輕度認知功能障礙的中老年社區人群步態特征的探索

毛程璐， 莫雨婷， 楊 丹， 徐 運， 朱曉蕾

隨著人口老齡化的發展，癡呆在我國60歲以上人群中的患病率已達6%，并且成為我國第5大死亡原因[1]。研究發現，從認知下降發展到癡呆需要6.7～25年的時間[2]，一旦進入癡呆階段，腦部結構的改變已難以逆轉[3]。據報道，早期識別并干預認知減退可有效延緩認知功能的惡化、大大改善患者的生活質量和預期壽命[4～6]。輕度認知功能障礙(mild cognitive impairment，MCI)被認為是癡呆的早期階段，其1年內進展為癡呆的比率高達4%～15%[2]，但很多MCI患者，特別是一些教育水平不高的社區人群，常因不能感知自身的認知減退或對此缺乏重視，延誤就診時機。因此，快速準確的認知篩查對于社區人群的腦健康意義重大。

目前，MCI的診斷主要依賴于神經心理學量表，但對于配合度差或不能配合的被檢查者，量表的準確性欠佳。研究發現，步態異常和認知的受損密不可分，癡呆的患者較正常人相比步速減慢，步幅、步速、步頻等指標對老年人癡呆風險具有預測作用[7]。一項20年的跟蹤研究發現，步態的改變可出現在認知障礙的12年前[8]，步態指標具有靈敏識別早期認知減退的潛力。綜上，步態檢查有望成為識別認知障礙的新方式。相對于認知量表檢查，步態檢查更快速，對被檢查者的理解能力要求不高，可配合性更優。近年來，步態檢測技術的更新帶來了準確性更高的、涉及時間、空間、時空的多維度定量步態指標，擴大了研究認知對步態影響的視野，為我們探索步態對MCI的識別能力提供了良好的基礎。

現有的步態認知關系的研究大多聚焦于60歲以上的老年人。不可忽視的是，從認知減退到癡呆常跨越十數年的時間[2]。因此，前移認知步態研究的年齡窗口很有必要。并且，現有的基于社區的步態認知研究，步態指標多局限于步速，對于認知域也鮮有細致的劃分。因此，本研究著眼于中老年社區人群的步態和認知改變，使用Ready Go三維運動平衡測試系統，多維度探索MCI患者步態指標的改變特征，和其與各認知域之間的相關性，并探究步態指標對于MCI的識別能力。

1 對象與方法

1.1 研究對象 2022年于江蘇省鹽城市同興村招募450名40歲以上的中老年人。本研究經過南京大學醫學院附屬鼓樓醫院倫理委員會審核批準(倫理號：2017-079-04)，所有受試者均簽署知情同意。

受試者納入標準(1)年齡≥40歲；(2)右利手；3.配合完成認知評估測試及步態測試。受試者排除標準：(1)神經心理學量表認知分級達到癡呆；(2)癥狀性腦梗死、腦出血、帕金森病、脊髓小腦共濟失調、下肢骨折、外傷、關節炎等影響步態的疾病；(3)其他神經系統疾病，如阿爾茨海默病、癲癇、精神疾病、頭部外傷史、頭部手術史等；(4)某些全身性疾病，如癌癥、系統性紅斑狼瘡、甲減、甲亢等；(5)一些不能配合認知、步態檢查的情況，如失明、失聰、肢體殘疾等。本次研究共招募450名受試者，根據入排標準，最終有140名受試者納入研究。根據蒙特利爾認知評估量表(Montreal Cognitive Assessment，MoCA)得分，將受試者分為正常認知組(n=64)和MCI組(n=76)。

1.2 研究方法

1.2.1 背景資料采集 由專業的神經科醫師采集受試者的姓名、性別、年齡、教育水平、身高、體重、個人史、家族史。

1.2.2 認知評估 使用簡易精神狀態檢查表(Minimum Mental state Examination，MMSE)和MoCA進行整體認知功能的評估，其中MoCA包括視空間與執行、命名、注意、語言、定向、回憶共6個認知域。使用MMSE進行癡呆的界定，界值如下：教育水平為0年，MMSE<18時診斷為癡呆；教育水平介于1～6年，MMSE<21時診斷為癡呆；教育水平≥7年，MMSE<25時診斷為癡呆；根據MMSE診斷為癡呆時，均需排除。在非癡呆的基礎上，使用MoCA進行MCI和正常認知的界定，界值如下：教育水平為0年，MoCA<14時診斷為MCI，MoCA≥14時診斷為正常認知；教育水平介于1～6年，MoCA<20時診斷為MCI，MoCA≥20時診斷為正常認知；教育水平≥7年，MoCA<25時診斷為MCI，MoCA≥25時診斷為正常認知。按照MoCA得分，將受試者分為MCI組和正常認知組。

