论文部分内容阅读
人体的站立平衡控制是在站立姿态下有效保持身体重心在支撑面内运动的过程。身体机能的改变,比如老化、疾病,会改变感知、神经、运动中的一个或几个系统,进而影响站立平衡,导致人体在站立姿态下的平衡控制表现发生改变。因身体机能全面退化,老年人是跌倒事故高发人群。跌倒已经成为我国65岁以上老年人因伤致死的首位原因。从老年人自身身体状况出发,深入了解与老化相关的平衡衰退表现对于预防老年人跌倒至关重要,是减缓或杜绝老年人跌倒事故发生的根本。腰椎间盘突出症(Lumbar disc herniation,LDH)会影响患者的神经、肌肉等,干扰人体站立平衡感知运动闭环控制系统的工作,导致LDH患者表现出异于健康人的站立平衡控制特点。深入理解与LDH相关的站立平衡控制机制的改变,有助于从站立平衡的角度寻找一个更加简便、低廉、实时的精准定量方法,辅助医护人员精准诊断和评估。本文主要完成以下工作:(1)老年人倾斜平面站立平衡动力学耦合研究。压力中心点(Center of pressure,COP)与身体重心的运动密切相关,可以作为平衡控制的有效指标。站立时COP信号在前后和左右两方向以及腿间同方向的动力学耦合对于深入理解站立平衡控制机制具有重要意义。本研究设计了老年人倾斜平面静止站立实验,应用交叉递归定量分析(Cross recurrence quantification analysis,CRQA)探究了腿内和腿间COP信号对动力学耦合随年龄、斜面和视觉的变化。结果表明,老化会显著影响左腿以及两腿间前后方向上的动力学耦合,导致动力学自由度降低,对潜在外来干扰的适应能力以及控制站立平衡的灵活性减弱;在下降面更易检测到由于老化而导致的站立平衡能力的降低;视觉反馈的缺失会导致站立过程中随机性的增加。(2)老年人倾斜平面站立平衡神经环路研究。神经环路作为平衡控制系统的前端,对于平衡控制的表现至关重要。本研究通过使用特定频率分形分析(Frequency-specific fractal analysis,FsFA)算法处理特定频率段的COP轨迹信号和COP速度信号来对老年人神经环路的变化进行定量分析。结果表明,老化会显著降低与本体感觉相关的神经环路控制的灵活性;与本体感觉相关的和与视觉-前庭系统相关的两种神经环路在平衡控制过程中相互协作,互为补充。(3)老年人倾斜平面站立平衡下肢多肌肉协同耦合研究。肌肉作为运动系统的动力来源,为平衡调节提供动力,其工作模式为多块肌肉或协同、或拮抗共同作用。本研究通过使用联合递归定量分析(Joint recurrence quantification analysis,JRQA)对老年人在斜面静止站立过程中下肢小腿肌肉(胫骨前肌、比目鱼肌、腓肠肌内侧头和腓肠肌外侧头)组成的协同肌组和拮抗肌组的表面肌电信号协同耦合进行定量分析。结果表明,老化会使协同肌组和拮抗肌组的协同耦合增加;在斜面上站立时,由老化引起的感觉运动缺陷对站立平衡的影响更加显著;无视觉反馈情况下,多肌肉耦合模式更加僵化。(4)腰椎间盘突出症患者倾斜平面站立平衡控制的非线性动力学研究。现阶段,针对LDH对于站立平衡控制影响的研究甚少。本研究设计了 LDH患者倾斜平面静止站立实验,综合运用CRQA分析探究COP的动力学耦合特性,FsFA探究LDH患者神经环路的变化,CRQA探究大腿及小腿拮抗肌对的协同耦合。结果表明,LDH患者倾向于将体重负荷从患肢转移到健肢,加剧站立期间的下肢负荷不对称性。LDH会导致站立过程中动力学自由度降低,与本体感觉相关的短神经环路控制的灵活性减弱,患肢拮抗肌肉对协同耦合增强。FsFA处理神经环路结果与CRQA处理肌肉协同耦合结果一定程度上表现出与功能障碍量表得分之间的相关性。