老年人行走转弯时额状面平衡调控机制研究及其对跌倒风险评估的意义

《Scientific Reports》：Older adult frontal plane balance during 90 degree turns while walking

本研究针对老年人跌倒这一重大公共卫生问题，聚焦日常活动中高风险的行走转弯动作，探讨了老年人在预计划转弯和延迟提示转弯过程中额状面角动量(Hf)和侧向距离(LD)的调控策略。研究发现老年人转弯时Hf范围显著大于直线行走，而LD最小值显著小于直线行走，且个体间策略差异显著。研究还发现临床评估分数与平衡指标存在显著关联，提示传统认为"不良"的平衡策略(如较大Hf范围)可能是健康老年人应对复杂平衡任务的有效策略。该研究为理解老年人跌倒机制提供了新视角，对跌倒风险评估和干预具有重要指导意义。

　　

跌倒已成为美国老年人致命和非致命伤害的主要原因，每年约有三分之一的老年人经历跌倒，导致生活质量严重下降和超过500亿美元的医疗费用。更令人担忧的是，日常行走中多达一半的步数涉及转弯动作，而转弯时跌倒导致髋部骨折的风险是直线行走时的7.9倍，这对老年人的独立生活能力和生活质量造成严重影响。

转弯是一种复杂的动态任务，需要同时改变身体朝向和行进方向，同时保持质心(COM)相对于支撑基底(BOS)的受控状态。老龄化带来了独特的挑战，抑制了有效的转弯能力，老年人倾向于使用与年轻人不同的策略来维持转弯时的平衡。例如，老年人在180度转弯时往往采取更多步骤而不是单脚 pivot 转身，且不像年轻人那样会向新行走方向"倾斜"。尽管转弯对老年人具有挑战性且跌倒风险更高，但关于老年人在行走转弯过程中如何控制平衡的研究却十分有限。

本研究特别关注额状面平衡指标，因为先前研究表明控制额状面平衡对预防跌倒尤为重要。步态研究指出，主动控制对于调整额状面内侧外侧平衡是必要的，而在矢状面则不那么苛刻。此外，内侧外侧不稳定性与老年人跌倒风险和跌倒相关损伤增加有关。当在单支撑期间侧向失去平衡时，可能需要一个"交叉"纠正步（跨过身体的步法）来防止跌倒，这对老年人来说比在单支撑期间向内侧失去平衡或在前後方向失去平衡更困难。

角动量被强调为与老年人跌倒风险相关的有用平衡指标。额状面角动量(H_f)是身体围绕全身COM在额状面上的旋转速度的度量。老年人往往在直线步态中比年轻人有更大的H_f范围，这与控制H的能力较差和跌倒风险较大有关。然而，这种情况在老年人转弯时尚未被探索。

另一个平衡指标侧向距离(LD)有助于描述转弯时的平衡状态。LD是身体COM位置与BOS最近侧缘之间的额状面距离。因此，它描述了COM与侧向BOS边缘的接近程度，如果COM位于侧向BOS边缘的外侧，则为负值。先前对年轻人和儿童的研究发现，与直线步态相比，转弯时的LD最小值往往更小或更负，这表明人们在转弯时会经历更复杂的平衡状态。

转弯在日常生活中的各种情境下发生。本研究考察了两种情境下的90度转弯：预计划90度转弯和延迟提示90度转弯。预计划转弯模拟了人们可以充分准备转弯前步骤的情境。延迟提示转弯则旨在代表意外的突然转弯，转弯前没有准备。先前研究表明，延迟提示转弯在保持平衡的同时将动量重新导向新行进方向方面可能带来更大挑战。

描述在这两种转弯类型中H和LD的调控方式，提供了可能与用于评估跌倒风险的临床测量相关的旋转和位置平衡调控背景。当前的临床实践包括各种已建立的平衡、认知和社会心理评估来指示老年人的跌倒风险。因此，为了更好地理解和改善老年人的跌倒预防，本研究还初步探索了临床跌倒风险评估如何与转弯时的生物力学额状面平衡测量相关联。

本研究的主要技术方法包括：招募16名健康老年人参与者，利用全身光学运动捕捉系统量化平衡生物力学，通过13环节全身运动学模型计算额状面角动量(H_f)和侧向距离(LD)，参与者执行直线行走、预计划左转和延迟提示左转三种任务各10-14次，使用线性混合模型比较不同任务间的平衡指标差异，并探讨基线临床评估分数与生物力学指标之间的关联。

