人体平衡功能的定量评定及其意义
作者：戴戎 顾嘉瑜
单位：(上海第二医科大学附属第九人民医院骨科 200011)
关键词：人体测量术；平衡；评价研究
中华医学杂志900809
摘要 介绍作者研制的微机化人体平衡功能测定系统。使用该系统对86名正常成人在6种不同站立姿势时的平衡功能进行了测定，取得8个平衡参数正常值和3种平衡曲线图。统计学分析未发现男、女间有显著差异，老年组(20名)与中青年组(66名)在张眼双足并立时各参数值无明显差异，但闭眼双足并立、双足前后站立和单足站立时，老年组的重心摆动明显大于青年组(P〈0.05～0.01)。讨论了本系统的优点及其在医学、运动医学、艺术医学、司法，特别是老年学领域的应用价值。
人体平衡功能的评价和随访，对医疗、体育运动、康复、宇航均有重大意义。但至今缺乏合理、科学的定量评定手段。在日常医疗工作中，仍沿用“闭目难立试验”等定性评定手段。1988年以来，我们研制了微机化人体平衡功能测定系统，测试了86名正常成人的平衡功能，提供一组正常平衡参数值，并分析了不同年龄、性别间平衡功能的差异。
, http://www.100md.com
设计和方法
1. 仪器及原理：人体平衡功能评定系统由测力台、放大滤波器、A/D转换卡和微型计算机组成。测力台可分别测定垂直、前后、左右方向上的足-地接触力和力矩，经滤波和放大后由A/D转换卡转换成数字信号，输入微机进行处理，打印出有关数据和曲线图，并予贮存。人体重心在地面上的投影实际上是垂直力线与地面的交点。由于力矩=力×距离，测力台所获取的力矩与力的动态变化信号，经计算机处理后可获得每一瞬间重心投影点与台面中心的距离，从而绘出重心移动轨迹。重心的移动特征、摇摆幅度和频率，可以定量地反映人体平衡能力。
2. 测试对象：86名正常成人分为两组，中青年组66人，男42人、女24人，年龄在46岁以下，平均28.4岁；老年组20人，男、女各10人，年龄在50岁以上，平均62.4岁。中青年组与老年组的平均身高分别为167.4和162.6cm，平均体重分别为58.4和61.5kg。
3. 测试方法：受测者脱鞋或穿平跟鞋，直立于测力台上，两眼平视前方，分别测定以下6种站立姿势时的平衡情况：(1)双足左右并立：a. 张目，b. 闭目；(2)双足前后站立：a. 右足在前，b. 左足在前；(3)单足站立：a. 右足，b. 左足。每项测试时间10秒，每种姿势测试后稍休息。
, http://www.100md.com
4. 测试指标：每种姿势均可获得以下3幅重心轨迹图和8个参数值：(1)重心移动轨迹(图1)：以曲线表示10秒钟内重心在前后与左右方向上的摆动情况。(2)重心前后摆幅-时间曲线(图2)：10秒钟观察期间重心在前后方向上的摆动情况。(3)重心左右摆幅-时间曲线(图3)：10秒钟观察期间重心在左右方向上的摆动情况。(4)摆动幅度：每一摆动周期(往复摆动1次)的摆动范围。①前后方向：10秒钟观察期间的平均值、最大值；②左右方向：平均值、最大值。(5)最大重心移动范围：①前后方向，②左右方向。(6)摆动频率：摆动周期数/10秒。①前后方向，②左右方向。
图1 人体重心在前后、左右方向上的移动轨迹，1代表前后方向上最大移动范围，2代表左右方向上最大移动范围
图2 前后摆幅-时间曲线，纵座标为摆动幅度(cm)，横座标为时间百分率，以有效采样时间作为100%
, http://www.100md.com
图3 左右摆幅-时间曲线，纵横座标同图2， SA为摆动幅度的量取方法，取其中最大值为最大摆幅，所有摆幅的均值为平均摆幅
结 果
各参数值分别按两个年龄组计算出平均值和标准差(表1～3)。统计学分析表明，各组中男女之间的各项数值差异无显著意义，双足前后站立时左足在前与右足在前比较，左足单独站立与右足单独站立比较，无统计学意义。各种姿势下前后与左右方向上的摆幅与频率差异无显著意义(P均〉0.05)。张目双足并立时前后与左右平均摆幅均在0.5cm左右，最大摆幅均在1.5cm左右，最大重心移动范围在2.0cm左右。两组的摆动频率在各种姿势下均无明显差异，在0.74～0.86周期/秒之间。
闭目双足站立、双足前后站立及单肢站立时，两组间的摆幅和重心移动范围差异均有显著意义(P〈0.05～0.01)。
表1 双足并立，张眼、闭眼时中青年组与老年组参数值(
±s)比较 组别
, 百拇医药
人数
方向
ASA(cm)
MSA(cm)
MDCG(cm)
SF(周期/秒)
张眼
中青年组
66
左右
0.54±0.13
1.6±0.6
1.8±0.6
, 百拇医药
0.80±0.15
老年组
20
左右
0.66±0.18*
