姿势控制理论与老年人跌倒研究进展

张庆来

摘 要：“老年跌倒综合征”已成为严重妨害老年人健康的公共卫生问题，对现存的医疗保障体系提出了严峻的挑战，老年人跌倒风险及伤害已成为制约老年人健康生命质量提升的一个主要障碍，老年人跌倒防控将成为老龄化社会中亟待解决的问题。对姿势控制的相关理论进行梳理，从姿势控制能力相关的运动、感觉及认知3个身体功能系统对老年人跌倒的影响进行剖析与综述，旨在为老年人跌倒预防及功能锻炼提供理论支持和科学有益的技术指导，从而降低老年人运动风险的发生率，不断提升老龄化社会中老年人的生命质量，进而推动国家全民健康水平。

关键词：老年人；姿势控制；跌倒

中图分类号：G 804.6 学科代码：040302 文献标识码：A

Abstract：The elderly falling syndrome has become a serious public health problem which seriously hinders the health of the elderly， which poses a severe challenge to the existing health care system. The risk and injury of falling in the elderly has become a major obstacle to the improvement of their healthy life quality. The prevention and control for elderly falling will become an urgent problem in the aging society. This paper， using the methods of literature， logic analysis and other methods to sort out the theory of posture control， analyzes and reviews the impact of the elderly falling from three body function systems of movement， feeling and cognition related to the posture control ability. The main purpose is to provide theoretical support and scientific and useful technical guidance for the prevention and functional training of the elderly， so as to reduce the risk of exercise in the elderly and improve the healthy life quality of the elderly in the aged society， and thus promote the national health level.

Keywords：the elderly； postural control；falling

2016年出臺的《“健康中国2030”规划纲要》[1]，特别提出促进健康老龄化，加强老年常见病、慢性病的健康指导和综合干预，推动形成体医结合的疾病管理与健康服务模式，开展运动风险评估。在人进入老年期时，人的力量、速度、灵敏等身体素质将下降，平衡能力降低，感知觉功能退化，导致身体的姿势控制能力减弱，极易发生跌倒，而且往往后果非常严重[2-4]。“老年跌倒综合征”已成为老龄化社会中的普遍现象，老年人跌倒已成为严重的公共卫生问题，因此，老年人跌倒风险评估研究已成为当前人口老龄问题普遍关注的热点。

1 姿势控制理论

1.1 姿势控制概念

姿势控制是指控制身体在空间的位置以达到稳定性和方向性的目的[5]290。姿势控制包括了姿势稳定性和姿势方向性2个主要神经肌肉控制过程。即控制质心（COM）与支撑面（BOS）关系的能力和保持身体环节间、身体与动作任务间适当关系的能力[6]。姿势的方向性则是利用前庭、本体和视觉等多种感觉参照系统调控身体环节与任务目标的关系。Kuypers[7]认为姿势控制是基于动作支持的身体控制，例如人体站立采摘是以足为支撑基础的保证手部动作的行为；也有人认为姿势是人体对抗外力或者其他环节施力来控制某些环节的运动方向。Horak等[8]将姿势控制定义为控制身体保持平衡，并保持特定的身体方位，也表示身体的空间位置达到稳定性和方向性的目的。Movement等[9]对此解释得更加详细，认为姿势控制是人体保持身体平衡或对外界干扰的骨骼肌肉反应，是人体感觉和运动系统与外界环境之间复杂的相互作用过程，是对一定环境中机体方位改变的反应控制和保持身体重心在一定支持面之内的活动。

1.2 姿势控制参与系统

姿势控制系统是多种身体功能系统相互作用的表现。它体现了肌肉骨骼和神经系统之间复杂的内在联系，姿势控制系统的主要功能是调控肢体各环节的力学关系以达到控制身体在空间位置的稳定性和方向性的目的。按照参与系统的功能，姿势控制系统可包括运动功能、感觉功能和认知功能3个方面[5]290，如图1所示。

1）运动功能系统。主要由神经肌肉控制系统的高级神经中枢、脊髓神经中枢及肌肉运动系统3部分组成。具体包括人体的骨骼、关节、肌肉、韧带等运动器系及传递神经冲动和指令信号的运动皮层、脊髓、小脑、基底节等神经递质。神经冲动的传递速度、指令信号的传递效率及肌肉的响应能力对姿势控制有较大影响。在20世纪有3个运动控制的经典理论：反射理论、层次理论和动力系统理论[10]。

