Research progress on the application of perturbation?based balance training in fall prevention in the elderly

SHI Mingjuan1， ZHANG Xuehong2*， WANG Nan1， ZHANG Yadi1， YAO Lijun2

1.Chengde Medical University， Hebei 067000 China；2.Affiliated Hospital of Chengde Medical University

*Corresponding Author" ZHANG Xuehong， E?mail： cdfyzhxh@126.com

Keywords" the elderly； falling； perturbation?based balance training； review

摘要" 基于擾動(dòng)的平衡訓(xùn)練作為一種有效預(yù)防老年人跌倒的方法備受關(guān)注，主要對(duì)基于擾動(dòng)的平衡訓(xùn)練相關(guān)設(shè)備的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行綜述，為預(yù)防我國(guó)老年人跌倒提供新思路。

關(guān)鍵詞" 老年人；跌倒；基于擾動(dòng)的平衡訓(xùn)練；綜述

doi：10.12102/j.issn.1009-6493.2024.24.031

我國(guó)疾病監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)顯示，跌倒是我國(guó)65歲以上老年人因傷致死的首位原因[1]。在我國(guó)，每年約有4 000萬(wàn)例老年人至少發(fā)生1次跌倒，且跌倒的發(fā)生率隨年齡增長(zhǎng)而顯著增加，嚴(yán)重威脅老年人身心健康[2]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年因跌倒產(chǎn)生的直接醫(yī)療費(fèi)用在50億元人民幣以上，經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)約為800億元人民幣[3]，可見(jiàn)，老年人跌倒已經(jīng)成為嚴(yán)重的公共衛(wèi)生問(wèn)題之一。第七次全國(guó)人口普查結(jié)果顯示，我國(guó)目前60歲以上老年人口占18.7%，其中65歲及以上人口占13.5%[4]。我國(guó)老年人口數(shù)量龐大，跌倒的負(fù)擔(dān)將繼續(xù)增加，應(yīng)制定有效的干預(yù)措施，降低老年人跌倒事件的發(fā)生。平衡訓(xùn)練可有效改善老年人的平衡控制，并將老年人的跌倒率降低約24%[5]。傳統(tǒng)的平衡訓(xùn)練主要關(guān)注訓(xùn)練者自己主動(dòng)控制平衡，而老年人常因無(wú)法控制的意外事件發(fā)生滑倒和絆倒[6]?；跀_動(dòng)的平衡訓(xùn)練（perturbation?based balance training，PBT）是一種特殊類(lèi)型的平衡訓(xùn)練，該平衡訓(xùn)練模擬了與現(xiàn)實(shí)生活情況非常相似的意外身體失衡，因此，基于擾動(dòng)的平衡訓(xùn)練獲得了許多學(xué)者的關(guān)注。有證據(jù)表明，基于擾動(dòng)的平衡訓(xùn)練可將老年人日常生活中跌倒減少40%～50%[7]。由此可知，相對(duì)于傳統(tǒng)的平衡訓(xùn)練，基于擾動(dòng)的平衡訓(xùn)練對(duì)于預(yù)防老年人跌倒的效果更好[8]。

1" 概念

許多國(guó)外學(xué)者使用基于擾動(dòng)的平衡訓(xùn)練預(yù)防跌倒，Pai等[9]運(yùn)用基于擾動(dòng)的平衡訓(xùn)練對(duì)老年人進(jìn)行了干預(yù)訓(xùn)練，發(fā)現(xiàn)該平衡訓(xùn)練對(duì)預(yù)防老年人跌倒有積極效果；Lurie等[10]通過(guò)臨床試驗(yàn)證實(shí)了基于擾動(dòng)的平衡訓(xùn)練的臨床可行性；Lurie等[11]在臨床中進(jìn)行了一項(xiàng)大型的隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)，證實(shí)了基于擾動(dòng)的平衡訓(xùn)練對(duì)預(yù)防跌倒的積極作用。隨著基于擾動(dòng)的平衡訓(xùn)練研究不斷加深，國(guó)外對(duì)基于擾動(dòng)的平衡訓(xùn)練不僅用于預(yù)防老年人跌倒，還涉及腦卒中[12]、脊髓損傷[13]等病人跌倒。

