1Tetrax平衡仪测试受试者双脚自然站立时的一般稳定性指数(ST)、姿势摆动的频谱分析、体重分布、同步性指标。此平衡仪由4块独立的压力平台(A、B、C、D)构成。测试时受试者按操作规程双脚自然站立于平衡仪上，左后脚跟、左前脚掌、右后脚跟、右前脚掌分别定位于A、B、C、D四个压力平台。每个试者参加一次测试，每次测试时间为30s左右。受试者在测试前一周内避免参加大负荷的体力活动，测试前48h内避免饮酒和服药。

2.3 统计学分析

采用单因素方差分析比较不同年龄组间的差异，采用独立样本T检验分析不同组别各指标的差异;数据以±S的形式表示，所有统计学分析均采用SPSS16.0统计软件，显著性水平为P＜0.05。

3 结果与讨论

3.1 研究结果

由表1可知:男性受试者的一般稳定性指数(ST)在15-17岁之前随着增龄变化降低较明显，速度较快，而在51-55岁之后增加较快;姿势摆动频谱分析各指标在15-17岁之前随着增龄变化迅速降低;体重分布和同步性指标数值随着年龄的增长，波动较小。

表1 不同年龄组男性受试者静止站立时平衡机能指标测试结果的比较

表2 不同年龄组女性静止站立时平衡机能指标测试结果的比较

由表2可知:女性受试者的一般稳定性指数(ST)在15-17岁之前随着增龄变化降低较明显，速度较快，而在51-55岁之后增加较快;姿势摆动频谱分析各指标在15-17岁之前随着增龄变化迅速降低;体重分布在46-50岁组出现大幅增加(6.1±2.6);同步性指标数值随着年龄的增长，波动较小。

图1 不同组别男女ST值T分的变化

由图1可知:男女性受试者的ST值T分先增龄递增，均至15-17岁组达峰值，且峰值相近。后呈增龄递减趋势，且大龄组数值女性优于男性。

图2 不同组别男女体重分布指数WDI变化箱形图

由图2可知:男性受试者的WDI指标数值较稳定，增龄性变化不明显，而女性的增龄性变化出现波动，且在46-50岁出现WDI指标的最低值。

3.2 分析与讨论

维持平衡是人体的一项重要生理机能。一般认为维持人体平衡的机制有三个重要环节:感觉的输入，中枢整合与运动控制。感觉输入包括有视觉、本体觉和前庭系统的信息输入［1］。视觉信息由视网膜收集经视通路传入视中枢，提供周围的环境以及身体运动和方向的信息;本体觉由分布于肌肉、关节和肌腱等处的感受器收集身体各部位的空间定位，以及肌肉紧张状态的信息，经深感觉传导通路向上传递;前庭系统包括三个半规管感知人体角加速运动和椭圆囊、球囊感知的瞬时直线加速运动及与直线重力加速有关的头部位置改变的信息，经第四对颅神经进入脑干。三种感觉信息在包括脊髓、前庭核、内侧纵束、脑干网状结构、小脑及大脑皮层等多级平衡觉神经中枢中进行加工整合，经γ运动纤维传出的冲动调整梭内肌纤维的紧张性，而经α运动纤维发放的冲动调节骨骼肌的收缩。最终各方面的信息传到中枢神经系统，进行分析综合，再经锥体束发出随意运动的冲动，指挥肌肉、骨骼系统以随时矫正身体的偏移，达到对人体平衡的稳定。

平衡测试仪的出现是人类研究自身平衡功能的一个里程碑［2］。Tetrax平衡仪是以色列Sunlight公司推出一种创新的测量平衡和稳定性的方法。它通过特有的姿势描述来评价平衡能力，目前被公认为有效测量人体在不同状态下平衡能力的先进仪器。具有测量精确、操作快捷方便等优点。测试指标包括一般稳定性指数(ST)、姿势摆动的频谱分析、体重分布、同步性。

本研究结果表明:受试者的一般稳定性指数(ST)T分值在15-17岁之前增龄递增，之后呈增龄递减趋势，且大龄组数值女性优于男性;男女受试者各年龄组F2、F4和F6波频摆动幅度趋同，均为自5-9岁组至15-17岁组F2、F4和F6波频摆动幅度逐次降低，在15-17年龄组，三个波频的姿势摆动幅度为其它各年龄组最低;男性受试者的WDI指标数值较稳定，增龄性变化不明显，而女性的增龄性变化出现波动，且在46-50岁出现WDI指标的最低值;男女受试者的同步性指标数值随着年龄的增长，波动均较小。

一般稳定性指数(以ST表示)是身体姿势摆动幅度的主要数值表达指标，是平衡机能的总体反映。ST指标也可反映在临床医学上客观存在却不易发现的补偿或调控身体平衡的能力，且该指标数值与身高体重不相关。ST由四个压力平台所感受压力变化平方根的算术和除以体重后计算得出，数值越大表示稳定性越差。该指标与平衡测试过程中身体运动轨迹的摆动区域、摆动长度、摆动速率和重心的分布等因素的显著相关性，已被众多实证研究所证实［3］。本研究发现，15-17岁之前各组ST指标的T值随年龄的增长增速较快，而在51-55岁组之后则出现明显的下降趋势。ST指标的快速增长特点，与人体各器官机能的逐步提高，特别是视觉、本体感觉、前庭感觉等感觉功能以及中枢神经系统的整合功能的不断提高密切相关。大龄受试者ST指标的下降，可能与维持站立的某些特定肌群力量下降有关，但是由于缺少相关的研究，因此难以做出进一步的推论。