2）感觉功能系统。主要由视觉、听觉、触觉、前庭觉和本体感觉等系统组成，机体内、外环境的各种刺激作用于相应的感受器，感受器是分布于体表或组织内部专门感受机体内、外环境变化的结构或装置。感受器把来自躯干、四肢和一些内脏器官的各种感受器的不同形式的刺激转化为动作电位，经初级传入纤维由后根进入脊髓后，沿特定的上行传导途径到达丘脑，然后再到达大脑皮层，整合后经传出神经将调控信息反馈给效应器——骨骼肌，通过相应环节的肌肉收缩与舒张实现对预定姿势的控制[11]。

3）认知功能系统。认知广义的定义为处理、分类、记忆和加工信息的能力[5]291。姿势控制是大脑全面信息处理系统的一部分，与认知过程（尤其是空间记忆）相互影响[12]。大脑在姿势扰动发生前执行空间记忆任务，任务中的空间注意力和运动的空间位置是通过额叶前部皮质空间编码（眼部运动）形成的，其基本特征是顶叶和前额叶外侧的协同作用[13]。老年人注意力和记忆力会随着年龄增长而下降[14-16]。认知负荷理论认为认知任务和姿势任务同时執行时，需要更多的认知资源，若超出认知总负荷，姿势稳定性就会下降[17]。跨界竞争模型在认知负荷理论的基础上进一步解释了注意力对双重任务分配的影响。注意力是有限的，在执行双重任务时姿势任务和认知活动竞争注意力资源，使姿势的稳定性改变和（或）认知活动的表现退化[18]。执行姿势控制任务时认知能力会下降，并且难度越高的姿势控制动作，认知参与成分越大[19]。老年人由于肌力流失和感觉功能衰退，同时指向2种或2种以上的注意分配能力下降，动作控制时需要额外的认知资源弥补注意需求的增加，老年人需要依赖前额叶皮质的认知辅助，但随着年龄的增长前额叶皮质最先开始衰老[20]，这将会影响老年人姿势控制中的注意力分配，随着年龄的增长老年人的认知功能减退，动作姿势控制能力会受到较大影响。

1.3 姿势控制策略

高级神经中枢对姿势的控制包括预期姿势调整（APAs）和补偿性姿势调整（CPAs）2种模式[21]。APAs是一种前馈控制模式，指在干扰可预期的前提下，中枢神经系统提前预测了可能产生的身体移动而对效应器提前发出指令，使姿势肌肉先于原发动肌50～100 ms开始活动，以减小干扰的负面影响[9]。CPAs属于反馈调节模式，即在干扰开始后，原发动肌和姿势肌依据外界干扰引起的感觉反馈（视觉、前庭觉、本体感觉）产生的姿势控制[22-23]。

姿势策略是平衡扰动引起的肌肉激活、关节扭矩、关节旋转或肢体运动的特定模式[8]。这些机体反应用于防止身体重心下降，并且重新建立姿势平衡的状态。姿势策略选择和调制取决于：1）外界扰动的特征（包括时间、方向、幅度及可预测性）；2）个体的中心集（干扰、觉醒、注意、期望、先前经验）；3）活动的持续性（认知或运动）；4）环境约束（支撑反作用力和肢体环节内力）[24]。人体站立状态可以被模拟为多连杆倒立钟摆的力学模型，其中每个连杆对应身体特定部位（例如脚、大腿、躯干）[25]。静态姿势平衡需要控制质心（COM）位于支撑面（BOS）范围之上。COM是一个点，可以在全局坐标系内集中等效全部身体质量。正常站立时，人体的质心通常位于第二骶椎附近。然而，由于重力的存在，连杆本身是不稳定的，与模型相比，人体运动中与环境发生相互作用时，还会产生额外的不稳定力矩[26]。BOS通常由脚的支撑位置限定，但是当手触及或抓握用于支撑的物体时，BOS也可包括手臂的限定。在没有手臂支撑的情况下，静态平衡需要将COM定位在脚上，并且，支撑该足部区域的周边可以被认为与BOS相关联的静态稳定性的极限边界相对应。动态平衡考虑了运动控制与COM移动相关的动量附加要求[27]。如果COM以足够的水平速度移动，则即使当COM位于BOS范围内，身体也可能处于动态不稳定状态。然而，即使COM位于BOS的静态稳定性极限范围之外，假如COM以足够的速度朝向BOS的极限边界移动，使得它最终可以重新定位在BOS范围内，也可以保持身体的动态稳定。

