雙任務對后循環缺血性腦卒中伴前庭癥狀患者步行能力的影響研究

尹苗苗，崔立玲，李雅晴，王利群，張玥*，巫嘉陵

國外流行病學資料顯示后循環缺血性腦卒中占缺血性腦卒中的20%～25%，其中30%～60%的患者出現頭暈/眩暈、平衡步態異常等前庭癥狀［1-2］。腦卒中伴前庭癥狀常見于由后循環供血的小腦或腦干卒中，以眩暈和頭暈、前庭-視覺癥狀、姿勢不穩為主要臨床表現。這類患者常沒有明顯的肢體癱瘓，眩暈、頭暈癥狀改善后雖然具備一定的行走能力，但跌倒風險高。因此，尋找簡便、易行且可有效評估患者步行能力的方法，以便及時干預存在的功能障礙，對預防跌倒發生十分重要。近年來，雙任務被廣泛用于評估注意力分散時的運動表現和步態控制，應用于卒中、帕金森病和癡呆等疾病的研究中［3］。目前已證實雙任務模式的功能評估能更好地發現患者潛在的步態異常［4-5］。但雙任務評估在中樞前庭疾病步行中的研究鮮有報道。本研究應用三維步態分析系統比較后循環缺血性腦卒中伴前庭癥狀患者在單任務、運動-運動雙任務和認知-運動雙任務步行時的步態特征，探索雙任務步行對該類患者步行能力的潛在影響，為跌倒預防及康復干預提供參考依據。

1 對象與方法

1.1 研究對象 選擇2021—2022 年在天津市環湖醫院神經內科住院治療的后循環缺血性腦卒中伴前庭癥狀患者為研究對象。本研究經天津大學環湖醫院道德倫理委員會審核批準〔（津環）倫審第（2021-020）號〕，所有受試者及其家屬對研究項目知情同意并簽署知情同意書。

1.2 納入標準 （1）腦卒中診斷符合《中國各類主要腦血管病診斷要點2019》［6］的標準，并經顱腦MRI 檢查證實；（2）后循環缺血性腦卒中患者符合Barany 學會前庭疾病國際分類（ICVD）［7］中前庭癥狀分類標準；（3）首次發病；（4）年齡為30～60 歲；（5）病程5～14 d；（6）右利手；（7）能夠在無支撐條件下獨立行走10 m，且功能性步行能力量表（FAC）評分≥3 分。排除標準：（1）雙側或單側多發病灶腦卒中，以及經顱腦MRA、CT 血管成像（CTA）或腦血管造影（DSA）等影像學檢查證實為顱內外大血管重度狹窄或動脈夾層者；（2）外周前庭功能障礙及聽力下降者；（3）頸內動脈系統供血區梗死者；（4）本體感覺障礙或合并嚴重心、肺、肝、腎等重要臟器疾病或骨科疾病者；（5）復發性腦卒中、顱內腫瘤、腦血管畸形或腦白質高信號（Fazekas 評分＞1 分）者［8］；（6）具有認知功能障礙、偏側忽略、失語等無法配合完成測試的患者。

1.3 研究方法 收集患者性別、年齡、BMI、受教育程度、入院時美國國立衛生研究院卒中量表（NIHSS）評分、合并高血壓、糖尿病、高血脂、吸煙、飲酒等資料。正式開始步行測試時，先以常速步行，然后再進行雙任務步行能力測試，每項步行任務進行3 次，每種任務之間休息2 min。

1.3.1 單任務 要求患者以最舒適的速度在10 m 的走道上來回自然行走。

1.3.2 雙任務 （1）運動-運動雙任務步行：囑患者雙手端盤，盤中放一小球，沿10 m 的走道來回行走，保證盤中的小球不能掉落，如小球掉落則重新進行。（2）認知-運動雙任務步行：在步行過程中囑患者進行連續減法任務，從100 開始持續減7，并大聲說出結果。

1.3.3 步態分析測試 采用OPAL 可穿戴傳感器（美國APDM 公司）和Mobility Lab 軟件（https://apdm.com/wearable-sensors/）對所有患者進行步行測試，共計6個慣性測量單元，傳感器分別佩戴于胸骨柄、第五腰椎，以及雙側手腕和足背。傳感器自動記錄步態空間參數（步幅、步速）和時間參數（步頻、步長時間、雙支撐相時間），以及軀干冠狀面、矢狀面擺動角度。同時，按照以下公式進一步計算雙任務成本（dual-task costs，DTC）=［（雙任務-單任務）/單任務］×100%［9］。較高的DTC 表示完成單任務的性能較差，而較低的DTC 表示完成單任務性能更好。

