1 前言
经大量的查阅资料得知，以生物力学为基础进行老年人下楼梯时摔倒因素的研究甚少，并且局限于单一任务下的分析研究，但实际情况可能是多任务的场景，比如说一边思考，一边下楼梯，验证太极拳对双重老年人下楼梯时策略的影响，而研究太极拳老年人在双重任务时下楼梯对老年人日常生活的影响研究还属空白。本实验希望通过对太极拳锻炼组老年人和无锻炼组老人在双重任务时下楼梯表现出的稳定性相关指标进行研究，呼吁老年人加强体育锻炼，减少一些关键风险因素，太极拳是中国传统的体育锻炼，因其可以增加老年人的稳定性，有利于延缓老年人认知功能及肌肉功能的衰退，增强稳定性，能够有效预防老年人跌倒，为老年人科学健身提供相关依据，所以被认为是老年人从事体育锻炼的最佳选择。
1.1 问题的提出
每年，大约三人之一的老年人跌倒，约 50%的老年人曾多次重复跌倒[1]。大约 25%的跌倒导致轻微瘀伤到髋关节的骨骼损伤，下楼梯时导致髋部骨折的重要因素之一，且髋部骨折后果非常严重，髋关节骨折后 1 年内死亡率约为 25%[2]。有报告确定了楼梯步态占所有的 26%[3],并成为老年人意外死亡的主要原因[3]。下楼梯作为一个相对复杂危险性较高的的运动任务，需要更强的稳定性及认知控制能力，下楼梯占社区老年人楼梯跌倒的 75%[4]。与水平步行相比，下楼梯需要更大的下肢关节的灵活性和下肢肌肉的力量。老年人的认知能力也随着年龄的增长而逐渐衰弱，导致反应能力降低，并且更容易使老年人在双重任务下楼梯时容易踩到楼梯的边缘或者是过渡区域。因此，下楼梯对所有年龄人的运动控制增加了重大挑战，但是由于老年人许多生理系统功能的下降，特别是老年人的稳定性及认知能力下降,增加了下楼梯时产生的高风险环境。人们的生活和医疗水平随着社会的发展不断提高。社会的人口已呈现老龄化现象。因此，老年人的生活质量越来越受到各方的关注。老年人增强锻炼，改善生活状态，增强活动能力来避免意外跌倒的发生。根据分析现有的研究发现，主要是通过生物学机制、步态、姿势控制、平衡测试等方面研究老年人的平衡能力来预防老年人的跌倒。关于太极拳对老年人干扰状态下稳定性影响的研究数量有限，且大部分还停留在发现太极拳对老年人平衡能力的改善层面，多为重复性研究。虽然部分学者对太极拳提高老年人平衡控制能力的活动机制进行研究，但形式过于简单深入度不够，研究深度需进一步提升。近期随着运动生物力学学科与体育研究结合的不断提升，科学的利用先进仪器设备成为体育运动促进健康的重要的研究手段，也必然成为趋势。因此，运动生物力学深入的研究太极拳改善稳定性的微观过程，结合太极拳的技术特征，制订合理的促进老年人身体稳定性的运动处方，太极拳与身体平衡能力的促进关系研究对改进老年人的生活质量，预防老年人跌倒具有深远的意义。本实验希望对通过对太极拳锻炼组老年人和无锻炼组老人在双重任务时下楼梯表现出的稳定性相关指标进行研究，得出太极拳锻炼组双重任务时下楼梯过程稳定性等指标高于无锻炼组，呼吁老年人加强体育锻炼，减少一些关键风险因素，证实太极拳是老年人体育锻炼的有效方式，有利于延缓老年人认知功能及肌肉功能的衰退，能够有效预防老年人跌倒，为老年人的科学健身提供依据。
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1.2 文献综述