姿势控制策略可以通过其功能目标来定义，并且基于身体运动学（环节运动学特征）或身体动力学（环节受力特征）来描述[26]。有2种姿势控制策略可用于解释在站立时受到扰动后如何恢复平衡：一是固定支撑策略。即在足部支撑面上的控制质心（COM）返回策略；二是改变支撑策略。即通过改变支撑面来调整控制质心（COM）位置的迈步或抓握策略。具体可归结为踝策略、髋策略、迈步和触及抓握策略4种情况[5]318。

在固定支撑策略中，主要包括踝策略和髋策略。由于姿势扰动引起COM的晃动，支撑脚所在的大小腿、躯干及上肢环节将以支撑脚为支点产生一个肌肉扭转力矩，支撑脚与地面接触会产生一个反向的剪切力（H），致使COM减速或停止继续水平运动，但此时由于剪切力的力臂（D）非常小，所以产生对抗COM继续运动的剪切力矩非常有限[26]。但控制踝关节的趾长屈肌、伸肌、腓肠肌、小腿三头肌等肌群的激活潜伏期较短，约为80～140 ms，基本上是抵抗姿势扰动的第一道防线[24]；因此，踝策略是站立在固定支撑面上身体重心有微小晃动时，维持身体平衡的主要姿势调节方式[28]。但从生物力学的角度，人体站立时会有冗余的自由度，这意味着在各个关节处可能有许多不同的肌肉力矩组合，其可用于在对给定姿势扰动做出响应时重新建立姿势平衡。人体会通过神经中枢系统调控各关节的力矩加权组合来处理这种冗余。在髋关节策略中，主要的稳定动作由髋关节主动相关肌群产生髋力矩。与踝策略相比，髋策略的特征在于大腿和躯干前后对侧肌肉的激活，即响应于向后下降运动的背部肌肉和向前下降运动的腹部肌肉。踝部肌肉有相对较少的肌群激活，但当姿势的扰动足够大时，导致踝部产生的肌力矩已不能与COM的移动相抗衡，单独使用踝策略已不能维持平衡，此时必须由髋策略产生更大剪切力作为稳定力矩，使COM速度下降。踝部策略在较小的扰动水平上占主导，而髋策略的参与程度随着对COM控制难度的增大而增加[29]。这些“混合策略”反应最初被认为是踝关节和髋关节策略的加权组合。而在日常身体活动中观察到的“纯”髋关节策略很少（除非实验中为了体现髋策略的作用，故意采取缩短在支撑面的站立时间以限制踝策略）[24] 。这表明在一个连续的姿势反应中，踝策略和髋策略不是独立运行的，而是产生一定的髋关节力矩添加到踝策略中作为混合策略完成姿势控制过程。

