老年人与年轻人双重任务下阶梯行走步态特征比较

刘立，张庭然，罗炯，周佰富，欧阳一毅，罗之柱

1.西南大学体育学院，国家体育总局体质评价与运动机能监控重点实验室，重庆市 400715；2.西南大学运动康复研究所，重庆市 400715

跌倒是造成老年人受伤、残疾或死亡的重要因素，也是评估老年人生理功能衰退的重要指标[1-2]。65岁以上老年人在住宅发生跌倒、滑倒等意外者约占25%，是跌倒意外死亡的最高危群体[3-5]。老年人跌倒引起的严重伤害若不能恢复，会影响生活自理，增加照护和医疗负担[6-7]；老年人一旦有跌倒经历，可能存在恐惧心理，反过来增加老年人跌倒的风险[8]。造成老年人跌倒最常见的两个原因是绊倒和失去平衡[9-11]。日常生活中，上下楼梯和跨越障碍物的行走发生绊倒的风险较高[12]。与上楼相比，下楼梯存在更高的跌倒风险[13]，因为下楼梯额状面动作较大，老年人更易失去平衡。

单一任务下，老年人在静止和受到意外干扰下，身体晃动程度均高于年轻人[13-14]；且老年人的功能性伸展、稳定极限范围和姿势控制均不如年轻人[15-16]。动作-认知双重任务下，由于注意力分散，可能会干扰复杂任务完成；完成相同姿势控制时，额外的认知任务对于老年人的挑战性可能更大。步态稳定性是评估跌倒风险的一个重要指标，步态参数变异性过大代表走路形态不一致，步态不稳定，常伴姿势控制能力下降[17]。双重任务平地行走时，步行速度下降，步行时间变异性增加[18]。双重任务跨越障碍物时，障碍物间跨步距离变异性提高[19]。

日常生活中，上、下楼梯是常见功能性动作，又是跌倒高风险性动作。本研究观察老年人和年轻人在单一和双重任务情境下，步态和认知表现的差异，揭示老年人可能引发跌倒的危险因素，为预防跌倒提供参考。

1 资料与方法

1.1 一般资料

老年受试者纳入标准：①Berg平衡量表(Berg Balance Scale,BBS)评分≥52 分，无周围神经病变、动作控制问题及前庭知觉障碍[20]；②简易精神状态检查评分≥24 分[21]；③近6 个月内下肢髋、膝、踝关节无扭伤、关节炎和骨折史，测试当天下肢无疼痛等问题。

两组一般资料见表1。

1.2 方法

用五合板自制四阶阶梯，每阶30×20×90 cm，最高一阶延伸为长3 m的平台。

采用Vicon三维动作分析系统(瑞典VICON公司)，6 台红外线摄影机(拍摄频率100 Hz)收集粘贴于受试者左/右髂前上棘、耻骨、左/右股骨外侧髁、左/右股骨内侧髁、左/右外踝、左/右内踝、左/右第二跖骨头、左/右跟骨共15颗反光球信息。

受试者依次完成以下测试。

1.2.1 前测

受试者坐位，测试者随机报出一个40～99 之间的数字，5 s 后开始进行连续减7 任务[22]，受试者在10 s内将答案大声说出并记录回答正确的次数，共5 次。换算成每分钟成功回答数。

对于同类课程的积极引导意义和借鉴作用在于：开发了紧密围绕护理职业岗位要求和护士职业标准的课程内容；课程组成员与医院合作开发了以任务为载体、以项目为导向的课程教材；实施了校院结合、教学做一体化教学模式。

表1 受试者一般资料

1.2.2 单一任务上下楼梯测试

试验前受试者练习若干次，以熟悉动作过程。受试者赤脚立于阶梯前3 m 处，听到“开始”口令后，受试者以自然的动作和速度，先上楼梯，接着下楼梯。共5次。

1.2.3 双重任务上下楼梯测试

上下楼梯过程同单一任务。测试者随机报出一个40～99 之间的数字，5 s 后发出“开始”口令，受试者同时开始连续减7和上下楼梯任务，将答案大声说出，直到上至最后一阶并继续行走1.5 m。接着下楼梯。

