坐姿振动训练改善高龄老年人下肢肌肉力量和平(5)

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0 引言 Introduction中国人口老龄化快速发展以及“421家庭模式”(4个老人、1对独生子女和1个孩子)的普遍出现使养老问题日渐凸显，年轻人由于兼具工作和抚养任务使得他们在照顾老人方面有些力不从心[1-3]。在传统家庭养老模式无法满足老年人需求的条件下，一系列新型养老模式应运而生，并逐步成为占据主导地位和代表未来发展方向的养老模式[4]。新养老模式虽在一定程度上缓解了家庭养老的压力，但就当前中国此类养老模式的发展状况而言，老年人还处在“养”的状态，康复、医学护理和精神慰藉等项目由于人力成本较高导致开展较少[5]。对于选择机构或社区进行养老的老年人来说，需要一种安全便捷的锻炼方式来提高体力活动水平，缓解身体退行性改变进程，提高生活质量。从21世纪初发展至今，国内振动训练领域研究成果不断涌现[6-8]。近些年来，振动训练领域的研究深度在不断提高，振动训练对神经、肌肉、骨骼以及血管等产生的影响正在逐渐被阐明[9-10]。振动训练简便、省时、易操作的特点被认为是解决老年人锻炼时难选择、难坚持等问题的突破口。但是，由于振动训练对参数以及姿势要求较高，不恰当的训练方案可能会对老年人造成身体伤害，使老年人对振动训练产生消极态度。因此，试验拟确定坐姿振动训练对高龄老年人下肢肌肉力量、平衡和步行能力的影响，以期为在日间照料机构中开展振动训练提供依据。1 对象和方法 Subjects and 设计 随机对照试验 时间及地点 试验于2017年1至3月在上海市杨浦区某睦邻中心完成 对象 作者于上海市杨浦区某睦邻中心进行面对面宣传招募高龄老年受试者。纳入标准：①能够按要求完成训练任务；②能够自如移动、下肢关节活动不受限或轻度受限但不影响日常生活，行走稍无力；③得到参与者的书面知情同意。排除标准：①下肢有过骨折或严重关节变形；②患有严重心脑血管疾病(如心脏病)；③存在认知障碍(如老年痴呆)；④存在脊柱损伤。共有36名高龄老年人进入试验，其中男14人，女22人，平均年龄82.9岁。以随机数字表法将所有参与者分为试验组(n=20)和对照组(n=16)。受试者周一至周五早上9：00由专车接送至日间照料中心，下午16：00被送回家中。参与者在入组前对试验过程、试验注意事项以及受试者权益均充分了解。试验获得上海体育学院科学研究伦理委员会的批准，批准号。试验已于2016年2月29日在中国临床试验注册中心注册，注册号ChiCTR-INR- 材料 实验所用训练仪器为BODYGREEN全身垂直律动机，由台湾明根股份生产(FDA认证号FDA-0405-0044)，型号为LD102，振幅为3 mm，频率范围3-13 Hz。该设备产生的振动波类型为垂直方向上的同步振动。Win-Pod足底压力分析仪购自法国Medicapteurs公司 方法1.5.1 训练方案 试验为期12周。对照组：保持正常作息，不进行额外干预。试验组：5 min/组，每次练习重复2-4组，组间休息1 min，3次/周。振动方式是老年人坐在高度可调的椅子上，将双脚置于振动平台上，双手抓扶手以保证安全。振动设备的振幅(振幅范围：3-13 Hz)通常不会轻易发生改变，决定振动训练负荷和训练量的指标是振动频率和接振时间，试验主要通过改变振动频率和接振时间调整训练负荷和训练量，具体训练安排见表1。为了获得最佳的锻炼效果，试验组在第二、三阶段安排提踵练习，使肌肉收缩进而改变弹性特征，提踵方式为间歇提踵，即提踵1 min，无提踵只振动1 min，依次循环，提踵方式为静态提踵，即保持提踵状态。