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)基于擾動(dòng)的平衡訓(xùn)練還沒(méi)有統(tǒng)一的定義，通過(guò)文獻(xiàn)可以了解到，基于擾動(dòng)的平衡訓(xùn)練是一種新興的預(yù)防老年人跌倒的干預(yù)措施，該平衡訓(xùn)練是專(zhuān)業(yè)人員使用相關(guān)設(shè)備對(duì)訓(xùn)練者進(jìn)行無(wú)預(yù)兆的擾動(dòng)，這些擾動(dòng)是在安全和可控的環(huán)境中引起訓(xùn)練者跌倒，安全設(shè)施可恢復(fù)訓(xùn)練者的穩(wěn)定姿勢(shì)?；跀_動(dòng)的平衡訓(xùn)練主要是模仿日常生活中跌倒的偶然性和意外性，該平衡訓(xùn)練是故意對(duì)個(gè)人的步態(tài)周期造成輕微的、不可預(yù)測(cè)的干擾，通過(guò)擾動(dòng)的平衡訓(xùn)練可使他們能夠建立起跌倒防御機(jī)制，從而減少跌倒的發(fā)生。

2" 常見(jiàn)設(shè)備

2.1 基于擾動(dòng)訓(xùn)練的跑步機(jī)

由1臺(tái)寬大的跑步機(jī)和1個(gè)帶骨盆支架的驅(qū)動(dòng)骨盆連桿組成，骨盆支架用于訓(xùn)練者在跑步機(jī)行走期間對(duì)骨盆內(nèi)側(cè)和前后方向傳遞擾動(dòng)力脈沖，這可以訓(xùn)練平衡、步態(tài)和步態(tài)的適應(yīng)能力，跑步機(jī)的皮帶可無(wú)預(yù)兆地向前、向后和橫向搖擺產(chǎn)生擾動(dòng)，從而使訓(xùn)練者喪失平衡[14]。訓(xùn)練者可以體驗(yàn)和訓(xùn)練意外的絆倒和滑倒，而不會(huì)有跌倒的風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)榘踩珟Э梢怨潭ㄓ?xùn)練者保持平衡。該跑步機(jī)不需要較大空間，這種設(shè)置在臨床環(huán)境中較為可行。在使用基于擾動(dòng)的跑步機(jī)進(jìn)行訓(xùn)練時(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生較大的地面反應(yīng)沖擊力，超出了許多老年人的能力尤其是患有嚴(yán)重下肢骨關(guān)節(jié)炎的病人[8]，所以對(duì)于虛弱和下肢關(guān)節(jié)炎的病人不建議使用。

2.2 EPES（elliptical perturbation system）系統(tǒng)

EPES系統(tǒng)是一種重達(dá)140 kg的機(jī)電一體化設(shè)備，可在原地行走過(guò)程中提供三維擾動(dòng)傾斜，它由1個(gè)固定的橢圓系統(tǒng)組成，該系統(tǒng)安裝在1個(gè)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上，該運(yùn)動(dòng)平臺(tái)由2個(gè)直流電機(jī)和與之相連的齒輪組成[8]。該系統(tǒng)提供最大8°的三維擾動(dòng)傾斜角度，并配備了攝像裝置，可在給出未經(jīng)通知的平衡擾動(dòng)后捕獲和識(shí)別訓(xùn)練者的平衡反應(yīng)，并及時(shí)反饋給訓(xùn)練者。這樣訓(xùn)練者可以接收到實(shí)時(shí)反饋，幫助訓(xùn)練者在受到擾動(dòng)時(shí)快速做出反應(yīng)。此外，EPES可確定不同的擾動(dòng)參數(shù)，例如擾動(dòng)的傾斜角度、旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度和時(shí)間間隔等。該系統(tǒng)目的是專(zhuān)門(mén)改善軀干和上肢平衡反應(yīng)控制。橢圓系統(tǒng)專(zhuān)門(mén)針對(duì)行走過(guò)程中的平衡反應(yīng)，這適用于所有老年人，特別適用于患有下肢骨關(guān)節(jié)炎的老年人。此外，橢圓系統(tǒng)可改善老年人[8]、腦卒中[15]和帕金森病[16]等病人的步態(tài)參數(shù)。這是因?yàn)樵跈E圓系統(tǒng)中行走是一項(xiàng)有節(jié)奏的任務(wù)，其反射調(diào)節(jié)與常規(guī)行走相似。有數(shù)據(jù)表明，與其他訓(xùn)練工具相比，橢圓系統(tǒng)訓(xùn)練具有優(yōu)勢(shì)，因?yàn)槠浒踩b置能夠穩(wěn)固地固定雙下肢，以減少在高強(qiáng)度沖擊下反復(fù)出現(xiàn)的下肢關(guān)節(jié)反作用力，同時(shí)允許以功能性、直立的姿勢(shì)進(jìn)行鍛煉[8]。但是，橢圓系統(tǒng)的擾動(dòng)可能不足以平衡老年人現(xiàn)實(shí)生活中的跌倒情況，對(duì)預(yù)防跌倒的影響目前尚不清楚。