1.4 統計學方法 采用SPSS 23.0 統計軟件進行數據處理與分析。計數資料以相對數表示，組間比較采用χ2檢驗。正態性檢驗采用Shapiro-Wilk 檢驗，呈正態分布的計量資料以（±s）表示，多組間比較采用單因素方差分析，組間兩兩比較采用LSD-t 檢驗；雙任務成本正態分布的計量資料比較行配對t 檢驗，不符合正態分布的計量資料以M（P25，P75）表示，組內比較采用秩和檢驗。計量資料以P＜0.05 為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 一般資料 本研究納入后循環缺血性腦卒中伴前庭癥狀患者共40 例，其中男30 例，女10 例；年齡30～60 歲，平均（48.5±8.8）歲；平均BMI 為（26.3±3.1）kg/m2；受教育程度為6～15 年，平均為（11.7±2.9）年；病程5～14 d，平均為（10±2）d；入院時NIHSS 評分為0～3 分，中位值1.00（1.00，2.00）分；既往合并高血壓30 例（75.0%）、冠心病10 例（25.0%）、糖尿病15例（37.5%）、高脂血癥8例（20.0%）、吸煙9例（22.5%）、飲酒6 例（15.0%）。

2.2 患者單、雙任務步行中步行參數比較 患者進行單、雙任務步行時的步速、雙支撐相時間占比、軀干冠狀面擺動角度、軀干矢狀面擺動角度比較，差異有統計學意義（P＜0.05）。與單任務步行相比，患者進行運動-運動雙任務步行時軀干冠狀面、矢狀面擺動角度變小，差異有統計學意義（P＜0.05）；與單任務步行相比，患者進行認知-運動雙任務步行時步速降低、雙支撐相時間占比延長、軀干冠狀面擺動角度增加，差異有統計學意義（P＜0.05），見表1。

表1 患者在單、雙任務步行下的步態參數比較（±s，N=40）Table 1 Comparison of gait parameters of patients under single-task and dual-task conditions

表1 患者在單、雙任務步行下的步態參數比較（±s，N=40）Table 1 Comparison of gait parameters of patients under single-task and dual-task conditions

注：a 表示與單任務步行比較P＜0.05。

類型 步速（m/s）步頻（步/min）步幅（m）步長時間（s）雙支撐相時間占比（%）軀干冠狀面擺動角度軀干矢狀面擺動角度單任務步行 0.80±0.20 105.89±13.90 0.90±0.17 0.56±0.08 26.33±5.61 4.41°±1.43° 4.30°±1.04°運動-運動雙任務步行 0.71±0.17 108.25±11.96 0.87±0.20 0.58±0.07 26.38±5.01 3.00°±1.06°a 3.61°±0.72°a認知-運動雙任務步行 0.66±0.17a 103.72±12.23 0.81±0.19 0.60±0.08 29.60±5.27a 5.36°±2.01°a 4.59°±0.92°F 值 4.674 0.996 1.998 2.774 4.242 19.205 10.180 P 值 0.012 0.373 0.141 0.067 0.017 ＜0.001 ＜0.001

2.3 不同雙任務下患者DTC 比較 在雙任務條件下，患者進行運動-運動雙任務步行與認知-運動雙任務時步速DTC、步幅DTC、雙支撐相時間占比DTC 比較，差異有統計學意義（P＜0.05），余指標比較，差異均無統計學意義（P＞0.05），見表2。

表2 不同雙任務下患者DTC 任務間比較（N=40）Table 2 Comparison of dual-task costs between the two dual-task walking