参考张帆等[11]的研究结果，振动训练中老年人膝关节屈膝角度在40°-60°之间，膝关节屈膝角度是指小腿延长线与大腿之间的夹角。试验期间由专门的工作人员记录训练时间和任务完成情况。试验过程中对照组保持正常作息，试验操作者通过及时沟通保证受试者身体活动量不发生明显变化。仅评估者对分组情况盲。表1 试验组老年人的坐姿振动训练方案Table 1 Vibration training program in sitting posture of the elderly in the trial group表注：时间安排是指将单次振动总时间分成2-4组，5 min/组，振动时间与振动频率相对应。以第1，2周的时间安排为例，5-5对应振动频率3-7.5 Hz，是指以3 Hz训练5 min后休息1min将频率提高至7.5 Hz再振动5 min。但其中第二、三阶段中的2，3组训练之间不安排休息。研究发现8 Hz垂直振动条件下小腿肌肉的激活程度能够达到最佳[12]。试验中选择的振动频率尽可能靠近8 Hz。每次训练第1组频率较低是为了给受试者适应的过程。训练时间 振动时间(min) 时间安排 振动频率(Hz)第一阶段第1，2周 10 5-5 3-7.5第3，4周 15 5-5-5 3-7.5第二阶段第5，6周 20 5-10-5 3-7.5-9第7，8周 20 5-10-5 3-7.5-9第三阶段第9，10周 20 5-10-5 3-9-10第11，12周 20 5-10-5 下肢肌肉力量评估 采用5次坐立试验评估老年人下肢肌肉力量[13]。受试者双手交叉置于胸前，坐在无扶手但有靠背的椅子上，背部尽量挺直并不接触靠背。当测试开始时，试验者要求受试者以尽可能快的速度站起然后坐下，此过程共进行5次。测试人员在受试者臀部离开椅子时开始计时，到受试者最后一次坐回椅子时终止计时。受试者在每2次测试中间应被给予一定 平衡能力评估 平衡能力使用Win-Pod平衡测试和强化Romberg测试(睁眼)进行评价[14-15]。Win-Pod平衡测试：分为睁眼和闭眼2个部分，每人每个部分的测试时间为30 s，采样频率设置为10 Hz。以Win-Pod足底压力分析仪进行检测。正式测试前，首先要对测力板各项参数进行校正并告知被测者测试内容和注意事项，在输入受试者个人信息(包括身高、体质量、出生年月和鞋码)后让其脱鞋袜站在测力板的指定区域，使足跟部位需紧贴测力板下方基准线。静态站立测试时，可使被测者双手自然垂于体侧，睁眼(或闭眼)平视前方并保持视野内无移动物体；测试动态下的足部压力变化时，则可根据具体实验要求进行灵活调整，如可以参照功能性伸展测试的测试动作，让被测者双手尽量向前伸。强化Romberg测试：受试者2只脚前后站立，足尖贴足跟使两只脚尽量在一条直线上，从受试者双手离开支撑物起开始计时，当受试者双脚出现移动或身体失稳时停止计时，测试人员使用计时设备记录受试者所 步行能力 使用起立-行走计时测试评价功能性移动能力[16]，采用10 m步行试验评价步行速度[17-18]。起立-行走计时测试：测试开始前，受试者身体靠于椅背(椅子坐高约为45 cm，其中扶手高度约为20 cm)并将双手置于扶手上，当测试开始时，受试者从椅子上站起并向前行走绕过标记物(位于椅子正前方3 m处)后返回到椅子前坐下并靠到椅背上。整个过程中，测试者需要记录被测者从离开椅背到再次回到椅背所用的时间，正式测试前可允许被测者练习1或2次以确定他们能够理解测试流程，完成有困难的被测者可使用拐杖或其他支持物进行辅助，测试过程中测试者尽量在被测者行走时在其旁边进行保护。