不同单腿闭眼站立平衡能力者对足底扰动时平衡响应的实验研究

【摘要】：研究目的:站立平衡受到外力扰动后,人体会根据扰动的大小、方向等做出相应的平衡控制响应,对此过程进行研究,不但可以为平衡机能损伤患者的平衡恢复提供一定的科学理论指导,而且对于健康人群防跌倒的研究也可提供一定的理论支撑。本研究对平衡能力存在差异的两组人群进行平衡扰动测试,从运动生物力学角度出发,对两组人群站立平衡受到外力扰动后,姿势控制及平衡恢复过程中,相关肌肉的激活时间、激活程度,下肢髋关节、膝关节、踝关节角度变化情况及两组人群的下肢肌肉力量进行分析,对比研究下肢肌肉力量对人体平衡能力的影响,以及平能能力存在差异的两组人群在姿势控制及平衡恢复过程中肌肉动员及外在运动模式存在的差异。研究方法:招募上海体育学院运动科学学院在校生男性26人,对招募的受试者根据实验需求进行相应的筛选。根据实验分组最终有20名受试者参与到了本实验的研究中,根据右腿闭眼站立时长分为两组,每一组10人,闭眼单腿站立时间大于30s纳入时长组,闭眼单腿站立时间小于30s纳入时短组,其中单腿闭眼站立时间较长的受试组时间为(55.2±12)s,单腿闭眼站立时间较短的受试组时间为(12.4±5.1)s。实验过程中,实验人员摇摆铅球(重4kg)在距离地面20cm高度释放撞击滑动平台,要求受试者以自然姿势站立于可移动滑板上,双手自然放于身体两侧,双眼佩戴眼罩,背向撞击方向,进行三次撞击,取平均。使用Delsys肌电采集系统采集与人体站立关系密切的腰段竖脊肌、臀大肌、股二头肌、腓肠肌内侧、腓肠肌外侧、腹直肌、股外侧肌、胫骨前肌的表面肌电信号。使用VICON红外运动捕捉系统同步采集人体受到足底扰动干扰时的下肢三关节(髋、膝、踝)进行运动学数据,计算关节角度。运动学数据使用Visual3D进行处理分析,选取指标为下肢髋关节、膝关节、踝关节角度。并做时间标准化处理,时间标准化开始——即铅球撞击滑板瞬间,结束——即滑板正方向速度再次为零(正方向为铅球撞击方向),然后利用CONTREX等速肌力测试系统对受试者下肢三关节(髋、膝、踝)进行肌力矩数据的采集。研究结果:1.扰动发生后,姿势控制及平衡恢复过程中,时长组受试者腓肠肌内侧的表面肌电信号RMS值显著大于时短组,而时长组胫骨前肌肌电信号RMS值显著小于时短组。在时长组腰段竖脊肌、臀大肌、股二头肌、腓肠肌外侧、腹直肌、股外侧肌的表面肌电信号RMS值均略小于时短组,但不存在统计学上的差异。2.扰动发生后,姿势控制及平衡恢复过程中,时长受试者肌肉激活时间比时短受试组所用时间短,而腹直肌除外。3.扰动发生后,姿势控制及平衡恢复过程中,时长组受试者下肢髋关节、膝关节、踝关节角度峰值相较于时短组受试者无明显改变,时长组关节角度整体变化范围比时短组小,曲线更加平缓。4.时长受试组与时短受试组在下肢髋关节、膝关节、踝关节的最大肌力矩值上无显著差异。结论:平衡能力较好的人群下肢肌肉激活时间更早,说明对于突发平衡干扰能更快速的做出响应,下肢肌肉激活时间能够作为评判正常人平衡能力的一个潜在性指标。人体对姿势扰动后平衡响应过程表现出较为固定的运动模式,但平衡能力较好的人表现出更好的控制能力。