在改变支撑策略中，通常是当身体姿势扰动超过了踝和髋策略对COM的控制，为了不失去平衡，往往会采取被迫的补偿性姿势调整（CPAs）来改变支撑面，主要包括迈步策略和触及抓握策略[24]。支撑面的稳定极限也不是一个固定的边界，而是根据任务、个体的力量、ROM、COM等特点及环境的改变等方面而发生变化[30]，任何对稳定的理解必须包括当时COM的位置和速度这2个变量之间的相互作用，这也是决定个体是需要在支撑面内保持平衡，还是通过迈步来重获稳定性的关键。COM变化的轨迹线表明，当COM的位置变化没有超出支撑面的稳定界限且COM的速度又足够低的情况下完全可以通过踝和髋策略在固定支撑面下保持平衡；如果扰动致使COM的分布和速度很大且超出了稳定界限，必须采取迈步或触及抓握重获稳定。但也有COM的分布处于BOS内，但由于扰动致使COM运动速度太大，仍然需要迈步调节稳定性[30]。在改变支撑反应中，BOS会随着快速迈步或肢体触及抓握支撑运动而发生变化。支撑面（BOS）的增加会导致：1）在不失去平衡的情况下，允許扰动所产生的COM活动范围加大；2）对COM减速的作用时间加长（由脚和手所产生的“环境反应”力所致）；3）使COM减速的“环境反应”力会更大（主要是增大了新触及点相对重心的力臂D），从而产生更大的抵抗力矩。相对于固定支撑面的姿势控制，改变支撑面的迈步或触及抓握策略有更好的生物力学优点，因为身体可以被新触及的物体所锚定，只要能够保持足够强的抓握力，BOS变化反应可以给身体提供更大程度的稳定性，并且这也是抗拒更大姿势扰动的唯一途径[24-25]。这种由于支撑面改变而产生代偿性的迈步或触及抓握动作与有意识地去完成相同动作时的神经控制基础有些不同。首先，代偿性的姿势调控动作要快得多。例如，完成一个代偿性的迈步动作通常需要500 ms，其用时仅为按照视觉指令尽快完成迈步所用时间的一半[31]。同样地，代偿性触及抓握速度要比有意去完成抓握动作快得多。例如，在扰动开始之后，代偿性手臂活动肌肉激发的潜伏期大约是80～140 ms，而最快的有意图的手臂运动（简单反应时测试）肌肉激活潜伏期也要150～200 ms[ 25]675。另一个基本的区别则是补偿性的迈步和正常行走的迈步在摆动腿抬起之前是否存在预期姿势调节（APAs）。有意图的迈步或摆腿总是先于预期姿势控制进行启动，目的是可以把身体COM推移到支撑腿，从而减少接下来的连续运动中COM在非支撑侧的下降趋势。在代偿性迈步反应中APAs在通常情况下要么是不存在，要么是被缩短，这样可以让迈步动作更快完成；然而，它的后果是导致侧向的COM移动增大，但这要求在摆动脚着地前对其进行控制，而通常（在健康的青年人中）前后姿势扰动唤起的主要是向前或向后的单个迈步调整，而其他方向的姿势扰动引起更多种类的迈步模式。如果扰动属于身体中间位置，则扰动诱发的COM运动将引起一侧腿的负荷增加，同时另一侧腿的负荷减少。通常，当外界扰动不可预测时，非重心承载腿优先用于执行迈步反应，这样减少了摆动腿的卸载时间，非常有利于摆动腿的快速抬起[32]。

总之，由于人体解剖结构类似于多刚体模型结构，各环节间的力学关系交互关联，导致其运动控制系统异常复杂，在完成各种动作的姿势调控策略中，很少是由单一策略来实现的，需要多个策略的协同配合才能完成对人体各种动作姿势的稳定控制。

2 姿势控制与老年人跌倒研究进展

姿势控制过程被认为是通过2种行为实现的：第1种是闭环控制（或称为反馈），即期望的与实际发生的控制状态之间进行错误修正[33]。该控制系统反应不及时，被控制量出现偏差后，控制器才开始调节，理论上不可能使控制量始终保持在设定值。第2种是开环控制（或称为前馈），即它是一种没有错误察觉的情景下所引发的一种补偿动作行为[20]。该控制系统反应及时，不必等到控制量出现偏差就产生了补偿性的控制，使被控制量保持在设定值上[25]276。广义上的姿势控制，是肢体协调进行体位控制，从而保证一定动作表现单向或循环的感觉——动作过程，在老年人跌倒相关的研究中，姿势控制可以狭义理解为对身体整体的平衡控制能力[11]，即控制质心与支撑面关系的能力和保持身体环节间、身体与动作任务、环境间适当关系的能力。姿势控制过程是中枢神经系统各组织结构共同作用的结果[5，25]。目前认为对姿势控制的过程存在2种可能的情况，一是通过从大脑到效应器之间逐级传递控制信息，从脊髓到脑干再到小脑和间脑，大脑半球（大脑皮质和基底节）是姿势控制的最高级中枢，大脑半球整合分析视觉躯体感觉和前庭感觉的传入信息做出姿势定向，同时选择合适的运动机制通过运动的传出信息作用于肌肉骨骼系统，保持姿势的稳定性，低级神经中枢在此过程中主要起信息传递作用[21，34]。二是认为某一感觉传入信息可以兴奋多级神经中枢共同调节姿势控制过程[34]。