10 m步行试验：测试开始时，被测者直接从其中一个标志物走到另外一个标志物，测试者手持秒表跟随被测者，在被测者前脚最接近10 m起点时开始计时，在前脚最接近10 m终点处停止计时，记录秒表显示 不良反应 记录各组的不良反应1.6 主要观察指标 ①根据Win-Pod身体重心描记图评估平衡功能的变化情况；②根据起立-行走计时测试、10 m步行测试评估移动能力的改变；③根据5次坐立成绩评估 统计学分析 使用SPSS 22.0软件包(IBM公司)对实验数据进行统计学处理，数据以x_±s表示，组间和组内比较分别使用独立样本t检验及配对样本t检验，P＜ 0.05为差异有显著性意义。2 结果 参与者数量分析 试验流程见图1。参与者基本信息见表2，试验过程中未有受试者脱落。图1 患者分组流程图Figure 1 Trail flow chart表2 受试者基本信息Table 2 Baseline data of subjects项目 试验组(n=20) 对照组(n=16)年龄(x_±s) 81. 84.性别(男/女，n) 9/11 6/10身高(x_±s，cm) 156. 162.体质量(x_±s，kg) 60. 56. 下肢肌肉力量 5次坐立试验结果显示，试验组训练后完成5次坐立的时间较训练前小幅下降(P＞ 0.05)，对照组训练后完成5次坐立的时间较训练前有小幅提升(P＞0.05)，但2组训练前后完成5次坐立的时间接近(P＞ 0.05)，见图2。图2 坐姿振动训练对高龄老年人5次坐立试验结果的影响Figure 2 Effect of vibration training in sitting posture on five times sit to stand test in older adults图注：2组训练干预前后完成5次坐立的时间接?平衡能力2.3.1 Win-Pod平衡测试 Win-Pod平衡测试中睁眼时，试验组训练前后重心摆动轨迹长度、外周面积和Y轴偏移量差异有显著性意义(P＜ 0.05)；在其余指标中没有明显变化(P＞ 0.05)。与对照组相比，试验组训练后重心摆动轨迹长、外周面积、重心摆动速度、Y轴摆动速度和Y轴偏移量下降，但差异无显著性意义(P＞ 0.05)，见表3。表3 坐姿振动训练对高龄老年人Win-Pod平衡测试结果的影响Table 3 Effect of vibration training in sitting posture on Win-Pod balance test in older adults表注：aP＜ 0.05。组别 项目 训练前 训练后 增率(%)睁眼试验组 重心摆动轨迹长(mm) 334. 312. -6.60a外周面积(mm2) 241. 219. -8.76a重心摆动速度(mm/s) 11. 10. -6.72 X轴摆动速度(mm/s) 7. 6. -5.54 Y轴摆动速度(mm/s) 8. 7. -9.23 X轴偏移量(mm) 4. 4. -6.42 Y轴偏移量(mm) 5. 4. -11.20a对照组 重心摆动轨迹长(mm) 347. 354. 2.11外周面积(mm2) 223. 223. 0.06重心摆动速度(mm/s) 12. 12. 2.89 X轴摆动速度(mm/s) 8. 8. -4.94 Y轴摆动速度(mm/s) 8. 9. 5.33 X轴偏移量(mm) 4. 4. -1.13 Y轴偏移量(mm) 4. 5. 5.79闭眼试验组 重心摆动轨迹长(mm) 362. 339. -6.32a外周面积(mm2) 238. 225. -5.27重心摆动速度(mm/s) 11. 10. -3.46 X轴摆动速度(mm/s) 7. 7. -2.82 Y轴摆动速度(mm/s) 8. 7. -4.04 X轴偏移量(mm) 5. 4. -5.59 Y轴偏移量(mm) 5. 4. -12.98a对照组 重心摆动轨迹长(mm) 361. 370. 2.53外周面积(mm2) 234. 