老年人與年輕人雙重任務(wù)下階梯行走步態(tài)特征比較

劉立，張庭然，羅炯，周佰富，歐陽(yáng)一毅，羅之柱

1.西南大學(xué)體育學(xué)院，國(guó)家體育總局體質(zhì)評(píng)價(jià)與運(yùn)動(dòng)機(jī)能監(jiān)控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶市 400715；2.西南大學(xué)運(yùn)動(dòng)康復(fù)研究所，重慶市 400715

跌倒是造成老年人受傷、殘疾或死亡的重要因素，也是評(píng)估老年人生理功能衰退的重要指標(biāo)[1-2]。65歲以上老年人在住宅發(fā)生跌倒、滑倒等意外者約占25%，是跌倒意外死亡的最高危群體[3-5]。老年人跌倒引起的嚴(yán)重傷害若不能恢復(fù)，會(huì)影響生活自理，增加照護(hù)和醫(yī)療負(fù)擔(dān)[6-7]；老年人一旦有跌倒經(jīng)歷，可能存在恐懼心理，反過(guò)來(lái)增加老年人跌倒的風(fēng)險(xiǎn)[8]。造成老年人跌倒最常見(jiàn)的兩個(gè)原因是絆倒和失去平衡[9-11]。日常生活中，上下樓梯和跨越障礙物的行走發(fā)生絆倒的風(fēng)險(xiǎn)較高[12]。與上樓相比，下樓梯存在更高的跌倒風(fēng)險(xiǎn)[13]，因?yàn)橄聵翘蓊~狀面動(dòng)作較大，老年人更易失去平衡。

單一任務(wù)下，老年人在靜止和受到意外干擾下，身體晃動(dòng)程度均高于年輕人[13-14]；且老年人的功能性伸展、穩(wěn)定極限范圍和姿勢(shì)控制均不如年輕人[15-16]。動(dòng)作-認(rèn)知雙重任務(wù)下，由于注意力分散，可能會(huì)干擾復(fù)雜任務(wù)完成；完成相同姿勢(shì)控制時(shí)，額外的認(rèn)知任務(wù)對(duì)于老年人的挑戰(zhàn)性可能更大。步態(tài)穩(wěn)定性是評(píng)估跌倒風(fēng)險(xiǎn)的一個(gè)重要指標(biāo)，步態(tài)參數(shù)變異性過(guò)大代表走路形態(tài)不一致，步態(tài)不穩(wěn)定，常伴姿勢(shì)控制能力下降[17]。雙重任務(wù)平地行走時(shí)，步行速度下降，步行時(shí)間變異性增加[18]。雙重任務(wù)跨越障礙物時(shí)，障礙物間跨步距離變異性提高[19]。

日常生活中，上、下樓梯是常見(jiàn)功能性動(dòng)作，又是跌倒高風(fēng)險(xiǎn)性動(dòng)作。本研究觀察老年人和年輕人在單一和雙重任務(wù)情境下，步態(tài)和認(rèn)知表現(xiàn)的差異，揭示老年人可能引發(fā)跌倒的危險(xiǎn)因素，為預(yù)防跌倒提供參考。

1 資料與方法

1.1 一般資料

老年受試者納入標(biāo)準(zhǔn)：①Berg平衡量表(Berg Balance Scale,BBS)評(píng)分≥52 分，無(wú)周圍神經(jīng)病變、動(dòng)作控制問(wèn)題及前庭知覺(jué)障礙[20]；②簡(jiǎn)易精神狀態(tài)檢查評(píng)分≥24 分[21]；③近6 個(gè)月內(nèi)下肢髖、膝、踝關(guān)節(jié)無(wú)扭傷、關(guān)節(jié)炎和骨折史，測(cè)試當(dāng)天下肢無(wú)疼痛等問(wèn)題。

兩組一般資料見(jiàn)表1。

1.2 方法

用五合板自制四階階梯，每階30×20×90 cm，最高一階延伸為長(zhǎng)3 m的平臺(tái)。

采用Vicon三維動(dòng)作分析系統(tǒng)(瑞典VICON公司)，6 臺(tái)紅外線攝影機(jī)(拍攝頻率100 Hz)收集粘貼于受試者左/右髂前上棘、恥骨、左/右股骨外側(cè)髁、左/右股骨內(nèi)側(cè)髁、左/右外踝、左/右內(nèi)踝、左/右第二跖骨頭、左/右跟骨共15顆反光球信息。

受試者依次完成以下測(cè)試。

1.2.1 前測(cè)