2.3 主動(dòng)系留輔助骨盆裝置（TPAD）

TPAD是一種創(chuàng)新的電驅(qū)動(dòng)機(jī)器人。運(yùn)動(dòng)平臺(tái)為分體式跑步機(jī)，由4個(gè)交流電機(jī)安裝在1個(gè)鋼性框架上，并通過(guò)電纜連接到受試者佩戴的織物腰帶上[17]。配有稱(chēng)重傳感器和閉環(huán)控制器（可確保電機(jī)提供正確的張力），10個(gè)攝像頭動(dòng)作捕捉系統(tǒng)。訓(xùn)練者在正常行走過(guò)程中，織物腰帶對(duì)訓(xùn)練者腰部進(jìn)行干擾，同時(shí)稱(chēng)重感受器對(duì)訓(xùn)練者腳部力量檢測(cè)，并控制擾動(dòng)時(shí)間，該系統(tǒng)十分適合基于擾動(dòng)的平衡訓(xùn)練。Martelli等[18]初步研究顯示，老年人使用該裝置后對(duì)預(yù)防跌倒有積極的效果并且證明了該裝置可以改善步態(tài)穩(wěn)定性，鑒于在跑步機(jī)和地上行走存在差異，消除跑步機(jī)約束是必不可少的。為了允許在地面行走期間進(jìn)行擾動(dòng)，同時(shí)還開(kāi)發(fā)了移動(dòng)系留骨盆輔助裝置（mTPAD）。移動(dòng)系留骨盆輔助裝置是一個(gè)移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)，使用后式助行車(chē)為框架，是一種便攜式設(shè)備。該裝置可對(duì)骨盆施加定時(shí)力，以及干預(yù)后的認(rèn)知和功能測(cè)量。此外，該裝置成本低，便于攜帶，有利于在臨床推廣使用。

3" 優(yōu)勢(shì)與效果

3.1 改善平衡

與傳統(tǒng)的平衡訓(xùn)練相比，基于擾動(dòng)的平衡訓(xùn)練具有安全措施，在進(jìn)行外部干擾時(shí)安全裝置可以維持訓(xùn)練者身體的穩(wěn)定性，從而避免不良事件的發(fā)生。有研究證實(shí)了基于擾動(dòng)的平衡訓(xùn)練的可行性[19]，基于擾動(dòng)的平衡訓(xùn)練是改善老年人反應(yīng)平衡的最佳干預(yù)措施[20]。Allin等[21]通過(guò)臨床試驗(yàn)證明了基于擾動(dòng)的訓(xùn)練對(duì)跌倒有積極影響。近年來(lái)，基于擾動(dòng)的平衡訓(xùn)練在預(yù)防跌倒并降低跌倒率得出了積極的結(jié)果。基于擾動(dòng)的平衡訓(xùn)練使老年人能夠發(fā)展短期和長(zhǎng)期的抗跌倒技能，例如改善老年人的身體平衡性和運(yùn)動(dòng)神經(jīng)反饋，以應(yīng)對(duì)意外的擾動(dòng)[22]。Kim等[23]評(píng)估了為期 8 周的基于擾動(dòng)的平衡訓(xùn)練計(jì)劃在社區(qū)老年人中的有效性，結(jié)果表明基于擾動(dòng)的平衡訓(xùn)練對(duì)老年人的動(dòng)態(tài)平衡控制產(chǎn)生了積極影響，并且還降低了對(duì)跌倒恐懼。一項(xiàng)針對(duì) 166 名社區(qū)老年人的研究報(bào)告稱(chēng)，基于跑步機(jī)的擾動(dòng)平衡訓(xùn)練對(duì)于預(yù)防跌倒有著明顯的效果，反應(yīng)較差的老年人在接受基于擾動(dòng)的平衡訓(xùn)練后身體的平衡性得到了提升[24]。Lurie等[11]在老年病醫(yī)院對(duì)衰弱的老年人進(jìn)行了基于擾動(dòng)的平衡訓(xùn)練，得出基于擾動(dòng)的平衡訓(xùn)練對(duì)預(yù)防老年衰弱病人跌倒是可行的。

