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老年人24式太极拳经典动作的体育运动学与动力学分析

时间:2018-01-23 19:04来源:www.010lunwen.com 作者:lgg 点击:
本文是体育教学论文,本文拟通过实验测试太极拳经典动作的运动学、动力学数据,结合在太极拳运动中下肢肌肉参与收缩的方式。从而揭示太极拳动作特征,探讨太极拳提高老年人肌肉力量和
1 前言
 
人口老龄化在中国是一个比较突出并且十分严峻的问题,根据全国老龄工作委员会办公室官方统计的数据来看,截至到 2014 年底,我国年龄在 60 岁以上的人口已经占总人口的15.5%,达到了2.12亿,年龄在65岁以上的人口占总人口的10.1%。达到了 1.38 亿之多。而联合国规定当 65 岁以上的人口占总人口的 7%就可以定义为“老年型国家”[1]。人口结构老龄化会引发各种各样的问题,在引发的所有社会问题中,有关老年人身体健康的问题无疑是整个社会和国家更为关注的焦点。老年人面临健康威胁的因素多种多样,然而在可能导致老年人直接死亡或者因为伤病带来的其他间接危害而造成死亡的因素中,跌倒被认为对老年人的生命健康构成的威胁最为严重[2]。2011 年,我国卫生部公布了一项死因监测数据,从全国疾病监测系统统计的数据来看,跌倒造成 65 岁以上老年人死亡率居高不下,男性跌倒的死亡率为 49.56/10 万,女性跌倒的死亡率为 52.80/10 万。我国老年人口增长速度快、绝对数量大,跌倒引起的不良后果必然会造成养老、医疗、家庭关系等矛盾的加剧。因此,如何预防老年人跌倒,从而减少老年人跌倒造成的危害,已经成为一个亟需解决的问题。2010 年,美国老年学会和英国老年学会分别将太极拳推荐为预防跌倒的运动处方[3],这一将中国传统健身项目列入英美两国官方健身指南的罕见行为,标志着太极拳运动在预防老年人跌倒方面的效果已经获得了国际性的认可。太极拳是中国的国粹,是一项有着多年历史的中国传统健身项目[4],从武术的民间传统衍生到终身锻炼,代代相传已经有 1200 年的历史[5]。在大多数的外国文献中,太极拳被描述为一种起源于中国民间传统武术的运动。“拳”这个词意味着“拳击”,但在一些文献中已经被省略,因此它通常被称为太极[6]。太极拳动作轻松柔和、圆活自然,适合任何人在任何时间、任何地点练习。据统计全世界有 150 多个国家和地区,超过 1.5 亿的人在从事太极拳运动[7]。
年龄的不断增长导致了身体重要器官生理功能的逐渐衰弱[8]。比如关节性退变,视力下降,平衡能力下降。在老年人群中,大多数人都会出现肌肉耐力下降这种普遍的现象,因此老年人应该重视适当强度的运动锻炼。考虑到老年人群体的特殊性,老年人在选择运动锻炼的项目时,需要考虑许多因素,那些运动速率相对较低、身体对抗强度较弱、最有益于保持或提高老年人平衡能力的运动项目可能是最适合老年人的锻炼方式。在众多运动当中太极拳可以提供老年人锻炼所有的需求[9,10]。太极拳动作具有轻柔缓慢、动作之间相互协调等特点,太极拳运动强度适中,对心脏的负荷不大,跟外界没有激烈的对抗动作,在练习完以后,身体倍感轻松,精神十足[11]。太极拳锻炼不受时间、空间、环境条件的影响,不受年龄、运动能力的制约,运动的强度、运动量的大小都可自行控制,因此太极拳运动便于推广普及[12]。在家里进行太极拳运动或者在广场进行太极拳演练,可以让老年人锻炼自己的身体,是提高身体稳定性安全、可行而又实用的健身方法[13]。最初进行太极锻炼是为了保持身体的健康和锻炼防身的能力[14]。然而,几个世纪以来随着太极拳运动不断发展,太极拳锻炼者开始逐渐的重视锻炼身体内部环境的稳定性。太极拳运动对健康的益处体现在众多方面,包括灵活性、力量、心肺功能、情绪的控制和免疫系统,然而在维持平衡的控制和预防老年人跌倒这两个方面尤其引起了科研人员的关注[15]。
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1.1 文献综述
 