3 討論

人體姿勢平衡的正常維持依賴于感覺系統輸入、中樞神經系統的整合及運動系統輸出。感覺輸入主要依靠完整的“平衡三聯”（即前庭覺、視覺、本體覺）共同作用，從而感知人在空間中的狀態和位置，其中前庭覺是通過提供頭部在空間的線性和角加速度信號，調整軀體姿勢和眼球運動，在日常生活的高頻運動及動態姿勢平衡調節中起重要作用［10］。前庭系統信息損傷后，可出現姿勢不穩和步態異常［11］。椎基底動脈系統供血區梗死致中樞前庭結構任何部位受損均可導致眩暈、頭暈、姿勢不穩等前庭癥狀［12］。由于后循環卒中發生神經功能惡化的風險高，患者急性期眩暈、頭暈、惡心嘔吐等癥狀明顯，常以臥床為主，待患者出院后表現出步行能力降低，影響患者的日常生活活動能力和社會生活能力。因此，需要早期識別這些患者的步行功能障礙并早期干預，預防跌倒的發生。雙任務是指執行兩個或兩個以上的運動或認知任務同時可以保持身體姿勢穩定，這需要患者合理分配注意力才能同時進行，更能反映日常生活中的活動。既往研究顯示，雙任務步行比單任務步行能更好地反映日常生活活動能力，當健康人執行注意力雙任務時，其步態特征會發生改變［13-14］。同時，雙任務評估相比于傳統心理學測試的認知評估可更客觀、高效地評估認知功能的水平［15-16］。由此可見，雙任務評估對于早期發現患者潛在的功能障礙具有重要作用。

本研究結果顯示，與單任務步行相比，后循環缺血性腦卒中伴前庭癥狀患者在執行認知-運動雙任務步行時步態性能降低，包括步速降低、雙支撐相時間和軀干冠狀面擺動角度延長。表明雙任務狀態下患者的步態功能障礙會更加凸顯，這與TSANG 等［17］研究一致。有研究對14 名正常健康人和5 名雙側前庭病患者睜閉眼站立姿勢下行多方向干擾，探討前庭信息缺失對于腿部和軀干肌肉早期拉伸、平衡糾正、穩定反應方向靈敏度、時序和幅度以及多方向旋轉干擾后踝關節扭矩和軀干角速度的影響，發現前庭系統對矢狀面的影響更早，并且主要作用于腿部肌肉，而對冠狀面控制的影響則較晚，主要作用于軀干肌肉［18］。推測本研究腦卒中伴前庭癥狀患者由于前庭信息受損出現軀干冠狀面擺動角度大于軀干矢狀面擺動角度。步態周期中雙支撐相的最后100 ms 內要完成主動邁步和足位置準確放置，這主要是通過前庭系統來完成［19］。當前庭信息受損就會導致步行周期中雙支撐相時間延長。人體在運動過程中保持動態平衡，即在擾動后恢復到默認運動模式的能力，依賴于脊髓和脊髓上運動網絡之間的復雜相互作用以及來自前庭、視覺和本體感受系統的感覺反饋信息。特別是需要前庭反饋來調整預期的運動模式以適應內部和外部干擾，當頭部轉動、身體轉向等信息不能被前庭器官感受到，患者不能及時應對出現的變化就會導致步態和姿勢不穩［20］。既往研究發現，前庭系統損害導致前庭信息利用與整合障礙，在步行中主要步態參數差異為雙支撐相時間延長、冠狀面上的控制能力降低［21］。此外，有研究顯示，雙側前庭病患者的步態模式特征為軀干擺動增加、步長時間縮短、雙支持相時間延長和時空步態變異性增加［22］。特別是在雙任務條件下，雙側前庭病患者比健康受試者更容易表現出姿勢和步態障礙［23］。本研究結果與之一致，后循環腦卒中伴前庭癥狀患者在雙任務模式下步態表現發生明顯變化，特別是雙支撐相時間占比和軀干擺動角度。本研究中運動-運動雙任務中的次級任務為手持托盤，由于雙上肢固定托盤，限制了軀干及上肢的協調運動，為了維持手在空間中的穩定，導致軀干冠狀面、矢狀面搖擺降低，與NORDIN 等［24］研究結果一致。

同時執行運動和認知任務時，會導致其中一項或兩項任務性能的變化，出現雙任務干擾（dual-task interference，DTI），反映了兩種任務對大腦內有限處理資源的競爭。特別是當疾病導致可用的注意力資源減少或者由于運動感覺障礙而需要增加注意力來執行常規任務時，DTI 更明顯。本研究中，腦卒中伴前庭癥狀患者需要更多的注意力資源來應對步行期間不平衡的前庭信息輸入，從而導致運動感覺統合中斷，出現步態參數的異常，突出表現為步速顯著下降。通過降低速度以提高姿勢穩定性，這是避免失衡和跌倒的常用策略。既往研究證實，感覺反饋對運動控制的影響取決于步態速度，并隨著步態速度的增加而降低［25］。功能影像也證實，正常健康人在跑步和快走過程中，感覺皮層區域的激活減少［26］。因此，感覺反饋主要用于緩慢運動期間的平衡控制。研究發現，視覺、本體感覺和前庭覺等感覺缺陷患者在慢速模式下的步態變異性增加通常較強，而快速模式下的平衡調節較少依賴于感覺反饋控制，步態波動相對小［27-28］。本研究結果也顯示，前庭障礙的患者在雙任務條件下步速顯著下降，而在慢速行走過程中由于前庭覺輸入缺失、感覺反饋受損，患者很難充分穩定步態，表現出明顯的步態異常。

