张建国 施雪琴 徐舟峰
南京师范大学体育科学学院（南京210046）
平衡是人体的重要身体素质之一，它是在视觉器官、前庭器官、本体感受器以及肌肉等器官协同作用下产生的一种综合性能力。人类自婴幼儿开始学习站立和走路起就初步具备了维持平衡的能力，这种能力随着生长逐渐发展成熟。Barela等指出，6岁儿童已具备了对来自感受器官的刺激信号产生耦合反应的能力，但仍缺乏精确分析来自本体感受器的信号的能力，从而使他们的平衡机能不够完善［1］。余友林等［2］发现，3～6岁年龄段里，3～4岁平衡机能增长最快，而女性幼儿增长速度快于同龄男性幼儿。Riach等［3］使用简易方法测试了4～14岁不同年龄段儿童少年与成年人站立时的平衡能力后发现，7岁儿童的平衡能力已达到成年水平。后来，Riach等［4］又使用压力中心偏移速度作为指标，对人体静止站立时保持平衡的能力进行了较为精确的测试，其结果显示8岁时人体维持平衡的机制已经形成。而Rival等［5］则提出了不同的看法，他们认为早在6岁时，儿童已经形成了维持最佳站立姿势的能力。近年来，我国虽然有部分针对某个年龄段少年儿童平衡能力的研究，但针对不同年龄段的总体研究较少，有必要就青少年生长发育过程中平衡能力的变化特征展开进一步探讨。
1 对象与方法
1.1 对象
受试者为6～13岁、15～16岁、19～20岁三个年龄段青少年，分别选自南京市白云园小学、南京师范大学附属实验中学、南京师范大学。受试者分为6～7岁、8～9岁、10～11岁、12～13岁、15～16岁、19～20岁6个年龄组，每个年龄组男女各30人以上，共计391人。受试者身体健康，测试时无疲劳现象及明显影响平衡能力的疾患。所有测试内容均在测试前向受试者说明，并征得了本人或监护人（以未成年人为对象时）的同意。
1.2 测试方法
使用Footscan Balance7.7平板式足底压力测试系统（RSscan公司，比利时）测试受试者睁眼、闭眼状态下单、双足静止站立时反映平衡能力的指标。该测试系统由一块50 cm×40 cm压力分布测试平板及一套平衡采集分析软件构成。每平方厘米测试平板上有4个以上压力传感器，当人站立于平板上时，压力传感器感知来自足底压力的变化，分析人体压力中心（center of pressure，COP）的分布与变化。
双足站立进行测试时，受试者的站立姿势及测试时间参照Daniel等［6］的方法：受试者脱鞋后站立于测试平板上，双足跟并拢，足尖分开，成约30度夹角，两手下垂置于体侧，双眼平视前方 （睁眼测试时），测试时间为20秒。单足站立方法参照国民体质监测［7］方法：两手任意放置，以习惯脚站立于测试平板上。睁眼单足站立测试时间为10秒，闭眼单足站立测试时间以10秒为限，未达到10秒，但出现非站立足着地或身体大幅晃动时即判为测试终止，记录测试软件显示的终止时间。
1.3 测试指标
选用压力中心移动轨迹总长度 （COP Total Traveled Way，TTW）和包络95%压力中心移动轨迹在内的椭圆面积（95%confidence ellipse area，EA）两项代表性指标，这两项指标绝对值越大，说明站立时人体摆动的幅度越大。
对睁眼双足与睁眼单足站立时的TTW和EA进行动态分析，即分别将TTW和EA的测试时间平分为6个相等的时段，依次观察每一时段数值的变化。如，双脚站立时间为20秒，则分为6个3.33秒，按第1至第6的顺序观察每个3.33秒时段的数据变化。
1.4 数据处理与统计学分析
采用one-way ANOVA检验各参数的组内差异，确认组内差异后，使用Post Hoc Tests（LSD法）比较组间差异。考虑到19～20岁时生长发育已经基本成熟，故以19～20岁组作为成年组与其它年龄组比较。由于许多受试者闭眼单足站立的测试时间未能达到预设的10秒标准，无法计算相同时间范围的TTW和EA，因此，将受试者的站立时间分别归入0～1.9秒、2.0～3.9秒、4.0～5.9秒、6.0～7.9秒、8.0秒以上5个时间段，计算每组受试者在各时间段所占的人数百分比，分析统计采用多样本构成的卡方检验。
