老年人踩踏精確性的研究進展

陳健新 張慧鑫 吳景梅 張瑞麗

(河北醫科大學第四醫院，河北 石家莊 050011)

踩踏精確性主要是指老年人在行走過程中，腳放置位置的精確性或踩踏到地面的精確性。踩踏精確性差的老年人往往會出現踩踏錯誤、遺漏及障礙物的接觸率增高，從而導致跌倒。一項meta分析顯示，老年人跌倒發生率約占18.3%〔1〕，且跌倒后果嚴重，會降低老年人的生活質量和獨立性，是老年人外傷和死亡的重要原因〔2〕。Chapman等〔3〕研究證實，踩踏精確性是造成跌倒的主要危險因素。雙腳精確地踩踏地面是安全行走的基礎。隨著年齡的增加，老年人在行走過程中精確地踩在地面上的能力下降。目前已有用踩踏精確性的測試評估老年人的跌倒風險，且特異度和靈敏度較好〔4〕。本文擬對老年人踩踏精確性的研究進展進行綜述。

1 踩踏精確性的影響因素

日常生活中的行走依賴于感覺器官、骨骼肌肉系統和更高級別的認知功能。而老年人肌肉骨骼系統衰退，前庭、視覺、本體感覺等功能不斷減退〔5〕，同時，研究發現衰老會導致老年人處理速度〔6〕、抑制能力〔7〕等的惡化。Caetano等〔8〕研究顯示，老年人由于感覺功能及認知功能受限，調整步態的能力降低，導致其在規避障礙或踩踏目標時，表現出保守的步態適應策略，但仍表現出較差的踩踏精確性，增加了跌倒風險。

1.1視覺 有效的運動需要視覺、前庭、本體感覺和感覺運動的良好反饋〔9〕。老年人在行走過程中，視覺所扮演的角色十分重要。與年輕人相比，老年人在直立活動中更具有視覺依賴性〔10〕。

1.1.1視覺掃描 視覺掃描能力在識別危險、反饋與計劃、執行安全的行走以規避風險方面起著重要作用〔11〕。Lowry等〔12〕研究顯示，即使是平坦的直線行走，老年人仍依賴視覺掃描，而在復雜環境中，需要在視覺掃描的基礎上，增加認知的靈活性和轉換能力。在日常生活中，需要通過視覺掃描收集空間信息及快速準確的定位。老年人在日常行走過程中，往往面臨復雜的環境，如上下樓梯、轉彎、規避障礙物等。因此需要收集關于環境特征和潛在危害的特征及位置的準確信息，以便朝向安全的區域行走〔13〕。然而，老年人在行走過程中通常會采用不正確的視覺取樣策略，如過早的凝視轉移，而這種凝視行為會降低踩踏精確性〔14〕。

此外，隨著年齡的增加，老年人主動進行視覺掃描的能力下降。如老年人進入房間時，不太可能將視覺固定到扶手上，King等〔15〕推測最可能的原因是年齡相關的檢測和處理信息的能力下降，使得老年人不能保留足夠的視覺空間信息；也可能是由于老年人為了保持視覺的穩定性，而減少了眼球和頭部的運動，因此不能像年輕人一樣徹底掃描周圍環境。而視覺掃描行為減少時導致無法獲得足夠的視覺信息，從而在行走過程中容易出現過早的凝視轉移，因此破壞了行走過程中的踩踏精確性〔16〕。

1.1.2前庭眼反射 前庭系統通過反射來維持視覺穩定，而這種反射主要是前庭眼反射。當頭轉動時，要維持穩定的視網膜像，僅靠視覺系統的視網膜處理太慢，潛伏期為70 ms，故需依賴快速的前庭眼運動來維持〔17〕。