通过 LSD 的研究结果发现，老年组对上楼梯的动作比较容易完成，在上楼梯过程中，老年组对认知任务的信息处理相对容易完成。但相比较而言，老年组在下楼较上楼梯时的回答问题次数明显减少，说明下楼梯对老年人来讲是比较困难的动作[5]。通过流行病学研究资料发现，老年人下楼较上楼梯时身体不稳定更容易发生意外［6］。研究发现，老年人下楼梯过程的动作有自身的规律性，踝关节屈背增加摆动腿足尖离地高度是老年人下楼梯过程中避免绊倒的因素。但下楼梯对于老年人而言是较为危险和具有挑战性的运动，运动过程中容易发生摔倒损伤。老年人下楼梯过程中支撑阶段主要肌群激活水平较高，运动幅度和力量幅度都比较大，所以，对于老年人来说，增加下肢肌肉力量对下楼梯行走稳定性有着重要意义。通过查阅 Startzell[6]等人研究资料显示，老年人发生在上楼梯是的摔倒死亡率达到 10%，对绝大部分社区老年人来说，老年人每天不得不面对上下楼梯这个过程，那么这个过程也是最具有挑战性以及危险系数最高的日常活动之一,研究发现[5]，随着年龄的增长，在下楼梯过程中，步态的周期时间、单支撑时间、足底垂直压力曲线波谷压力足底垂直压力曲线第二波峰压力、足底左右方向压力曲线峰值压力呈递增趋势。足底垂直压力曲线第一波峰压力、足底前后压力曲线第二峰值压力呈递减趋势。刘晓梅等人研究得出中老年男性下楼梯时身体稳定性下降显著［8］。 Heng-Ju.[9]等人通过对不同年龄阶段在下楼梯时的平衡控制能力进行了对比后显示，年轻人的身体前倾角度在下楼梯转到水平行走的转化中明显变小，而老年人在此过程中的身体前倾角度明显增大。通过研究比较，在下楼梯过程中老年人无法很好的控制身体的晃动，稳定性要比年轻人差很多。
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2 研究方法
2.1 研究对象
在济南市分别选择 15 名年龄在 65 岁以上，没有骨骼、神经肌肉、视觉、心理等疾病且一年之内没有住院史的锻炼 2 年以上太极拳老年人为研究对象和 15名年龄在 65 岁以上，没有骨骼、神经肌肉、视觉、心理等疾病且一年之内没有住院史的无锻炼作为对照组.且在过去的 3 年中，没有跌倒的经历或步态异常，并右脚占主导地位（右脚作为优势脚），受试者必须在签署同意书后才能进行研究测试。
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2.2 实验仪器
（1）模拟楼梯
本次实验使用的模拟楼梯由山东省科研中心生物力学实验室提供（图 1）。楼梯的整体重量约为 1.5 吨左右，制作楼梯钢板的厚度为 1cm，楼梯有六个台阶组成，台阶的长、宽高分别为 150cm、30cm、17cm，第六阶台阶是一个长 100cm，宽 150cm 的平台，在平台后侧边缘设置有 100cm 高度的护栏，对受试者具有保护作用。
（2）模拟跑道
模拟跑道是由 28 块特殊金属材质拼装制成，架设在楼梯的最下方与最后一个台阶相连，根据实验要求跑道的规格为 720cm×210cm，金属材质的跑道容易产生反光效果，实验过程中会造成红外线数据系统采集数据出现偏差，所以在跑道上铺设了地毯，各个反光点用医用胶带覆盖，以免产生干扰造成不必要的麻烦。
（3）Vicon 红外线动力捕捉系统
实验系统见图 2，主要包括：8 个 MX-F40 摄像头和一个主机箱。8 个红外线摄像机按要求分布在模拟跑道的周围，用以完整拍摄测试的整个过程。所有数据线的链接都采用隐藏式，避免对受试者在测试过程中受到影响。
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3 研究结果..............15
3.1 太极拳组与无锻炼组双重任务下下楼梯的运动学指标.......15
3.1.2 太极拳组与无锻炼组双重任务下下楼梯过程中的抬脚高度........17
3.1.3 太极拳组与无锻炼组双重任务下下楼梯过程中躯干前倾角........18
3.1.4 太极拳组与无锻炼组双重任务下下楼梯过程中头部前倾角........19
3.1.5 太极拳组与无锻炼组双重任务下下楼梯过程中髋关节最大角度........20