分别记录上、下楼梯时回答正确的次数。共5次。分别计算每分钟成功回答数[23]。

1.2.4 后测

测试过程与前测相同。

1.2.5 时段划分

上楼梯分为上楼期和上楼转换期。上楼转换期定义为从上楼梯前在地板的最后1 次脚跟着地开始，到同一只脚在楼梯第2 阶踏阶；上楼期定义为从楼梯第2 阶脚跟踏阶开始，到同一只脚在楼梯第4 阶脚跟踏阶。

下楼梯分为下楼期和下楼转换期。下楼期定义为从楼梯第4 阶脚尖离阶开始，到同一只脚在楼梯第2阶脚尖离阶；下楼转换期定义为从楼梯第2 阶脚尖离阶开始，到同一只脚第1次踏到地板脚尖离地。

1.3 数据处理

步态原始资料低通滤波(截断频率6 Hz)，转变成坐标数据。利用运动图像解析软件获取时间和空间参数。步行时间：整个步态周期所经过的时间。步长：脚跟着地至再次着地两点间的距离。步宽：两脚跟着地时，踝关节中心间的平行距离。步频：每分钟行走的步数。步速：步行距离除以步行时间。

1.4 统计学分析

采用SPSS 17.0 软件进行统计分析。以认知任务成功回答数为因变量，年龄和测试情境为自变量进行重复测量方差分析，若达到显著性水平，再进行LSD多重比较；各步行参数采用2×2 混合设计双因素方差分析，若存在交互作用，再进行单独主效应分析。显著性水平α=0.05。

2 结果

2.1 认知表现

无论老年人还是年轻人，不同任务情境下成功回答数有显著性差异(P＜0.05)，老年人各情境下成功回答数均显著低于年轻人(P＜0.001)。多重比较显示，老年人上楼梯和后测成功回答数多于前测和下楼梯；年轻人上楼梯、下楼梯时成功回答数依次增加(P＜0.05)。见表2。

2.2 步态特征

上楼梯转换期，所有参数年龄和任务的交互效应均不显著(P＞0.05)。步行时间、步频、步速的年龄和任务主效应均显著(P＜0.05)，老年人步行时间延长，步频和步速减少；单一任务步行时间缩短，步频和步速提高。见表3。

上楼梯时，仅速度CV 交互效应显著(P＜0.05)；进一步比较发现，双重任务下年轻人速度CV 比单一任务时增大。其他指标交互效应均不显著(P＞0.05)。步行时间、步长、步频和步速的年龄和任务主效应均显著(P＜0.05)，老年人步行时间延长，步长、步频和步速下降；双重任务下步行时间延长，步长、步频和步速下降。见表4。

下楼梯时，各参数交互效应均不显著(P＞0.05)。步行时间、步长、步宽、步频和步速的年龄和任务主效应均显著(P＜0.05)，老年人步行时间延长，步长缩短，步宽加宽，步频和步速下降；双重任务下步行时间延长，步长加大，步宽加大，步频和步速下降。见表5。

表2 老年人与年轻人上下楼梯认知表现比较

下楼梯转换时，各参数交互效应均不显著(P＞0.05)。步行时间、步长、步频和步速的年龄和任务主效应均显著(P＜0.05)，老年人步行时间延长，步长、步频和步速下降；双重任务下，步行时间延长，步长、步频和步速下降。速度CV 的年龄主效应显著(P＜0.05)，老年人速度CV提高。见表6。