2.1 姿势控制中神经肌肉功能与跌倒

肌力会随着年龄的增长而下降，下肢肌力在30～80岁会下降40%[35]。Hughes等[36]对60岁的老年人进行了10年的跟踪研究显示，膝关节伸肌和屈肌的肌力减少达到12%～17%，但也不能排除一些个体在特异性的衰老过程中出现肌力增加现象。有跌倒史的老年人肌力减弱更为明显，与没有跌倒史的老年人相比膝、踝关节肌力减少1/2～1/4。临床上的肌肉减少症，是指随着年龄的增长肌肉大量流失，从而导致肌肉力量的下降。肌肉减少症被认为是造成身体衰弱的主要因素[37]。Fried等[38]建立了5项诊断身体衰弱的标准：1）非故意的体重下降；2）步行速度降低；3）低的身体活动水平；4）疲劳；5）握力下降。如果具有这5项标准中的1～2项，即被认为是有衰弱的征兆，若有3项及以上的症状，则可以诊断为衰弱。患有衰弱症的老年人相对具有较高的跌倒风险[39]。研究发现，肌力与身体功能关系密切，超过20%的功能状态的变异可以用相对肌力强度来解释[40]。与肌力相比，肌肉功率更加重要，随着年龄的增长，肌肉的爆发力不足，是导致不能应对突如其来的外界扰动的主要原因，因此，通过针对性的肌肉功率（爆发力）的干预训练比普通意义的肌肉力量训练对改善老年人的身体功能更有效[41]。刘宇等[42]通过肌动图（MMG）对10名老年人和10名青年人的股外肌在不同强度的激活和疲劳测试中发现，老年人在静、动态力量表现中有肌力流失的现象，老化对爆发力影响远超过对肌力影响。

静态站立状态下，通常通过身体摇摆情况来评估老年人姿势控制能力。Maki等[43]通过对64名健康成年人（含老年人和青年人）和5名有跌倒史的老年人进行了睁眼站立中自发摇摆和扰动干预下的身体摇摆测试，扰动干预是在一个移动的测力台上进行，受试者站立在测量台上，在无预知的情况下，测量台短暂地向前加速。通过对COP的移动范围、晃动频率等参数进行比较发现，自发摇摆和扰动摇摆表现出随年龄增加稳定性下降，尤其在扰动影响下摇摆更加显著，青年人在自发摇摆和扰动摇摆之间表现出显著相关性，然而正常老年人与有跌倒史的老年人却在这2种摇摆测试数据中没有表现出显著的相关性，在某些自发摇摆指标上甚至出现负相关。Wolfson等[44]研究也发现，35岁的成年人和76岁无神经系统疾病的老年人的摇摆测试之间只有3%的不同，无统计学显著性差异。Horak[45]甚至提出患有神经疾病的老年人静态站立时摇摆是正常的，甚至比健康者摆动减少，这可能与肢体刚性或强度的增加将静态站立时摇摆限制在一个很小的范围有关，但却不能盲目判定其姿势控制正常或无跌倒风险。任杰等[33]通过测力台和录像分析系统测试11名健康成年人在睁眼和闭眼状态下直立姿势保持1 min，探讨直立姿势控制中足压中心（COP）和头部摇动的区别和联系，结果表明：RMS（误差均方根）指标上COP与头部摇动之间有很高的相关性（r=0.75～0.97，P<0.01），可见，头部测定法和COP法不能互相取代，头部测定法比COP法更有效。因此，在正常静态站立睁眼评估摇摆并不是评定老年人平衡功能优劣的最好方法，可以通过闭眼或肢体转动后的站立摇摆更能体现个体的综合平衡控制能力。

在有外界扰动状态下，老年人的平衡受到威胁时，身体相关环节的肌肉激活反应一直是多数学者研究的热点。Carbonneau等[46]、Nagai等[47]、Barrett等[48]，Aftab等[49]通过人为扰动对人体失衡后的姿势调整及神经肌肉的控制能力进行了大量实验研究。人体神经肌肉控制系统由高级神经中枢、脊髓神经中枢及肌肉运动系统3部分组成。突发外部和内部姿势干扰条件下，中枢神经系统对身体姿势调整肌肉的快速激活分别动用了下意识的前馈（FFM）和反馈（FBM）2种不同的神经肌肉控制机制，以维持身体重心稳定和保持特定身体姿势[22]。当人体受到突然的外界扰动而面临失衡时，往往通过中枢神经系统的快速反馈，产生局部肢体的姿势改变，试图去抵抗扰动。最广泛的前馈姿势控制研究一般是通过测量站立状态下扰动导致的单侧或双侧手臂的抬起动作。Maki[26]通过姿势调整的生物力学分析指出，对于手臂的姿势调整有3个重要的力学变量要参考：1）增大了支撑脚在垂直方向上的支撑反作用力；2）增大了支撑脚水平向前的支撑反作用力；3）改变了脚的后部COP的位移。