1.1.1 太极拳运动预防老年人跌倒的研究进展
老年人跌倒的主要是因为下肢肌肉力量的降低以及下肢关节灵活性的减弱[16]。随着年龄不断增大,身体的肌肉骨骼系统会发生功能性退变,如肌肉横截面积变小,骨密度下降等。而老年人人体机能的降低,会增加与跌倒有关的伤害,如髋部骨折的风险。灵活性的提高可以帮助降低跌倒的风险[17],关节的灵活性和活动范围的限制阻碍了老年人基本的日常生活活动能力。老年人的肌肉骨骼机能的下降,会导致肌肉力量降低及关节活动能力减弱,从而使得老年人关节灵活度减少、走路速度变慢[18],肌肉骨骼机能的下降,会导致身体平衡性下降,跌倒增多[19];此外。肌肉骨骼系统的机能下降还会使老年人的步态发生紊乱,研究老年人走路时的步态发现他们多采用平脚着地,而不是通过屈趾用脚趾首先接触地面。而步态紊乱会使跌倒的可能性增加[20]。经常进行太极拳锻炼可以减少跌倒的发生。乾清华[21]对招募的受试者进行为期6 个月的太极拳运动干预,通过对比发现,在经过一段时间的太极拳练习后,身体的平衡性、稳定性较运动干预之前有了很大的改善。Wolf[22,23]和他的同事纵向研究了三组有过跌倒史的老年人受试者。总共有 200 名受试者参与了实验,其中包括162 名女性,38 名男性,他们的平均年龄为 76.2 岁。一组对其进行 15 周的太极拳运动干预,一组制定 15 周的平衡训练计划,剩余一组不进行任何训练干预。在运动干预 15 周后对三个组的受试者跌倒的数量再次进行统计,他们发现太极拳组、平衡训练组、控制组发生过跌倒的人次分别为 56、76、77。太极拳练习组跌倒的人次减少了 47.5%,而其他组别跌倒的数量没有显著性减少。太极拳运动可以更好的发展下肢肌肉力量,提高身体平衡能力。徐冬青和他的同事[24]设计一个实验,将 21 名长期进行太极拳练习的老年人与 18 位长期慢跑的老年人,以及 22 个不运动的老年人的下肢肌肉力量和耐力进行等速测试。研究结果表明太极拳组和慢跑组踝关节屈伸的力量比控制组的大。此外,与慢跑组和控制组相比,太极组膝关节肌肉耐力增加更显著。他们认为,经常参加太极拳锻炼比慢跑组和不进行运动的人相比能更好的控制大部分肌肉力量和耐力。经常进行太极锻炼的人,下肢肌肉力量以及肌肉耐力得到锻炼,会帮助改善身体的稳定性,提高身体姿态平衡控制能力。这些结果表明太极拳可能是一个锻炼下肢力量和肌肉耐力的有效练习方式,通过这种锻炼有可能有助于减少跌倒的风险[25]。太极拳运动可以提高老年人肌肉骨骼系统的机能,预防老年人跌倒。研究者们证实了通过进行长期的太极拳训练可以增加膝关节和踝关节的屈肌、伸肌力量[26,27],他们认为长时间的太极拳运动能够提高老年女性的下肢骨骼质量及骨矿物质密度[28]。此外,太极拳运动还可以提高老年人本体感觉的灵敏度,预防老年人跌倒。Xu[29]等人的研究发现,长期太极拳练习者膝关节和踝关节屈伸本体感觉比无锻炼组更加敏感。太极拳运动相对于正常走,其双腿支撑时间更长,步态步法变化更多[30],受到的地面反作用力更小[31],足底压力中心的位移更大[32],还发现经过 16 周的练习,太极拳练习者踝关节屈伸、内翻和外翻的本体感觉更加敏感,停止训练 8 周后,太极拳练习者踝关节本体感觉敏感性能比慢跑者维持的时间更长[33]。以上研究都证明了太极拳运动具有提高老年人肌肉骨骼系统机能的良好效果。
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1.2 太极拳运动学国内外研究现状
许多研究已经证明太极拳运动对身体平衡、肌肉力量、身体的灵活性的提高有很好的效果[39]。这跟太极拳的运动学特性密切相关。对于太极拳运动学特点,曾经有学者主要集中研究了太极拳运动中下肢不同支撑方式的比重,以及持续支持时间。一般来说,太极拳运动分为双脚支持和单脚支持这两种姿态。这进一步要求头部和上,下肢的转动,躯干的扭转,来协调这两种姿态。毛德伟和他的同事[40],招募 16 名有太极拳锻炼经验的受试者,使用视频分析,比较他们进行 42 式太极拳演练与正常走时脚的运动学特点。结果表明,与正常走相比在太极拳运动中,上一个动作过渡到下一动作,这种过程是缓慢的,而每一步方向的持续时间较短,方向变化比较频繁。在日常生活中要经常面临保持平衡的挑战,这就需要我们提高保持平衡稳定性的能力。平衡状态的再次成功恢复需要通过脚的运动来精确调整,从而控制重心的位置,这样就能够建立起一个新支持状态。脚可以在各个方向上进行补偿,这是保持稳定的重要策略[41]。他们认为太极拳运动可以更好的模拟在日常生活中可能遇到的跌倒挑战。通过太极拳锻炼可以帮助改善下肢关节的活动范围,并提高单腿支撑的能力。太极拳运动是对于中老年人适中的运动方式,其对中老年人的平衡控制、肌肉力量和心脏-呼吸反应都有有益的作用[42]。许多研究已经证明了太极拳能提高老年人姿势稳定性以及增强下肢的肌肉力量。Millon 和他的同事[43]选用 10 名健康成年人进行测试,他们把太极拳向前跨步中使用的经典动作“搂膝拗步”与受试者的正常步态做比较。与正常步态相比,太极步态周期(11.9±2.4vs1.3±0.2s)和单腿支撑(1.8±0.6vs0.4±0.05s)持续的时间较长,踝关节和膝关节的屈伸、髋关节外展以及身体的转动范围更大。徐冬青和他的同事[44],对“搂膝拗步”这一个经典的太极拳动作进行了运动学研究。6名有多年太极拳锻炼经验的受试者参与到了这项研究。每名受试者进行 3 次太极拳动作演练,并用摄像机进行拍摄并分析。在整个太极拳演练过程中,重心连续不断发生改变,各个关节活动范围也比较大。运动是缓慢而平稳的,重心在三维空间相对频繁的变化,可能有助于锻炼一个人保持平衡的能力。关节大范围的运动可以激活更多的本体感受器,这有助于帮助发展肌肉的力量和耐力。在太极拳运动过程中缓慢而平稳的动作可能还需要调动更多的肌肉参与到对身体的协调控制中来。
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3 研究结果............15
3.1 运动学.....15
3.1.1 髋关节、膝关节、踝关节角度活动范围结果..........15
3.1.2 人体重心移动范围结果..........17
3.2 动力学.....18
3.2.1 足底压力重心位移(COP)结果............18
3.2.2 地面反作用力结果.........19
4 讨论...........22
4.1 角度活动范围...........22
4.2 重心位移..........22
4.3 COP 位移的分析与讨论............23
4.3 地面反作用力..........24
5 结论..........24
 