3.2 提高認(rèn)知能力

隨著年齡的增長(zhǎng)，老年人的認(rèn)知能力不斷下降，認(rèn)知能力的下降會(huì)影響老年人的平衡性，容易使老年人發(fā)生跌倒。活動(dòng)可以分為身體訓(xùn)練（即有氧運(yùn)動(dòng)和力量訓(xùn)練）和運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練（即平衡、協(xié)調(diào)和柔韌性），身體和運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練對(duì)認(rèn)知的改善都是有益的，但運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練可能更好地刺激信息處理的變化，尤其是處理視覺(jué)和空間信息的能力[25]。Bhagwat等[26]在基于擾動(dòng)的平衡訓(xùn)練前后運(yùn)用認(rèn)知測(cè)量工具對(duì)訓(xùn)練者進(jìn)行評(píng)估后發(fā)現(xiàn)，訓(xùn)練后訓(xùn)練者的認(rèn)知能力得到顯著提升。基于擾動(dòng)的平衡訓(xùn)練被認(rèn)為是一種具有高度復(fù)雜性和神經(jīng)肌肉要求的運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練任務(wù)[27]。有研究結(jié)果證實(shí)，平衡訓(xùn)練可有效提高大腦信息處理速度，并且發(fā)現(xiàn)基于擾動(dòng)的平衡訓(xùn)練可能對(duì)認(rèn)知功能領(lǐng)域特別有益[28]。Aviles等[29]首次驗(yàn)證了基于擾動(dòng)的平衡訓(xùn)練可以影響老年人的認(rèn)知表現(xiàn)。

3.3 降低跌倒率

跌倒是指突發(fā)、不自主的、非故意的體位改變。隨著我國(guó)老齡化日益加重，老年人跌倒發(fā)生率也在不斷上升。近些年，國(guó)外發(fā)現(xiàn)基于擾動(dòng)的平衡訓(xùn)練對(duì)預(yù)防跌倒的發(fā)生有著積極的意義。Pai等[9]對(duì)基于擾動(dòng)的平衡訓(xùn)練的老年人進(jìn)行了為期12個(gè)月的隨訪(fǎng)，發(fā)現(xiàn)跌倒率下降了50%。Okubo等[30]調(diào)查了基于擾動(dòng)的平衡訓(xùn)練對(duì)虛弱或高危老年人跌倒發(fā)生率的影響，從試驗(yàn)結(jié)果得出在擾動(dòng)跑步機(jī)上進(jìn)行反應(yīng)性平衡訓(xùn)練對(duì)于容易跌倒的虛弱老年住院病人是可行的。可見(jiàn)，基于擾動(dòng)的平衡訓(xùn)練對(duì)不僅對(duì)預(yù)防老年人跌倒有效，對(duì)衰弱的老年人同樣有效[31]。

4" 不足

4.1 安全裝置需要改進(jìn)

基于擾動(dòng)的平衡訓(xùn)練目前還未出現(xiàn)較重的不良事件，但還是有一些輕微不良事件的報(bào)告。有研究發(fā)現(xiàn)，基于擾動(dòng)的平衡訓(xùn)練后部分訓(xùn)練者出現(xiàn)了肌肉酸痛等輕微不良事件，這可能是由于安全裝置與皮膚摩擦或牽拉所致，為減少不良事件的發(fā)生，安全裝置需符合人體工學(xué)[32]。

