太極拳摟膝拗步動(dòng)作的下肢動(dòng)態(tài)穩(wěn)度、關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)及肌電活動(dòng)規(guī)律特征分析

毛敏 馬剛 權(quán)琳琳 王疆娜 曹傳寶 張?zhí)?宋祺鵬 張翠 孫威

摘要：目的：運(yùn)用生物力學(xué)方法，對(duì)比太極拳練習(xí)者摟膝拗步與正常行走動(dòng)作的動(dòng)態(tài)穩(wěn)度、運(yùn)動(dòng)學(xué)及肌電學(xué)指標(biāo)，探析太極拳典型動(dòng)作內(nèi)在的神經(jīng)肌肉控制特征，以期揭示太極拳預(yù)防跌倒功效的機(jī)制性原因。方法：以25名10年以上太極拳專(zhuān)業(yè)運(yùn)動(dòng)經(jīng)歷練習(xí)者為研究對(duì)象，應(yīng)用Vicon紅外運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)和MegaWin表面肌電測(cè)試系統(tǒng)同步記錄受試者摟膝拗步和正常走動(dòng)作運(yùn)動(dòng)學(xué)、肌電學(xué)數(shù)據(jù);應(yīng)用動(dòng)態(tài)穩(wěn)度、下肢關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)幅度、肌肉激活指標(biāo)對(duì)動(dòng)態(tài)穩(wěn)度、關(guān)節(jié)活動(dòng)及肌電活動(dòng)規(guī)律特征進(jìn)行量化評(píng)定。結(jié)果：與正常行走相比，摟膝拗步動(dòng)作動(dòng)態(tài)穩(wěn)度在前后方向上顯著較大（P<0.05），左右方向上顯著較大（P<0.05）;髖關(guān)節(jié)屈伸（P<0.05）、膝關(guān)節(jié)屈伸（P<0.05）和踝關(guān)節(jié)內(nèi)外翻（P<0.05）運(yùn)動(dòng)幅度顯著較大;股直?。≒<0.05）和脛骨前肌（P<0.05）的積分肌電值有顯著性差異;正常行走與摟膝拗步肌肉激活順序相同，激活時(shí)間和收縮持續(xù)時(shí)間不同，但并未見(jiàn)顯著性差異（P>0.05）。摟膝拗步動(dòng)作中股二頭肌在右單支撐和第一雙支撐（右腳著地到左腳離地）階段中貢獻(xiàn)率顯著較大（P<0.05），股直肌在左單支撐和第二雙支撐（左腳著地到右腳再次離地）階段中貢獻(xiàn)率較大，但差異不具有顯著性（P>0.05）。結(jié)論：與正常行走相比，太極拳經(jīng)典上步動(dòng)作摟膝拗步的動(dòng)態(tài)穩(wěn)度、下肢關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)幅度、股直肌與脛骨前肌的肌肉積分肌電值較大。太極拳摟膝拗步動(dòng)作中練習(xí)者通過(guò)在非穩(wěn)定狀態(tài)下的練習(xí)，更大程度地激活了下肢肌肉，改善了下肢肌肉尤其是股直肌與脛骨前肌的力量，優(yōu)化了下肢肌肉用力協(xié)調(diào)性。增加關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)幅度的策略，可能有利于改善神經(jīng)肌肉控制能力，提高姿勢(shì)控制能力，起到預(yù)防跌倒的效果。

關(guān)鍵詞：動(dòng)態(tài)穩(wěn)度;關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)幅度;積分肌電;肌肉積分肌電貢獻(xiàn)率;太極拳

中圖分類(lèi)號(hào)：G804.6;G852.11文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1006-2076（2021）03-0024-07

Characteristic analysis of the margin of stability，joint motion and electromyographic activity of the lower limbs in Tai Chi's brush knee and twist step movement

MAO Min1， MA Gang2， QUAN Linlin3， WANG Jiangna4， CAO Chuanbao4， ZHANG Teng4， SONG Qipeng4， ZHANG Cui5， SUN Wei4

1. Division of Physical Therapy， Dept. of Allied Health， University of North Carolina at Chapel Hill， Chapel Hill， NC，27599，USA，; 2. Logistics University of Chinese People’s Armed Police Forces， Tianjin 300309， China; 3. Weihai Vocational College， Weihai 264200， China; 4. School of Sports and Health， Shandong Sport University， Jinan 250100， Shandong， China; 5. Shandong Institute of Sports Science， Jinan 250102， Shandong China

