利用复杂度分析八段锦改善老年人平衡功能的生物力学研究

马 莹，黄怡然，夏 晶，韩 瑜，张冰月，梁亚锋，李文迅

（北京中医药大学针灸推拿学院，北京 100029）

随着人口老龄化的进展[1]，平衡能力下降及步态不稳引起的跌倒已成为很多老年人面临的主要问题之一[2]，严重影响老年人的身心健康并明显增加家庭和社会负担[3]。人体的平衡控制是一项重要生理机能，也是老年人一项重要的身体素质指标。随着年龄增长，平衡控制各要素[4]功能逐渐衰退，平衡能力也相应受到影响，因此人们做了许多尝试来试图提高人体平衡控制能力[5-7]。八段锦恰好讲究“天人合一”，是一种从“整体论”角度来改善人体生理机能的方法。基于此，本研究采用交叉互换方式探索八段锦锻炼对于改善老年人直立和步态的平衡控制的作用。报告如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料 本研究招募的40名健康老年被试者均来自北京朝阳社区，其中36名完成全部试验过程，将被试者随机分为观察组与对照组，各18名。观察组，男5例，女13例，平均年龄（67±5）岁，平均身高（155±11）cm，平均体质量（63±12）kg；对照组男7例，女11例，平均年龄（66±6）岁，平均身高（160±12）cm，平均体质量（65±13）kg。2组被试者在年龄、身高及体质量等方面比较差异无统计学意义（P＞ 0.05），具有可比性。

1.2 纳入标准 1）年龄65岁以上，签署知情同意书；2）完成病史问卷，无心血管、神经系统、精神疾病病史，无高血压，无下肢及背部手术史，试验期间不在任何急症期；3）按时参加试验培训并配合完成全部测试，且近6个月以来没有进行过规律的八段锦锻炼。

1.3 排除标准 1）患有神经系统、呼吸道、心脑血管、精神性疾病者；2）难以跟随老师完成整套八段锦者；3）试验期间服用药物影响指标观测者；4）八段锦干预后出现任何不适症状者；5）缺席训练次数＞5次者。

1.4 脱落标准 遵循《赫尔辛基宣言》，所有填写了《知情同意书》并进入正式试验的受试者，均有权随时退出试验，退出者按脱落处理。

1.5 安全性评价 八段锦为绿色干预方式，对患者身心起到积极调节作用，故安全性评价为Ⅰ级。

1.6 研究方法 本交叉互换的随机入组试验为期24周，分为两个阶段（1～12周，13～24周）。八段锦采用了国家体育总局健身气功中心编创的健身气功·八段锦。观察组：第一阶段，由资深八段锦教练带领进行12周，每周3次的八段锦锻炼。其中集中训练3周，使被试者熟练掌握动作，带领训练9周。第二阶段观看八段锦教学视频12周。对照组：第一阶段，在观察组进行八段锦锻炼的相同时间观看八段锦教学视频。第二阶段，交叉互换。

1.7 指标及检测内容 平衡功能测试指标检测时间为第0周、第12周与第24周，2组检测时间相同，均为当周周五八段锦练习或视频观看结束后。

1.7.1 直立平衡测试 被试者光脚双腿直立在测力台上保持静止60 s，包含两种测试条件，即睁眼直立以及双任务（睁眼计数）直立。每种测试条件下被试者需要完成2次尝试，共计4次。在测试过程中，由测力台记录被试者的COP轨迹时间序列用来反映其身体重心的晃动情况。测力台采样率为240 Hz，由Kistler公司的Bioware软件将采集到的COP时间序列记录到计算机上。

1.7.2 步态测试 被试者需要穿戴Mobility Lab系统（APDM公司）的传感器，完成2次10 m的步行任务。任务条件分2次，一次测试为正常的行走，一次为计数任务下的行走（双任务）。综合记录被试者的步态信息，其采样率为128 Hz。双任务是指被试者在直立或步行的同时进行“随机三位数减三”的认知任务。

1.7.3 “起立-走”测试（TUG） 测试过程中被试者先在椅子上处于静坐状态，在听到开始命令时，被试立刻起身站直，最大速度向前走，经过3 m直线与5 m横线后返回椅子处，并转身端坐。测试人员负责记录从命令开始整个过程被试者所用时间，依据消耗的时间长短来评估被试者平衡能力。

1.7.4 多尺度熵分析 对于采集得到的COP时间序列，我们使用了多尺度熵（MSE）这种方法[8]来进行分析，尝试找到平衡控制过程的尺度无关特征，用于复杂度分析。MSE是一种由Costa等提出非线性动力学分析方法。它基于样本熵的计算，对于长度为 N 的一维离散时间序列 { x1, … , xi, … xN}，首先在多个尺度上构造成粗粒化的时间序列{y(τ)}，其中τ为尺度因子，序列的长度 M = i nt(N /τ)。分别计算不同尺度因子下粗粒化序列的样本熵[9-11]。本研究中，笔者参照之前的研究，取 r = 0.15，m = 2[12-13]。