在日常生活中，前庭眼反射十分重要，提供了一種通過對環境中的興趣進行固定來穩定視覺的機制〔18〕。然而為了將凝視從一個目標轉移到下一個目標就必須抑制前庭眼的反射〔19〕。研究顯示，68%的人都會在行走過程中產生提前的掃視行為〔20〕，這種提前的掃視行為經常出現在改變行走方向，或需要精確地踩踏以規避障礙物的情況下〔21〕。因此，如果前庭眼反射不被抑制，則無法產生提前的掃視行為，而這樣會增加跌倒風險〔18，22〕。

1.1.3視覺穩定性 老年人視覺穩定性降低，不僅是因為年齡的增加，也是因為老年人為了保證安全的行走，會通過反復收縮肌肉來減少中心運動的范圍，導致下肢高頻率的姿勢擺動，而這種動作會影響頭部的穩定性，破壞了眼睛平穩收集信息的平臺。老年人視覺穩定性降低會使視覺場景到達視網膜圖像的真實性受到損害，從而導致不能獲得充足且準確的時間空間信息〔13〕。

1.2執行功能 執行功能指在完成復雜的認知任務時，對各種認知過程進行協調，以保證認知系統以靈活、優化的方式實行特定目標的一般性控制機制；其本質是對其他認知過程進行控制和調節，根本目的是產生協調有序、具有目的性的行為〔23，24〕。

對于老年人來說，完成踩踏精確性任務的表現與執行功能有很大關系，特別是解決問題的能力以及反應能力〔25〕。在任務期間，進行視覺掃描的同時需要計劃路線與規避障礙。隨著年齡增加，老年人獲取足夠的信息并將這些信息整合優化后輸出指導動作的能力下降。Alexander等〔26〕研究顯示，與年輕人和執行功能較好的老年人相比，執行功能較差的老年人在完成踩踏精確性任務期間，用時更長且精確性更差。Di Fabio〔27〕等研究顯示，老年人在完成平臺踩踏任務時，會出現掃視——步行延遲，而這種延遲會降低行走過程中的踩踏精確性，增加跌倒風險。Di等〔21〕認為，這種掃視步行延遲與步速沒有關系，在研究中所反映的較慢的步速的實質是基于對所提供視覺信息的反應能力和處理能力與執行功能相關聯，運動規劃的認知能力會干擾掃視步行之間的相互作用。

1.3注意力 注意力是指心理活動對某事物的指向和集中，具有選擇功能、調節和監督功能。其中選擇及分配功能會因衰老而下降〔28〕。de Bruin等〔29〕認為，即使是健康老年人，行走過程中對注意力的需求同樣大于工作記憶的能力。

對注意力分配能力的需求多數是在完成雙重任務時。如果注意力的資源有限，則完成雙重任務時，至少會有一項任務在執行過程中受損，被認為會增加跌倒的風險〔30〕。雙重任務是日常生活活動的常見部分，如行走的同時進行交談。因此，注意力的分配能力對于安全行走十分重要。此外，Kowler等〔31〕認為，當行走過程中進行掃視時，分配給當前凝視目標的注意力資源則會減少。因此，當老年人在踩踏過程中出現過早的凝視轉移時，會過早將注意力資源分配給下一個凝視目標，從而破壞了完成當前踩踏目標的能力，導致踩踏精確性下降〔14〕。

注意力的選擇能力可以使老年人忽略不相關的信息，且抑制這種信息所帶來的干擾〔30〕。然而，研究表明老年人會表現出與跌倒相關的威脅性刺激的注意偏向，且老年人難以從這種威脅性刺激中脫離〔32〕。這種害怕跌倒造成的注意偏向會加劇這種威脅性刺激帶給老年人的焦慮水平，同時會損壞老年人的工作記憶能力。Young等〔13〕研究表明，當老年人處于這種威脅性刺激下，會產生過早的凝視轉移，從而破壞踩踏精確性。