受試者坐位，測(cè)試者隨機(jī)報(bào)出一個(gè)40～99 之間的數(shù)字，5 s 后開(kāi)始進(jìn)行連續(xù)減7 任務(wù)[22]，受試者在10 s內(nèi)將答案大聲說(shuō)出并記錄回答正確的次數(shù)，共5 次。換算成每分鐘成功回答數(shù)。

對(duì)于同類課程的積極引導(dǎo)意義和借鑒作用在于：開(kāi)發(fā)了緊密圍繞護(hù)理職業(yè)崗位要求和護(hù)士職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的課程內(nèi)容；課程組成員與醫(yī)院合作開(kāi)發(fā)了以任務(wù)為載體、以項(xiàng)目為導(dǎo)向的課程教材；實(shí)施了校院結(jié)合、教學(xué)做一體化教學(xué)模式。

表1 受試者一般資料

1.2.2 單一任務(wù)上下樓梯測(cè)試

試驗(yàn)前受試者練習(xí)若干次，以熟悉動(dòng)作過(guò)程。受試者赤腳立于階梯前3 m 處，聽(tīng)到“開(kāi)始”口令后，受試者以自然的動(dòng)作和速度，先上樓梯，接著下樓梯。共5次。

1.2.3 雙重任務(wù)上下樓梯測(cè)試

上下樓梯過(guò)程同單一任務(wù)。測(cè)試者隨機(jī)報(bào)出一個(gè)40～99 之間的數(shù)字，5 s 后發(fā)出“開(kāi)始”口令，受試者同時(shí)開(kāi)始連續(xù)減7和上下樓梯任務(wù)，將答案大聲說(shuō)出，直到上至最后一階并繼續(xù)行走1.5 m。接著下樓梯。

分別記錄上、下樓梯時(shí)回答正確的次數(shù)。共5次。分別計(jì)算每分鐘成功回答數(shù)[23]。

1.2.4 后測(cè)

測(cè)試過(guò)程與前測(cè)相同。

1.2.5 時(shí)段劃分

上樓梯分為上樓期和上樓轉(zhuǎn)換期。上樓轉(zhuǎn)換期定義為從上樓梯前在地板的最后1 次腳跟著地開(kāi)始，到同一只腳在樓梯第2 階踏階；上樓期定義為從樓梯第2 階腳跟踏階開(kāi)始，到同一只腳在樓梯第4 階腳跟踏階。

下樓梯分為下樓期和下樓轉(zhuǎn)換期。下樓期定義為從樓梯第4 階腳尖離階開(kāi)始，到同一只腳在樓梯第2階腳尖離階；下樓轉(zhuǎn)換期定義為從樓梯第2 階腳尖離階開(kāi)始，到同一只腳第1次踏到地板腳尖離地。

1.3 數(shù)據(jù)處理

步態(tài)原始資料低通濾波(截?cái)囝l率6 Hz)，轉(zhuǎn)變成坐標(biāo)數(shù)據(jù)。利用運(yùn)動(dòng)圖像解析軟件獲取時(shí)間和空間參數(shù)。步行時(shí)間：整個(gè)步態(tài)周期所經(jīng)過(guò)的時(shí)間。步長(zhǎng)：腳跟著地至再次著地兩點(diǎn)間的距離。步寬：兩腳跟著地時(shí)，踝關(guān)節(jié)中心間的平行距離。步頻：每分鐘行走的步數(shù)。步速：步行距離除以步行時(shí)間。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS 17.0 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。以認(rèn)知任務(wù)成功回答數(shù)為因變量，年齡和測(cè)試情境為自變量進(jìn)行重復(fù)測(cè)量方差分析，若達(dá)到顯著性水平，再進(jìn)行LSD多重比較；各步行參數(shù)采用2×2 混合設(shè)計(jì)雙因素方差分析，若存在交互作用，再進(jìn)行單獨(dú)主效應(yīng)分析。顯著性水平α=0.05。

2 結(jié)果

2.1 認(rèn)知表現(xiàn)

無(wú)論老年人還是年輕人，不同任務(wù)情境下成功回答數(shù)有顯著性差異(P＜0.05)，老年人各情境下成功回答數(shù)均顯著低于年輕人(P＜0.001)。多重比較顯示，老年人上樓梯和后測(cè)成功回答數(shù)多于前測(cè)和下樓梯；年輕人上樓梯、下樓梯時(shí)成功回答數(shù)依次增加(P＜0.05)。見(jiàn)表2。