稳定性不同的老年人在面对不同强度和速度的平衡失控时的反应也是不同的。Lin等[50]通过测试胫骨前肌、股四头肌和腹肌发现小而慢的向前扰动时，稳定性好的老年人和稳定性差的老年人的启动反应时间较青年人明显延长，但应对大而快的扰动时，只有稳定性差的老年人才表现出启动延时。进一步通过对扰动时腓肠肌的姿势反应幅度和最大自主收缩幅度对比发现，在较小的扰动时，青年人和稳定性好的老年人都使用了相似的最大能力（约20%）进行姿势调控，但稳定性差的老年人明显要用更大的最大能力（約40%）进行抗扰动的姿势调控。当扰动速度增加到40 cm/s，稳定性好的老年人也表现出比青年人更明显的最大能力利用率。Sparto等[51]通过对70名有过跌倒经历的70～94岁的成年人和20名21～58岁的成年人进行了侧向迈步启动的实验对比研究，受试者判断屏幕中随机出现的箭头的指示方向（左或右），并按照指示方向快速启动行走，通过地面铺设的测力台获取启动过程中的力学特征参数。研究结果表明，在行走诱发启动过程中老年人起动腿存在1～2个控制调整策略，青年人在启动过程中仅使用1个控制调整策略，并指出启动时出现2次调整策略的老年人与过去1年内有过跌倒显著相关。此外，较长的启动离地时间与跌倒也高度相关。老年人侧向运动控制能力较弱，是引发老年人转身跌倒的主要隐患[52]。王少君[53]的研究表明，老年人静态姿势控制能力出现明显下降，特别是姿势控制难度增加时，侧向稳定性变化更为最佳判别。在突发足底水平侧向干扰时，老年人依然表现出更差的动态姿势稳定性。规律性的体育锻炼可以改善老年人静态、动态姿势控制能力，但不同的锻炼方式的锻炼效果不尽相同。

由上可见，肌力对人体姿势控制的影响主要是肌张力大小或僵硬度，但同时又受神经支配功能的影响，这与抵抗肌肉被拉长激活的牵张反射有关，在多数的临床文献中，都强调姿势张力为动态活动中支撑身体抵抗重力的主要机制，但静态站立姿势控制中，许多肌肉都有张力活动，只是全身肌肉的张力性活动保持身体在垂直方向上被限制在很窄的范围内，目前对于牵张反射在动态和静态姿势保持中的反馈作用的差异性尚缺乏深入研究。

2.2 姿势控制中感觉功能与跌倒

感觉系统的功能改变对姿势控制和平衡能力会造成严重的影响，进而会增大老年人的跌倒风险。其中视觉、躯体感觉、前庭觉和本体感觉是影响平衡能力的重要因素[54]。由于衰老或某些神经病变会造成感觉系统出现功能障碍[55]。研究发现许多老年人下肢（腿部、足部）的振动阈值提高，踝关节的振动反应迟钝，触摸阈值随着衰老而减退，主要原因是衰老影响了麦氏小体和环层小体的数量和质量，同时老年人神经纤维支配的感受器功能降低30%[56]。当在完成日常生活活动（ADLs）时，老年人来回走动，必须要避开障碍物，比如家具、地上的杂物、不平的道路等，当躲避这些障碍物时，老年人必须要通过视觉、本体感觉及前庭觉的综合判断，迅速改变步态模式跨过或绕过障碍[57]。可用的反应时间只有从察觉障碍到与障碍物相撞，在这短暂的时间内，神经中枢系统必须把通过视觉获取的障碍物的位置及特征，连同自身运动速度和身体位置进行综合信息反馈给大脑，通过效应器指挥相关环节的肌肉收缩，控制肢体修正当前的活动模式，完成对障碍物的躲避。Reed-Jones等[58]针对提升老年人的视觉判断能力、灵敏性、本体感觉及前庭功能等综合能力为基础，制定了一套预防老年人跌倒的穿越障碍练习方案，49名65岁以上的老年人经过12周的训练，躲避障碍的功能提升22%。