4 讨论
 
4.1 角度活动范围
与正常走相比在进行太极拳演练时,膝关节、踝关节、髋关节在运动过程中关节屈伸、关节内收外展、关节内旋外旋较正常走的角度活动范围比较大。太极拳动作协调行云流水,下肢髋关节、膝关节、踝关节在一个较大的活动范围内进行屈伸、翻转这不仅能够提高骨骼肌肉的支撑力和关节的柔韧性,而且肌肉力量和耐力得到锻炼[54]。太极拳本身的动作结构特点是导致身体平衡控制能力增加的主要原因。太极拳动作轻松柔和,连贯均匀,在整个运动过程中,肌肉和关节没有长时间的处于固定的角度,而是在不同动作的变化过程中完成一系列的屈伸和旋转。从而让人体处于不同姿势时还能够始终维持身体的平衡和稳定。人体的重心在太极拳运动中,随着缓慢柔和的动作也时刻发生着相对应发的位移,因此踝关节屈伸的范围会比较大。在这个较大的位移范围中充分的活动,太极拳还可以有效的预防关节的过度僵直,让踝关节在一个适度的范围内进行屈伸,使踝关节的肌肉和韧带不致挛缩。相对于正常步行来说,这五种太极拳经典动作在前后、左右方向上运动的特征不仅可以改善下肢关节的灵活性,还帮助改善老年人肌肉骨骼机能,提高了下肢肌肉力量。
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结论
 
相比于正常走,太极拳经典动作具有独特的时空和运动特性。我们对太极拳步态和正常步态进行了步态分析,发现与正常走相比太极拳步态踝关节、膝关节有更大的屈曲活动范围,关节在一个较大范围内进行活动,能够提高关节的灵活性从而锻炼身体的平衡控制能力。下肢关节大范围的活动有利于步伐灵活性的改善,降低跌倒的风险。相比于正常走,太极拳练习时大部分时间需要练习者处于半蹲状态,其节奏缓慢,重心在三维空间移动,低重心的动作特点有利于肌肉力量的增加,下肢膝关节、踝关节的肌肉力量、关节稳定性也因此得到更好的锻炼。相比于正常走,太极拳经典动作在运动前后方向和左右两侧有更大的压力中心位移,这五种太极拳经典动作足底压力中心的大范围的内外侧位移能够使得下肢动员更多的肌肉并且以更高的水平收缩。在更多的肌肉参与收缩的同时,关节的本体感觉得到极大的锻炼,可以提高老年人利用本体感觉维持平衡的能力。相比于正常走,在进行太极拳演练时,下肢肌肉离心收缩占更大的比重,离心收缩训练可以有效提高快肌纤维力量。并且下肢肌肉频繁的在离心、向心和等长收缩中交替变换,这种复合的收缩方式更有利于肌肉力量的增长。
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参考文献(略)
(责任编辑:gufeng)
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