不同年齡階段青少年靜態(tài)平衡機(jī)能研究

張建國(guó) 施雪琴 徐舟峰

南京師范大學(xué)體育科學(xué)學(xué)院（南京210046）

平衡是人體的重要身體素質(zhì)之一，它是在視覺(jué)器官、前庭器官、本體感受器以及肌肉等器官協(xié)同作用下產(chǎn)生的一種綜合性能力。人類自嬰幼兒開(kāi)始學(xué)習(xí)站立和走路起就初步具備了維持平衡的能力，這種能力隨著生長(zhǎng)逐漸發(fā)展成熟。Barela等指出，6歲兒童已具備了對(duì)來(lái)自感受器官的刺激信號(hào)產(chǎn)生耦合反應(yīng)的能力，但仍缺乏精確分析來(lái)自本體感受器的信號(hào)的能力，從而使他們的平衡機(jī)能不夠完善［1］。余友林等［2］發(fā)現(xiàn)，3～6歲年齡段里，3～4歲平衡機(jī)能增長(zhǎng)最快，而女性幼兒增長(zhǎng)速度快于同齡男性幼兒。Riach等［3］使用簡(jiǎn)易方法測(cè)試了4～14歲不同年齡段兒童少年與成年人站立時(shí)的平衡能力后發(fā)現(xiàn)，7歲兒童的平衡能力已達(dá)到成年水平。后來(lái)，Riach等［4］又使用壓力中心偏移速度作為指標(biāo)，對(duì)人體靜止站立時(shí)保持平衡的能力進(jìn)行了較為精確的測(cè)試，其結(jié)果顯示8歲時(shí)人體維持平衡的機(jī)制已經(jīng)形成。而Rival等［5］則提出了不同的看法，他們認(rèn)為早在6歲時(shí)，兒童已經(jīng)形成了維持最佳站立姿勢(shì)的能力。近年來(lái)，我國(guó)雖然有部分針對(duì)某個(gè)年齡段少年兒童平衡能力的研究，但針對(duì)不同年齡段的總體研究較少，有必要就青少年生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中平衡能力的變化特征展開(kāi)進(jìn)一步探討。

1 對(duì)象與方法

1.1 對(duì)象

受試者為6～13歲、15～16歲、19～20歲三個(gè)年齡段青少年，分別選自南京市白云園小學(xué)、南京師范大學(xué)附屬實(shí)驗(yàn)中學(xué)、南京師范大學(xué)。受試者分為6～7歲、8～9歲、10～11歲、12～13歲、15～16歲、19～20歲6個(gè)年齡組，每個(gè)年齡組男女各30人以上，共計(jì)391人。受試者身體健康，測(cè)試時(shí)無(wú)疲勞現(xiàn)象及明顯影響平衡能力的疾患。所有測(cè)試內(nèi)容均在測(cè)試前向受試者說(shuō)明，并征得了本人或監(jiān)護(hù)人（以未成年人為對(duì)象時(shí)）的同意。

1.2 測(cè)試方法

使用Footscan Balance7.7平板式足底壓力測(cè)試系統(tǒng)（RSscan公司，比利時(shí)）測(cè)試受試者睜眼、閉眼狀態(tài)下單、雙足靜止站立時(shí)反映平衡能力的指標(biāo)。該測(cè)試系統(tǒng)由一塊50 cm×40 cm壓力分布測(cè)試平板及一套平衡采集分析軟件構(gòu)成。每平方厘米測(cè)試平板上有4個(gè)以上壓力傳感器，當(dāng)人站立于平板上時(shí)，壓力傳感器感知來(lái)自足底壓力的變化，分析人體壓力中心（center of pressure，COP）的分布與變化。