所有分析使用SPPS13.0统计软件进行，除卡方检验组间差异时显着性水平为P<0.01外 （由于单足闭眼站立分为5个时间段，实际形成了5个组，进行两两比较时显着性水平须修正为：0.05/5=0.01）［8］，其余统计分析的显着性水平均为P<0.05。
2 结果
2.1 测试对象基本情况
表1为各年龄组测试对象按性别区分的年龄、身高和体重状况。
表1 测试对象基本情况
2.2 各年龄组不同状态站立时TTW和EA的比较
图1和图2为各年龄组不同状态站立时TTW和EA的比较结果。6～7岁、8～9岁、10～11岁三个年龄组受试者睁眼双足站立和闭眼双足站立时的TTW均高于19～20岁组，其中，睁眼双足站立时（216.3±112.2）mm、（173.5±104.7）mm、（134.3±88.4）mm vs.（87.4±49.2）mm；闭眼双足站立时 （204.0± 155.9）mm、（140.5±67.4）mm、（113.1±54.6）mm vs.（81.8±28.3）mm，差异均有显着性（P<0.01），但12～ 13岁、15～16岁在上述两种状态测定的TTW与19～ 20岁组之间无显着差异。6～7岁、8～9岁年龄组睁眼单足站立时的TTW高于19～20岁组，（414.3±288.1）mm、（305.4±171.1）mm vs.（199.9±147.1）mm，差异均有统计学意义 （P<0.01），但是在10～11岁、12～13岁、15～16岁组分别与19～20岁组比较这一状态下的TTW时未发现显着差异。另一方面，6～7岁、8～9岁两个年龄组睁眼双足站立、闭眼双足站立、睁眼单足站立时的EA均高于19～20岁组，其中，睁眼双足站 立 时 （121.8±101.7）mm2、（74.2±82.9）mm2vs.（26.8±45.6）mm2；闭眼双足站立时 （123.1±101.7）mm2、（55.6±82.4）mm2vs.（15.3±12.5）mm2；睁眼单足站立时 （205.5±155.1）mm2、（146.8±166.4）mm2vs.（57.3±67.2）mm2，差异均有统计学意义（P<0.01），但10～11岁、12～13岁、15～16岁上述三种状态测得的EA与19～20岁组之间无显着差异。
图1 各年龄组不同站立状态下TTW的比较
图2 各年龄组不同站立状态下EA的比较
2.3 不同年龄组闭眼单足站立时间比较
表2显示，从整体分布趋势看，6～7岁年龄组单足站立时间主要集中在4秒以内的2个时间段，其它年龄组除了约40%在8秒以上时间段外，其它时间段均占10～20%。15～16岁组和19～20岁组，2秒内时间段的人数分别约占该年龄组总人数的27%以上。此外，6～7岁闭眼单足站立时间达到8秒以上者仅9.52%，明显少于19～20岁组的55.07%，两者差异有统计学意义（P<0.001），但其它年龄组闭眼单足站立时间分布与19～20岁组比较，差异均无统计学意义。
表2 不同年龄组闭眼单足站立时间百分比（%）
2.4 不同年龄组单、双足睁眼站立时TTW和EA的动态变化趋势
如图3所示，各年龄组睁眼双足站立时EA的动态变化可分为三个类型：（1）第1时段（开始站立时）EA数值较大，随后减小，后又增大，呈U型。仅在6～7岁年龄组观察到这种变化；（2）第1时段EA数值较大，随后下降，并保持较小幅度变化至测试结束。这说明开始站立时身体摆动幅度较大，随后逐渐减小并保持至测试结束。8～9岁、10～11岁、12～13岁、15～16岁四个年龄组呈此类变化；（3）自第1时段起始终在较小范围内波动，表明站立开始至结束，身体始终保持良好的稳定性。仅19～20岁组具有这一变化特征。
图4为各年龄组睁眼单足站立时EA的动态变化特征。EA动态变化只呈现了双足站立时的（1）和（2）两种类型，6～7岁和8～9岁两个年龄组属于前者；其它年龄组属于后者。
各年龄组单、双足站立时TTW的动态变化与EA相同。
图3 不同年龄组双足睁眼站立时EA的动态变化
图4 不同年龄组单足睁眼站立时EA的动态变化
2.5 男女之间TTW和EA的比较
本研究结果表明，男女在各年龄段均未显示明显差异（P>0.05），提示在生长发育过程中平衡能力的发展可能无明显的性别差异。
2.6 睁眼与闭眼时TTW和EA的比较