2.2 步態(tài)特征

上樓梯轉(zhuǎn)換期，所有參數(shù)年齡和任務(wù)的交互效應(yīng)均不顯著(P＞0.05)。步行時(shí)間、步頻、步速的年齡和任務(wù)主效應(yīng)均顯著(P＜0.05)，老年人步行時(shí)間延長(zhǎng)，步頻和步速減少；單一任務(wù)步行時(shí)間縮短，步頻和步速提高。見(jiàn)表3。

上樓梯時(shí)，僅速度CV 交互效應(yīng)顯著(P＜0.05)；進(jìn)一步比較發(fā)現(xiàn)，雙重任務(wù)下年輕人速度CV 比單一任務(wù)時(shí)增大。其他指標(biāo)交互效應(yīng)均不顯著(P＞0.05)。步行時(shí)間、步長(zhǎng)、步頻和步速的年齡和任務(wù)主效應(yīng)均顯著(P＜0.05)，老年人步行時(shí)間延長(zhǎng)，步長(zhǎng)、步頻和步速下降；雙重任務(wù)下步行時(shí)間延長(zhǎng)，步長(zhǎng)、步頻和步速下降。見(jiàn)表4。

下樓梯時(shí)，各參數(shù)交互效應(yīng)均不顯著(P＞0.05)。步行時(shí)間、步長(zhǎng)、步寬、步頻和步速的年齡和任務(wù)主效應(yīng)均顯著(P＜0.05)，老年人步行時(shí)間延長(zhǎng)，步長(zhǎng)縮短，步寬加寬，步頻和步速下降；雙重任務(wù)下步行時(shí)間延長(zhǎng)，步長(zhǎng)加大，步寬加大，步頻和步速下降。見(jiàn)表5。

表2 老年人與年輕人上下樓梯認(rèn)知表現(xiàn)比較

下樓梯轉(zhuǎn)換時(shí)，各參數(shù)交互效應(yīng)均不顯著(P＞0.05)。步行時(shí)間、步長(zhǎng)、步頻和步速的年齡和任務(wù)主效應(yīng)均顯著(P＜0.05)，老年人步行時(shí)間延長(zhǎng)，步長(zhǎng)、步頻和步速下降；雙重任務(wù)下，步行時(shí)間延長(zhǎng)，步長(zhǎng)、步頻和步速下降。速度CV 的年齡主效應(yīng)顯著(P＜0.05)，老年人速度CV提高。見(jiàn)表6。

表3 上下樓梯轉(zhuǎn)換期時(shí)老年人與年輕人不同任務(wù)下步態(tài)參數(shù)比較

表4 上樓梯時(shí)老年人與年輕人不同任務(wù)下步態(tài)參數(shù)比較

表5 下樓梯時(shí)老年人與年輕人不同任務(wù)下步態(tài)參數(shù)比較

表6 下樓梯轉(zhuǎn)換時(shí)老年人與年輕人不同任務(wù)下步態(tài)參數(shù)比較

3 討論

本研究發(fā)現(xiàn)，雙重任務(wù)下，老年人上樓梯時(shí)的認(rèn)知表現(xiàn)優(yōu)于前測(cè)，與事前假設(shè)不符，可能與學(xué)習(xí)效應(yīng)有關(guān)；上樓梯時(shí)的認(rèn)知表現(xiàn)和后測(cè)無(wú)顯著性差異，與Harley 等[19]的結(jié)果一致。雙重任務(wù)下的認(rèn)知表現(xiàn)由同時(shí)完成的動(dòng)作困難程度決定。上樓梯對(duì)老年人還不具備挑戰(zhàn)性，老年人能在認(rèn)知任務(wù)上投入足夠注意。本研究還發(fā)現(xiàn)，老年人下樓梯時(shí)的認(rèn)知表現(xiàn)比上樓梯差，提示下樓梯對(duì)老年人說(shuō)來(lái)要困難得多，影響了他們?cè)谡J(rèn)知任務(wù)方面的投入。對(duì)年輕人而言，每次測(cè)試都比前次成績(jī)好，提示上、下樓梯對(duì)年輕人而言都不具有挑戰(zhàn)性，測(cè)試成績(jī)主要來(lái)源于學(xué)習(xí)效應(yīng)。提示在雙重任務(wù)下，老年人首先專注于完成動(dòng)作任務(wù)，在動(dòng)作挑戰(zhàn)性較低時(shí)可順利完成認(rèn)知任務(wù)，動(dòng)作挑戰(zhàn)性高時(shí)則舍棄部分認(rèn)知任務(wù)。