238. 1.81重心摆动速度(mm/s) 11. 12. 0.75 X轴摆动速度(mm/s) 8. 8. 3.25 Y轴摆动速度(mm/s) 8. 8. 4.71 X轴偏移量(mm) 4. 4. 2.88 Y轴偏移量(mm) 4. 5. 4.75而在Win-Pod平衡测试闭眼分析中，训练后试验组重心摆动轨迹长和Y轴偏移量明显下降(P＜ 0.05)，其余指标变化差异无显著性意义(P＞ 0.05)。对照组每项指标在训练后都有增长，其中Y轴偏移量变化幅度最大，达到了4.75%，但差异无显著性意义(P＞ 0.05)；其次是Y轴摆动速度、X轴摆动速度，在其余4项指标上对照组干预前后变化幅度较小，差异无显著性意义(P＞ 0.05) 强化Romberg测试 试验组训练后测试成绩有小幅度提升，提升比率为3.74%；对照组训练后测试成绩有小幅下降，下降比率为5.77%。2组训练前后差异无显著性意义(P＞ 0.05)，见图3。图3 坐姿振动训练对高龄老年人强化Romberg测试结果的影响Figure 3 Effect of vibration training in sitting posture on intensive Romberg test in older adults图注：2组训练干预前后强化Romberg测试结果接?步行能力 2组训练前后起立-行走计时测试成绩分别有小幅下降(8.43%)和小幅提升(3.18%)(P＞ 0.05)；10 m步行试验中，试验组干预后成绩下降比率为1.62%；而对照组干预后成绩提高了1.24%(P＞ 0.05)，见图4。图4 坐姿振动训练对高龄老年人步行能力的影响Figure 4 Effect of vibration training in sitting posture on walking ability in older adults图注：图中A为起立-行走计时测试，B为10 m步行试验。2组训练干预前后起立-行走计时测试以及10 m步行试验的结果接?不良反应 干预期间，高龄老年人对坐姿振动训练适应性较好，无头晕等不良反应出现。3 讨论 坐姿振动训练对老年人下肢肌肉力量的影响 站姿状态下全身振动训练提升老年人肌力的效果已有较多研究进行验证[19-23]。但由于目前采用坐姿振动训练的研究相对较少，此次试验结果缺乏参考和比较。由于条件限制，作者未对肌纤维收缩状态进行评估。从生理学角度来看，受试者下肢肌力的提高可能建立在神经-肌肉系统反应速度和协调性的改变之上。李玉章[12]的研究显示，站姿振动状态下6-12 Hz的振动刺激对胫骨前肌和胫骨后肌的诱发激活程度能达到安静值的5-10倍，并且肌纤维激活程度呈现出明显的梯度特性，即随着振动频率的增加而递增。Hagbarth等[24]也发现10-200 Hz范围内的机械振动刺激会使肌腹和肌腱产生收缩性反应。此次试验中振动频率范围和屈膝角度与李玉章[12]的方案接近，只是在振动姿势上略有不同，且作者还安排了提踵动作，以促使肌肉产生等长收缩。因此，受试者可能是在主动收缩基础上促发了张力性振动反射，使胫骨前侧和后侧深层肌肉产生反射性收缩，在提高小腿肌纤维反射效率、增加肌纤维募集程度的基础上改变了测试成绩。从生物力学方面分析，坐姿振动训练改变测试成绩也可能是因为受试者肌肉弹性发生了变化。研究发现，振动训练在提高肌肉力量方面相当程度上利用到了肌肉中的弹性成分，振动训练能够在提高下肢肌肉弹性成分储能能力的基础上提高肌肉力量[25]。固体和生物黏弹性固体振动学理论认为振动刺激能使弹性物质产生较敏感的反应，弹性特征越强反应越敏感，反之越迟钝(如纯黏滞性的固体产生反应很小)[26-27]；同时，活体肌肉在不同收缩状态下弹性特征不同，对振动刺激的反应也不同，肌肉在放松状态下更容易传递低频振动波[28-30]。