4.2 最佳擾動(dòng)訓(xùn)練尚不清楚

盡管許多研究證明了基于擾動(dòng)的平衡訓(xùn)練在臨床實(shí)踐中的可行性，但目前很難得出基于擾動(dòng)的平衡訓(xùn)練最佳擾動(dòng)次數(shù)和訓(xùn)練頻率的結(jié)論，并且也沒(méi)有相關(guān)指南[14]。國(guó)外不同學(xué)者對(duì)基于擾動(dòng)的平衡訓(xùn)練的訓(xùn)練頻率和訓(xùn)練量存在較大差異，雖然有研究表明相對(duì)較低的訓(xùn)練劑量有積極效果，但最佳擾動(dòng)訓(xùn)練量尚不清楚[33]。未來(lái)可針對(duì)不同階段的臨床需求設(shè)計(jì)合理的方案，因?yàn)橥挥?xùn)練方案不能滿(mǎn)足不同階段的需求，難以使訓(xùn)練達(dá)到最好效果。因此，需要對(duì)基于擾動(dòng)的平衡訓(xùn)練進(jìn)行更多的臨床試驗(yàn)研究，確定最佳擾動(dòng)訓(xùn)練方案。

4.3 臨床推廣困難

基于擾動(dòng)的平衡訓(xùn)練通過(guò)破壞訓(xùn)練者的穩(wěn)定性并模擬跌倒的情況，從而預(yù)防老年人跌倒的發(fā)生。但該訓(xùn)練設(shè)備的成本高、體型大及訓(xùn)練內(nèi)容可能會(huì)阻礙該訓(xùn)練工具在臨床上的廣泛應(yīng)用[34]。因此，有必要開(kāi)發(fā)替代這些訓(xùn)練工具的簡(jiǎn)便方法或者開(kāi)發(fā)經(jīng)濟(jì)有效且臨床上可行的設(shè)備進(jìn)行擾動(dòng)訓(xùn)練。

5" 小結(jié)

隨著年齡的增長(zhǎng)，老年人身體各項(xiàng)機(jī)能逐漸下降，平衡功能慢慢減退，跌倒風(fēng)險(xiǎn)不斷增加，基于擾動(dòng)的平衡訓(xùn)練可有效預(yù)防老年人跌倒的發(fā)生，提高老年人的生活質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)健康老齡化這一戰(zhàn)略。通過(guò)臨床研究發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)的平衡訓(xùn)練相比基于擾動(dòng)的平衡訓(xùn)練對(duì)預(yù)防老年人跌倒效果更為顯著并且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。早在21世紀(jì)初國(guó)外就開(kāi)始對(duì)社區(qū)老年人進(jìn)行基于擾動(dòng)的平衡訓(xùn)練，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)并獲得了積極的效果。目前，我國(guó)關(guān)于基于擾動(dòng)的平衡訓(xùn)練研究較少，未來(lái)研究人員可對(duì)老年人群進(jìn)行干預(yù)研究，建立完善且適合我國(guó)老年人群的基于擾動(dòng)的平衡訓(xùn)練，降低老年人跌倒的發(fā)生。另外，基于擾動(dòng)的平衡訓(xùn)練由于過(guò)于依賴(lài)設(shè)備，并且設(shè)備體型較大，需要專(zhuān)業(yè)人員在旁進(jìn)行監(jiān)督，在臨床推廣使用較為困難，期望科技人員根據(jù)臨床需要設(shè)計(jì)出體型較小、操作方便、價(jià)格合理的設(shè)備?；跀_動(dòng)的平衡訓(xùn)練是一種很有前途的預(yù)防老年人跌倒的方法。在臨床推廣之前，仍需進(jìn)行大規(guī)模、多中心的臨床干預(yù)試驗(yàn)，確保其實(shí)施的可行性。

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（收稿日期：2024-02-10；修回日期：2024-12-05）

（本文編輯 蘇琳）