Frontal plane angular momentum range

群体水平的统计分析显示，H_f范围在直线行走时小于预计划转弯(p<0.0001)或延迟提示转弯(p=0.002)。预计划转弯和延迟提示转弯之间的H_f范围在群体水平上没有显著差异。

参与者特异性分析显示，并非所有参与者都遵循H_f范围跨任务比较的群体水平统计结果。对于直线行走H_f范围小于预计划转弯的群体发现，16人中有10人统计上证明了这一结果，1人统计上证明了相反结果。对于直线行走H_f范围小于延迟提示转弯的群体发现，2名参与者证明了这一结果，2名证明了相反结果。对于预计划转弯和延迟提示转弯之间H_f范围无统计学差异的群体发现，8人中有6人证明了这一结果，2名参与者在预计划转弯时的H_f范围大于延迟提示转弯。

Lateral distance minima

使用群体水平统计分析，直线行走时的LD最小值大于预计划转弯(p<0.0001)或延迟提示转弯(p<0.0001)，且延迟提示转弯的LD最小值大于预计划转弯(p<0.0001)。

参与者特异性分析显示，所有参与者都证明了直线行走LD最小值大于预计划转弯的群体发现。8人中有4人证明了直线行走LD最小值大于延迟提示转弯的群体发现。8人中有7人证明了延迟提示转弯LD最小值大于预计划转弯的群体发现。

Additional contextual kinematic measures

使用群体水平统计分析，任务感兴趣阶段内的平均步速在直线行走时大于预计划转弯(p<0.0001)和延迟提示转弯(p<0.0001)，且在预计划转弯时大于延迟提示转弯(p<0.0001)。任务对H_f范围的影响(p=0.02)因步速而异。任务对LD最小值的影响不因步速而显著不同(p=0.36)。

Exploration of possible associations with baseline assessments

广义线性模型结果显示，所有基线评估的较好分数（较高的DGI、MOCA；较低的FES-I、TUG、dual-TUG）与合并任务和延迟提示转弯期间较大的H_f范围相关。较好的DGI和TUG分数与预计划转弯期间较大的H_f范围有显著关联。事后分析显示，DGI、FES-I、TUG和dual-TUG与H_f范围的关联在延迟提示转弯期间比在预计划转弯或直线行走期间更强。

较好的FES-I、TUG和dual-TUG分数与合并任务期间较小的LD最小值有显著关联。较好的MOCA、FES-I、TUG和dual-TUG分数与预计划转弯期间较小的LD最小值有显著关联。较好的TUG和dual-TUG分数与延迟提示转弯期间较小的LD有显著关联。事后分析显示，MOCA、TUG和dual-TUG与LD最小值的关联在预计划转弯期间比直线行走更强，TUG和dual-TUG与LD最小值的关联在延迟提示转弯期间比直线行走更强。

本研究通过探讨健康老年人在不同转弯任务中的平衡调控策略，得出了一系列重要结论。在群体水平上，健康老年人在预计划转弯和延迟提示转弯时比直线行走有更大的H_f范围，但预计划转弯和延迟提示转弯之间的H_f范围没有差异。此外，老年人在预计划转弯时的LD最小值最小，其次是延迟提示转弯，直线行走时的LD最小值最大。这些群体趋势表明，不同类型的转弯任务可能导致安全完成转弯的不同生物力学策略。

更重要的是，参与者内部的统计分析显示，几名参与者并不遵循群体水平的结果，表明平衡策略在个体间存在差异。在探索基线评估与行走转弯时额状面平衡测量之间可能的关系时，结果表明较好的临床、认知和社会心理分数与较大的H_f范围和较小的LD最小值相关。这些趋势在较困难的转弯任务中比在直线行走中更为明显。

这些结果促使人们对H范围LD最小值在推断平衡控制能力时需要更谨慎的解释。换句话说，先前被解释为平衡控制不良指标的趋势（如较大的H_f范围）可能是在转弯时健康年轻人和健康老年人都使用的可行策略。本研究强调了在尝试描述个体跌倒风险时，需要更深入地解读平衡生物力学指标，考虑个体差异和任务特异性，为未来针对性的跌倒预防和干预策略提供了重要理论基础和实践指导。