前庭系统的一个功能是其他系统（视觉和躯体感觉）对比与校正的绝对参照系统[59]。老年人前庭系统功能障碍表现为平衡能力下降、眩晕等。前庭系统随着老年人年龄增加会出现功能减退，到70岁时，有40%的前庭毛细胞和神经细胞丢失[60]。前庭系统在视觉和躯体感觉系统发生冲突时对平衡的控制显得尤为重要。有前庭损伤的老年人，在有视觉和躯体感觉冲突的情况下，会出现眩晕和稳定性下降的现象。眩晕是一个用于描述运动错觉的术语，它包括不稳和不平衡的感觉，即衰弱的或头重脚轻的感觉[5]295。许多疾病都可以造成眩晕的症状，包括内耳疾病。老年人前庭系统内耳石的退化，可能会导致老年人位置性眩晕和步行时不平衡的现象。许多研究证实当姿势控制的感觉信息严重减少时，一些老年人比年轻人更难维持平衡，如闭眼（视觉信息阻断），站在泡沫板等软的支持面上（部分躯体感觉阻断）。Horak等[61]通过对有跌倒史和无跌倒史的老年人结合年轻人对照组进行了感觉信息改变的适应能力实验研究发现，超过20%的老年人（含跌倒和非跌倒）在平衡的视觉信息错误时都失去了平衡，而年轻人（20～39岁）没有失去平衡。40%的无跌倒史的老年人在提供视觉和躯体感觉信息都不正确的报告时身体摇摆失去平衡，在任何涉及摇摆的情况下，躯体感觉提示错误的条件下，有跌倒史的老年人都表现出更差的姿势控制能力。Woollacott等[62]的研究发现，当姿势控制的视觉和躯体感觉输入都减少时，50%的老年人都失去了平衡，但大多数老年人在第2次尝试同样的条件下就可以保持平衡，说明他们可以适应姿势控制的感觉，但只有在同样条件下进行练习后才能够产生。Pai等[63]在一项老年人从坐到站立活动的预备性和反应性姿势控制的关系研究中发现，在老年人从椅子上站起时突然向前推他们，在重复尝试后，老年人出现了适应性调整（即预备性姿势控制），以增加他们的稳定性，可见，老年人可通过设定COM稳定性的内在表现来改善稳定性的预备控制能力。

总之，神经中枢系统在完成身体在空间位置的姿势控制之前，必须整合来自全身感受器的信息，一般认为，视觉、本体感觉、前庭系统的周围输入等在重力和环境方面可用于检测身体的空间位置和运动感觉，每种感觉可为CNS提供与身体位置和运动相关的信息，从而为姿势控制提供不同的参考框架。目前的研究中，有关视觉、本体感觉和前庭系统在完成姿势控制中量化研究明显不足，这可能是今后探索感觉系统对姿势控制影响的重要研究内容之一。

2.3 姿势控制中的认知功能与跌倒

认知功能是指人脑加工、储存、提取信息的能力[64]。它是成功完成一切身体活动的基础。大量研究表明， 随着年龄增长老年人的认知能力逐渐出现衰退。认知功能衰退是指人脑加工、储存和提取信息的能力下降现象[65]。表现在学习记忆力降低、认知加工速度减慢、执行功能下降及语言表达能力减退。认知控制是指个体在完成复杂的认知任务时， 对各种基本认知过程进行协调和控制的过程，包含工作记忆的提取协调、任务切换、对自动化提取的抑制、提取策略的不断更新、注意的控制和选择等多个子成分[66]。

老年人认知功能衰退导致认知控制能力下降，在面临多任务的行动中，由于任务切换造成信息提取及注意力控制分散从而导致姿势控制能力降低，行动中的平衡稳定性下降，容易导致跌倒[67-68] 。Gay[69]提出了认知-姿势控制干扰的概念，即大脑在执行认知和姿势控制时，2个任务会产生相互影响，或影响认知过程的执行，或影响姿势控制稳定性。盡管姿势控制的方向和平衡过程包含了身体多环节的复杂神经控制过程，但姿势控制系统却经常被人们忽略，因为姿势控制的过程通常被认为是一种无意识的自动控制，几乎不需要注意的参与[70]。只有当人们的神经系统或骨骼肌肉系统出现损伤或病变，开始产生眩晕与空间方向感紊乱，才会存在平衡和姿势的调整问题；但Woollacott等[71]的研究表明，姿势控制有明显的注意需求，这些需求根据姿势任务、个体年龄和个体平衡能力而有所不同。研究注意和姿势控制相关影响的典型方法就是双任务模式，即同时执行姿势任务和继发任务（干扰）。