1.2.3 步態評估 受試者被要求在間距3 m、寬0.5 m的兩個矩形間直線行走三個來回，并在矩形內完成轉身，要求以日常的行走速度，不停頓，不穿高跟鞋，不穿長裙，且視覺傳感器探測的場地范圍內無其他人員在場。使用Ready Go三維運動平衡測試系統，通過高精度視覺傳感器和人工智能學習算法對全身32個骨骼點進行實時識別，同時通過TOF深度傳感器對人體運動過程中的骨骼點實時位置進行三維電子化還原。同時對關鍵動作如抬腳、落腳、轉身、起立、坐下等進行語義分析和AI自動標注。步態指標包括步速、步幅、跨步速度、擺動速度、步高、步寬、步頻、協調性、站立相、擺動相、雙支撐相，以及各指標的最大值、最小值、平均數、中位數、左-右等，共77個指標。步態指標由Ready Go三維運動平衡測試系統自動計算呈現。

Ready Go三維運動平衡測試系統計算的步態指標定義如下：(1)步速：以單位時間內行走的距離表示，單位cm/s；(2)步幅：同一側足跟或足尖兩點間的縱向直線距離，單位cm；(3)跨步速度：同一側足步幅/每個步幅周期時間，單位cm/s；(4)擺動速度：同一側足擺動距離/擺動時間，單位cm/s；(5)步高：足中點與地面的垂直距離，單位cm；(6)步寬：兩足中點間的橫向距離，單位cm。(7)步頻：單位時間內行走的步數，以steps/min表示；(8)站立相：一側下肢接觸地面到再次離開地面的時間，即下肢在地面的階段，約占步行周期的60%；(9)擺動相：一側下肢離開地面到再次落地之間的時間，即下肢在空中的階段，約占步行周期的40%；(10)雙支撐相：雙足同時著地的階段，約占一個步行周期的20%，與步速相關，步速越快，雙支撐相越短。其中空間指標包括：步幅、步寬、步高；時間指標包括：步速、跨步速度、擺動步速、站立相、擺動相、雙支撐相；時空指標包括：步頻。

2 結 果

2.1 受試者一般資料分析 兩組受試者的年齡、性別、高血壓、糖尿病、BMI差異無統計學意義(P>0.05)。經過Mann-Whitney U檢驗，兩組受試者在教育年限上存在差異。以z轉化后的教育年限為協變量，進行一般線性模型分析，兩組間MoCA、視空間與執行、命名、語言、延遲回憶、定向上存在顯著統計學差異(P<0.05)(詳見表1)。

2.2 兩組間步態差異性比較 以BMI、年齡為協變量，使用一般線性模型進行兩組間步態差異的比較，使用Bonferroni方法進行多重比較矯正，結果發現：與正常認知組相比，MCI的受試者在空間指標(步幅、步高、步寬)和時間指標(步速、跨步速度、擺動速度)上均表現較差，時空指標(步頻)沒有發現統計學差異(P>0.05)(見表2、圖1)。

表2 正常認知組和輕度認知功能障礙組兩組間的步態指標比較

圖1 正常認知組和輕度認知功能障礙組兩組間的步態指標比較

2.3 步態與認知域的相關性分析 根據偏相關分析結果，在控制了年齡、教育年限、BMI后，各步態指標與注意均無相關性；步寬與延遲回憶呈負相關；其余部分步態指標和視空間與執行、命名、語言、延遲回憶、定向呈正相關。其中，步幅與延遲回憶、步寬與延遲回憶、步高與命名的相關性較為強烈(見表3)。

表3 步態指標與各個認知域的相關性

2.4 Logistic回歸分析 為判斷步態指標對預測認知障礙存在與否的分類價值，我們進行了Logistic回歸分析。將兩組間比較有顯著差異的變量(步速、左側步幅-平均數、右側步幅-平均數、左側步幅-中位數、右側步幅-中位數、左側步幅-最大值、右側步幅-最大值、左側跨步速度-平均數、左側跨步速度-中位數、右側跨步速度-中位數、左側跨步速度-最大值、右側跨步速度-最大值、左側擺動速度-最大值、右側擺動速度-最大值、左側步高-平均數、右側步高-平均數、左側步高-最大值、步寬-平均數、步寬-中位數、步寬-最小值)作為自變量，以認知狀態為因變量，其中正常認知賦值為0，輕度認知功能障礙賦值為1，進行Logistic回歸分析，并繪制ROC曲線，計算曲線下面積(AUC)。Logistic回歸分析結果顯示(AUC=0.761，95%CI0.683～0.840，P<0.05)(見圖2)。

