运动干预老年人跌倒的生物力学机制*

任喜平

运动干预老年人跌倒的生物力学机制*

任喜平

（浙江师范大学体育与健康科学学院，浙江 金华 321004）

肌肉力量衰退、平衡控制能力下降是老年人跌倒最重要的内在生物力学成因。运动可以改善老年人的力量和平衡，对这些跌倒风险关键因素的影响的研究，表明运动具有预防跌倒的功能。进一步提出，围绕生物力学机制制定的运动干预方案需要根据老年人个体特点慎重规划运动方式、强度、频率、持续时间。

肌力；平衡能力；运动干预

1 跌倒现象

跌倒的议题存在已久，定义界定因各种运用及目的而有所差异[5、16、21、22、29]。一项共识声明将跌倒定义为“患者突发、不自主、非故意的体位改变而倒在地面或比初始位置更低的平面上的事件”[12]。

跌倒是威胁老年人健康生活的危险因素之一[21、28]，在老年人中位列首位。据报道，我国65岁以上的老年人中，男性大约有21%～23%有跌倒史，女性则高达43%～44%；全世界每年至少有2000万老年人发生2500万次跌倒[24]。数据显示，2014年一年内，美国65岁以上老人大约27,000人因为髋部骨折而接受治疗，大约280万因跌倒导致活动受限或医院就诊，每20分钟均有老人因为跌倒而死亡[1]。美国疾病预防与控制中心（CDC）预计按照目前这种进程发展，到今年美国老人因为跌倒而发生的直接医疗费用和社会代价将超过600亿美金[18]。我国的调研也发现，随着年龄增加，65岁以上老年人跌倒率上升迅猛，部分地区为6%～30%[25、26]。跌倒会导致老年人功能急剧减退，独立生活能力下降，甚至有较为严重的死亡危险。

老年人跌倒现象已经成为全社会广受关注的公共健康危机问题，在“健康中国2030”规划中被重点关注。美国老龄化委员会于2008年举办第一届国家预防跌倒灾害日并将其作为Falls Free®计划的一部分，目标是：形成国家合力，提供信息，防止老年人跌倒[19]。在西方发达国家，已经在预防老年人跌倒方面进行了多元化的积极干预，大大降低了老年人的跌倒发生率。CDC认为运动可以提供改善老年人预防跌倒的干预措施[3]。可以认为，老年人跌倒的发生并不是一种意外，而是存在潜在的危险因素，具有可控可防措施。因此，梳理运动对预防跌倒发生的理论体系尤为重要。运动干预具有其内在生物力学机制，主要通过改善人体内在机能减少跌倒的发生概率。

2 与跌倒相关的两个重要概念

“平衡”和“稳定”是两个常见的相似名词，但其意义并不相同。平衡是指一连串的动作在不受外力或是外力总和为零时，系统所保持其运动状态不变；而稳定是指出维持同一姿势的能力，或称之为阻止破坏平衡的能力。当人体处于某一固定环境或是特定姿势、动作时，所展现平衡的维持能力[9]。

就力学观点而言，采用以下方式可增加身体稳定度：（1）增加身体质量：欲推动大小相同、重心高度相同但质量不同的物体时，质量较大的物体，须花费更大的力量才能推动。因此，物体的质量越大，其稳定度就会大；（2）增加转动惯量：转动惯量较大的物体更不容易产生转动角运动现象；（3）降低重心高度：重心越高，越容易被推倒；（4）增加支撑区域：支撑区域是指支撑面所接触到的部分的边缘连线所构成的区域。假如支撑区域较窄，站立时会更加不稳定，相反，则更加稳定；（5）增加身体与接触面的摩擦力：增加身体与接触面的摩擦力，可增加身体稳定度；（6）改变重心水平位置：当受到外力作用时，双脚支撑区域面积相同时，人体重心位置在中间会比重心位置偏向外力方向时较不稳定[9、10]。

静态平衡，指人体维持某一固定动作的能力；而保持运动中的姿势或从不平衡中恢复到平衡的能力则称之为动态平衡，即人体在不受任何外力干扰下，维持一定的轨迹或旋转轴上的运动。“重心”往往被视为某一物体或系统维持平衡的点。从力矩的概念可知，若重心的垂直投影点落到支点的外面时，会形成力矩现象，使得物体产生角运动，物体的重心便会朝某一方向落下[9]。因此，从生物力学角度探讨动作平衡现象的研究中常以重心为代表支点的支撑底面积或足底压力中心的相互关系作为评判标准。静态平衡能力便可视为静态动作中维持重心投影点在支撑底面积内或使其与足底压力中心的偏移量越小的能力，人体在静态平衡的维持上通常会因重心位移的大小藉由躯干与下肢肌肉活动使用不同的平衡策略来维持重心在支撑底面积内[10]。人体由多个单一肢段所组成，运动过程中身体各肢段在空间中的位置不断改变，在例如步行、上下楼梯、跨越障碍时，支撑底面积与人体重心均会同时移动，且在动作过程中的单脚支撑期重心并不会维持在支撑底面积内[10]，因此，在不稳定的状态下维持身体的平衡是避免跌倒的要素，身体重心与支撑腿压力中心的交互作用，对动态平衡下的稳定具有重要影响[14]。

人体姿势的稳定性主要利用感觉、运动与中枢神经系统组成的协同与交互作用来维持。身体感觉系统包含视觉、内耳前庭器、本体感觉、触觉和震动觉，可提供重心相对于支撑面相关位置与作用的信息；运动系统主要为肌肉骨骼系统，提供自主动作与重心位置变化的关系，并启动个体改变与修正肢体位置，以使重心重回稳定位置以维持个体平衡；中枢神经系统则是整合与协同肢体动作、肌肉收缩及平衡策略，以维持身体姿势平衡控制的协调与稳定性。