雙足站立進(jìn)行測(cè)試時(shí)，受試者的站立姿勢(shì)及測(cè)試時(shí)間參照Daniel等［6］的方法：受試者脫鞋后站立于測(cè)試平板上，雙足跟并攏，足尖分開(kāi)，成約30度夾角，兩手下垂置于體側(cè)，雙眼平視前方 （睜眼測(cè)試時(shí)），測(cè)試時(shí)間為20秒。單足站立方法參照國(guó)民體質(zhì)監(jiān)測(cè)［7］方法：兩手任意放置，以習(xí)慣腳站立于測(cè)試平板上。睜眼單足站立測(cè)試時(shí)間為10秒，閉眼單足站立測(cè)試時(shí)間以10秒為限，未達(dá)到10秒，但出現(xiàn)非站立足著地或身體大幅晃動(dòng)時(shí)即判為測(cè)試終止，記錄測(cè)試軟件顯示的終止時(shí)間。

1.3 測(cè)試指標(biāo)

選用壓力中心移動(dòng)軌跡總長(zhǎng)度 （COP Total Traveled Way，TTW）和包絡(luò)95%壓力中心移動(dòng)軌跡在內(nèi)的橢圓面積（95%confidence ellipse area，EA）兩項(xiàng)代表性指標(biāo)，這兩項(xiàng)指標(biāo)絕對(duì)值越大，說(shuō)明站立時(shí)人體擺動(dòng)的幅度越大。

對(duì)睜眼雙足與睜眼單足站立時(shí)的TTW和EA進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，即分別將TTW和EA的測(cè)試時(shí)間平分為6個(gè)相等的時(shí)段，依次觀察每一時(shí)段數(shù)值的變化。如，雙腳站立時(shí)間為20秒，則分為6個(gè)3.33秒，按第1至第6的順序觀察每個(gè)3.33秒時(shí)段的數(shù)據(jù)變化。

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用one-way ANOVA檢驗(yàn)各參數(shù)的組內(nèi)差異，確認(rèn)組內(nèi)差異后，使用Post Hoc Tests（LSD法）比較組間差異。考慮到19～20歲時(shí)生長(zhǎng)發(fā)育已經(jīng)基本成熟，故以19～20歲組作為成年組與其它年齡組比較。由于許多受試者閉眼單足站立的測(cè)試時(shí)間未能達(dá)到預(yù)設(shè)的10秒標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)法計(jì)算相同時(shí)間范圍的TTW和EA，因此，將受試者的站立時(shí)間分別歸入0～1.9秒、2.0～3.9秒、4.0～5.9秒、6.0～7.9秒、8.0秒以上5個(gè)時(shí)間段，計(jì)算每組受試者在各時(shí)間段所占的人數(shù)百分比，分析統(tǒng)計(jì)采用多樣本構(gòu)成的卡方檢驗(yàn)。

所有分析使用SPPS13.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行，除卡方檢驗(yàn)組間差異時(shí)顯著性水平為P<0.01外 （由于單足閉眼站立分為5個(gè)時(shí)間段，實(shí)際形成了5個(gè)組，進(jìn)行兩兩比較時(shí)顯著性水平須修正為：0.05/5=0.01）［8］，其余統(tǒng)計(jì)分析的顯著性水平均為P<0.05。