1.8±0.4
2.1±0.5
0.74±0.13
中青年组
66
前后
0.43±0.19
1.4±0.7
, 百拇医药
1.9±0.8
0.82±0.09
老年组
20
前后
0.45±0.15
1.5±0.3
2.1±2.9
0.86±0.11
闭眼
中青年组
66
左右
, 百拇医药
0.62±0.23
1.7±0.6
2.3±0.8
0.92±0.20
老年组
20
左右
0.78±0.44Δ
2.4±1.3*
3.1±1.6*
0.94±0.21
中青年组
, 百拇医药
66
前后
0.58±0.20
1.8±0.6
2.4±0.8
0.84±0.16
老年组
20
前后
0.69±0.32
2.3±1.2*
2.7±1.4
0.85±0.16
, 百拇医药
注：ASA平均摆幅，MSA最大摆幅，MDCG最大重心移动范围，SF摆动频率(下同)；中青年组与老年组比较，*P〈0.01，ΔP〈0.05
表2 双足前后站立、左足在前时中青年组与老年组参数值比较(±s) 组别
人数
方向
ASA(cm)
MSA(cm)
MDCG(cm)
SF(周期/秒)
中青年组
, http://www.100md.com
66
左右
0.65±0.22
1.7±0.5
2.2±0.7
0.95±0.17
老年组
20
左右
0.73±0.24
2.3±1.3*
2.8±1.3*
, 百拇医药 1.05±0.15
中青年组
66
前后
0.51±0.18
1.6±0.9
2.2±1.0
1.10±0.16
老年组
20
前后
0.70±0.58Δ
2.4±2.5Δ
, http://www.100md.com
3.3±2.9*
1.07±0.15
* P〈0.01，ΔP〈0.05
表3 左足单肢站立时中青年组与老年组参数值比较(±s) 组别
人数
方向
ASA(cm)
MSA(cm)
MDCG(cm)
SF(周期/秒)
, http://www.100md.com
中青年组
66
左右
0.66±0.17
1.8±0.6
2.2±0.6
1.12±0.19
老年组
20
左右
0.17±0.85*
4.3±4.6*
4.8±4.7*
, 百拇医药
1.01±0.23
中青年组
66
前后
0.70±0.24
2.1±0.7
2.8±0.9
1.00±0.17
老年组
20
前后
1.10±0.71*
4.3±5.1*
, 百拇医药
5.2±5.8*
0.95±0.18
*P〈0.001
图4 1例小脑共济失调患者闭眼、双肢并立时的重心移动轨迹
讨 论
人体平衡功能参数值可作为人体运动基础研究和体育、艺术领域应用时的参照值，以及医疗和司法领域应用时的正常值。明显高于正常参数(表1～3)者，可视为平衡功能障碍，障碍的程度可通过参数值增加的程度定量地反映出来，且可在随访中反复测试比较。本方法已用于骨科和神经科病人的平衡功能评定。如一例小脑共济失调病人闭眼双足站立时的重心移动轨迹明显大于正常人，其平衡紊乱程度可根据计算机提供的参数值做出定量评价(图4)。另起一段随着年龄的增长，身体的摇摆幅度亦相应增加，摔跌率和摔跌所致的损伤和死亡率也随之增加[1～3]。行走、上下楼或奔跑时，下肢或处于单肢站立相，或处于双肢前后站立位。本组结果表明，在这两种姿位下，老年人的重心摆幅均明显大于中青年，亦即行走与奔跑时保持平衡的能力明显下降，从而使摔跌率增加。由于老年人常伴有骨质疏松和软组织退行性改变，摔跌后骨与软组织的损伤率也高。同时，老年组闭目双足站立的平衡能力也明显低于中青年组，这说明老年人在伴有视力障碍或在黑暗环境时，即使两足站立，其平衡能力也明显下降。此外，个体的老化程度有时不完全与按生日计算的日历年龄一致，这时平衡能力也可作为判断生理性老化程度的重要指标之一。
, http://www.100md.com
参考文献
1. Hasselkus BR, et al. Aging and postural sway in women, J Gerontol 1975；30：661.
2. Lichtenstein MJ, et al. Exercise and balance in aged women: a pilot controlled clinical trial. Arch Phys Med Rehabil 1989；70：138.
3. Fernie GR, et al. Relationship of postural sway in standing to incidence of falls in geriatric subjects. Age Ageing 1982；11：11.