Abstract：Objective： The margin of stability， kinematics and electromyography of Brush Knee and Twist Step and normal walking movements of Tai Chi practitioners were compared by biomechanical methods. The intrinsic neuromuscular control characteristics of typical movements of Tai Chi were analyzed to reveal the mechanism of the preventive effect of Tai Chi on falls. Methods： Taking 25 Tai Chi practitioners who have more than 10 years' professional sports experience as the research object， Vicon Infrared Motion Capture System and MegaWin Surface EMG Test System were used to synchronously record the kinematic and EMG data of Brush Knee and Twist Step and normal walking. The margin of stability， range of motion of lower extremity joints and muscle activation index were used to quantify the characteristics of margin of stability， joint movement and EMG activity. Results： In the margin of stability of Brush Knee and Twist Step movement in the anterior and posterior directions （P < 0.05）， medical and lateral directions （P < 0.05）， in the range of hip joint flexion and extension （P < 0.05）， knee joint flexion and extension （P < 0.05）， ankle varus and valgus （P < 0.05），in the integral EMG values of rectus femoris （P < 0.05） and tibialis anterior muscle （P < 0.05） were significantly larger， compared with normal walking. The activation order of the muscles in normal walking and Brush Knee and Twist Step was the same， and the activation time and contraction duration were different， but there was no significant difference （P > 0.05）. In the contribution rate of the biceps femoris between the right single support and the first double support （from right foot landing to left foot landing） in the Brush Knee and Twist Step movement （P < 0.05） were significantly larger. The rectus femoris contributed to the left single support and the second double support （from left foot landing to right foot landing again）were larger， but the difference was not significant （P > 0.05）. Conclusion： The MoS， range of motion of lower extremity joints， the muscle integrated EMG value of the rectus femoris and the tibialis anterior muscle of the classic Brush Knee and Twist Step movement of Tai Chi are larger， compared with normal walking. Practitioners of Tai Chi Brush Knee and Twist Step movement in an unstable state can activate lower limb muscles to a greater extent， improve the strength of lower extremity muscles， especially the rectus femoris and tibial anterior muscles， and optimize the coordination of lower limb muscles. The strategy of increasing the range of joint motion may help improve neuromuscular control and posture control and having the effect of preventing falls.

Key words：margin of stability; range of joint motion; integrated electromyogram; IEMG contribution;TAI CHI

流行病學(xué)調(diào)查顯示，超過(guò)三分之一的老年人每年至少發(fā)生一次跌倒[1]，大約30的跌倒發(fā)生在樓梯行走[2]及跨越障礙物[3]的單腿支撐邁步過(guò)程中。老齡化導(dǎo)致姿勢(shì)控制能力和肌肉力量下降，由此引起的生物力學(xué)步態(tài)參數(shù)異常和變異性增加是導(dǎo)致跌倒的直接原因[4-5]。研究發(fā)現(xiàn)，隨著年齡的增加，老年人跨越障礙時(shí)足間隙距離減小，質(zhì)心晃動(dòng)幅度增加，步速變異性增大[5];上樓梯行走水平地面反作用力的峰值、髖膝踝關(guān)節(jié)力矩減小[6];下樓梯過(guò)程中老年人的下肢關(guān)節(jié)力矩顯著增高，這就要求有足夠的下肢肌肉力量以維持身體的穩(wěn)定性[7]。傳統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性理論[8]認(rèn)為，人體質(zhì)心或重心在水平面的投影落在支撐面內(nèi)，人體處于穩(wěn)定狀態(tài)。已有多項(xiàng)研究表明，足底壓力中心（Center of pressure， 簡(jiǎn)稱(chēng)：COP）的晃動(dòng)速度、幅度及質(zhì)心與壓心的距離可以評(píng)估身體穩(wěn)定性[9-11]。但對(duì)于處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的人體，應(yīng)綜合考慮質(zhì)心的位置和速度對(duì)身體穩(wěn)定性產(chǎn)生的影響[12]。Hof等人將外推質(zhì)心位置（Extrapolated centre of mass position， 簡(jiǎn)稱(chēng)：CM）定義為質(zhì)心在水平面的投影加上速度與因子ω0的比值，動(dòng)態(tài)穩(wěn)度（Margin of stability，簡(jiǎn)稱(chēng)：MoS）則為CM到最遠(yuǎn)前邊界的最小距離[13]。MoS越小代表CM與COP的距離越小，身體穩(wěn)定性越好。

眾多研究表明，太極拳鍛煉能夠有效地改善老年人神經(jīng)肌肉控制特征，降低跌倒的風(fēng)險(xiǎn)，是預(yù)防跌倒的重要手段?？v向研究發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期的太極拳練習(xí)可以有效地提高老年人的身體穩(wěn)定性，改善老年人的下肢肌肉力量[14]、本體感覺(jué)[15]、協(xié)調(diào)性[16]、柔韌性[17]等能力。橫向研究發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期太極拳鍛煉者在跨越障礙物時(shí)采取減小步速及質(zhì)心晃動(dòng)幅度，并增加足間隙的“保守的策略”[18]，可能在一定程度上降低了跌倒的風(fēng)險(xiǎn)。