圖2 步態指標構建Logistic回歸模型識別輕度認知障礙的ROC曲線

3 討 論

本研究以認知為分組標準，從時間、空間、時空這三個維度研究了步態的組間差異，細化認知域在步態中的作用，并且通過Logistic回歸分析探索了步態判斷認知損傷的效能。結果顯示：(1)MCI組在步速、步幅、跨步速度、擺動速度、步高、步寬上表現均差于認知正常組；(2)步幅、步寬與延遲回憶，步高和命名之間呈現相關性；(3)通過步速、步幅、跨步速度、擺動速度、步高、步寬構建的Logistic回歸模型能夠可靠識別MCI的存在。

這是中國社區人群研究中，首次報告MCI患者步高、步寬表現差于正常認知人群。有研究發現，與正常人相比，較慢的步速、更低的步頻、更短的步幅、更大的步幅變異性，更長的雙支撐相時間、更長的站立時間，更長的跨步時間，更高的擺動時間可變性，均存在于MCI患者中[9，10]。在雙重任務下[11]，遺忘型MCI患者可出現更明顯的步態障礙特征性改變，包括步行速度下降、步幅縮短和穩定性下降[12]。在中國人群中，在單任務的條件下，MCI和健康對照組在速度、步幅長度和步幅時間上，同樣具有較大差別[13]。

有研究提出，步態運動與認知可能有著相同的解剖基礎和神經網絡[14]。本研究細化了步態指標與認知域之間的相關性，其中，延遲回憶和命名是與步態空間指標改變最為密切的兩個認知域。延遲回憶和命名都與顳葉及其臨近皮質功能區密不可分[15]。在神經影像的研究中，顳上回區域和海馬區域都被發現與步態的改變緊密相連[16]。比如，有研究提出，顳上回是生物運動感知的關鍵節點[17]，海馬或者海馬旁回參與了步態的處理與加工[18]，顳葉在步態的平衡或者穩定中具有重要作用[19]。在腦小血管病患者中，步態障礙患者的海馬、角回的度中心度(DC)值顯著增高，提示步態障礙的患者海馬、角回與其他腦區之間的聯系代償性增強[20]。在之前的研究中，執行功能被認為和步態的時間指標，比如步速，存在緊密的聯系[21，22]。但對于空間指標與認知域的聯系，目前的研究結果尚未達成一致。澳大利亞的學者認為，步幅、雙支撐相與執行功能相關，和記憶無關；但梅奧通過橫向和縱向的多時間點研究發現，空間(步幅)、時間(行走時間、步速、雙支撐時間)和時空(步頻)與整體認知和特定認知域(包括記憶、執行功能、視覺空間和語言)的顯著下降相關。然而，在我們的研究中，視空間和執行功能作為一個整體進行了分析，這可能是本研究中執行功能未表現出和步態存在聯系的原因。此外，步速、步幅、跨步速度、擺動速度、步高、步寬不僅存在組間差異，其在Logistic回歸模型中也表現出對MCI良好的識別能力。這是步幅、跨步速度、擺動速度、步高、步寬被首次提出具有早期識別認知障礙的潛力。既往兩項隊列研究提出，步速對認知惡化有一定的預測價值。行走速度較慢且速度隨時間下降幅度較大的受試者發生癡呆的風險更大(HR1.23，95%CI1.03～1.47)[23]。較慢的步速可以預測從MCI過渡到重度認知障礙(InCHIANTI：HR2.08，95%CI1.40～3.07；LASA：HR1.33，95%CI1.01～1.75)以及從正常認知狀態過渡到死亡[24]。Logistic回歸分析的結果為步態的時間、空間特征早期識別認知功能減退的能力提供了有力的證據。

本研究也存在一定的局限性：(1)納入的樣本量較少；(2)沒有采用更為詳細的認知域評估方法，比如聽覺詞語學習測驗、Stroop色詞測驗、符號數字模式測驗、波士頓命名測驗等分別來評估記憶力、執行能力、注意力和語言功能。在未來的研究中，我們會進一步擴大樣本量，細化認知評估，進一步探索步態指標在早期識別認知減退中的作用。

4 結 論

在本項基于中國社區中老年人的研究中，與正常認知人群相比，MCI人群在空間指標(步幅、步高、步寬)、時間指標(步速、跨步速度、擺動速度)表現較差，其中空間指標和延遲回憶、命名之間存在密切的聯系，步態的時間、空間特征對于早期認知減退具有良好的識別能力。