不同路面環境下認知負荷對帕金森病患者步態的影響

陸振南，陳正文，姬志遠，毛宇康，丁云鶴，馮鑫鑫，徐航

（徐州醫科大學 醫學影像學院，江蘇 徐州 221004）

不同路面環境下認知負荷對帕金森病患者步態的影響

陸振南，陳正文，姬志遠，毛宇康，丁云鶴，馮鑫鑫，徐航*

（徐州醫科大學 醫學影像學院，江蘇 徐州 221004）

目的 探討不同路面環境下認知負荷對帕金森病患者步態的影響。方法 9名帕金森病患者和9名健康對照受試者參與本研究。在不同路面條件 （平坦與非平坦路面）和結構 （水平和橫向傾斜10°）下收集自由行走狀態，步行同時執行計算任務狀態下的步態時空參數。結果 相比于自由行走，認知負荷條件下帕金森病患者組和健康對照組的步速、步頻和步長均顯著降低。非平坦路面對帕金森病患者組和健康對照組的時空參數均有影響，但對帕金森病患者的步態影響更加明顯，表現為步寬增大和單雙支撐期變化等特點。結論 計算任務和路面條件的改變對帕金森病患者的步態時空參數影響顯著，復雜路面環境和認知負荷可能會增加此類人群的跌倒風險。

認知負荷；步態；帕金森?。宦访姝h境

帕金森病患者除了具有典型運動癥狀外，還存在許多非運動性障礙，尤以認知功能障礙為代表。研究［1－2］指出行走中帕金森病患者與健康老年人相比步速較慢、步長較小、雙腳支撐期變長，而在行走時同時進行認知任務會對步態產生干擾效應。但研究多開展于理想路面環境下 （水平平整路面），對復雜路面條件下的雙重任務的研究未有報道。因此，本研究的目的是探討不同路面環境下認知負荷對帕金森病患者步態的影響，為帕金森病的康復治療提供參考依據。

1 對象和方法

1.1 研究對象

帕金森組：9名帕金森病患者，其中男性5名，女性4名，年齡 （67.7±7.1）歲，身高 （1.66±0.16）m，體重 （81.0± 20.6）kg。對照組：9名健康受試者，其中男性 6名，女性 3名，年齡 （67.7±8.0）歲，身高 （1.69±0.05）m，體重 （74.5 ±5.6）kg。入組條件：①年齡50歲以上；②無影響步態的下肢肌肉骨骼疾患；③健康受試者平衡穩定能力正常；④帕金森病患者服用抗帕金森病藥物能夠獨立行走。所有受試者參與本研究前簽署知情同意書。兩組人群在年齡，身高和體重上無統計學差異。

1.2 研究方法

實驗在帕金森病患者服藥后的 “開期”進行。路面環境包括路面條件和路面結構兩種因素。其中路面條件因素分為平坦路面和非平坦路面 （由聚氨酯仿巖石板模擬）兩種情況；路面結構分為水平和橫向傾斜10°兩種情況。認知負荷的實施是要求受試者在步行的過程中同時執行連續減7任務。數字從50～99之間隨機挑選。采用美國NaturalPoint公司生產的運動捕捉系統及2個AMTI測力臺來收集受試者的步態信息。受試者被要求在四種不同路面環境 （水平平坦路面、橫向傾斜10°的水平路面、水平非平坦路面和橫向傾斜10°的非平坦路面）下分別進行無認知負荷的步態測試和加載認知負荷的步態測試。

1.3 數據處理及分析

從數據中選擇兩腿各10個完整步態周期作為研究范圍。利用Visual 3D數據處理軟件得到步態的時空參數，包括步速、步頻、步長、步寬及單支撐期和雙支撐期。其中步長和步寬將用腿長進行歸一化處理。應用SPSS 20.0軟件進行統計學分析，采用三因素重復測量方差分析來判斷認知負荷及路面條件及結構對步態時空參數的影響。設顯著性水平為P＜0.05。

表1 帕金森病患者組各條件下的步態時空參數（±s）

表1 帕金森病患者組各條件下的步態時空參數（±s）

注：*表示顯著的認知負荷因素影響，#表示顯著的路面條件因素影響。

時空參數 組合條件 平坦路面水平 橫向傾斜 水平 橫向傾斜步速 自由行走 0.87±0.22 0.86±0.26 0.77±0.28 0.73±0.30（m／s）*# 步行+計算 0.74±0.25 0.73±0.31 0.65±0.27 0.65±0.31步頻 自由行走 93.21±8.97 93.38±11.86 87.05±15.10 86.18±17.14（步/min）*#步行+計算 82.42±14.37 83.08±18.36 78.74±15.36 79.28±15.54步長 自由行走 0.75±0.16 0.71±0.12 0.70±0.17 0.65±0.17（%腿長）*#步行+計算 0.72±0.21 0.69±0.17 0.66±0.22 0.63±0.21步寬 自由行走 0.16±0.03 0.15±0.03 0.17±0.03 0.16±0.03（%腿長）#步行+計算 0.16±0.04 0.16±0.03 0.18±0.04 0.18±0.04單支撐期 自由行走 0.71±0.09 0.70±0.10 0.68±0.11 0.65±0.13（%）＃ 步行+計算 0.67±0.13 0.68±0.16 0.66±0.15 0.65±0.14雙支撐期 自由行走 0.29±0.09 0.30±0.10 0.32±0.11 0.35±0.13非平坦路面（%）＃ 步行+計算 0.33±0.13 0.32±0.16 0.34±0.15 0.35±0.14