1.4肌肉力量 隨著年齡的增加，老年人肌肉衰減，脂肪組織逐漸增加，且下肢肌肉比上肢下降明顯，導致下肢肌力減退，影響其平衡功能，這是老年人經常跌倒的直接原因〔34〕。肌肉力量在平衡和步態控制中扮演重要角色，特別是需要增加步長以應對步態擾動時，Caetano等〔35〕研究顯示，股四頭肌力量及姿勢的搖擺程度與踩踏精確性密切相關。此外，老年人足部放置位置的變異程度增加，導致踩踏精確性下降，增加了跌倒風險〔3〕。研究發現，身強體壯的人在行走過程中，通過運動系統協調下肢擺動，以適當的調整足部放置的位置，而肌肉無力和運動模式異常可能會影響足部放置的能力〔36〕。

1.5感覺功能 感覺功能與運動功能密不可分。姿勢控制是維持所有姿勢和活動的重要前提，這個過程主要是由視覺、前庭、本體感覺和機械感受等感覺系統接受外部信息，中樞神經系統對這些信息進行整合，然后計劃、組織肌肉骨骼系統產生正確的肌肉收縮，從而實現人體的姿勢穩定〔37〕。衰老與許多中樞神經系統變化相關，如神經元丟失、樹突損失、分支減少、腦代謝受損、腦灌注減少等。這些變化可能會降低其補償與年齡相關的感覺功能損傷的能力〔38〕。早年研究發現，視覺對比敏感度、下肢本體感覺、膝關節活動度、姿勢搖擺程度及手反應時可以預測社區老年人未來的跌倒發生率，準確性為75%〔39〕。Menant等〔40〕調查發現，深感覺差是障礙物接觸率增高的決定因素。

1.6平衡與協調性 平衡能力是確保人類保持穩定站立、行走及完成復雜動作的基本能力。研究顯示，在規避障礙物時，良好的平衡能力至關重要，因為在規避障礙物時需要步態的調整及身體支撐基礎的變化〔35〕。平衡感覺來自前庭、視覺和軀體感覺，隨著年齡增加，老年人本體感覺降低，視力下降，前庭部分老化，導致老年人平衡能力下降〔41〕。當老年人姿勢穩定的控制能力減弱時，會出現身體擺動增加、運動遲緩、步態不穩、協調能力減弱及動作精確性下降等，不僅影響了老年人的日常生活，也增加了跌倒風險〔42〕。

眼睛與腳部動作之間的相互協調是日常生活中許多活動成功完成的前提〔27〕。研究證實，眼球運動系統和運動控制系統在視覺指導踩踏的過程中相互作用，運動控制依賴于視覺前饋控制〔43，44〕。隨著年齡增加，老年人視覺運動控制能力下降，使得控制腳部踩踏動作的能力下降〔45〕。Hollands等〔46〕發現，當腳精確地踩踏于地面時，需要眼睛與行走動作的相互協調，而且這個相互作用并不是獨立的而是受中樞神經系統控制。然而，老年人機體在生理結構和功能方面會呈現不同程度的退行性變〔5〕，從而損壞了這種相互作用。

1.7心理因素 心理因素主要是指與跌倒相關的焦慮，這種焦慮來自環境或任務本身對姿勢、平衡造成的威脅〔47〕。研究表明，這種狀態性焦慮會損害視覺注意的穩定性，加劇注意偏向從而損傷工作記憶的效率，減少主動視覺掃描行為，還會使老年人將注意力焦點集中于動作本身的協調性而不是動作目標〔13〕。這種焦慮會限制平衡表現，而這種表現與老年人肌肉力量的下降沒有關聯〔48〕。這一系列焦慮所帶來的改變會影響老年人行走過程中的精確性與安全性。Yamada等〔49〕研究顯示，有跌倒史的老年人與沒有跌倒史的老年人相比，在規避障礙時更容易出現過早的凝視轉移。Young等〔33〕研究顯示，當踩踏目標增多，任務復雜程度增加時，老年人的焦慮水平會增加，會出現過早的凝視轉移并且凝視轉移的速度會加快。分析顯示，這種焦慮會使規避障礙時的精確性受損。