1.8 统计学方法 本研究采用SPSS 20.0统计软件进行分析。变量以均值±标准差（）表示。组间比较应用双样本t检验。第一阶段结果应用多因素方差分析，同时我们使用了Tukey's post-hoc检验组间的差异。第二阶段用双样本t检验分析对照组在完成八段锦干预前后的平衡控制表现差异。使用MSE[8-13]来分析重心晃动时间序列评估系统的18组数据，得到多尺度熵曲线，进而计算得到样本熵值，即为对应被试者的复杂度，使用双样本t检验进行统计学分析。P＜0.05为有统计学意义。

红琴平时很少叫风影的名字，开口闭口的总唤他和尚，林燕常常拿着风影敲过的木鱼，坐在门槛上敲。他的眼神郁郁的，在怀想出家时的生活。风影又体味着尘世的乐趣，特别是在红琴身上，他体验着那种女人特有的味道，阳光的温暖，雨丝的缠绵，兰花的馨香。对于林燕，村子里的好事者有各种猜测，他们用各自的缜密的逻辑推理得出了一个又一个结论，有人说是红琴落洞时山神在她身上播的种，也有人说是风影这个花和尚早就动了花心，和尚也是人，是男人都会想做那点事儿。嘴巴长在别人的脸上，人家要嚼舌头风影有什么办法。

2 结果

36名老年被试者完成了八段锦锻炼和平衡行为学测试，被试者八段锦锻炼的参与次数为（30.8±2.5）次，对照组第二阶段的参与次数为（30.1±2.9）次（总次数为36次）。试验过程中被试者无不良情况报告。2.1 八段锦对老年人直立重心晃动复杂度的影响 见表1。

2.2 八段锦对老年人步态与TUG的作用 见表2、表3。

表1 八段锦干预前后直立重心晃动复杂度的影响（，n = 18）

表1 八段锦干预前后直立重心晃动复杂度的影响（，n = 18）

组 别 静止双任务干预前 干预后 交叉互换后 干预前 干预后 交叉互换后观察组 3.11±1.17 3.52±1.25 - 2.72±0.95 2.75±1.15 -对照组 3.28±1.47 3.25±1.53 3.41±0.96 2.65±0.72 2.67±0.88 2.76±0.79

表2 2组受试者干预前后步态情况比较（，n = 18） m/s

表2 2组受试者干预前后步态情况比较（，n = 18） m/s

注：与对照组比较，## P＜0.01；与干预前比较，△△P＜0.01

组 别 正常步行速度双任务步行速度干预前 干预后 交叉互换后 干预前 干预后 交叉互换后观察组 0.99±0.27 1.12±0.18△△## - 0.89±0.21 0.98±0.14△△## -对照组 0.92±0.23 0.89±0.21 0.98±0.12△△ 0.84±0.22 0.77±0.21 0.87±0.13△△

表3 2组受试者干预前后TUG完成时间比较（，n = 18） s

表3 2组受试者干预前后TUG完成时间比较（，n = 18） s

注：与对照组比较，# P＜0.05；与干预前比较，△P＜ 0.05，△△P＜0.01

组 别 干预前 干预后 交叉互换后观察组 11.0±4.0 10.2±3.5△#对照组 12.9±5.2 12.4±5.5 12.2±3.2△△

3 讨论

八段锦作为国家非物质文化遗产，在我国乃至世界范围内广为流行。张丽芬[14]及贾红毅[15]通过临床研究发现八段锦可以显著增强下肢肌力和腰腹肌力，在改善人体平衡控制功能方面是可行的。本研究即也表明八段锦干预能够显著提高老年被试者的步态功能。除此之外，通过长期的练习能够有效的促进下肢血液循环，肌肉的收缩舒张运动也能刺激神经系统的兴奋，进而改善神经肌肉的控制[16]。从中医学认为，调息注重深长、柔和、均匀的，腹式呼吸可以加强对人体五脏六腑的按摩，调意需要集中注意力，排除杂念[17]。“三调合一”有利于老年人的身体和谐[18-19]。长期进行健身气功八段锦训练还能提高前庭器官、视觉器官、大脑平衡调节、小脑共济失调和关节的柔韧性[20]。

八段锦是一种从整体来改善生理机能的方法。衰老和疾病会导致平衡控制过程的复杂度下降，这往往与人体诸多生理功能系统的衰退相互联系。笔者利用非线性动力学进一步挖掘八段锦干预对于平衡控制过程尺度的无关特征影响。通过MSE分析发现：观察组八段锦干预后直立平衡控制过程的复杂度有一定程度的提高，当对照组第二阶段完成八段锦锻炼的平衡复杂性也相应提高，表明了其对于平衡控制调节机制的优化作用。这些发现揭示了长期的八段锦锻炼对于改善老年人平衡控制能力、降低跌倒发生可能性的积极作用，但经统计后差异无统计学意义，分析可能是由于试验样本过小以及锻炼时间过短引起，有望在后续试验中完善。本试验采用交叉互换的随机入组方式，有效地避免了安慰剂效应及其主观因素对于测试结果的干扰，使得结果更具说服力。

本研究为八段锦在老年康复医学领域的应用提供了经验和全新启示，使这一中华民族的瑰宝更好服务于临床，发挥它的巨大作用。

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