与年龄相关的从坐到站运动的协同控制

《European Journal of Applied Physiology》：Age-dependent synergistic control of sit-to-stand motion

　　

摘要

目的

从坐姿到站姿（Sit-to-Stand, STS）是一项要求较高的姿势任务，其执行能力会随着年龄增长而变得更具挑战性。虽然肌肉协同作用分析有助于描述其模块化控制机制，但大多数研究证据基于单侧肌电图（EMG），这种技术可以描述肢体内部的肌肉活动，却无法判断两侧肢体是否共享稳定的运动模块，也无法揭示在表面上看似对称的任务中是否存在微妙的肢体间补偿现象。本研究通过考察双侧肌肉协同作用及其与全身重心（CoM）运动学的关系，探讨了年龄对STS神经肌肉组织的影响。

方法

17名年轻人和16名老年健康成年人进行了30秒的STS测试，同时收集了他们的运动学数据以及7块躯干和下肢肌肉的双侧肌肉活动信息。利用非负矩阵分解（non-negative matrix factorization）提取了肌肉协同作用，并通过一种映射方法将协同作用与重心运动学状态空间的相应区域关联起来。

结果

仅4种肌肉协同作用就足以重建激活模式，且这些协同作用在不同肢体间的结构高度一致，其在数量和空间结构上均无年龄差异。然而，老年人在与躯干屈曲和向前推进动量生成相关的协同作用方面表现出更长的激活持续时间（p = 0.02）和更早的启动时间（p = 0.009）。此外，这种提前启动的现象与老年人在重心-协同作用映射图上前后轴上更早进入高概率区域的轨迹相吻合。

结论

这些发现表明，尽管STS的基本双侧模块化结构在衰老过程中得以保留，但其时间精度及与全身力学的耦合性变得不那么明显，这反映了老年人为在姿势转换过程中保持稳定性而采取的适应策略。

图形摘要

目的

从坐姿到站姿（STS）是一项要求较高的姿势任务，其执行能力会随着年龄增长而变得更具挑战性。虽然肌肉协同作用分析有助于描述其模块化控制机制，但大多数研究证据基于单侧肌电图（EMG），这种技术可以描述肢体内部的肌肉活动，却无法判断两侧肢体是否共享稳定的运动模块，也无法揭示在表面上看似对称的任务中是否存在微妙的肢体间补偿现象。本研究通过考察双侧肌肉协同作用及其与全身重心（CoM）运动学的关系，探讨了年龄对STS神经肌肉组织的影响。

方法

17名年轻人和16名老年健康成年人进行了30秒的STS测试，同时收集了他们的运动学数据以及7块躯干和下肢肌肉的双侧肌肉活动信息。利用非负矩阵分解（non-negative matrix factorization）提取了肌肉协同作用，并通过一种映射方法将协同作用与重心运动学状态空间的相应区域关联起来。

结果

仅4种肌肉协同作用就足以重建激活模式，且这些协同作用在不同肢体间的结构高度一致，其在数量和空间结构上均无年龄差异。然而，老年人在与躯干屈曲和向前推进动量生成相关的协同作用方面表现出更长的激活持续时间（p = 0.02）和更早的启动时间（p = 0.009）。此外，这种提前启动的现象与老年人在重心-协同作用映射图上前后轴上更早进入高概率区域的轨迹相吻合。

结论

这些发现表明，尽管STS的基本双侧模块化结构在衰老过程中得以保留，但其时间精度及与全身力学的耦合性变得不那么明显，这反映了老年人为在姿势转换过程中保持稳定性而采取的适应策略。

图形摘要