對老年人觸覺退化機制的研究

與所有感覺一樣，人們對觸覺的感知能力會隨年齡增長而下降。皮膚被看作是一種多層生物復合材料，掌握其結構是理解振動在組織間產生和傳遞的關鍵，而這些振動信號是由軀體感覺系統中的皮膚感受器感知的，還很可能由于指紋的存在而被放大。真皮、表皮和皮下組織對于形變和摩擦力的影響已被廣泛研究，且越來越多的證據表明，角質層的軟硬對皮膚摩擦力具有重要影響。摩擦力取決于實際接觸面積，因此角質層的局部形變能力會影響該參數。

目前探索老年人觸覺感知閾值的研究很少。眾所周知，年齡會影響皮膚的機械性能和物理特性以及檢測、傳遞或解讀觸摸信號的神經生理學能力。許多研究使用的膚覺兩點閾測量法可以檢測年齡對靜態觸摸感知的影響，但是有證據表明，它并不適用于動態觸摸的情形。這兩種潛在因素（機械性或神經性）對于感官知覺影響的相對程度是未知的。為了糾正視覺和聽覺隨著年齡增長而發生的退化，目前的措施主要是針對機械性感覺而非神經性感覺進行改善，例如，使用眼鏡矯正角膜形變，使用助聽器放大聲音信號。因此，針對觸覺可以提出以下問題：①隨年齡增長，對精細紋理的觸覺辨別能力是否也會減弱？②該減弱是否由年齡導致的皮膚機械性能改變而引起？③能否針對該機械性能的改變提出干預措施？

因此，我們改良先前建立的紋理表面的技術方案，研究老年人主動觸摸精細紋理時觸覺感知能力的變化；量化年輕與年長志愿者對相鄰的不同紋理表面的觸覺分辨能力，并且對皮膚的物理特性（手指摩擦力、手指皮膚含水量和彈性）進行比較。

一、研發材料和方法（詳見原文）

二、結果和討論

1. 年長組觸覺辨別能力較低：通過一種先前建立的方法構建出6 種紋理間距不同的表面，要求志愿者判斷所感知的表面與參考表面是否相同。分別使用紋理間距為20 μm、40 μm、60 μm、80 μm（分別用S20、S40、S60和S80來表示）和100 μm（Ref100）以及一個空白的、沒有紋理的光滑表面（S0）來進行測試。Ref100可作為最接近“精細紋理”的參考。該研究的預實驗首先招募了10 名年長和10 名年輕女性志愿者，結果顯示，年輕組的分辨閾值為60 μm，也就是說，當紋理間距達到S60 時，其分辨難度明顯增加，不能明確地與Ref100 區分開來。然而對于年長組，從20 μm開始成功率就非常低了。隨后又另外招募30位年輕（19～25 歲）和30 位年長（67～85 歲）女性志愿者，針對每種紋理表面和每位志愿者都進行與參考表面相比較的觸覺感知測試，各重復6 次，并以隨機順序進行呈現和評估（每次感知測試共有36次比較）。

年輕組和年長組對于光滑表面S0 的感知準確率分別為100%和99%，說明與Ref100 不同，S0 很容易被識別。這可能是由于和所有其他表面相比，光滑表面與手指之間的實際接觸面積最大，因此摩擦系數增加明顯。年輕組能成功將S20、S40 與Ref100 區分開（平均準確率分別為97%和89%），而對S60的觸覺辨別能力下降（55%），對S80則更難區分（34%）。年長組在S20已經出現了辨別能力下降，其準確率僅為63%，低于80%的成功標準（詳見原文）。

年長組的觸覺辨別能力（S20）明顯低于年輕組。年輕組平均準確率為97%，標準差為17%。年長組相對應的平均準確率為63%，標準差為48%。在年輕組中，只有兩人沒能準確地區分S20與Ref100，而年長組則有17人。對于S60和S80，兩組都難以感知其與Ref100 之間的差異（準確率<80%）。

