孫進軍

(浙江郵電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 公體部，浙江 紹興 312016)

背向行走訓(xùn)練提高學(xué)齡男孩平衡能力研究

孫進軍

(浙江郵電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 公體部，浙江 紹興 312016)

目的:探討背向行走訓(xùn)練能對兒童的平衡與運動控制能力提供的影響。方法:14位健康男孩，平均年齡7.25±0.56歲被隨機分成實驗組與控制組。實驗組執(zhí)行背向走訓(xùn)練方案，訓(xùn)練時間12周，3次/每周，30min/每次，控制組不進行任何形式行走訓(xùn)練。實驗前及訓(xùn)練后4、6、8、12周分別利用動態(tài)訓(xùn)練評估系統(tǒng) BTA-200DP對兩組對象進行5項動力性平衡評估檢測(前/后,內(nèi)側(cè)/外側(cè)及總體平衡指標(biāo))及下肢運動學(xué)參數(shù)對比。結(jié)果：12周訓(xùn)練后，實驗組平衡能力明顯好于控制組；與控制組相比，實驗組的運動學(xué)步態(tài)參數(shù)在退著走與正向走間沒有明顯差異(P>0.05)，但退著走的支撐時間明顯長于正著走,而擺動時間、步長、步速及大腿、踝及足的動作幅度則明顯小于正著走。結(jié)論：背向行走訓(xùn)練能改善學(xué)齡兒童的動態(tài)平衡及動作控制能力。

動作控制；背向行走；兒童;平衡能力

0 前 言

預(yù)防跌倒是目前全世界所面臨的一個醫(yī)療和社會挑戰(zhàn)事件，據(jù)不完全統(tǒng)計：世界上每年因跌倒造成兒童意外傷害約占兒童發(fā)病率和死亡率的25%～40%[1-3]。跌倒所引起的損傷不僅影響兒童生活，更是影響到他(她)們的身體健康。導(dǎo)致跌倒的因素眾多，如平衡能力下降、瘦體重、下肢肌肉力量下降、視力、觸覺，本體感覺、前庭感覺器官等功能下降等[5,6]，其中平衡能力下降的問題是感官系統(tǒng)、動作系統(tǒng)及肌肉骨骼系統(tǒng)的相互作用的結(jié)果，它在所有因素中起到關(guān)鍵的作用。為了預(yù)防意外跌倒，常引入鍛煉方法以便增強平衡及動作控制能力,例如太極拳和跆拳道[7-10]。這類項目比較適合患唐氏綜合征的青少年、智力殘疾、協(xié)調(diào)障礙、肥胖和缺乏鍛煉的孩子。

然而，查閱近20年的國內(nèi)外相關(guān)研究文獻，很少有學(xué)者對背向行走訓(xùn)練對于提升健康兒童平衡能力及運動控制能力進行過研究。而學(xué)者們所探討的“太極拳”及“跆拳道”訓(xùn)練雖對提升兒童平衡有諸多益處,但這些項目無論對成年人亦或小孩，都不易學(xué)習(xí)或者實踐。對兒童而言，若能找到更簡單的身體訓(xùn)練方法提升其平衡能力則更具現(xiàn)實意義。背向行走所需場地設(shè)施要求不高，而且簡單易學(xué)、成本低廉，若該項目能對提升健康孩子平衡能力及動作控制能力，則其推廣價值明顯。本研究先提出假設(shè)并進行驗證：背向走能夠改善學(xué)齡兒童平衡能力，并進一步驗證停止練習(xí)后的平衡能力下降效果，從而為改善我國公民健康體適能作出貢獻。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