2 結(jié)果

2.1 測(cè)試對(duì)象基本情況

表1為各年齡組測(cè)試對(duì)象按性別區(qū)分的年齡、身高和體重狀況。

表1 測(cè)試對(duì)象基本情況

2.2 各年齡組不同狀態(tài)站立時(shí)TTW和EA的比較

圖1和圖2為各年齡組不同狀態(tài)站立時(shí)TTW和EA的比較結(jié)果。6～7歲、8～9歲、10～11歲三個(gè)年齡組受試者睜眼雙足站立和閉眼雙足站立時(shí)的TTW均高于19～20歲組，其中，睜眼雙足站立時(shí)（216.3±112.2）mm、（173.5±104.7）mm、（134.3±88.4）mm vs.（87.4±49.2）mm；閉眼雙足站立時(shí) （204.0± 155.9）mm、（140.5±67.4）mm、（113.1±54.6）mm vs.（81.8±28.3）mm，差異均有顯著性（P<0.01），但12～ 13歲、15～16歲在上述兩種狀態(tài)測(cè)定的TTW與19～ 20歲組之間無(wú)顯著差異。6～7歲、8～9歲年齡組睜眼單足站立時(shí)的TTW高于19～20歲組，（414.3±288.1）mm、（305.4±171.1）mm vs.（199.9±147.1）mm，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義 （P<0.01），但是在10～11歲、12～13歲、15～16歲組分別與19～20歲組比較這一狀態(tài)下的TTW時(shí)未發(fā)現(xiàn)顯著差異。另一方面，6～7歲、8～9歲兩個(gè)年齡組睜眼雙足站立、閉眼雙足站立、睜眼單足站立時(shí)的EA均高于19～20歲組，其中，睜眼雙足站 立 時(shí) （121.8±101.7）mm2、（74.2±82.9）mm2vs.（26.8±45.6）mm2；閉眼雙足站立時(shí) （123.1±101.7）mm2、（55.6±82.4）mm2vs.（15.3±12.5）mm2；睜眼單足站立時(shí) （205.5±155.1）mm2、（146.8±166.4）mm2vs.（57.3±67.2）mm2，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.01），但10～11歲、12～13歲、15～16歲上述三種狀態(tài)測(cè)得的EA與19～20歲組之間無(wú)顯著差異。

圖1 各年齡組不同站立狀態(tài)下TTW的比較

圖2 各年齡組不同站立狀態(tài)下EA的比較

2.3 不同年齡組閉眼單足站立時(shí)間比較

表2顯示，從整體分布趨勢(shì)看，6～7歲年齡組單足站立時(shí)間主要集中在4秒以內(nèi)的2個(gè)時(shí)間段，其它年齡組除了約40%在8秒以上時(shí)間段外，其它時(shí)間段均占10～20%。15～16歲組和19～20歲組，2秒內(nèi)時(shí)間段的人數(shù)分別約占該年齡組總?cè)藬?shù)的27%以上。此外，6～7歲閉眼單足站立時(shí)間達(dá)到8秒以上者僅9.52%，明顯少于19～20歲組的55.07%，兩者差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.001），但其它年齡組閉眼單足站立時(shí)間分布與19～20歲組比較，差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

表2 不同年齡組閉眼單足站立時(shí)間百分比（%）

2.4 不同年齡組單、雙足睜眼站立時(shí)TTW和EA的動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)

如圖3所示，各年齡組睜眼雙足站立時(shí)EA的動(dòng)態(tài)變化可分為三個(gè)類型：（1）第1時(shí)段（開(kāi)始站立時(shí)）EA數(shù)值較大，隨后減小，后又增大，呈U型。僅在6～7歲年齡組觀察到這種變化；（2）第1時(shí)段EA數(shù)值較大，隨后下降，并保持較小幅度變化至測(cè)試結(jié)束。這說(shuō)明開(kāi)始站立時(shí)身體擺動(dòng)幅度較大，隨后逐漸減小并保持至測(cè)試結(jié)束。8～9歲、10～11歲、12～13歲、15～16歲四個(gè)年齡組呈此類變化；（3）自第1時(shí)段起始終在較小范圍內(nèi)波動(dòng)，表明站立開(kāi)始至結(jié)束，身體始終保持良好的穩(wěn)定性。僅19～20歲組具有這一變化特征。

圖4為各年齡組睜眼單足站立時(shí)EA的動(dòng)態(tài)變化特征。EA動(dòng)態(tài)變化只呈現(xiàn)了雙足站立時(shí)的（1）和（2）兩種類型，6～7歲和8～9歲兩個(gè)年齡組屬于前者；其它年齡組屬于后者。