盡管太極拳預(yù)防跌倒的效果已得到較好的驗(yàn)證，然而對(duì)太極拳單一動(dòng)作的深入剖析研究較少，缺乏跌倒背后的神經(jīng)肌肉控制機(jī)制分析。摟膝拗步作為典型太極拳動(dòng)作，與正常行走、跨越障礙物動(dòng)作具有相似性，包括支撐腿單腿支撐與擺動(dòng)腿向前邁步動(dòng)作[5]，對(duì)下肢肌肉力量、姿勢(shì)控制能力以及肌肉協(xié)調(diào)控制要求較高。這種特殊的動(dòng)作中，人體采用怎樣的神經(jīng)肌肉控制策略維持身體平衡國(guó)內(nèi)外尚無(wú)法揭示，對(duì)其內(nèi)在機(jī)制，還需要進(jìn)一步的分析，進(jìn)而從動(dòng)作結(jié)構(gòu)上探析太極拳提高人體姿勢(shì)控制、預(yù)防跌倒的原因。

1研究方法

1.1受試者

應(yīng)用Gpower軟件計(jì)算研究所需樣本量。根據(jù)前人的研究[19]，設(shè)置power為0.8，α為0.05，效應(yīng)量為0.68，計(jì)算出所需樣本量為19人，本研究選取樣本量為25人。

2019年5月，通過(guò)健身宣講的方式在山東省濟(jì)南市隨機(jī)招募了25名65歲以上、太極拳鍛煉年限在10年以上，且近一年內(nèi)無(wú)跌倒史老年健康女性為受試者（年齡67.4±2.3歲、身高160.6±5.4 cm、體重72.5±8.3 kg、鍛煉年限13.4±3.1年）。所有受試者均了解測(cè)試過(guò)程，并簽署知情同意書(shū)。受試者優(yōu)勢(shì)側(cè)均為右側(cè)。

1.2測(cè)試動(dòng)作的選取

本研究選取太極拳典型動(dòng)作“摟膝拗步”進(jìn)行測(cè)試分析，選取正常行走作為對(duì)比動(dòng)作。步態(tài)周期的確定為右腳腳跟著地至右腳腳跟再次著地。步態(tài)周期劃分為四個(gè)階段：第一雙支撐階段（右腳著地到左腳離地階段）、右單支撐階段（左腳離地至左腳著地階段）、第二雙支撐階段（左腳著地到右腳再次離地階段）、左單支撐階段（右腳離地至右腳著地階段）。

1.3測(cè)試設(shè)置及流程

1.3.1測(cè)試設(shè)置

應(yīng)用運(yùn)動(dòng)學(xué)和肌電測(cè)試儀器對(duì)受試者正常行走和摟膝拗步動(dòng)作進(jìn)行同步數(shù)據(jù)采集。

運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)采集：采用8個(gè)紅外攝像頭的Vicon紅外運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)（Vicon Motion System，英國(guó)）進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)的采集，采集頻率為100 Hz，將41個(gè)直徑14 mm的紅外反光Mark球按照Visual 3D模型分別粘貼于受試者頭部、左右上臂、左右前臂、軀干、骨盆、左右大腿、左右小腿以及左右足的骨性標(biāo)志點(diǎn)上，具體粘貼位置如圖1所示[20]。

肌電數(shù)據(jù)采集：采用MegaWin ME6000無(wú)線表面肌電測(cè)試系統(tǒng)采集優(yōu)勢(shì)側(cè)下肢股直肌、股二頭肌、脛骨前肌、腓腸肌在運(yùn)動(dòng)中的肌電活動(dòng)信號(hào)，采集頻率為1 000 Hz。受試者自然站立，對(duì)皮膚進(jìn)行剃毛、清潔、打磨處理。在優(yōu)勢(shì)側(cè)下肢四塊肌肉的肌腹最隆起處沿肌肉走向粘貼電極片，并用彈性繃帶固定EMG傳感器。

1.3.2測(cè)試流程

實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前，受試者進(jìn)行身體形態(tài)學(xué)指標(biāo)的測(cè)量，然后工作人員講解熟悉實(shí)驗(yàn)流程及熱身。受試者按照工作人員的指令分別進(jìn)行正常行走和摟膝拗步動(dòng)作的測(cè)試，每個(gè)動(dòng)作進(jìn)行5次測(cè)試，兩次間隔休息1 min。如若測(cè)試過(guò)程中有停頓、Mark點(diǎn)或EMG傳感器掉落等狀況，則需要重新測(cè)試。

1.4數(shù)據(jù)處理

運(yùn)用Vicon Nexus軟件對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)采集的Mark點(diǎn)進(jìn)行命名、截取和刪補(bǔ)，運(yùn)用Visual 3D分析軟件（C-Motion，美國(guó)）進(jìn)行建模、截止頻率分別為6 Hz和50 Hz的巴特沃斯低通濾波、標(biāo)準(zhǔn)化等處理和計(jì)算[20]。將肌電信號(hào)與視頻信號(hào)同步，根據(jù)視頻時(shí)間點(diǎn)對(duì)肌電數(shù)據(jù)進(jìn)行截取[21]。運(yùn)用MegaWin軟件對(duì)采集的肌肉肌電信號(hào)做帶通濾波（10～400 Hz）處理、全波整流、肌電圖曲線整形及面積積分處理。為保證數(shù)據(jù)的可靠性，每個(gè)受試者每個(gè)任務(wù)選取3次有效的數(shù)據(jù)取平均值。

1.5測(cè)試指標(biāo)

