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系列彈性組織剛度與足底皮膚敏感性對行走中意外滑倒時下肢肌肉反射響應的年齡差異性影響
《Experimental Brain Research》:The effects of series elastic stiffness and cutaneous sensitivity on leg muscle reflex responses to unanticipated slips during walking
【字體: 大 中 小 】 時間:2025年05月21日 來源:Experimental Brain Research 1.7
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為解決老年人(OA)因平衡擾動檢測延遲導致的跌倒風險問題,研究人員探討了足底皮膚敏感性(PS)和跟腱剛度(kAT)對踝關節屈伸肌反射響應的影響。研究發現,OA的PS和kAT顯著低于年輕人(YA),且TA肌肉反射延遲,但僅YA中更高的kAT與更快的腓腸肌(MG)反射相關。該研究揭示了年齡相關的神經肌肉調控差異,為跌倒預防提供了新靶點。
跌倒一直是老年人健康的主要威脅,每年約三分之一的老年人經歷跌倒,導致嚴重傷害和經濟負擔。盡管已有研究關注肌肉力量和環境因素對跌倒的影響,但老年人跌倒率和相關傷害仍在上升。這提示需要探索新的、可干預的內在因素,如感覺和肌肉肌腱系統的退化如何影響平衡恢復能力。Ross E. Smith等人在《Experimental Brain Research》發表的研究,聚焦于足底皮膚敏感性和跟腱剛度對意外滑倒時肌肉反射的調控作用,揭示了年齡相關的神經肌肉響應差異。
研究團隊來自美國北卡羅來納大學教堂山分校和佐治亞理工學院,通過結合臨床測試、運動生物力學和電生理技術,分析了22名年輕人和19名老年人在跑步機誘導滑倒時的肌肉反射特征。關鍵方法包括:1) 足底Semmes-Weinstein單絲測試評估PS;2) 超聲成像結合動力學測量計算被動跟腱剛度(kAT);3) 表面肌電圖(EMG)記錄脛骨前肌(TA)、比目魚肌(SOL)和內側腓腸肌(MG)的反射潛伏期;4) 標準化跑步機滑倒擾動模擬意外平衡喪失場景。
研究結果
Between-group differences
老年人表現出顯著的足底感覺退化(PS閾值:OA 4.42±0.67 g vs. YA 3.50±0.50 g)和跟腱剛度降低(kAT:OA 4.44±1.87 N/mm vs. YA 6.12±2.82 N/mm)。肌肉反射方面,OA的TA激活延遲12 ms,但SOL和MG反射反而比YA提前約70 ms和75 ms,提示年齡相關的代償性共激活策略。
Cutaneous sensitivity and Achilles tendon stiffness
盡管PS和kAT在組間差異顯著,但二者均未直接關聯肌肉反射延遲。唯一例外是YA組中,更高的kAT與更快的MG反射相關(r=-0.447),暗示年輕人可能依賴踝關節主導的平衡恢復策略。
Muscle excitation responses
TA反射延遲與預期足底感覺或肌腱剛度無關,可能源于中樞處理速度下降。而老年人更早的SOL/MG激活可能反映其通過增加拮抗肌共激活提升關節穩定性,或抵消年齡相關的力量生成速率下降。
討論與意義
該研究首次系統揭示了足底感覺和肌腱力學特性在平衡恢復中的年齡特異性作用。老年人TA反射延遲可能加劇跌倒風險,而提前的腓腸肌激活雖為代償機制,卻可能限制動態平衡調整能力。值得注意的是,年輕人跟腱剛度與腓腸肌反射的正相關,提示肌腱力學或可作為優化平衡訓練的靶點。未來研究需結合高頻振動刺激(激活快適應II型皮膚感受器)和主動肌腱剛度測量,進一步明確感覺-運動整合機制。這些發現為開發針對老年人的個性化防跌倒干預(如感覺增強訓練或肌腱強化)提供了理論依據,有望彌補現有預防措施的不足。
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