(1990年2月6日收稿 同年5月11日修回), 百拇医药
单位：(上海第二医科大学附属第九人民医院骨科 200011)
关键词：人体测量术；平衡；评价研究
中华医学杂志900809
摘要 介绍作者研制的微机化人体平衡功能测定系统。使用该系统对86名正常成人在6种不同站立姿势时的平衡功能进行了测定，取得8个平衡参数正常值和3种平衡曲线图。统计学分析未发现男、女间有显著差异，老年组(20名)与中青年组(66名)在张眼双足并立时各参数值无明显差异，但闭眼双足并立、双足前后站立和单足站立时，老年组的重心摆动明显大于青年组(P〈0.05～0.01)。讨论了本系统的优点及其在医学、运动医学、艺术医学、司法，特别是老年学领域的应用价值。
人体平衡功能的评价和随访，对医疗、体育运动、康复、宇航均有重大意义。但至今缺乏合理、科学的定量评定手段。在日常医疗工作中，仍沿用“闭目难立试验”等定性评定手段。1988年以来，我们研制了微机化人体平衡功能测定系统，测试了86名正常成人的平衡功能，提供一组正常平衡参数值，并分析了不同年龄、性别间平衡功能的差异。
, http://www.100md.com
设计和方法
1. 仪器及原理：人体平衡功能评定系统由测力台、放大滤波器、A/D转换卡和微型计算机组成。测力台可分别测定垂直、前后、左右方向上的足-地接触力和力矩，经滤波和放大后由A/D转换卡转换成数字信号，输入微机进行处理，打印出有关数据和曲线图，并予贮存。人体重心在地面上的投影实际上是垂直力线与地面的交点。由于力矩=力×距离，测力台所获取的力矩与力的动态变化信号，经计算机处理后可获得每一瞬间重心投影点与台面中心的距离，从而绘出重心移动轨迹。重心的移动特征、摇摆幅度和频率，可以定量地反映人体平衡能力。
2. 测试对象：86名正常成人分为两组，中青年组66人，男42人、女24人，年龄在46岁以下，平均28.4岁；老年组20人，男、女各10人，年龄在50岁以上，平均62.4岁。中青年组与老年组的平均身高分别为167.4和162.6cm，平均体重分别为58.4和61.5kg。
3. 测试方法：受测者脱鞋或穿平跟鞋，直立于测力台上，两眼平视前方，分别测定以下6种站立姿势时的平衡情况：(1)双足左右并立：a. 张目，b. 闭目；(2)双足前后站立：a. 右足在前，b. 左足在前；(3)单足站立：a. 右足，b. 左足。每项测试时间10秒，每种姿势测试后稍休息。
, http://www.100md.com
4. 测试指标：每种姿势均可获得以下3幅重心轨迹图和8个参数值：(1)重心移动轨迹(图1)：以曲线表示10秒钟内重心在前后与左右方向上的摆动情况。(2)重心前后摆幅-时间曲线(图2)：10秒钟观察期间重心在前后方向上的摆动情况。(3)重心左右摆幅-时间曲线(图3)：10秒钟观察期间重心在左右方向上的摆动情况。(4)摆动幅度：每一摆动周期(往复摆动1次)的摆动范围。①前后方向：10秒钟观察期间的平均值、最大值；②左右方向：平均值、最大值。(5)最大重心移动范围：①前后方向，②左右方向。(6)摆动频率：摆动周期数/10秒。①前后方向，②左右方向。
图1 人体重心在前后、左右方向上的移动轨迹，1代表前后方向上最大移动范围，2代表左右方向上最大移动范围
图2 前后摆幅-时间曲线，纵座标为摆动幅度(cm)，横座标为时间百分率，以有效采样时间作为100%
, http://www.100md.com
图3 左右摆幅-时间曲线，纵横座标同图2， SA为摆动幅度的量取方法，取其中最大值为最大摆幅，所有摆幅的均值为平均摆幅
结 果
各参数值分别按两个年龄组计算出平均值和标准差(表1～3)。统计学分析表明，各组中男女之间的各项数值差异无显著意义，双足前后站立时左足在前与右足在前比较，左足单独站立与右足单独站立比较，无统计学意义。各种姿势下前后与左右方向上的摆幅与频率差异无显著意义(P均〉0.05)。张目双足并立时前后与左右平均摆幅均在0.5cm左右，最大摆幅均在1.5cm左右，最大重心移动范围在2.0cm左右。两组的摆动频率在各种姿势下均无明显差异，在0.74～0.86周期/秒之间。
闭目双足站立、双足前后站立及单肢站立时，两组间的摆幅和重心移动范围差异均有显著意义(P〈0.05～0.01)。
表1 双足并立，张眼、闭眼时中青年组与老年组参数值(
±s)比较 组别, 百拇医药
人数
方向
ASA(cm)
MSA(cm)
MDCG(cm)
SF(周期/秒)
张眼
中青年组
66
左右
0.54±0.13
1.6±0.6
1.8±0.6
, 百拇医药
0.80±0.15
老年组
20
左右
0.66±0.18*
1.8±0.4
2.1±0.5