结果显示，各年龄组睁眼和闭眼双足站立两种状态下的TTW和EA值无明显差异（P>0.05）。从各年龄组闭眼单足站立时间达到8秒以上者的比率看，19～20岁组也只达到55%左右，而受试者单足睁眼站立时间均到达10秒，说明闭眼单足站立时间明显短于睁眼单足站立。
3 讨论
3.1 青少年不同年龄阶段静态平衡机能的变化
本研究使用精密仪器测试了6～20岁6个不同年龄阶段青少年静止站立时的平衡机能，结果表明青少年平衡机能在生长发育过程中的某个年龄段达到完善，但TTW和EA两项指标所显示的平衡机能完善的年龄段有所不同。TTW是计算压力中心点在整个测试过程中的移动轨迹，其数值越大，则表明总的移动距离越大，平衡能力越差。但造成移动距离大有两种可能性，一是测试过程中X、Y轴上出现较大幅度的移动轨迹，二是出现高频率小幅度的摆动，从而使移动轨迹的合计值升高。另外，EA是包络95%移动轨迹所形成椭圆面积，如同压力中心区域的投影，主要与压力中心在X、Y轴上到达的最大点有关，因此EA反映了身体压力中心较大幅度摆动的状况。当身体出现高频率小幅度的摆动时，TTW升高，EA值却不增大。从维持身体站立平衡的角度看，大幅度摆动造成身体失去平衡的可能性更大，因此，直接反映大幅度摆动的EA值能较准确地反映人体平衡机能。当TTW和EA的结果有差异时，我们更倾向使用EA解释测试结果。因此，推测少年儿童生长发育中平衡机能完善的年龄在10～11岁左右显得更为合理。这一结果比国外学者提出的平衡机能成熟年龄［3，4］推迟了约2岁以上。
3.2 青少年不同年龄阶段静态平衡机能的动态变化
Rival等［5］观察6岁、8岁、10岁儿童双足站立时COP移动的动态变化时发现，三个年龄组均有相同的变化趋势：从测试开始至结束，平衡指标变化幅度逐渐变小。这提示站立时身体重心的摇摆在平衡机能的调控下随着时间延长逐渐趋稳。本研究结果与Rival等有所不同，除19～20岁组之外，其它各个年龄组在站立开始时稳定性均较差，后趋于稳定，但随时间延长，6～7岁年龄组稳定性再次下降。这提示该年龄段儿童在较长时间站立时容易受肌肉疲劳、调控能力下降等因素影响，而随着年龄增长，这种现象逐渐消失。值得注意的是，19～20岁组在双足站立一开始，稳定性就较好，并一直保持到测试结束，说明成年后人体在姿势转换（踏上测试平板）初期就可快速纠正重心摇摆，从而保持身体稳定。
单足站立时身体支撑面远远小于双足站立，身体始终处于不稳定状态，中枢神经系统需要不断整合分析来自感觉器官的信息，并且不断向维持支撑的下肢肌肉发出指令，以确保身体的平衡。此时可能对相应的肌肉力量要求更高，从而导致低年龄组儿童难以较长时间维持身体稳定。另外，由于身体始终处于不稳定状态，即便成年人在站立初期也无法像双足站立那样保持良好的稳定状态，也须通过一定时间的调整以达到相对稳定。
3.3 青少年睁眼站立与闭眼站立时平衡机能的比较
Redfern等［9］指出，视觉器官、前庭、本体感受器这三个参与平衡调控的器官实际上感受的人体摆动频率有所不同，视觉器官主要感受小于0.1Hz的非常缓慢的低频摆动，本体感受器和前庭器官感受的则是单位时间内发生次数较多的高频摆动，并由此推测三个不同的感觉器官在维持平衡机能方面存在各司其职或某个器官优先发挥作用的现象。由于前庭器官的适宜刺激是头部的空间位置改变以及不同方向的加速度运动，因此其主要作用体现在维持动态平衡方面。双足静止站立时人体相对稳定，重心只产生一些细微的偏移，此时可能主要依靠本体感觉对人体平衡进行微调，因此阻断了视觉作用后，站立时的稳定性与阻断前相比未见明显差异。有国内外研究也显示，双足站立时闭眼与睁眼状态下测定的平衡指标数值比较接近，只有当本体感觉被阻断后，视觉的调节作用才充分显现出来［2，10］。另一方面，单足站立时人体稳定性较差，出现低频的大幅摆动，此时视觉的调节作用进一步显现。一旦来自视觉器官的信息被阻断，身体将较快失去平衡，这也是闭眼单足站立时平衡机能远远低于睁眼单足站立的重要原因。
4 总结
本研究结果显示，人体的静态平衡机能随年龄增长逐渐完善，10～11岁左右已达到19～20岁水平，但站立过程中平衡的动态调节机能随年龄的增长不断完善。青少年双足站立时睁眼与闭眼状态平衡指标的变化无明显差异。
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