3 运动干预机制

运动有多种类型，例如力量、平衡、协调练习及有氧运动，干预计划通常包括一种或多种类型。欧洲预防跌倒计划（Pro-FaNE）开发了一种分类法，将运动类型分为：（1）步态、平衡和功能（任务）训练；（2）力量/阻力训练（包括功率）；（3）灵活性训练；（4）三维立体训练（例如太极拳、气功、舞蹈）；（5）一般身体活动；（6）耐力训练以及其他类型的训练。此分类法允许在某项锻炼计划中实施多于一种类型的运动。锻炼计划可以由不同的人实施，例如物理治疗师、运动防护师、训练有素的志愿者等，计划实施过程中可以有监督，也有可以无监督，亦或是两者交叉。

研究表明，运动干预措施可以减少老年人跌倒引起骨折的危险因素，通过运动干预来改善平衡能力、下肢肌力、柔韧性、反应速度、常速行走的步长、步频、步速，进而来预防跌倒[2、6、13、23、27]。目前关于老年人运动能力的研究，从数量上来看在逐渐增加，也取得了大量的研究成果。一项Cochrane综述[8]发现，运动作为单项干预，可预防跌倒，并且是最常见的单次跌倒预防干预措施。随机试验伴随的效益评估发现，绝大多数老年人骨折都涉及到跌倒，运动干预是一种具有成本效益的防摔策略。

伴随着年龄的增长和活动减少，身体功能逐渐衰弱。肌肉力量和平衡控制是跌倒的最为强烈的风险因素。研究表明，腿部伸肌力量较差的人在家中跌倒的可能性比强壮的同龄人高出43％。步态有问题的人比常人跌倒风险高出两倍[20]；Berg平衡量表，站立—走测试，五次坐到站测试均可以有效识别跌倒高风险的个体[17]。一则包含108项运动干预实验（涉及全球25个国家、23047名参与者）的系统综述[4]表明，有效的锻炼计划可以减少跌倒，主要包括平衡和功能锻炼（高度相关性证据），最常见的是平衡和附加阻力的功能锻炼（中度相关性证据）。太极拳减少了跌倒的人数（高相关性）并可能降低跌倒率（低相关性）。大部分锻炼干预计划的持续时间为12周或以上，近三分之一持续一年或更长时间。在基于团队的环境中或个体基础上进行运动干预是有效的。成功防跌倒锻炼计划的最佳特征尚不清楚，但基于多重因素的计划（同时兼顾力量和平衡）[8]以及包括平衡训练的计划被证明特别有效[15]。因此，解决这些障碍的练习可能会降低跌倒的风险。

运动可以改善老年人的力量[13]和平衡[11]，通过对这些关键跌倒风险因素的影响，表明运动可能具有预防跌倒的效果。

4 运动干预原则

围绕“肌力”和 “平衡”两大影响跌倒的内在生物力学因子，老年人的运动干预需遵循以下原则：

运动方式：老年人的运动介入原则以温和为主，由轻度运动强度开始，渐进式地加强至中等运动强度。运动方式以动态、间歇性的项目为主，因此，等张、等速运动较等长运动对老年人而言更为合适。

运动频率及持续时间：每周3次及以上，每次累积30分钟。根据老年人体能状况，也可以10分钟为单位分阶段进行，并在同一天累积。若真正达到预防跌倒的效果，干预周期以2年以上为佳[7]。

运动强度：通常以最大摄氧量的60-85%或55-90%最大心率的运动强度最为适当。

注意事项：每次运动前首先要进行5-10分钟的热身运动，避免发生肌腱拉伤等情形。运动后则需要至少5分钟的恢复性运动，减少低血压、头晕的现象，避免乳酸堆积造成的肌肉酸痛，并降低肾上腺素上升后的危险。如有专门人员教导老年人运动时，口令需简洁易懂，易学易做，以团队练习方式为佳。

5 结语

过去的研究提高了人们对易患跌倒的常见危险因素的理解，并为预防跌倒提供了重要见解。从生物力学角度而言，特定肌肉力量和平衡训练是核心。

运动量减少是导致肌肉萎缩的直接原因。为了避免肌肉萎缩所造成的持续问题，老年人应保持规律运动习惯。跌倒主要由于下肢肌力不足造成，藉由渐进式的阻力训练来训练下肢承重肌肉群，可增进肌力、肌耐力、减少骨质流失而预防跌倒。老年人接受肌力训练时应该处于舒适而且能产生最大机械效应的姿势下进行，训练时主要肌群、协同肌群应与拮抗肌群一同平衡地练习,不应限于练习单一肌群。

随着年龄增长，视力退化、本体感觉差加上肌肉收缩速度下降，使得平衡能力降低，以至于出现跌倒的现象。为了减少失衡所造成的影响，平衡训练对于老年人而言不可或缺。

不同的锻炼方法在身体能耗、“愉悦性”以及对身体机能的影响各有优劣，这些优缺点因个体和环境而有所不同。运动干预方案在实施前需仔细规划，以减少可能发生的风险。

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On the Inherent Biomechanical Mechanism of Exercise Intervention in Elderly Falls

REN Xiping

(Zhejiang Normal University, Jinhua 321004, Zhejiang, China)

浙江省教育厅科研项目（Y201636163）。

任喜平(1982—)，硕士，讲师，研究方向：运动健康促进。