0.74±0.13
中青年组
66
前后
0.43±0.19
1.4±0.7
, 百拇医药
1.9±0.8
0.82±0.09
老年组
20
前后
0.45±0.15
1.5±0.3
2.1±2.9
0.86±0.11
闭眼
中青年组
66
左右
, 百拇医药
0.62±0.23
1.7±0.6
2.3±0.8
0.92±0.20
老年组
20
左右
0.78±0.44Δ
2.4±1.3*
3.1±1.6*
0.94±0.21
中青年组
, 百拇医药
66
前后
0.58±0.20
1.8±0.6
2.4±0.8
0.84±0.16
老年组
20
前后
0.69±0.32
2.3±1.2*
2.7±1.4
0.85±0.16
, 百拇医药
注：ASA平均摆幅，MSA最大摆幅，MDCG最大重心移动范围，SF摆动频率(下同)；中青年组与老年组比较，*P〈0.01，ΔP〈0.05
表2 双足前后站立、左足在前时中青年组与老年组参数值比较(
±s) 组别人数
方向
ASA(cm)
MSA(cm)
MDCG(cm)
SF(周期/秒)
中青年组
, http://www.100md.com
66
左右
0.65±0.22
1.7±0.5
2.2±0.7
0.95±0.17
老年组
20
左右
0.73±0.24
2.3±1.3*
2.8±1.3*
, 百拇医药 1.05±0.15
中青年组
66
前后
0.51±0.18
1.6±0.9
2.2±1.0
1.10±0.16
老年组
20
前后
0.70±0.58Δ
2.4±2.5Δ
, http://www.100md.com
3.3±2.9*
1.07±0.15
* P〈0.01，ΔP〈0.05
表3 左足单肢站立时中青年组与老年组参数值比较(
±s) 组别人数
方向
ASA(cm)
MSA(cm)
MDCG(cm)
SF(周期/秒)
, http://www.100md.com
中青年组
66
左右
0.66±0.17
1.8±0.6
2.2±0.6
1.12±0.19
老年组
20
左右
0.17±0.85*
4.3±4.6*
4.8±4.7*
, 百拇医药
1.01±0.23
中青年组
66
前后
0.70±0.24
2.1±0.7
2.8±0.9
1.00±0.17
老年组
20
前后
1.10±0.71*
4.3±5.1*
, 百拇医药
5.2±5.8*
0.95±0.18
*P〈0.001
图4 1例小脑共济失调患者闭眼、双肢并立时的重心移动轨迹
讨 论
人体平衡功能参数值可作为人体运动基础研究和体育、艺术领域应用时的参照值，以及医疗和司法领域应用时的正常值。明显高于正常参数(表1～3)者，可视为平衡功能障碍，障碍的程度可通过参数值增加的程度定量地反映出来，且可在随访中反复测试比较。本方法已用于骨科和神经科病人的平衡功能评定。如一例小脑共济失调病人闭眼双足站立时的重心移动轨迹明显大于正常人，其平衡紊乱程度可根据计算机提供的参数值做出定量评价(图4)。另起一段随着年龄的增长，身体的摇摆幅度亦相应增加，摔跌率和摔跌所致的损伤和死亡率也随之增加[1～3]。行走、上下楼或奔跑时，下肢或处于单肢站立相，或处于双肢前后站立位。本组结果表明，在这两种姿位下，老年人的重心摆幅均明显大于中青年，亦即行走与奔跑时保持平衡的能力明显下降，从而使摔跌率增加。由于老年人常伴有骨质疏松和软组织退行性改变，摔跌后骨与软组织的损伤率也高。同时，老年组闭目双足站立的平衡能力也明显低于中青年组，这说明老年人在伴有视力障碍或在黑暗环境时，即使两足站立，其平衡能力也明显下降。此外，个体的老化程度有时不完全与按生日计算的日历年龄一致，这时平衡能力也可作为判断生理性老化程度的重要指标之一。
, http://www.100md.com
参考文献
1. Hasselkus BR, et al. Aging and postural sway in women, J Gerontol 1975；30：661.
2. Lichtenstein MJ, et al. Exercise and balance in aged women: a pilot controlled clinical trial. Arch Phys Med Rehabil 1989；70：138.
3. Fernie GR, et al. Relationship of postural sway in standing to incidence of falls in geriatric subjects. Age Ageing 1982；11：11.
(1990年2月6日收稿 同年5月11日修回), 百拇医药