各年齡組單、雙足站立時(shí)TTW的動(dòng)態(tài)變化與EA相同。

圖3 不同年齡組雙足睜眼站立時(shí)EA的動(dòng)態(tài)變化

圖4 不同年齡組單足睜眼站立時(shí)EA的動(dòng)態(tài)變化

2.5 男女之間TTW和EA的比較

本研究結(jié)果表明，男女在各年齡段均未顯示明顯差異（P>0.05），提示在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中平衡能力的發(fā)展可能無(wú)明顯的性別差異。

2.6 睜眼與閉眼時(shí)TTW和EA的比較

結(jié)果顯示，各年齡組睜眼和閉眼雙足站立兩種狀態(tài)下的TTW和EA值無(wú)明顯差異（P>0.05）。從各年齡組閉眼單足站立時(shí)間達(dá)到8秒以上者的比率看，19～20歲組也只達(dá)到55%左右，而受試者單足睜眼站立時(shí)間均到達(dá)10秒，說(shuō)明閉眼單足站立時(shí)間明顯短于睜眼單足站立。

3 討論

3.1 青少年不同年齡階段靜態(tài)平衡機(jī)能的變化

本研究使用精密儀器測(cè)試了6～20歲6個(gè)不同年齡階段青少年靜止站立時(shí)的平衡機(jī)能，結(jié)果表明青少年平衡機(jī)能在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中的某個(gè)年齡段達(dá)到完善，但TTW和EA兩項(xiàng)指標(biāo)所顯示的平衡機(jī)能完善的年齡段有所不同。TTW是計(jì)算壓力中心點(diǎn)在整個(gè)測(cè)試過(guò)程中的移動(dòng)軌跡，其數(shù)值越大，則表明總的移動(dòng)距離越大，平衡能力越差。但造成移動(dòng)距離大有兩種可能性，一是測(cè)試過(guò)程中X、Y軸上出現(xiàn)較大幅度的移動(dòng)軌跡，二是出現(xiàn)高頻率小幅度的擺動(dòng)，從而使移動(dòng)軌跡的合計(jì)值升高。另外，EA是包絡(luò)95%移動(dòng)軌跡所形成橢圓面積，如同壓力中心區(qū)域的投影，主要與壓力中心在X、Y軸上到達(dá)的最大點(diǎn)有關(guān)，因此EA反映了身體壓力中心較大幅度擺動(dòng)的狀況。當(dāng)身體出現(xiàn)高頻率小幅度的擺動(dòng)時(shí)，TTW升高，EA值卻不增大。從維持身體站立平衡的角度看，大幅度擺動(dòng)造成身體失去平衡的可能性更大，因此，直接反映大幅度擺動(dòng)的EA值能較準(zhǔn)確地反映人體平衡機(jī)能。當(dāng)TTW和EA的結(jié)果有差異時(shí)，我們更傾向使用EA解釋測(cè)試結(jié)果。因此，推測(cè)少年兒童生長(zhǎng)發(fā)育中平衡機(jī)能完善的年齡在10～11歲左右顯得更為合理。這一結(jié)果比國(guó)外學(xué)者提出的平衡機(jī)能成熟年齡［3，4］推遲了約2歲以上。

3.2 青少年不同年齡階段靜態(tài)平衡機(jī)能的動(dòng)態(tài)變化

Rival等［5］觀察6歲、8歲、10歲兒童雙足站立時(shí)COP移動(dòng)的動(dòng)態(tài)變化時(shí)發(fā)現(xiàn)，三個(gè)年齡組均有相同的變化趨勢(shì)：從測(cè)試開(kāi)始至結(jié)束，平衡指標(biāo)變化幅度逐漸變小。這提示站立時(shí)身體重心的搖擺在平衡機(jī)能的調(diào)控下隨著時(shí)間延長(zhǎng)逐漸趨穩(wěn)。本研究結(jié)果與Rival等有所不同，除19～20歲組之外，其它各個(gè)年齡組在站立開(kāi)始時(shí)穩(wěn)定性均較差，后趨于穩(wěn)定，但隨時(shí)間延長(zhǎng)，6～7歲年齡組穩(wěn)定性再次下降。這提示該年齡段兒童在較長(zhǎng)時(shí)間站立時(shí)容易受肌肉疲勞、調(diào)控能力下降等因素影響，而隨著年齡增長(zhǎng)，這種現(xiàn)象逐漸消失。值得注意的是，19～20歲組在雙足站立一開(kāi)始，穩(wěn)定性就較好，并一直保持到測(cè)試結(jié)束，說(shuō)明成年后人體在姿勢(shì)轉(zhuǎn)換（踏上測(cè)試平板）初期就可快速糾正重心搖擺，從而保持身體穩(wěn)定。

