滑倒行为与防滑拖鞋安全性能研究

成松涛，靳宇，杨海峰

（江苏省纺织产品质量监督检验研究院，江苏 南京210000）

前言

跌倒是威胁人类健康甚至生命安全的一个重要诱因。跌倒会引起肢体损伤、活动能力降低，进而影响自理能力和社交能力的下降，严重威胁着老年人的身心健康和晚年生活，同时也增加了家庭与社会负担。在我国，每年有4000 多万老年人发生跌倒，65 岁以上的老年人跌倒死亡率男性为49.56/10 万，女性为52.80/10 万[1]。我国已经进入老龄化社会，2021 年发布的第七次全国人口普查公报（第五号）显示，65 岁及以上老年人已达1.9亿以上[2]，若按照30%的跌倒发生率估算，每年将有5700多万老年人发生1 次跌倒。滑动跌倒在跌倒案例中的占比最大(约占到43%的跌倒案例)[3]。因此，寻找滑动跌倒的发生和预防机制成为生物力学和运动医学方面研究亟待解决的重点和热点问题。

1 滑倒行为基本分析

人滑倒的行为本质可以描述为：人行走或奔跑过程中，鞋与地面向后方向蹬产生摩擦力，而地面提供足够向前方向的反作用动力，下肢带动上肢行进；若鞋与地面的摩擦力改变，从而导致反作用力不足以提供向前行进的动力，鞋与地面形成相对滑移，身体就会做出或来不及做出应急平衡反应。肢体的摆动、滑动腿的应急补偿力以及反应时间等因素参与身体的动态平衡再调整过程，若稳定性调整失败，则造成人体前、后、侧向的滑倒行为。滑动行为体系中，涉及人、地面环境、鞋三个主体和相关影响因素，见图1。

2 滑倒的不同行为生物力学研究

人的平衡控制[4]是一种复杂的多系统协调机制，维持人体平衡的因素主要有正确的前庭感觉、本体感觉及视觉信息的输入，大脑的整合作用及其神经支配，骨骼肌系统产生的适宜运动以及正常的肌张力。

国外较早开始提出和研究人行走滑动的动态平衡理论体系。Pai Y C 等人构建动态稳定性体系[5-6]，研究了人体在向后滑倒时平衡调节生物力学表现，身体动态稳定性为负值和支撑力不足是滑倒的决定因素。人从坐到站的姿态转换过程中，若突然遭遇身体向后滑倒的情况，会通过向后迈出恢复步来抵抗向后滑倒的趋势。增加恢复步的步幅，可以通过增加支撑面积以及更充足的时间来调整身体平衡，研究同时发现有力摆动手臂对恢复平衡也很重要。李旭龙等人[7]从生物力学角度入手，通过三维测力和肌电测试，采集从坐到站过程滑动跌倒平衡支撑的系列数据，研究表明向后滑倒时胫骨前肌、竖脊肌和三角肌的积分肌电变化较正常状态有非常显著的升高，同时踝关节的力量和本体感觉与平衡调整时间相关性较大。杨建坤等人利用步态分析系统研究了人体背部负重对坡道行走步态的影响[8]，受试者在负重后会自动调节步态参数，从而降低所需最大摩擦因数，减小滑倒的危险。无论上坡还是下坡，受试者个体之间的差异一直十分明显，由于个人行走习惯和肌肉强度等生理因素不同，对于不同的人来说即使处在相同的环境和负重之下，他们所面临的滑倒危险也是截然不同的。

一般会有这样的基本认识，在下雨天等情况下人们会通过减少步幅来降低滑倒的可能性，这一结果也在Cham R 等人研究结论中[3]得到了印证：在湿滑路面情况下，人们往往通过调整步态降低所需最大摩擦因数减少滑倒的危险。为了研究人体在真实滑倒过程中的平衡调节机制，国内外很多研究都采用了情景模拟的方法，通过模拟真实的滑倒环境，使用动态滑轨实现滑倒的外部干扰来进行试验。纪仲秋[9]等人通过高速摄像机和表面肌电测试研究人在滑轨上的生物力学表现，从坐到站及人体行走的过程中，地面反作用力、压力中心移动范围的值相比无干扰状态下显著增加，人体需要发更大的力以及更多的身体移动来维持平衡。在突然滑动和疲劳后突然滑动的外部干扰状态下，人体在左右方向的晃动明显增加，与受力情况相符合，有较大的跌倒风险，疲劳时平衡调节能力减弱。同时印证了，跌倒的防治与人体的平衡能力密切相关，人体平衡能力的提高可以有效预防跌倒的发生，如增加肌肉力量、增大关节的灵活程度以做出平衡的调节等。多次的滑动训练作为防止跌倒的训练方式，可以提高平衡能力，对于老年人跌倒的评估有一定的意义。Yang F 等人[10]采用在步态滑道行走和在坐立滑道上从坐到站立两种行为生物力学表现来分析人体的稳定性和下肢支撑作用，当滑行诱导的身体稳定性差且下肢支撑不足时，滑倒几乎就不可避免。