測(cè)試指標(biāo)包括：評(píng)價(jià)身體姿勢(shì)控制能力的前后、左右方向動(dòng)態(tài)穩(wěn)度（MoSap、MoSml）[22-23]、評(píng)價(jià)關(guān)節(jié)活動(dòng)能力的髖、膝、踝三關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)幅度[24-25]以及評(píng)價(jià)下肢肌電活動(dòng)規(guī)律的肌肉積分肌電值[26]、激活和持續(xù)時(shí)間[27]、肌肉積分肌電貢獻(xiàn)率[28]。

（1）動(dòng)態(tài)穩(wěn)度

有研究表明，由單腳支撐到雙腳支撐的轉(zhuǎn)換時(shí)刻為人體最不穩(wěn)定的時(shí)刻[13， 29]。動(dòng)態(tài)穩(wěn)度由下面的計(jì)算方式得出[13]：

ω0=g/l（1）

CM=CoM+CoM·/ω0（2）

MoS=Bmax-CM（3）

其中，ω0為人體倒鐘擺模型的固有頻率，g為重力加速度，l為質(zhì)心到地面的垂直距離，CoM和CoM·分別為某一時(shí)刻質(zhì)心的位移和速度，Bmax為支撐面某一方向上邊界的最大值，本研究通過(guò)優(yōu)勢(shì)側(cè)腳跟著地時(shí)刻腳跟Mark點(diǎn)位置表示。

（2）關(guān)節(jié)角度運(yùn)動(dòng)幅度

受試者在正常行走和摟膝拗步動(dòng)作的一個(gè)動(dòng)作周期過(guò)程中下肢髖、膝、踝三關(guān)節(jié)角度在矢狀面、額狀面和水平面分別進(jìn)行屈伸、內(nèi)收外展和內(nèi)外旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)范圍。

（3）肌電活動(dòng)規(guī)律

利用MegaWin肌電數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)肌電數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

積分肌電值（IEMG），由以下公式計(jì)算得出：

IEMG=∫N1N2X（t）·dt（4）

其中，N1和N2為積分的起點(diǎn)和終點(diǎn);

在確定肌肉激活時(shí)間時(shí)，定義第一塊被激活的肌肉為0.00 s。將肌電信號(hào)值超過(guò)基線均值兩倍標(biāo)準(zhǔn)差且持續(xù)時(shí)間在50 ms以上定義為肌肉活動(dòng)起止時(shí)刻[30]，符合定義標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間相加即為激活持續(xù)時(shí)間。由于不同受試者完成動(dòng)作的時(shí)間不同，為便于比較，激活持續(xù)時(shí)間用每個(gè)動(dòng)作的完成時(shí)間進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。

肌肉積分肌電貢獻(xiàn)率：完成某動(dòng)作時(shí)，動(dòng)作周期中某塊肌肉的積分肌電與所測(cè)所有肌肉的積分肌電的比值可以反映某塊肌肉在此動(dòng)作周期中的貢獻(xiàn)，即肌肉積分肌電貢獻(xiàn)率[28]。

1.6統(tǒng)計(jì)分析

應(yīng)用SPSS19.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，數(shù)據(jù)以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差（X±SD）表示。通過(guò) Shapiro-Wilk檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的正態(tài)分布性;應(yīng)用配對(duì)樣本T檢驗(yàn)（Paired t test）對(duì)摟膝拗步和正常行走動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)學(xué)和肌電指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析;應(yīng)用一維重復(fù)性方差分析（One-way repeated ANOVA）對(duì)下肢肌肉在不同階段積分肌電貢獻(xiàn)率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。顯著性差異水平設(shè)置為0.05。

2結(jié)果與分析

2.1正常行走和摟膝拗步的動(dòng)態(tài)穩(wěn)度（MoS）結(jié)果

由表1和表2可見(jiàn)，在優(yōu)勢(shì)側(cè)（右側(cè)）腳跟著地時(shí)刻，相比于正常行走，摟膝拗步動(dòng)作中人體質(zhì)心前后方向上的位移無(wú)顯著性差異（P=0.073），左右方向上的位移顯著較?。≒=0.000）;質(zhì)心前后方向的速度顯著較?。≒=0.000），左右方向的速度顯著較大（P=0.017）;推算的質(zhì)心位置在前后、左右方向上均顯著較小（P=0.035，P=0.002）;支撐面的最遠(yuǎn)邊界前后和左右方向無(wú)顯著性差異（P=0.247，P=0.074）;前后方向的動(dòng)態(tài)穩(wěn)度顯著較大（P=0.028），左右方向的動(dòng)態(tài)穩(wěn)度顯著較大（P=0.001）。