姿势摆动的频谱分析是通过不同频段振动强度变化来反映不同器官或神经信息传递过程对平衡机能的影响。其中F1、F2-4、F5-6、F7-8频段的摆动强度加大分别反映了视觉、前庭、本体感觉、中枢神经等器官或与这些器官相关联的神经信息传递过程的机能障碍［4］。由于参加测试者均未出现明显的视觉和中枢神经功能障碍，因此本研究仅对F2-4和F5-6频段进行分析探讨。F2-4频段振动强度的加大反映了机体生理方面前庭系统有问题，相当于酒醉或身体极度疲劳的正常人的平衡状态。F6频段的摆动强度加强则反映了机体神经血管末端的调节或传递躯体感觉系统出现了障碍。本研究选取能F2、F4和F6频段进行进一步的深入研究，结果表明该三频段数值在15-17岁组之前均大幅下降，至最低值。提示在15-17岁之前的年龄组受试者维持平衡机能的器官或与这些器官相关联的神经信息传递功能出现逐步完善现象。随后男女受试者的F2、F4和F6频段大致呈上升趋势，说明维持平衡机能的器官或与这些器官相关联的神经信息传递过程出现了功能下降现象。Opptenheim等人［5］发现糖尿病伴有下肢神经损害者也在F5-6频段出现摆动强度加大的现象，而这些患者的本体感受器并未受到明显的损害，说明仅仅神经信息传递过程受阻也可引起F5-6频段出现摆动强度加大现象。本研究认为由于人体各器官的机能均会随年龄增长而变化，而本研究未就本体感受器或神经传导机能进行单独的测试，因此不能完全排除本体感受器自身机能下降的影响。

通常人体在站立时通过神经系统对肌肉的调控作用可使体重大致均匀地分布在左右两侧，体重分布反映的是体重分配在四个压力平台上的体重百分比，也可描述左脚与右脚、两脚尖与两脚跟、同脚脚尖与脚跟以及脚尖与异脚脚跟重量分布的不均衡性。而体重分布指数(WDI)则为体重分布百分数与理论体重分布百分数25%的差的平方，WDI指标的引入，使得体重分布的统计描述更为精确。WDI指标的正常取值范围为4-6，值越高表明体重在四个压力平台的分布越分散，当WDI取值大于6时，则说明受试者体重分布呈病态。WDI的最小取值为0，此时体重均匀地分布在四个压力平台上，且每个平台均承受身体25%的重量［6］。本研究结果显示，受试者的WDI指标数值除女性46-50岁组外，其他组别WDI指标取值均在4-6范围内，说明受试者随着年龄的增长体重的分布变化趋势不明显。WDI指标出现病态的原因，作者认为除与视觉、本体感觉、前庭感觉等感觉功能以及中枢神经系统的整合功能有关外，还与受试者下肢肌肉力量有关。Lord等［7］的研究结果表明:下肢肌力下降是老年人站立时姿势摆动幅度加大的主要因素。Laughton等［8］指出，下肢肌力的下降有可能损害老年人纠正站立时身体重心摆动的能力，从而导致跌倒的风险上升。

同步性是比较双脚不同部位间在同一时间内波动模式的指标。正常情况下前脚掌与脚跟(包括同侧和对侧交叉)之间为互补性模式，即波形相反(数值趋向于-1000);左右脚相同部位之间为协同性模式，即波形相同(数值趋向于1000)。当身体疲劳、下肢受伤、中枢神经系统病变时将引起同步性指标的改变［9］。本研究中的实验结果未出现大于1000或小于-1000的数值，表明在增龄性变化过程中，受试者调控身体平衡的双脚不同部位的互补性和协同性并没有出现明显的功能下降现象。而对于有些研究中老年人所出现的同步性下降现象提示高龄女性跌倒的原因不仅是肌力、本体感觉、前庭机能下降等外周因素作用的结果，而且有可能受到中枢神经系统对下肢不同肌群的支配协调机能下降的影响。

4 结论

4.1 城市男女性平衡机能的增长敏感期均出现在15-17岁之前，至15-17岁达峰值，表现为ST值T分值的逐渐减小，F2、F4、F6频段的摆动幅度逐渐减小。此外，体重分布和同步性变化趋势不明显。

4.2 大龄组城市男女性平衡机能均呈波动变化趋势，在51-55岁组之后下降较明显。

4.3 5-14岁城市男性平衡机能指标明显优于女性，而46-60岁城市男性平衡能力指标差于同龄女性。

［1］陈海霞，宁宁.人体平衡功能评定研究的最新进展［J］.现代护理，2006，12(27):2173-2175.

［2］燕铁斌.重视国人平衡功能的研究［J］.中国康复医学杂志，2003，18(8):452.

［3］［4］［6］［9］Tetrax 平衡仪说明书(英文版)［M］.2003:28-33.

［5］Opptenheim U，kohen-Raz R，Alex D，et al.Postural characteristics of diabetic neuropathy［J］.Diabetes Care，1999，22(2):328-332.

［7］Lord SR，Clark RD，Webster IW.Postural stability and associated physiological factors in a population of aged persons［J］.J Gerontol，1991，46(3):69-76.

［8］Laughton CA，Slavin M，Katadare K，et al.Aging，muscle activity，and balance control:physiologic changes asso-ciated with balance impairment［J］.Gait Posture，2003，18(2):101-108.