因此，受试者测试成绩的改变可能也与下肢肌肉弹性变化有关 坐姿振动训练对老年人平衡能力的影响 此次试验中受试者重心摆动轨迹、外周面积和前后方向重心偏移轨迹的变化表明12周坐姿振动训练对受试者平衡能力有积极影响，原因可能在于感觉系统和肌肉骨骼系统2个方面。感觉系统方面，坐姿振动训练可能是在提高本体感觉系统功能的基础上提高了平衡能力。平衡维持主要由“平衡三联”(本体感觉系统、前庭系统和视觉系统)发挥作用[31]。由于此次试验未涉及视觉干预，并且试验前后受试者未出现视力下降情况，测试前后实验环境也未发生明显改变，因此可以排除视觉因素这一变量。同时，由于试验采用的是坐姿振动，与站姿振动不同，坐姿振动条件下受试者前庭系统所受到的刺激会小很多。鉴于此，平衡提高的因素可能主要在本体感觉系统方面。本体感觉方面，一些研究认为振动刺激能够激活本体感觉器官，活化反射与本体感受回路，使感觉器官和神经中枢之间建立起空间和时间上的精确的协调关系，在此基础上提高了肌肉的敏感性，使肌肉感知牵伸的敏感度增强[32-33]。12周振动训练后，肌纤维敏感性增加、抵抗重力偏移的能力增强，进而使得平衡能力提高。徐本华等[34]通过研究发现，66-79岁老年人闭眼状态下前后摆幅较年轻人明显增加，由此推测受试者平衡能力的提高可能主要与前后方向的重心偏移量改变有关，且Win-Pod测试结果也证实了这一点，但这一结论与林长地等[35]的研究结论相异。肌肉骨骼成分方面，已有研究表明下肢肌肉力量与平衡能力关系密切[36]。坐姿振动训练与肌力改变的关系在上文已有叙述，因此老年人可能是在下肢肌肉力量改变的基础上改善了平衡功能。至于强化Romberg测试结果没有明显变化的原因，作者一方面认为与Win-Pod足底压力测试系统中受试者采取的自然站立位不同有关，强化Romberg测试中的前后站立方式对下肢各关节间的协调性要求更高，而坐姿振动条件下接受振动刺激的部位主要在小腿或大腿下部，故在强化Romberg测试中受试者髋部和大腿部位肌肉可能因未接受到振动刺激导致干预前后的变化并不明显；另一个原因可能在于Win-Pod足底压力测试系统的精确性要优于功能性指标强化Romberg测试，毕竟足底压力测试系统对平衡能力的评价建立在大量电子信号的精确收集上，强化Romberg测试作为一款仅在时间维度衡量平衡能力的指标在操作过程中会存在较大的系统误差和测量误差。总的来说，12周坐姿振动训练对提高老年人平衡能力具有积极效果，并且主要提高的是Y轴方向的平 坐姿振动训练对老年人步行能力的影响 试验中受试者步行能力的改变可能建立在肌肉力量和平衡能力之上。首先，步行能力的提高需要有肌力的支持。步行速度加快时，站立相和摆动相在摆动周期内所占的时间发生了变化，即摆动相的时间变长支撑相的时间变短，当步速加快时站立相与摆动相的时间比可能从6/4变成4/6[37]。为了达到这一比例的转换，要缩短从着地到离地的时间，这要求下肢具有足够的跖屈肌力蹬离地面，此次试验中受试者提踵状态下接受振动刺激所造成的肌肉弹性的改变有可能是步行能力变化的原因。另一方面，步行速度的提高还受姿势控制能力的影响，姿势控制能力在一定程度上决定了摆动相时支撑腿的稳定能力，而这种稳定性是摆动腿向前迈进的基础，在没有良好稳定性基础上进行大幅度的摆动极有可能造成跌倒事故的产生。起立-行走计时测试包括由坐到站、移动转弯以及由站到坐3个部分，其中坐站过程需要平衡和肌力的共同参与，机体既需要产生向前和向上的推力使身体脱离座椅，也需要使身体保持良好姿态防止过度前倾[38-39]。另一方面，移动转弯这一过程对下肢能力的要求与10 m步行相似，都需要肌力和平衡的共同参与。此次试验Win-Pod测试结果已证实受试者平衡能力的提高，肌力方面相较于对照组也略有提高。