2.2正常行走和摟膝拗關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)幅度結(jié)果

由表3可見(jiàn)，相比正常行走，摟膝拗步動(dòng)作髖關(guān)節(jié)屈伸運(yùn)動(dòng)幅度顯著較大（P=0.003），內(nèi)收外展（P=0.262）和內(nèi)旋外旋幅度（P=0.196）略大，差異不具有顯著性;膝關(guān)節(jié)屈伸運(yùn)動(dòng)幅度顯著較大（P=0.041），內(nèi)翻外翻（P=0.083）和內(nèi)旋外旋（P=0.107）幅度差異不具有顯著性;踝關(guān)節(jié)內(nèi)翻外翻幅度顯著較大（P=0.025），背屈跖屈（P=0.636）和內(nèi)旋外旋（P=0.697）幅度差異不具有顯著性。

2.3正常行走和摟膝拗步肌電活動(dòng)結(jié)果

由表4可見(jiàn)，與相比正常行走，摟膝拗步動(dòng)作股直肌的積分肌電值顯著較大（P=0.027），脛骨前肌的積分肌電值顯著較大（P=0.032），股二頭肌和腓腸肌的積分肌電值較大，但差異不明顯（P=0.187，P=0.294）。

由表5可見(jiàn)，正常行走和摟膝拗步動(dòng)作4塊肌肉的激活順序相同，均為脛骨前肌、股直肌、股二頭肌、腓腸肌，但各肌肉的激活時(shí)間和收縮持續(xù)時(shí)間不同。實(shí)驗(yàn)結(jié)果中正常行走和摟膝拗步激活時(shí)間、持續(xù)時(shí)間并未見(jiàn)顯著性差異。

由圖2可見(jiàn)，在進(jìn)行摟膝拗步動(dòng)作時(shí)，在右單支撐階段和第一雙支撐（右腳著地到左腳離地階段）階段，與股直肌和腓腸肌相比，股二頭肌的肌肉積分肌電貢獻(xiàn)率均顯著較大;股二頭肌與脛骨前肌差異不明顯。股直肌在左單支撐階段和第二雙支撐（左腳著地到右腳再次離地階段）階段的肌肉積分肌電貢獻(xiàn)率較大，但各肌肉之間的差異不具有顯著性。

3討論

3.1太極拳摟膝拗步動(dòng)作動(dòng)態(tài)穩(wěn)度

判斷靜態(tài)身體穩(wěn)定性的方法是評(píng)價(jià)人體質(zhì)心在水平面的投影與其支撐面的關(guān)系。然而在步態(tài)研究中，就不得不考慮質(zhì)心的位置和速度對(duì)人體穩(wěn)定性的影響。質(zhì)心的位置和速度是影響人體動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素[12]。MoS是綜合考慮質(zhì)心位置、質(zhì)心速度以及支撐面三個(gè)因素的科學(xué)指標(biāo)。由表1可以得出，在右腳著地瞬時(shí)時(shí)刻，外推質(zhì)心的位置超出支撐面的最遠(yuǎn)前邊界，導(dǎo)致MoS出現(xiàn)負(fù)值，與Stefanie Bierbaum等人[31]的研究結(jié)果相同：在正常行走過(guò)程中，由于人體不斷地調(diào)整支撐面獲取平衡，導(dǎo)致外推質(zhì)心的位置一直處于支撐面邊界之外。本研究發(fā)現(xiàn)，太極拳摟膝拗步動(dòng)作的動(dòng)態(tài)穩(wěn)度在前后和左右方向均較大，說(shuō)明摟膝拗步動(dòng)作的穩(wěn)定性較差。研究證明，太極拳鍛煉能夠有效地提高老年人的身體平衡能力[16-17]，這可能是由于太極拳運(yùn)動(dòng)是在不穩(wěn)定的狀態(tài)下進(jìn)行適應(yīng)性的鍛煉，這種適應(yīng)性的鍛煉可以提高前饋控制[32]和反饋控制[33]的效能，使得神經(jīng)系統(tǒng)能夠更迅速地通過(guò)采取減小步速及質(zhì)心晃動(dòng)幅度、增加足間隙等一些“保護(hù)性的策略”調(diào)整太極拳練習(xí)者的身體姿勢(shì)。太極拳動(dòng)作特有的不穩(wěn)定動(dòng)作特征可能是改善神經(jīng)肌肉控制能力、起到預(yù)防跌倒效果的原因[33]。另外，Hof等人[13]所采用的支撐面最遠(yuǎn)前邊界是由足底壓力中心表示，但由于本實(shí)驗(yàn)并未使用測(cè)力臺(tái)，因此采用右腳著地瞬時(shí)時(shí)刻腳后跟坐標(biāo)確定[34]。