單足站立時(shí)身體支撐面遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于雙足站立，身體始終處于不穩(wěn)定狀態(tài)，中樞神經(jīng)系統(tǒng)需要不斷整合分析來(lái)自感覺(jué)器官的信息，并且不斷向維持支撐的下肢肌肉發(fā)出指令，以確保身體的平衡。此時(shí)可能對(duì)相應(yīng)的肌肉力量要求更高，從而導(dǎo)致低年齡組兒童難以較長(zhǎng)時(shí)間維持身體穩(wěn)定。另外，由于身體始終處于不穩(wěn)定狀態(tài)，即便成年人在站立初期也無(wú)法像雙足站立那樣保持良好的穩(wěn)定狀態(tài)，也須通過(guò)一定時(shí)間的調(diào)整以達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定。

3.3 青少年睜眼站立與閉眼站立時(shí)平衡機(jī)能的比較

Redfern等［9］指出，視覺(jué)器官、前庭、本體感受器這三個(gè)參與平衡調(diào)控的器官實(shí)際上感受的人體擺動(dòng)頻率有所不同，視覺(jué)器官主要感受小于0.1Hz的非常緩慢的低頻擺動(dòng)，本體感受器和前庭器官感受的則是單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生次數(shù)較多的高頻擺動(dòng)，并由此推測(cè)三個(gè)不同的感覺(jué)器官在維持平衡機(jī)能方面存在各司其職或某個(gè)器官優(yōu)先發(fā)揮作用的現(xiàn)象。由于前庭器官的適宜刺激是頭部的空間位置改變以及不同方向的加速度運(yùn)動(dòng)，因此其主要作用體現(xiàn)在維持動(dòng)態(tài)平衡方面。雙足靜止站立時(shí)人體相對(duì)穩(wěn)定，重心只產(chǎn)生一些細(xì)微的偏移，此時(shí)可能主要依靠本體感覺(jué)對(duì)人體平衡進(jìn)行微調(diào)，因此阻斷了視覺(jué)作用后，站立時(shí)的穩(wěn)定性與阻斷前相比未見(jiàn)明顯差異。有國(guó)內(nèi)外研究也顯示，雙足站立時(shí)閉眼與睜眼狀態(tài)下測(cè)定的平衡指標(biāo)數(shù)值比較接近，只有當(dāng)本體感覺(jué)被阻斷后，視覺(jué)的調(diào)節(jié)作用才充分顯現(xiàn)出來(lái)［2，10］。另一方面，單足站立時(shí)人體穩(wěn)定性較差，出現(xiàn)低頻的大幅擺動(dòng)，此時(shí)視覺(jué)的調(diào)節(jié)作用進(jìn)一步顯現(xiàn)。一旦來(lái)自視覺(jué)器官的信息被阻斷，身體將較快失去平衡，這也是閉眼單足站立時(shí)平衡機(jī)能遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于睜眼單足站立的重要原因。

4 總結(jié)

本研究結(jié)果顯示，人體的靜態(tài)平衡機(jī)能隨年齡增長(zhǎng)逐漸完善，10～11歲左右已達(dá)到19～20歲水平，但站立過(guò)程中平衡的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)機(jī)能隨年齡的增長(zhǎng)不斷完善。青少年雙足站立時(shí)睜眼與閉眼狀態(tài)平衡指標(biāo)的變化無(wú)明顯差異。

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