因此，隨著年齡的增長，皮膚通過動態觸摸辨別精細紋理的能力明顯下降，這很可能與參與靜態觸摸和物體辨別的觸覺識別靈敏度隨年齡增長而下降有關。關于精細紋理的動態觸覺辨別能力之前已被確定與摩擦系數（以及由此產生的手指阻力）和接觸物表面紋理間距有關。前者似乎取決于慢適應受體的應答（形變），而后者則取決于快適應受體（Pacinian 受體）所檢測到的振動。因此，從摩擦學或“生物摩擦學”著手，或能確認觸覺退化的原因。

2.年輕組和年長組皮膚生物力學和生物摩擦特性的差異：手指皮膚的彈性、含水量和觸覺摩擦力在年輕組與年長組之間存在差異。單向方差分析顯示，與年輕組相比，年長組手指皮膚含水量明顯較少（年輕組：均值= 66 a.u，標準差=23 a.u；年長組：均值=36 a.u，標準差=14 a.u；F（1，59）=36.14，P < 0.001）；手指皮膚彈性也明顯較低（年輕組：均值= 0.54，標準差= 0.12；年長組：均值= 0.34，標準差=0.08；F（1，54）=49.16，P<0.001）。

分別在S20、S60和Ref100表面上以連續往復的方式測量手指與紋理表面之間的摩擦力（“觸覺摩擦”），由此產生的摩擦系數為摩擦力與附加外力之比。雙向重復方差分析比較兩組在3 種表面上平均觸覺摩擦系數（N = 2*29）。Tukey post hoc檢測顯示，對3種表面，年輕組的觸覺摩擦系數都明顯較高（P<0.001）。年輕組在S20 與S60 表面之間的觸覺摩擦系數差異比年長組略大。兩組中，大多數人在最小紋理間距的表面上顯示出最高的觸覺摩擦系數（年長組59%和年輕組69%）。年輕組較高的摩擦系數主要是手指皮膚含水量較高的結果。文獻中對這種皮膚含水量與摩擦力之間的關系有很充分的報道。

為了評估皮膚含水量和觸覺感知能力間的關聯性，該研究分析了所有志愿者對S20的正確應答與個體手指皮膚含水量的關系。結果顯示，年輕組的準確率幾乎都在80%以上，而年長組則分散在0至100%的整個區間內。有趣的是，當含水量超過50 a.u時，觀察到的準確率幾乎都是高的，而在含水量較低時，高（>80%）和低（<80%）的準確率都可能被觀察到。研究還發現，手指皮膚的彈性明顯與其含水量有相關性。因此，很難區分這些參數的內在關聯。

3.觸覺感知能力的改善：為了進一步驗證增加或改善手指皮膚含水量，即外涂含5%和7%甘油的保濕劑，能否改善老年人的動態觸覺感知能力，我們將30名年長志愿者按觸覺辨別能力分為高表現（n=13）和低表現（n=17）兩個亞組。將含5%的常用潤膚甘油涂抹在每個志愿者的同一根食指上。處理后，重復評估S20 和Ref100。高表現組使用5%甘油后仍然表現良好，低表現組使用保濕劑后，其S20的辨別能力會得到明顯改善（5%濃度：F=15.911，P=0.001；7%濃度：F=18.346，P<0.001）；同時，正確識別Ref100 的能力也增強，印證了該評估方法的可信度。該保濕劑能夠提高低表現組手指皮膚含水量，其彈性也明顯增強，能以此來解釋志愿者在評估中對S20和Ref100感知辨別能力的增加。之前的研究表明，手指皮膚含水量是引起摩擦系數個體變異的主要因素。綜上，皮膚含水量和彈性在恢復精細紋理的動態觸覺辨別能力中發揮作用，類似于手臂、口唇和食指的靜態觸摸。