3.2太極拳摟膝拗步動(dòng)作下肢關(guān)節(jié)活動(dòng)幅度

衰老導(dǎo)致下肢關(guān)節(jié)僵硬、運(yùn)動(dòng)幅度明顯變小[35]。長(zhǎng)期的太極拳練習(xí)能夠顯著增加下肢關(guān)節(jié)的靈活性和關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)幅度[36]，并能提高單腿支撐時(shí)人體對(duì)身體姿勢(shì)的控制能力[37]。本研究發(fā)現(xiàn)，與正常行走相比，摟膝拗步單腿支撐階段階段擺動(dòng)腿膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)幅度顯著較大，可能有利于增大鍛煉者跨越障礙時(shí)抬腿高度，進(jìn)而降低被障礙物絆倒的風(fēng)險(xiǎn)。本研究結(jié)果顯示，摟膝拗步動(dòng)作的下肢關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍大于正常行走。前人研究發(fā)現(xiàn)，下肢關(guān)節(jié)在較大范圍內(nèi)活動(dòng)，可以改善骨骼肌的力量和柔韌性，并有效地提高單腿支撐能力，提高身體穩(wěn)定性，降低跌倒的風(fēng)險(xiǎn)[38-39]。太極拳特有的緩慢、較大運(yùn)動(dòng)幅度的下肢動(dòng)作特征可能對(duì)發(fā)展下肢肌肉力量具有積極的作用[39]，進(jìn)而提高人體的姿勢(shì)控制能力。Han等人[40]的研究顯示，太極拳運(yùn)動(dòng)能顯著地改善下肢關(guān)節(jié)尤其是踝關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)幅度。而在本研究中，兩種動(dòng)作的踝關(guān)節(jié)背屈跖屈和內(nèi)旋外旋運(yùn)動(dòng)幅度沒(méi)有顯著性差異，可能與所選取的太極拳動(dòng)作不同有關(guān)。

3.3太極拳摟膝拗步動(dòng)作下肢肌電活動(dòng)規(guī)律

下肢肌力下降是導(dǎo)致的跌倒的重要原因之一[41-42]。驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)不僅需要足夠的肌肉力量和耐力，同時(shí)也需要一定的肌肉收縮時(shí)間以保證身體的動(dòng)態(tài)平衡[43]。在本研究中，摟膝拗步動(dòng)作的四塊肌肉的積分肌電值均大于正常行走的肌肉積分肌電值，說(shuō)明相對(duì)于正常行走，摟膝拗步動(dòng)作對(duì)下肢肌肉有較好的鍛煉作用。其中，股直肌和脛骨前肌較正常行走有顯著性差異，說(shuō)明摟膝拗步動(dòng)作對(duì)于下肢前側(cè)肌肉鍛煉效果好，這與游永豪等人[44]的研究一致。由表5可知，摟膝拗步動(dòng)作的四塊肌肉激活持續(xù)時(shí)間均大于正常行走， Xiaolin Ren [27]得出了相似的研究結(jié)果：中老年人習(xí)慣的緩慢運(yùn)動(dòng)速度對(duì)腿部肌肉激活持續(xù)時(shí)間有著重要的影響，緩慢的運(yùn)動(dòng)速度對(duì)下肢肌肉起到了較好的鍛煉效果。 太極拳鍛煉需要不同數(shù)量的下肢肌肉進(jìn)行向心收縮和離心收縮以保證身體的平衡[45]，從而使維持身體穩(wěn)定性的肌肉得到更好的鍛煉。

眾多研究表明，太極拳運(yùn)動(dòng)能夠有效地鍛煉下肢肌肉，提高下肢肌肉力量[38-39]。由圖2可知，在摟膝拗步動(dòng)作中，股二頭肌在右單支撐和第一雙支撐階段中貢獻(xiàn)率顯著較大，股直肌在左單支撐和第二雙支撐階段中貢獻(xiàn)率較大，說(shuō)明股直肌和股二頭肌運(yùn)動(dòng)單位激活的數(shù)量多，在完成摟膝拗步動(dòng)作中起到了重要作用，因此，摟膝拗步動(dòng)作對(duì)股直肌和股二頭肌具有較好的鍛煉效果。有研究表明，當(dāng)人體有跌倒的趨勢(shì)時(shí)，股直肌對(duì)控制身體平衡有著重要的作用[46]。本研究結(jié)果驗(yàn)證了李旭鴻[47]等人的推測(cè)：太極拳運(yùn)動(dòng)中經(jīng)常使股四頭肌處于離心等張收縮狀態(tài)，進(jìn)而在不斷地鍛煉中增加股四頭肌、腓腸肌的力量。太極拳運(yùn)動(dòng)通過(guò)刺激下肢的股直肌和股二頭肌從而有效地提高身體穩(wěn)定性，降低跌倒的風(fēng)險(xiǎn)。

4結(jié)論

與正常行走相比，太極拳經(jīng)典上步動(dòng)作摟膝拗步的MoS、下肢關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)幅度、股直肌與脛骨前肌的肌肉積分肌電值較大，非同步的肌肉收縮及持續(xù)收縮時(shí)間也明顯不同于正常行走。太極拳運(yùn)動(dòng)特有的非穩(wěn)定的動(dòng)作特征可能更大程度地刺激下肢肌肉，改善下肢肌肉尤其是股直肌與脛骨前肌的力量，優(yōu)化肌肉用力協(xié)調(diào)性，增加下肢關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)幅度的策略可能有利于改善神經(jīng)肌肉控制能力，增強(qiáng)下肢調(diào)節(jié)身體穩(wěn)定性的能力，起到預(yù)防跌倒的效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]Hagovská M.， Olekszyová Z. Impact of the combination of cognitive and balance training on gait， fear and risk of falling and quality of life in seniors with mild cognitive impairment[J]. Geriatrics & Gerontology International， 2016， 16（9）：1043-1050.