參與本次研究的14名健康男孩(沒有任何運動障礙)，平均年齡7.25±0.56歲。得到孩子家長和本人同意后，將受試對象隨機分成控制組和實驗組。

圖1 16周大步健走后不同健身組別體質(zhì)指數(shù)BMI變化比較

1.2 研究方法

1.2.1 實驗設(shè)計。

1.2.1.1 實驗組受試者被執(zhí)行為期12周的背向走訓(xùn)練，訓(xùn)練計劃是3次/周，30min/次，訓(xùn)練地點是在標(biāo)準(zhǔn)400m田徑場的60m直道上來回反復(fù)進行訓(xùn)練；

1.2.1.2 為保證實驗的嚴(yán)謹(jǐn)，排除干擾因素，課題組指派三位健身指導(dǎo)員分別對實驗組進行監(jiān)督，訓(xùn)練時間均確定于每日18∶00-20∶00時段內(nèi)；

1.2.1.3 所有受試者均配戴芬蘭polar運動心率表，要求訓(xùn)練過程中達到個人最大心率75%的運動強度，以確保中等強度。

1.2.1.4 背向訓(xùn)練時，要求受試者昂首挺胸，盡可能邁大步；在整個實驗期間，控制組按照他們原來的生活方式進行。

1.2.2 平衡能力指標(biāo)測試。使用BTA-200DP (國產(chǎn))動態(tài)平衡測試系統(tǒng)(強調(diào)受試者保持平衡中心穩(wěn)定性能力)。該測試系統(tǒng)有前-后及內(nèi)側(cè)-外側(cè)軸，能同時進行自由移動，系統(tǒng)軟件在前、后方向和內(nèi)側(cè)、外側(cè)軸向采樣頻率為200Hz，并自動計算前-后指數(shù)(API)、內(nèi)側(cè)-外側(cè)指數(shù)(MLI)及總體平衡指數(shù)(OBI)。此外系統(tǒng)還能評估變量多區(qū)COP(左右側(cè)對稱度、平均重心分布、COP點總軌跡長、外周面積、單位面積軌跡長、視覺Romberg率、最大壓力點、足弓指數(shù)等20余類指標(biāo)。

由于OBI, API 及MLI代表受試者對他們各方向(矢狀面及額狀面)對平衡的控制能力，故本研究特選擇這三類指標(biāo)進行評價。

1.2.3 運動學(xué)參數(shù)測試。12周背向走訓(xùn)練后，對實驗組與控制組受試者均要參加運動學(xué)測試。在所有對象熟悉了檢測后，使用1臺JVC9800高速攝像機，拍攝頻率為100幀/s。攝像機固定正對60m跑道中段，距離跑道約12m，機高0.75m,采用北京體育大學(xué)研發(fā)的視訊圖像解析系統(tǒng)對運動圖像進行解析(附：該系統(tǒng)含中國人體慣性參數(shù)模型)，以獲取相關(guān)運動學(xué)參數(shù)。

受試者被告知按自我選擇的速度步行，眼正視前方，盡可能地以自然姿勢行走，每個孩子完成3次背向走及正向走測驗，下肢矢狀面內(nèi)的運動學(xué)參數(shù)包括步態(tài)周期中的步長、步頻、角位移、支撐時間、擺動時間被提取進行統(tǒng)計學(xué)分析。將所測3次步行參數(shù)求均值后進行分析，這里的步態(tài)周期是指從一只腳觸地瞬間到該只腳下一次觸地瞬間，一個單步是指一只腳觸地瞬間到下一次另一只腳觸地瞬間，步長指一只腳的觸地點到接著另一只腳觸地點之間的距離。

1.2.4 數(shù)理統(tǒng)計法。使用SPSS17.0對所測參數(shù)進行統(tǒng)計處理。獨立樣本T 檢驗比較實驗組和對照組之間的相關(guān)平衡指標(biāo)；采用獨立樣本T檢驗以查明背向走與正向走方式下，實驗組和對照組之間運動學(xué)及步態(tài)參數(shù)差異；所有統(tǒng)計分析的顯著水平選擇為0.05。