由此可以推断，受试者步行能力的改善可能建立肌肉力量和平衡能力的变化?结论 12周坐姿振动训练能够帮助高龄老年人提高克服重心偏移的能力，在下肢肌肉力量和步行能力上效果微弱。高龄老年人对坐姿振动训练依从性较好，无不良反应出现，坐姿振动训练或许可作为高龄老年人日常锻炼手段之一。试验的局限性有样本量较小、未使用等速肌力测试设备评估老年人下肢肌力，坐姿振动训练能够在多大程度上改善高龄老年人下肢功能还需要更多高质量大样本研究来证实。作者贡献：由通讯作者设计，第一作者完成初稿写作，通讯作者审校和确定，其他作者参与修改。经费支持：该文章受“国家体育总局科教司全民健身项目(2017B068)，基金负责人：吴雪萍”支持。所有作者声明，经费支持没有影响文章观点和对研究数据客观结果的统计分析及其报道。利益冲突：文章的全部作者声明，在课题研究和文章撰写过程，没有因其岗位角色影响文章观点和对数据结果的报道，不存在利益冲突。机构伦理问题：该研究的实施符合《赫尔辛基宣言》。试验获得上海体育学院科学研究伦理委员会的批准，批准号。试验已于 2016年 2月 29日在中国临床试验注册中心注册，注册号ChiCTR-INR-。知情同意问题：参与试验的志愿者为自愿参加，对试验过程完全知情同意，在充分了解试验方案的前提下签署了“知情同意书”。写作指南：该研究遵守《随机对照临床试验研究报告指南》(CONSORT指南)。文章查重：文章出版前已经过专业反剽窃文献检测系统进行3次查重。文章外审：文章经小同行外审专家双盲外审，同行评议认为文章符合期刊发稿宗旨。生物统计学声明：本文统计学方法已经上海体育学院统计教研室专家审核。文章版权：文章出版前杂志已与全体作者授权人签署了版权相关协议。开放获取声明：这是一篇开放获取文章，根据《知识共享许可协议》“署名-非商业性使用-相同方式共享4.0”条款，在合理引用的情况下，允许他人以非商业性目的基于原文内容编辑、调整和扩展，同时允许任何用户阅读、下载、拷贝、传递、打印、检索、超级链接该文献，并为之建立索引，用作软件的输入数据或其它任何合法用途。4 参考文献 References[1] 孙建萍,周雪,杨支兰,等.我国养老机构现状及对策[J].中国老年学杂志,2011,31(23):4723-4724.[2] 黄乾.中国老年人口的就业新态势与战略对策[J].探索与争鸣,2015, (12):32-34.[3] 乔晓春,陈卫.中国人口老龄化:世纪末的回顾与展望[J].人口研究,1999(6):28-37.[4] 黄海波.传统与新兴养老模式的互补与对接[J].人民论坛,2017(6):76-77.[5] 谢代银.新形势下发展社会化养老模式研究[J].探索,2008, (2):116-118.[6] 彭春政,危小焰.振动刺激与肌肉力量[J].中国运动医学杂志,2004,23(6):708-710.[7] 危小焰,彭春政.振动力量训练对肌肉力量的影响研究[J].体育科研,2004,25(4):53-56.[8] 卜淑敏,韩天雨.全身振动训练在运动训练和康复领域中的应用及研究进展[J].北京体育大学学报,2014,37(8):65-70.[9] 王兴泽.振动负荷训练研究进展[J].中国运动医学杂志,2012,31(7):648-653.[10] 张丽,瓮长水.全身振动训练治疗骨质疏松症的临床和基础研究进展[J].中国康复理论与实践,2014,20(10):935-939.[11] 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文章来源：《中国组织工程研究》 网址: http://www.zgzzgcyj.cn/qikandaodu/2020/0916/654.html