[2]ME T.， CS W. Falls， injuries due to falls， and the risk of admission to a nursing home[J]. New England Journal of Medicine， 1997， 337（18）：1279-1284.

[3]朱月妹， 袁浩斌， 陳雷. 老年人跌倒危險(xiǎn)因素的調(diào)查[J]. 護(hù)理實(shí)踐與研究， 2007， 4（10）：5-7.

[4]Lord. S. R.， Ward. J. A.， Williams. P.， et al. The effects of a community exercise program on fracture risk factors in older women[J]. Osteoporosis International， 1996， 6（5）：361-367.

[5]Wu G.， Millon D. Joint kinetics during Tai Chi gait and normal walking gait in young and elderly Tai Chi Chuan practitioners[J]. Clinical Biomechanics， 2008， 23（6）：787-795.

[6]Devita P.， Hortobagyi T. Age causes a redistribution of joint torques and powers during gait[J]. Journal of Applied Physiology， 2000， 88（5）：04-11.

[7]Heinlein B.， Kutzner I.， Graichen F.， et al. ESB clinical biomechanics award 2008：Complete data of total knee replacement loading for level walking and stair climbing measured in vivo with a follow-up of 6–10 months[J]. Clinical Biomechanics， 2009， 24（4）：315-326.

[8]Winter D. A. The biomechanics and motor control of human gait[M].University of Waterloo Press，1987：94.

[9]Piirtola M.， Era P. Force platform measurements as predictors of falls among older people - a review[J]. Gerontology， 2006， 52（1）：1-16.

[10]Cattagni T.， Scaglioni G.， Laroche D.， et al. Ankle muscle strength discriminates fallers from non-fallers[J]. Frontiers in aging neuroscience， 2014， 6（3）：3-6.

[11]宋祺鵬. 太極拳練習(xí)對(duì)老年人上下樓梯時(shí)身體穩(wěn)定性的影響[D]. 上海：上海體育學(xué)院， 2017.

[12]Pai Y. C.， Patton J.， . Center of mass velocity-position predictions for balance control[J]. Journal of Biomechanics， 1997， 30（4）：347-54.

[13]AL H.， MG G.， WE S. The condition for dynamic stability[J]. Journal of Biomechanics， 2005， 38（1）：1-8.

[14]肖春梅， 王彤， 姜桂萍. 太極拳運(yùn)動(dòng)對(duì)老年平衡能力的影響[J]. 北京體育大學(xué)學(xué)報(bào)， 2006， 29（4）：489-490.

[15]Huang C. W.， Chen W. H.， Chu H. H.， et al. Simple tai chi exercise for improving elderly postural stability via complexity index analysis[J]. Artificial Life & Robotics， 2015， 20（1）：1-7.

[16]Law N. Y.， Li J. X. The temporospatial and kinematic characteristics of typical Tai Chi movements：Repulse Monkey and Wave-hand in Cloud[J]. Research in Sports Medicine， 2014， 22（2）：111-123.

[17]Thornton E. W.， Sykes K. S.， Tang W. K. Health benefits of Tai Chi exercise：improved balance and blood pressure in middle-aged women[J]. Health Promot Int， 2004， 19（1）：33-38.

[18]Ramachandran A. K.， Rosengren K. S.， Yang Y.， et al. Effect of Tai Chi on gait and obstacle crossing behaviors in middle-aged adults[J]. Gait & Posture， 2007， 26（2）：248-255.

[19]Bosse I.， Kai D. O.， Savelberg H. H.， et al. Dynamic stability control in younger and older adults during stair descent[J]. Hum Mov Sci， 2012， 31（6）：1560-1570.

[20]曹傳寶， 吳耀宇， 馬剛， 等. 老齡化對(duì)下樓梯動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性及髕股關(guān)節(jié)力學(xué)特征的影響[J]. 中國(guó)運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)雜志， 2020（3）：194-202.

[21]封飛虎， 樂(lè)純. 皮艇運(yùn)動(dòng)員室內(nèi)1 000m模擬劃中表面肌電分析與應(yīng)用[J]. 武漢體育學(xué)院學(xué)報(bào)， 2010， 44（10）：63-66.

[22]Iris B.， Daniel O. N. K.， Hans Hubert S.， et al. Dynamic stability control in younger and older adults during stair descent[J]. Hum Mov Sci， 2012， 31（6）：1560-1570.

[23]梁雷超， 黃靈燕， 伍勰， 等. 膝骨關(guān)節(jié)炎對(duì)女性老年人步行動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性的影響[J]. 體育科學(xué)， 2016， 36（3）：61-66.

[24]Li J. X.， Law N. Y. Kinetics of the lower limb during two typical Tai Chi movements in the elderly[J]. Research in Sports Medicine， 2017， 26（2）：1-12.

[25]Wu G.， Liu W.， Hitt J.， et al. Spatial， temporal and muscle action patterns of Tai Chi gait[J]. Journal of Electromyography & Kinesiology， 2004， 14（3）：343-354.