完成困难的平衡任务时受空间（视觉）记忆而非语言记忆任务影响，因为姿势控制被认为包括了视觉（空间）处理过程。Ebersbach等[72]特别研究了老年人步态控制与伴随发生的继发任务之间的关系，表明以手指叩击为继发任务导致跨步时间明显减少，当行走时完成较小的动作和简单记忆任务时，双腿的支撑时间明显受到影响，但年轻人在双任务的状态下步态参数的变化是很小的。Kang等[73]通过测试了717名社区老年人（年龄77.9±3.5岁）的30 s站立过程中COP的变化，并且站立中进行数字减法运算作为继发任务。结果表明，双任务对身体虚弱的老年人影响较大，对身体相对健康的老年人几乎没有影响。Southard等[74]推出了一套新的双任务测试方法，即多任务测试（MTT），并且把此方法与Berg平衡量表（BBS）进行了对照研究，目的是消除BBS在测试身体功能能力较强的老年人时所出现的“天花板效应”。22名受试者（年龄78.7±6.9岁）同时进行了MTT和BBS测试，结果表明，MTT与BBS得分高度相关，可见，MTT更适合区分身体功能较强的老年人的跌倒风险。通过声觉刺激作为继发性第2项干扰任务，发现注意力会被分散。Zimmer[13]要求老年人（平均年龄73岁）和青年人（平均年龄24岁）在走路时听到一种“低声调”的声音后，要尽快做出反应并低声说“soft”，当听到一种“高声调”的声音后，要尽快做出反应并大声说“loud”。经过测试发现，老年人走路时在听觉任务的反应时间上明显比年轻人要慢，提示老年人在同时有效完成2个任务时存在困难。

认知能力对老年人的行动会产生较大的影响，这种影响已经非常普遍，这不仅发生在有跌倒风险的老年人身上，这种现象随着年龄增长属于一种不可避免的状态。Lindenberger等[75]对不同年龄段（年轻人、中年人、老年人）的受试者进行了一项双任务测试，让受试者在狭窄且路口复杂的小路上或站、或坐、或行走，并同时记忆单词表。实验结果表明，与坐、站相比，行走时记忆的准确性明显降低，与单独行走相比，执行双任务时步行的速度与准确性大大降低。40～50岁人群执行双任务时的记忆力和行走速度也出现降低，60～70岁的老年人除了步行速度下降外，行走的准确性下降明显。研究者认为许多双任务对行动的影响研究显示，认知能力对人体活动的影响与年龄密切相关，这是一种更为一般的老龄化现象，称之为“行为和认知的年龄相关现象”。这种观点认为对于身体衰弱、功能缺陷及整体感觉障碍的人群需要更多的认知控制和监督。

可見，有关注意力分散或双任务对姿势控制的影响研究非常普遍，但青年人和老年人的认知能力对姿势控制影响的神经肌肉力学机制对比研究相对较少，有待进一步深入研究。

3 展望

综上所述，随着老龄化加剧，各国对老年人跌倒问题的关注度普遍升高，对老年人的跌倒研究越来越受到各国学者的重视，我国对老年人跌倒问题研究起步较晚，研究的深度和广度与其他国家（地区）还有一定差距；但我国老年人口将会出现大幅增长，人口老龄化会越来越严重，老年人跌倒防控将是一个非常严峻的问题。目前，各国对老年人跌倒风险的预测及评价仍然存在较多问题。跌倒与老年人体平衡及步态的姿势控制能力密切相关，影响老年人跌倒的因素也是多方面的，跌倒的原因与身体内在的退行性改变有关，也与外部生活环境有关，跌倒风险评估的方法也是多种多样的，但不同方法在跌倒风险评估中的一致性有待进一步研究。目前，对高跌倒风险人群的静态和动态姿势控制能力的运动学、动力学及肌电图学的综合研究相对不足，对跌倒风险老年人站立或行走姿势控制原理研究较少。对老年人跌倒风险评估缺乏系统的研究，针对高跌倒风险人群的运动干预策略研究还需进一步加强。结合姿势控制理论对老年人跌倒风险进行综合预测与评估方面的探索研究将是老年人跌倒防控的研究重点。

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