DTC 提供了一種測量方法，量化了對認知資源的需求，反映了步行運動控制中的認知成分［29］。部分研究提示腦卒中早期階段可能需要大部分注意力資源維持患者的運動表現，因而沒有足夠的資源用于維持同時進行的認知任務［30］，所以認知-運動雙任務會導致認知表現更差，而認知成本的增加會直接導致跌倒風險的增加。另外，研究發現，雙任務測試時的表現與個體分配注意力資源的能力有關，取決于雙任務的性質和難度［31］。有研究推測，運動任務和認知任務占據不同的注意力資源，可能認知任務涉及較多的注意力資源參與，而運動任務則部分涉及自動化調整過程［32］。本研究中托盤任務不夠復雜而無法達到負面影響表現所需要的注意力閾值，對步態參數的影響未見顯著差異；而連續減法任務，需要消耗更多的注意力資源，嚴重影響患者的步態穩定性。還有研究顯示步行時拿空水杯跟單任務步行相比步速下降未見統計學差異，而裝有水的水杯則影響步態的穩定性［33-34］。因此，不同的次級任務及任務難度會對注意力資源產生不同的需求，從而對步態和注意力成本產生不同程度的影響。本研究結果顯示，在雙任務成本的變化中，認知-運動雙任務時步速和雙支撐相時間占比DTC 高于運動-運動雙任務DTC，結果表明額外認知-運動雙任務比運動-運動任務會更明顯的消耗患者的注意力資源，更能發現患者的步態異常，因此，認知的參與在患者步行模式變化中起著重要作用，不同的雙任務對患者的步態影響不同。趙依雙等［35］對16 名健康志愿者進行連續減法任務和言語流暢任務的雙任務步行發現，由于執行連續減法任務時激活雙側下頂葉神經網絡的活動，而言語流暢任務只激活左下額葉皮質和輔助運動區的神經網絡，因此，連續減法任務需要更多的注意力資源出現認知-運動相互干擾模式。對雙任務神經機制的影像學研究發現兩個相似的任務所激活的重疊區域越大，其兩項任務間的資源競爭越激烈［36］。功能性近紅外腦成像技術研究發現，執行功能是由前額葉皮層和頂葉皮層組成的網絡共同調節的，額葉皮質的活動增強與行走能力的提高有關，頂葉皮層與高級前庭功能相關，未來研究前庭功能障礙患者雙任務加工的執行功能時，可以做功能連通性分析等，從大腦網絡的角度對雙任務執行功能進行分析，滿足患者個體化精準化康復需求［37-38］。近年來，越來越多的文獻證明基于步行的雙任務訓練可降低腦卒中患者DTC，且對步態及平衡改善的效果優于常規康復訓練［39］。雙任務訓練可以使認知資源的分配策略得到優化，當主要任務對注意資源的需求減少時，就有更多的注意資源分配給次要任務，增加任務間的協調性，改善患者的步態平衡功能。目前對于腦卒中伴前庭癥狀患者的雙任務訓練的方案還需要進一步探究。

綜上所述，與單任務相比，雙任務條件下的步態評估，特別是認知-運動雙任務評估可能是更有效地發現后循環卒中伴前庭癥狀患者步態異常的評估指標，也更適用于患者的康復訓練計劃。另外，本研究存在一定的局限性：樣本量較少，不是連續入組患者，可能存在選擇偏倚；另外本研究沒有對影響步態的關節動力學參數進行探索。未來尚待進一步擴大樣本量，增加不同認知任務、不同難度任務等次級任務進行雙任務研究，同時需增加影像學評估，尋找適合前庭功能障礙患者的雙任務訓練方案，為前庭功能障礙患者提供新的治療策略。

作者貢獻：尹苗苗提出研究構思，負責試驗實施，觀察指標的測量與數據收集，撰寫論文初稿與修訂；崔立玲、李雅晴、王利群負責試驗實施與評估，觀察指標的數據收集；張玥、巫嘉陵負責文章的質量控制及審校，對文章整體進行監督管理；所有作者確認了論文終稿。

本文無利益沖突。