[26]孫礪， 柳方祥. 淺析表面肌電信號(hào)不同指標(biāo)的數(shù)學(xué)處理與分形論的關(guān)系[J]. 伊犁師范學(xué)院學(xué)報(bào)， 2009， 4（5）：51-54.

[27]Wu G.， Ren X. Speed effect of selected Tai Chi Chuan movement on leg muscle activity in young and old practitioners[J]. Clinical Biomechanics， 2009， 24（5）：415-421.

[28]吳升扣， 紀(jì)仲秋， 李曙剛， 等. 韻律性身體活動(dòng)改善幼兒側(cè)滑步下肢積分肌電貢獻(xiàn)率的研究[J]. 成都體育學(xué)院學(xué)報(bào)， 2016， 42（5）：23-28.

[29]Hof A. L.， Bockel R. M. V.， Schoppen T.， et al. Control of lateral balance in walking：Experimental findings in normal subjects and above-knee amputees[J]. Gait & Posture， 2007， 25（2）：250-258.

[30]Hodges P. W.， Bui B. H. A comparison of computer-based methods for the determination of onset of muscle contraction using electromyography[J]. Electroencephalography and clinical neurophysiology， 1996， 101（6）：511-519.

[31]Bierbaum S.， Peper A. K.， Arampatzis A. Adaptational responses in dynamic stability during disturbed walking in the elderly[J]. Journal of Biomechanics， 2010， 43（12）：2362-2368.

[32]Aruin A. S.， Latash M. L. The role of motor action in anticipatory postural adjustments studied with self-induced and externally triggered perturbations[J]. Experimental Brain Research， 1995， 106（2）：291-300.

[33]Yi-Chung P.， Bhatt T. S. Repeated-slip training：an emerging paradigm for prevention of slip-related falls among older adults[J]. Physical Therapy， 2007， 87（11）：1478-91.

[34]Lugade V.， Kaufman K. Dynamic stability margin using a marker based system and Tekscan：A comparison of four gait conditions[J]. Gait & Posture， 2014， 40（1）：252-254.

[35]胡雪艷， 惲?xí)云剑?郭忠武， 等. 正常成人步態(tài)特征研究[J]. 中國(guó)康復(fù)理論與實(shí)踐， 2006， 12（10）：855-857.

[36]潘國(guó)建， 盧昌亞， 孫緒生， 等. 太極拳運(yùn)動(dòng)對(duì)大學(xué)生能量代謝及形態(tài)機(jī)能指標(biāo)的影響[J]. 上海師范大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版， 2009， 38（3）：319-325.

[37]于寧， 張翠， 逄峰. 不同運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目對(duì)老年女性跨越障礙物策略影響的研究[J]. 山東體育科技， 2013，35（1）：105-110.

[38]Melzer I.， Benjuya N.， Kaplanski J. Effects of regular walking on postural stability in the elderly[J]. Gerontology， 2003， 49（4）：240-245.

[39]邱玉宇， 崔焱. 太極拳鍛煉對(duì)防止老年人跌倒作用機(jī)制的研究[J]. 護(hù)理研究， 2008， 22（6）：490-491.

[40]Han A.， Judd M.， Welch V.， et al. Tai chi for treating rheumatoid arthritis[M].John Wiley & Sons， Ltd， 2004.

[41]Pai Y. C.， Yang F.， Wening J. D.， et al. Mechanisms of limb collapse following a slip among young and older adults[J]. Journal of Biomechanics， 2006， 39（12）：2194-2204.

[42]Pavol M. J.， Pai Y. C. Deficient limb support is a major contributor to age differences in falling[J]. Journal of Biomechanics， 2007， 40（6）：1318-1325.

[43]Zhou J.， Chang S.， Hong Y.， et al. Effects of 24-week Tai Chi exercise on the knee and ankle proprioception of older women[J]. Research in Sports Medicine， 2016， 24（1）：84-93.

[44]游永豪， 胡俊， 張陽(yáng)， 等. 24式簡(jiǎn)化太極拳鍛煉過(guò)程中老年人雙下肢主要肌肉肌電信號(hào)變化的比較研究[J]. 體育研究與教育， 2016， 31（1）：106-108.

[45]Lai J. S.， Lan C.， Wong M. K.， et al. Two-year trends in cardiorespiratory function among older Tai Chi Chuan practitioners and sedentary subjects[J]. Journal of the American Geriatrics Society， 1995， 43（11）：1222-1227.

[46]謝萌. 健身氣功·五禽戲平衡動(dòng)作對(duì)下肢穩(wěn)定性的運(yùn)動(dòng)解剖學(xué)與肌電分析[D].上海：上海體育學(xué)院， 2011.

[47]李旭鴻， 范年春， 許鑫華， 等. 長(zhǎng)期太極拳和廣場(chǎng)舞鍛煉老年女性骨骼肌含量、骨骼肌力量以及平衡能力的研究[J]. 中國(guó)運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)雜志， 2016，35（9）：844-848.