3.1.6 太极拳组与无锻炼组双重任务下下楼梯过程中膝关节最大角度........21
3.1.7 太极拳组和无锻炼组双重任务下下楼梯过程中踝关节最大角度........22
3.1.8 太极拳组与无锻炼组双重任务下下楼梯过程中重心左右晃动....23
4 研究讨论与分析............24
4.1 运动学指标分析...........24
4.1.1 身体姿态............24
4.1.2 稳定性分析........26
5 结论............27
4 研究讨论与分析
4.1 运动学指标分析
4.1.1 身体姿态
这是第一次研究描述双重任务运动时对下楼梯的稳定性的影响。 下楼梯是老年人遇到的每天必不可少的最困难的任务之一，通常在楼梯边缘绊到而跌倒。假设减小脚间隙增加了在楼梯边缘捕捉足部的风险，因此在步态迈步期，增加了跌到的可能性。太极运动过程中，参与者通常提高他们的腿高，停留在相对长的时期。这一有规律的运动可以在下楼梯时增加脚间隙。我们的实验发现，与不运动者相比，太极参与者有一个相对较大的脚间隙，这可能会降低绊倒和跌到的风险。楼梯跌倒可能发生在前方。过度的躯干倾斜角将使得质心更向前移动并增加前倾的风险。研究报告表示，与年轻成年人相比，老年人具有更高的躯干倾斜角度，并且认为更高的躯干倾斜角度是老年人前倾的风险因素。我们的研究发现，在高照明条件下，组间的躯干倾斜角度无差异。 然而，在双重下无锻炼组老年人提高他们的躯干倾斜角度，而太极拳老年人提高他们的头倾斜角度。 在双重任务下较大的躯干倾斜角增加了跌倒的风险。躯干倾斜角对老年人特别重要，鉴于神经肌肉功能显着的与年龄相关变化，随着躯干弯曲而进一步向前移动时，这挑战了抵抗上身的向前动量的能力。在双重任务时下寻找楼梯边缘更困难，因此，无锻炼组不得不通过增加躯干倾斜角度来弯曲他们的躯干以便下楼梯。通常，太极拳在进行太极运动时保持他们的躯干直立并控制他们的姿势与下肢运动，甚至双重任务下太极参与者能向上保持他们的躯干，所以，太极运动可以应用于下楼梯。老年人下楼梯时保持头部前倾的角度，运动过程中头部的空间位置的稳定可以形成稳定的坐标系统[35]，头部前倾角度为额头与下颌连线与身体额状面在矢状面的夹角。通过研究发现，头部前倾角在老年人双重任务时发生了变化，最大值和平均值变化的范围极具显著性。在双重任务下的老年人下楼梯时，颈部的前屈增加是导致头部质心向前偏移的重要影响因素并造成身体重心发生变化，进而造成了头部空间位置的不稳定性。躯干前倾角为两肩连线中点至髂骨连线中点与身体水平面在矢状面的夹角。通过研究结果显示，老年人在双重任务下楼梯时，躯干前倾角的最大值和平均值显著上升，但无锻炼组躯干前倾角度明显大于 TC 组，下降具有显著性。通过对头部和躯干前倾角度的变化范围的比对，老年人在不同条件下下楼梯时，前倾角度的变化具有一致性，Reid-Arndt S A[36]研究指出,步行中老年人的躯干稳定性可以影响头部的稳定性，增强躯干的稳定性可以促使头部自由活动标定认知方向。
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结论
（1）基于本研究获得的结论，考察太极拳在双重任务下楼梯时降低速度，增加抬脚高度，增加头部前倾角来稳定身体，使老人下楼梯运动更加平稳平衡能力增强。
（2）随着干扰的增加，老年人下楼梯时身体前倾的角度呈下降趋势，相比无锻炼组老年人来说，太极拳老年人在干扰条件下，可以显示出更高的稳定性。
（3）在双重任务条件下，太极拳运动更有利于预防老年人下楼梯发生跌倒。
（4）从生物力学方面来讲，证实增强下肢的肌肉力量可以提高身体平衡能力。
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参考文献（略）