圖1 實驗組與控制組OBI動態(tài)變化曲線圖

圖2 實驗組與控制組API指數(shù)動態(tài)變化曲線圖

圖3 實驗組與控制組MLI指數(shù)動態(tài)變化曲線圖

2 研究結(jié)果

2.1 動態(tài)平衡參數(shù)比較

據(jù)評價標(biāo)準(zhǔn)核定，受試對象的動態(tài)平衡指數(shù)OBI(總體平衡指數(shù))、API(前后指數(shù))及MLI(內(nèi)外測指數(shù))，測得值越小表示平衡能力越好。

圖1、2、3顯示總體平衡能力(OPI)、前-后指數(shù)(API)、內(nèi)側(cè)-外側(cè)指數(shù)(MLI)在實驗前(0周)實驗組與對照組沒有差異，說明分組較均勻；在實驗進行到第4周時，實驗組與控制組開始出現(xiàn)明顯著差異(P<0.001)，表現(xiàn)為實驗組明顯低于控制組;在實驗進行到第8周時，OPI、API、MLI三項指標(biāo)均表現(xiàn)出實驗組顯著低于控制組(P<0.001)；實驗進行到12周后，實驗組OPI、API、MLI繼續(xù)呈現(xiàn)下降趨勢，但下降的速度明顯緩慢，而控制組在整個實驗階段三項指標(biāo)值比較穩(wěn)定，沒有明顯變化；背向行走訓(xùn)練結(jié)束后的12周再測試，實驗組OPI、API、MLI三項指標(biāo)值雖然均表現(xiàn)出有所上升，但還是顯著低于控制組(P<0.001)，說明退著走訓(xùn)練獲取的平衡能力增益效應(yīng)的消退速度比較緩慢。

2.2 運動學(xué)參數(shù)比較

首先，經(jīng)過雙因素方差分析檢驗,不同組別(控制組與實驗組)及不同走模式(正著走與背向走)所獲得的運動學(xué)參數(shù)中，總支撐、單支撐、雙支撐、擺動時間、步長、步速、左步長×10/身高、最小髖角、最大髖角、髖角變化、最小膝角、最大膝角、膝角變化、最小踝角、最大踝角、踝角變化均不存在交互影響(P>0.05)，這意味著背向行走訓(xùn)練不影響受試者的行走的下肢運動特征。但同一受試者，正向走與背向走所表現(xiàn)出的下肢運動學(xué)參數(shù)卻有許多不同之點，表現(xiàn)如下：

2.2.1 從表1的數(shù)據(jù)看出:不同走模式下，背向行走比正向行走的單步支撐總時間及雙支撐時間更長(P<0.001),而擺動時間更短(P<0.001)些。

2.2.2 從表2的數(shù)據(jù)顯示：正向走比背向走的步長更長(P<0.001)，步速更快(P<0.001)，而左步長×10/身高指數(shù)更大(P<0.001)。這充明說明孩子可能在背向走期間表現(xiàn)出過于小心謹(jǐn)慎。

2.2.3 從表3數(shù)據(jù)顯示，與背向行走相比：正向走的最大髖角及髖角變化明顯增大(P<0.001)，而最小髖角無明顯差異(P>0.05)；最小膝角明顯變小(P<0.001)，而膝角變化范圍則顯著增大(P<0.001)，而最大膝角無明顯差異(P>0.05)；最小踝角及最大踝角則明顯增大(P<0.001)，但踝角變化范圍則沒有明顯差異(P>0.05)。進一步分析發(fā)現(xiàn)：在背向走的步態(tài)參數(shù)中，足的最大背屈角約11°,但在正著走時，足幾乎不存在背屈；背向走的最大踝角比正著走約小15°，這意味著背向走時，足跖屈程度要小些。

表1 正向走和背向單步時間特征統(tǒng)計表(單位：毫秒ms)

表2 正向走和背向走單步步長與步速特征統(tǒng)計表

表3 正向走和背向走下肢關(guān)節(jié)角特征統(tǒng)計表(°)