2 結果

通過對帕金森病患者組和健康對照組的三因素重復測量方差分析 （表1和表2），發現加載認知負荷對帕金森病患者組和健康對照組的步速、步頻和步長均有顯著影響，表現為步速降低，步頻減少和步長變短的特點；路面條件的變化對帕金森病患者組和健康對照組的步態時空參數亦有顯著影響，兩組受試者在非平坦路面上均表現出步速、步頻和步長上的減少和降低。此外，帕金森病患者在非平坦路面上行走時還表現出步寬變大，雙支撐期比例變長和單支撐期比例變短的特點。而路面結構的橫向傾斜對各時空參數并無顯著影響，同時亦未發現認知負荷、路面條件及結構三種因素間顯著的交互效應。

3 討論

雖然有研究［3］表明，帕金森病患者在步行過程中同時執行一個認知負荷任務會對步態產生干擾效應，并解釋此種現象是由于帕金森病患者的注意資源分配不合理造成的，但本研究結果顯示，帕金森病患者和健康老年人在給予負荷任務后，步速、步頻和步長都較自由行走條件下有顯著的縮短，提示認知負荷對兩組人群的步態參數均有影響。因此，本研究認為當行走和計算同時進行時，活動所需的資源總量超過了個體擁有的資源總量，引起了資源分配不足并且導致認知超載現象的發生。另一方面，本研究發現，帕金森病患者在認知負荷條件下和健康老年組采取了相同的代償性策略以增加步行的穩定性，表明帕金森病患者同樣保留了針對環境變化對步態作出調整的能力。

表2 健康對照組各條件下的步態時空參數（x±s）

本研究結果亦顯示，路面環境對行走的影響并不相同，其中路面的平坦與否改變了帕金森病患者和正常老年人的行走策略，但路面的橫向傾斜并未對兩組的步態產生顯著的影響。雖然在非平坦路面上兩組人群均降低了步速和步頻，縮短了步長，但健康老年人在步寬和步態時相上的變化不明顯，提示其步態的控制能力更強；而帕金森病患者在非平坦路面上的步寬變大，單支撐期比例縮短和雙支撐期比例增加都表明非平坦路面對此類人群更具有挑戰性，并暗示帕金森病患者試圖通過改變更多步態參數來獲得行走的穩定性。

綜上所述，本研究揭示了認知負荷和路面環境對帕金森病患者的影響，發現路面條件的改變和步行中執行計算任務可能會增加其跌倒的風險。在康復治療過程中應注意對帕金森病患者在不同路面環境下的步態訓練及雙任務訓練以增強其回歸社會的能力。

[1] Elgh E,Domellof M,Linder J,et al.Cognitive function in early Parkinson's disease:a population-based study[J].Eur J Neurol,2009,16(12):1278-1284.

[2] Rochester L,Galna B,Lord S,et al.The nature of dual-task interference during gait in incident Parkinson's disease[J].Neuroscience,2014,265:83-94.

[3] Van Merrienboer JJG,Sweller J.Cognitive load theory and complex learning:recent developments and future directions[J].Educ Psycho Rev,2005,17(2):147-177.

（責任編輯：常海慶）

The Impact of Cognitive Load on Gaits of Patients with Parkinson's Disease in Different Terrain Conditions

LU Zhennan,CHEN Zhengwen,JI Zhiyuan,MAO Yukang,DING Yunhe,FENG Xinxin,XU Hang*
(School of Medical Imaging,Xuzhou Medical University,Xuzhou 221004,China;*

XU Hang,E-mail:h_xu@xzhmu.edu.cn)

ObjectiveTo evaluate the impact of cognitive load on gaits of patients with Parkinson's disease(PD)in different terrain conditions.MethodsNine PD patients and nine control subjects were recruited.Gait temporal parameters were collected from different terrain conditions(even and uneven)and configurations(level and 10 degree cross-slope)in free walking and walking with executing a calculation task.ResultsComparing with free walking,the velocity,cadence and step length were significantly lower in walking with calculation task for both PD and control groups.Although the uneven terrain affected the gait temporal parameters for both PD and control groups,this uneven terrain effect was much more significant for PD group,which was verified by the larger step width and varied single and double support durations.ConclusionsThe gait temporal parameters are significantly affected by the calculation task and the change of terrain conditions for PD patients.The complex terrain and cognitive load may increase the possibility of fall risk for this population.

Cognitive load;Gait;Parkinson's disease;Terrain condition

R742.5

A

10.3969/j.issn.1674-4659.2017.04.0443

2016－11-04

2017-02-17

江蘇省高等學校大學生實踐創新訓練計劃項目 （項目編號：201610313048Y）；江蘇省教育廳開放研究課題 （項目編號：KJS1401）作者簡介：陸振南，男，徐州醫科大學生物醫學工程專業，本科生。

*通訊作者：徐航，E－mail：h＿xu＠xzhmu.edu.cn。