本研究顯示，單一任務(wù)下，步行時(shí)間、步頻和步速均優(yōu)于雙重任務(wù)下，提示雙重任務(wù)對(duì)年輕人和老年人的行走均有影響，但老年人所受影響程度更大。當(dāng)姿勢(shì)控制能力受到雙重任務(wù)影響時(shí)，步速下降屬于一種代償策略[24]。分享資源模式理論認(rèn)為，雙重任務(wù)中，資源被分配到兩種任務(wù)上，導(dǎo)致其中一種或兩者表現(xiàn)都下降[25]。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，老年人上樓梯主要影響到步態(tài)參數(shù)，而下樓梯則全面受影響，可見(jiàn)下樓梯對(duì)老年人來(lái)說(shuō)更加困難些。這與先前研究基本一致[24-25]，即行走時(shí)額外認(rèn)知任務(wù)影響到老年人的平衡，從而促使老年人放慢速度，造成更大的時(shí)間變異。但本研究的時(shí)間CV幾乎不受雙重任務(wù)影響，而速度CV在上樓轉(zhuǎn)換期和下樓期均不受影響，這與先前研究結(jié)果不一致。相關(guān)文獻(xiàn)指出，步態(tài)變異性的變化主要發(fā)生在帕金森病患者[26]或有跌倒風(fēng)險(xiǎn)的老年人[18]，并不會(huì)影響健康受試者；但也有可能是介入的認(rèn)知任務(wù)不同所致。本研究在單一任務(wù)上樓期，不同年齡組速度變異無(wú)顯著性差異，雙重任務(wù)下，年輕人的速度變異大于老年人，推測(cè)年輕人有足夠的下肢肌力有效維持身體穩(wěn)定，而老年人為了確保身體平衡，會(huì)采取更保守的策略維持穩(wěn)定，故呈現(xiàn)較少的速度變異性。Nutt等[27]報(bào)道，老年人變異性增加，是因?yàn)榇竽X無(wú)法在認(rèn)知任務(wù)介入的同時(shí)執(zhí)行走路的動(dòng)作。本研究發(fā)現(xiàn)，下樓轉(zhuǎn)換期，老年人速度變異大于年輕人，但任務(wù)主效應(yīng)不顯著。這很可是下樓梯的動(dòng)作更難，加之老年人在下樓轉(zhuǎn)換期無(wú)法有效穩(wěn)定身體，無(wú)法采取保守的動(dòng)作模式維持姿勢(shì)穩(wěn)定，并非是認(rèn)知任務(wù)介入所造成的影響。

本研究顯示，上樓期雙重任務(wù)會(huì)造成步長(zhǎng)改變，且對(duì)老年人影響更大；而下樓梯兩個(gè)階段，老年人步長(zhǎng)更小，但不能確定是否由雙重任務(wù)引起，因?yàn)橄聵翘菘深A(yù)期會(huì)產(chǎn)生較大向前和向下動(dòng)量，為避免身體晃動(dòng)過(guò)大發(fā)生跌倒，老年人可能采取較短步長(zhǎng)的代償策略[28-29]。Hamel等[29]認(rèn)為，老年人上下樓梯時(shí)速度較慢或較靠近樓梯后部，都是缺乏信心而產(chǎn)生的安全機(jī)制，以預(yù)防跌倒。推測(cè)下樓梯時(shí)的步長(zhǎng)改變并非由雙重任務(wù)造成。

綜上所述，老年人下樓梯時(shí)會(huì)舍棄認(rèn)知任務(wù)而專注于執(zhí)行步行；即使如此，老年人仍無(wú)法有效地專注于動(dòng)作表現(xiàn)。這提示下樓梯動(dòng)作的困難程度和風(fēng)險(xiǎn)性明顯大于上樓。不同年齡和任務(wù)情境下的步態(tài)差異，目前還無(wú)法確定是否為雙重任務(wù)所致。

受樓梯構(gòu)造影響，步態(tài)參數(shù)變化是否由認(rèn)知任務(wù)介入引起難以確定，還需要進(jìn)行雙重任務(wù)下平地行走測(cè)試，以確認(rèn)步態(tài)參數(shù)和時(shí)間參數(shù)表現(xiàn)是否受認(rèn)知任務(wù)影響。

上、下樓梯為高功能性動(dòng)作。對(duì)有跌倒風(fēng)險(xiǎn)或平衡受損的老年人，進(jìn)行上下樓梯雙重任務(wù)訓(xùn)練，可能對(duì)改善平衡和認(rèn)知處理更有效，但須確保安全，避免跌倒發(fā)生。