3 分析與討論

本研究表明：12周背向行走訓(xùn)練后，兒童的平衡能力大大改善。在背向走訓(xùn)練停止2個月后，平衡能力(OPI、API、MLI三批標(biāo))仍然保持在一個相當(dāng)高的水平。該結(jié)果與zhang.S.[11]的研究結(jié)果很相似，只是zhang.S以老年婦女為對象，分設(shè)實驗組與控制組，也是經(jīng)過12周的背向走訓(xùn)練，結(jié)果發(fā)現(xiàn)實驗組的單腿站立持續(xù)時間明顯高于對照組，而閉眼靜態(tài)站立的重心波動呈明顯下降趨勢。Yang.YR[12]對兩組腦卒中患者進行過實驗，結(jié)果表明，三周背向走訓(xùn)練后,實驗組比對照組在步速、步長和對稱指數(shù)方面顯示出更多改善。

目前，對背向走訓(xùn)練引起平衡能力及動作控制力的明顯改善的機制問題尚不十分清楚。但從事動態(tài)任務(wù)時，人體平衡及動作控制顯然是由人體內(nèi)許多系統(tǒng)協(xié)同完成的[13]。至少涉及到三個組件系統(tǒng):①感覺系統(tǒng)(視覺，皮膚和本體覺和前庭感覺)提供反饋信息以便對一個自主任務(wù)的平衡動作進行調(diào)節(jié)；②動作系統(tǒng), 它創(chuàng)造協(xié)調(diào)動作以便保持平衡；③生物力學(xué)系統(tǒng)或肌肉骨骼系統(tǒng),它包括那些創(chuàng)造運動力矩的肌肉和構(gòu)成運動框架的骨與關(guān)節(jié)。背向走訓(xùn)練時，這三大系統(tǒng)彼此相互聯(lián)系從而改善了平衡能力。對兒童而言，他們更多地依賴于視覺而不是其它系統(tǒng)[14],但孩子從3歲開始就可以通過調(diào)整三個傳入信號以保持平衡，這種多感官調(diào)整能力隨著年齡的增長而增加[15]。背向走期間,視覺線索不能提供孩子們必要的地面條件下的視覺信息，運動模式是非常規(guī)的，于是孩子不得不重新組合和適應(yīng)那些來自視覺，皮膚和本體和前庭感覺的變化信息，然后，強化動作控制以保持動態(tài)平衡[16]。capaday及UNG等[17]研究發(fā)現(xiàn)：每日進行背向走訓(xùn)練能誘導(dǎo)比目魚肌的H-反射的適應(yīng)性；Van Deursen等人研究認(rèn)為[18,19]：正著走與背向走兩種方式由相同的中樞模式反生器(CPG)協(xié)調(diào),至于要產(chǎn)生兩種行走模式的不同特征只需要CPG作出較小的修改。

背向走步態(tài)模式不同于正著走也許也是它所以能引起平衡能力改善的機制之一。從著地方式看：正著走時先腳跟觸地再到腳趾離地，與此相反，背著走先腳趾觸地再到腳跟離地[18]。Winter等[20]研究認(rèn)為：背向走與正向走圖像相近,為了產(chǎn)生正向走時肌肉激活模式，背著走時肌肉收縮的時間循環(huán)只需反向罷了；Grasso等[21]研究發(fā)現(xiàn)：背向走步態(tài)時的所有仰角波形相對應(yīng)于正著走步態(tài)的仰角波形基本是時間反轉(zhuǎn)的。然而，我們的研究結(jié)果表明：背向走的運動學(xué)參數(shù)只與正著走有點兒不同，那似乎是男孩們在背向走時更謹(jǐn)慎些，因而花費更多的時間在雙支撐階段。背向走與正向走單步時間沒有顯著性差異(表2和表3)，但背向走時步速與步長比正向走都要小,而且，正向走大腿、小腿和足的動作范圍均下降，與正向走相比，背向走足有移動。