表3 上下楼梯转换期时老年人与年轻人不同任务下步态参数比较

表4 上楼梯时老年人与年轻人不同任务下步态参数比较

表5 下楼梯时老年人与年轻人不同任务下步态参数比较

表6 下楼梯转换时老年人与年轻人不同任务下步态参数比较

3 讨论

本研究发现，双重任务下，老年人上楼梯时的认知表现优于前测，与事前假设不符，可能与学习效应有关；上楼梯时的认知表现和后测无显著性差异，与Harley 等[19]的结果一致。双重任务下的认知表现由同时完成的动作困难程度决定。上楼梯对老年人还不具备挑战性，老年人能在认知任务上投入足够注意。本研究还发现，老年人下楼梯时的认知表现比上楼梯差，提示下楼梯对老年人说来要困难得多，影响了他们在认知任务方面的投入。对年轻人而言，每次测试都比前次成绩好，提示上、下楼梯对年轻人而言都不具有挑战性，测试成绩主要来源于学习效应。提示在双重任务下，老年人首先专注于完成动作任务，在动作挑战性较低时可顺利完成认知任务，动作挑战性高时则舍弃部分认知任务。

本研究显示，单一任务下，步行时间、步频和步速均优于双重任务下，提示双重任务对年轻人和老年人的行走均有影响，但老年人所受影响程度更大。当姿势控制能力受到双重任务影响时，步速下降属于一种代偿策略[24]。分享资源模式理论认为，双重任务中，资源被分配到两种任务上，导致其中一种或两者表现都下降[25]。本实验结果显示，老年人上楼梯主要影响到步态参数，而下楼梯则全面受影响，可见下楼梯对老年人来说更加困难些。这与先前研究基本一致[24-25]，即行走时额外认知任务影响到老年人的平衡，从而促使老年人放慢速度，造成更大的时间变异。但本研究的时间CV几乎不受双重任务影响，而速度CV在上楼转换期和下楼期均不受影响，这与先前研究结果不一致。相关文献指出，步态变异性的变化主要发生在帕金森病患者[26]或有跌倒风险的老年人[18]，并不会影响健康受试者；但也有可能是介入的认知任务不同所致。本研究在单一任务上楼期，不同年龄组速度变异无显著性差异，双重任务下，年轻人的速度变异大于老年人，推测年轻人有足够的下肢肌力有效维持身体稳定，而老年人为了确保身体平衡，会采取更保守的策略维持稳定，故呈现较少的速度变异性。Nutt等[27]报道，老年人变异性增加，是因为大脑无法在认知任务介入的同时执行走路的动作。本研究发现，下楼转换期，老年人速度变异大于年轻人，但任务主效应不显著。这很可是下楼梯的动作更难，加之老年人在下楼转换期无法有效稳定身体，无法采取保守的动作模式维持姿势稳定，并非是认知任务介入所造成的影响。

本研究显示，上楼期双重任务会造成步长改变，且对老年人影响更大；而下楼梯两个阶段，老年人步长更小，但不能确定是否由双重任务引起，因为下楼梯可预期会产生较大向前和向下动量，为避免身体晃动过大发生跌倒，老年人可能采取较短步长的代偿策略[28-29]。Hamel等[29]认为，老年人上下楼梯时速度较慢或较靠近楼梯后部，都是缺乏信心而产生的安全机制，以预防跌倒。推测下楼梯时的步长改变并非由双重任务造成。

综上所述，老年人下楼梯时会舍弃认知任务而专注于执行步行；即使如此，老年人仍无法有效地专注于动作表现。这提示下楼梯动作的困难程度和风险性明显大于上楼。不同年龄和任务情境下的步态差异，目前还无法确定是否为双重任务所致。

受楼梯构造影响，步态参数变化是否由认知任务介入引起难以确定，还需要进行双重任务下平地行走测试，以确认步态参数和时间参数表现是否受认知任务影响。

上、下楼梯为高功能性动作。对有跌倒风险或平衡受损的老年人，进行上下楼梯双重任务训练，可能对改善平衡和认知处理更有效，但须确保安全，避免跌倒发生。