研究還通過觸覺摩擦的儀器測量了手指對粘/滑的感知。未使用保濕劑處理時，S20 和Ref100 在組間水平上沒有差異。然而，保濕劑處理后，兩種表面間有顯著差異，其中S20的觸覺摩擦力較高。表明低表現組觸覺能力的改善可能與手指皮膚含水量和彈性的改善有關聯。這反而可以促使志愿者根據黏/滑的感知來辨別物體的表面。該改善效果被證實是即時可逆的，因為對使用保濕劑1 d之后的手指皮膚再進行感知測試（未經產品處理），會發現皮膚參數和觸覺辨別能力均恢復至使用保濕劑之前。

水合作用可改變角質層的特性，并在一定程度上使其軟化。角質層的這種形變可促進壓力應力向皮下體感系統（觸覺小體）傳遞。摩擦力也隨濕度的增加而增大，主要得益于皮膚形變，特別是在較高壓力下。

經甘油處理后觸覺辨別能力和一些皮膚參數同時發生改善以及在干燥狀態下觀察到的年輕組與年長組間的差異表明，皮膚狀態對觸覺感知能力是非常重要的。然而，在未經保濕劑處理下，對高表現和低表現組的兩個年長者亞組間的比較結果顯示，二者在生物力學或生物摩擦學性能方面沒有顯著差異，這就提出了有趣的問題：即觸覺敏銳度下降的機制，或更確切地說是高表現年長者對觸覺敏銳度保留的機制是什么。因此該團隊使用相同的觸覺感知研究方法對一個新的、更大的年長者群體進行了研究。根據表現不佳（準確率低于60%）或表現良好（準確率>80%）選擇兩組年長者（每組30 人）。使用顯微鏡這一簡單且無創的軀體感覺狀態的測量方法檢測Meissner 小體（MC）的密度。MC 通常被認為是接觸和按壓無毛部位皮膚時最重要的機械受體。結果發現，表現良好組的MC 密度較高，平均值為2.67 mm-2，表現較差組的平均值為1.35 mm-2。因此，表現較差組志愿者皮膚感知能力的減弱可能與神經功能衰退有關。盡管該研究團隊強調，因為沒有其他觸覺受體的相關數據，他們并沒有將敏銳度的下降與較低的MC密度直接聯系在一起。

三、結論

年長者對精細紋理的動態觸覺辨別能力會發生明確且顯著的降低，該研究為此提供一種直截了當的檢測方法，不僅使得功能退化可以被測量，而且還能夠評估使用保濕劑的改善效果。年長者觸覺敏銳度的降低與皮膚生物力學特性的降低是相一致的——含水量、彈性和手指摩擦系數都明顯降低。手指摩擦力也被認為是精細紋理辨別時的一個重要感知信號。

很大比例的年長者能夠保持對精細紋理的觸覺辨別能力，這個過程有多方面因素參與。一方面，這意味著今后以修復觸覺辨別能力為目的的研究需要將此考慮在內。更重要的是，這一觀察結果對闡明觸覺敏銳度降低的機制有重要意義。因為皮膚生物力學性能下降在兩個亞組之間沒有明顯差異，所以觸覺敏銳度的下降不能簡單地與年齡相關的彈性、含水量和摩擦力的變化聯系起來。另一個維度與Pacinian 和/或Meissne 觸覺小體探測到的振動有關。由于兩組的皮膚機械特性相似，因此可以謹慎地排除振動傳遞的影響，這強烈暗示兩組之間的差異與受體的敏感性、密度或信號傳遞有關聯。該研究也明確證實低表現組志愿者的受體密度明顯降低。因此，與年齡相關的神經功能下降是觸覺敏銳度降低的主要原因。盡管如此，對皮膚進行補水可以改善皮膚的生物力學特性（摩擦力），如我們的研究所示，皮膚的觸覺辨別能力在一個維度的喪失，在一定程度上是可以通過對其他維度的改善來代償的。