此外,本研究中發(fā)現(xiàn)：背向走與正向走的單步支撐時間與擺動時間占整個步態(tài)周期的百分比顯然存在顯著差異，這與先前的許多研究是相矛盾的[18-21]，相關(guān)原因有待深入研究。本研究證實:背向走訓(xùn)練能增加兒童的平衡能力,這點與那些以老人及病人[22],為對象的實證研究所獲結(jié)果基本相同,但我們?nèi)匀徊恢纼和胶饽芰Φ脑鲩L機制是否與那些老人及病人是相同的。不同時期發(fā)展起來的感觀動作控制系統(tǒng)的三個組件[22]中，本體感覺功能似乎在3～4歲就已成熟，但是視覺和前庭感覺系統(tǒng)要到15～16歲才能達到成年人水平[22]，而本研究中的兒童年齡只有7歲左右。由于背向走實踐起來非常容易，它除了擁有正向走所能獲得的益處外，背向走對提高平衡及動作控制能力有獨特的益處，而且據(jù)有關(guān)研究認(rèn)為：背向走過程中,同樣的跑速下，氧耗和心率比正向走高很多[23,24],這建議背向走需要更多的新陳代謝成本,需要提供刺激以便保持與心血管系統(tǒng)的適能。

4 結(jié) 論

4.1 背向訓(xùn)練4周后,受試者的平衡及動作控制能力開始出現(xiàn)顯著改善,隨著訓(xùn)練的深入，總體平衡能力指數(shù)(OPI)、前-后指數(shù)(API)、內(nèi)側(cè)-外側(cè)指數(shù)(MLI)改變的速度明顯下降；訓(xùn)練結(jié)束后12周，實驗組OPI、API、MLI依舊保持較高的水平。

4.2 學(xué)齡兒童進行背向走訓(xùn)練能夠大大改善他們的平衡能力；但背向訓(xùn)練，對行走步態(tài)運動學(xué)參數(shù)在實驗組與對照組上沒有存在顯著差異；然而，背向走與正向走卻在支撐時間、擺動時間、步長、步速及下肢角位移等時空參數(shù)存在顯著差異。這些差異也許可是背向走引起的平衡能力改善作出了貢獻的原因。

4.3 本研究驗證了背向訓(xùn)練有益于增強平衡能力及防跌倒損傷的假設(shè)，但背向走訓(xùn)練引起平衡能力及動作控制力的改善機制尚不清楚，且這種機制是否存與年齡及性別，這些問題有待于進一步探索。

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Effects on Backwards Walking Training to Balance Ability of School Children

SUN Jin-jun

(Pubilic PE Department, Zhejiang Post and Telecommunication College, Shaoxing 312016, China)

Purpose:Discussion on the influence of backward walking training to balance and motion control ability of children. Methods: 14 healthy boys, mean age 7.25 ± 0.56 yrs , were randomly divided into experimental and control groups. The experimental group training performed backwards walking training, lasting 12 weeks, 3 session each week, 30min eachtime. The control group didn’t performed any form of walking training. Before and after 4,6,8,12 weeks of training, the subjects were assessed using dynamic training system BTA-200DP on 5 dynamic balance assessment test (front / rear, medial / lateral, and overall balance index), and lower extremity kinematics contrast. Results: After 12 weeks of training, the experimental group was significantly better than the control group on balance ability. There was no significant difference on kinematic gait parameters in backward and forward walking between experimental and control group (P>0.05) , but backward walking had a far longer time on support phase, and swing time, step length, step speed , and the range of motion of ankle and foot is significantly less than forward walking . Conclusion: Backward walking training can improve dynamic balance ability and motion control ability for preschool children.

motion control;backward walking;child; balance ability

2016-12-21

孫進軍(1970-)，男，浙江衢州人，講師，研究方向：學(xué)生體質(zhì)健康，體育人文.

1004-3624(2017)02-0085-06

G804.49

A