武明等人在2002 年发表的文章[11]中研究了人体跖趾关节弯曲对行走步态特征的影响，人体其它关节会有相应的运动来补偿跖趾关节受约束后的协调行走，但各个关节对协调运动的贡献大小是不同的，运动补偿主要发生在踝关节和膝关节，同时上躯干也加入到补偿之中。武明等人在2003 年[12]又研究了人体站立受扰平衡策略，人体受扰后会采取身体的摆动、单跨步、多跨步等模式来对抗不同的扰动强度，人体站立受扰平衡是多关节协调运动参与平衡恢复。在平衡恢复过程中跖趾关节和髋关节对平衡恢复起主要作用是不可忽视的。

3 滑倒预防

3.1 鞋防滑

鞋类安全性能对防滑摔倒具有重要的作用,目前国标产品标准中对于滑板鞋、轻型登山鞋和雪地靴等产品均设立防滑性能技术规定。防滑性能测试数据越低,意味着对人身滑倒具有更大的风险,尤其是在的湿滑的地面上更易引起滑跌事故。

R.Mohan 等人[13]利用三氯异氰酸-丁酮溶液对热塑性橡胶鞋底表面涂刷，使其形成一层均匀的涂层，测试表明利用卤化改性引入氯化基团和氧化基团可以明显增加材料的极性、表面能以及表面粗糙度均，材料的摩擦系数显著增大，从而改善橡胶鞋底的防滑性能。鞋与摩擦界面间的摩擦系数（COF）是表征防滑性能的常用指标，Li Kai Way 等人利用鞋底花纹深度、沟槽宽度及花纹方向等影响因素对COF 的影响进行了较为系统的研究[14-16]。结果表明花纹越深，在湿态路面以及有洗涤剂路面上摩擦力越大，花纹深度每增加1 mm，平均COF 值增加0.018 到0.108。鞋底9 mm 宽的花纹沟槽比3 mm 宽的花纹沟槽COF 值要高。相较于其他方向来说，平行于滑行方向的花纹沟槽作用不大。英国SATRA 公司的研究人员利用生物力学特征，真实模拟人在正常行走过程中发生滑倒设计并研发了SATRA STM603 鞋类动态防滑试验机，其测试方法SATRA TM144 已被鞋类产业广泛接受，还形成了后来欧洲标准EN ISO 13287 的基础。测试人员利用此机台方法对大约500 种不同款式的男女式鞋测试并收集数据并通过其鞋底花纹特征分析，提出了具有指导意义的防滑鞋底花纹设计方案[17]。彭文利等人[18]研究温度和材料对鞋底止滑性能的影响，用作寒冷地区冰雪路面上的防滑鞋的鞋底宜作选用橡胶和TPR 材料。

3.2 地面防滑

美国材料测试学会（ASTM）提出的地面安全性标准ANSI A 1264.2 中规定，干态地面材料静摩擦系数应当在0.5 以上[19]。我国在2014 年也发布了《建筑地面工程防滑技术规程》[20]，对建筑地面工程按照潮湿地面和干态地面的分类和施工要求，并分别规定了相关防滑等级技术要求。特别强调，老人、儿童、残疾人聚集的活动场所，应相应提高防滑等级。建筑地面防滑工程中整体现浇面层通过面层拉毛、压痕、刻痕或嵌贴防滑条等措施或使用地面防滑涂料增加表面粗糙度，板块铺贴面层中选用防滑地砖、石材等措施，室内装修选用防滑木地板、大理石砖等措施，浴室增加防滑垫和安全扶手或拉环，楼梯边沿增加防滑条等措施。

3.3 防滑倒扰动性训练

防滑倒的扰动训练是以运动控制与学习的原理为基础，并以重复滑动训练产生的适应性和长期的记忆保持为背景的。其主要包括步行滑板训练和从坐到站滑动训练。Pai Y C 和Bhatt T等人在防滑倒的训练干预方面进行了系统性的研究[21-22]，通过受试者观察视频和幻灯片演示，相较于完全未知的受试者来说具有具有更好的滑后稳定性和更小的滑动速度与位移，但数据统计分析结果并不乐观，通过提前观察了解风险做好滑倒预判并不必然降低防滑风险，而受试者经过滑步训练后才能具有更好的步态稳定性。因此，仅仅通过观察训练是不能够完全取代运动训练的。Cole 等[23]研究了不同速度的步态训练对帕金森患者步态稳定性的影响，指出降低帕金森病人跌倒风险的训练应是步态训练与其他物理治疗相结合。WANG H H 等人[24]通过单足支撑和双足支撑来评价平衡能力，提出增加肌肉力量对身体姿势控制有着重要的意义。

4 结束语

收集更多的滑倒的案例和损伤状况数据，对于全社会更多关注和研究滑倒风险有积极意义，尤其是在老年人这个特殊易发群体中，进而可以吸引更多的医学、运动学、建材学等专业人员来进行滑倒风险的针对性干预。对于滑倒的有效干预，除了要加强鞋类安全性能的研发，还必须增加对老年群体健康护理方面的投入，动员全社会的力量助力老年人健康晚年生活，减少家庭照顾压力，营造一个真正的老有所助、老有所依、老有所乐的温暖社会环境。