2 評估工具

2.1行走連線測試(W-TMT) W-TMT由Alexander等〔26〕開發。W-TMT規格為3.66 m×1.00 m，要求參與者以自己選擇的步速往返行走。走道上共33個目標(隨機放置數字或字母)，出發方向上為17個，返回方向上為16個。W-TMT分為A、B兩個部分，A部分要求測試者以升序踩踏數字目標(1至2至3…)，B部分要求參與者同樣以升序方式依次踩踏數字和字母目標(1至A至2至B至3…)。此測試需要參與者注意力和視覺掃描能力共同參與。測試不僅可以用來評估踩踏精確性，同時可以作為識別輕度認知障礙的工具〔50，51〕。

2.2多目標踩踏任務(MTST) MTST由Yamada等〔4〕在W-TMT的基礎上開發。MTST的規格為10 m×1 m，包含45個(10 cm×10 cm)正方形踩踏目標，共15行，每行會隨機包含3個彩色正方形(紅色、藍色或黃色)。一種方塊(藍色或黃色)被指定為目標，其他方塊被指定為干擾方塊。參與者進行兩次測試，在測試中每次會分配一個不同顏色的正方形作為目標。主要測量兩種類型的失敗，以表明踩踏精確性低：踩踏失敗(沒有踩到目標方塊)，避開失敗(踩到了干擾方塊)。即使是踩到目標方塊的邊緣都視為踩踏成功。使用秒表測量執行MTST所需的時間。

相比于W-TMT中不規則設置的踩踏目標和干擾目標，MTST中的目標和干擾目標更為結構化。采用彩色方塊的形式呈現，有趣味性更易于老年人接受，測量方法更為簡單直觀，且可以不受地域、文化、受教育程度的影響。由于老年人踩踏精確性與跌倒密切相關，MTST在測量踩踏精確性的同時，可用來評估老年人的跌倒風險，特異度80.3%，靈敏度75.4%。

2.3其他測試 Chapman等〔3〕研究顯示，參與者以自己選擇的速度沿著7 m的路徑行走，將會遇到3種障礙條件。“一個目標”的條件要求參與者右腳進入目標1。“雙目標”條件要求參與者右腳進入目標1，左腳進入目標2。“障礙”條件要求參與者將其右腳放置在目標1上，跨越升高的障礙物后并將其左腳放入目標2中。所有目標為長方形，由輕質泡沫橡膠制成，目標區域為19.0 cm×41.5 cm，并有一個凸起的邊界(4 cm×4 cm×4 cm)。木質障礙物的高度為21 cm，水平寬度和厚度分別為67 cm和5 cm。在每次試驗開始之前，參與者被指示閉上眼睛。在接到研究人員指令后，參與者才可以睜開眼睛，開始試驗。測量時記錄踩踏遺漏的目標，踩踏錯誤的目標及足部中心與目標中心的距離偏差。

該方法有不同的版本，行走路徑的長度、目標設置的方式或目標的規格不盡相同。如Pichierri等〔52〕在實驗中將障礙物的高度調整為17 cm，為當地瑞士聯邦當局所界定階梯的理想高度。

3 改善方法

3.1糾正不正確的視覺取樣行為 視覺對成功運動有重要意義。Crowdy等〔44〕的研究顯示，小腦患者存在特征性的眼動缺陷，因此在執行踩踏任務時會采取不正確的眼球運動獲取信息，從而破壞了踩踏精確性。通過指導患者進行充分的目標掃視以糾正患者不正確的視覺取樣行為，從而快速提高了患者的踩踏精確性。但是此訓練效果的長期性及是否可能局限于特定的任務仍需要繼續探索。

Young等〔14〕同樣通過糾正老年人在踩踏過程中不正確的視覺取樣行為，改善了老年人在行走過程中的踩踏精確性。由于老年人在踩踏過程中易出現過早的凝視轉移而導致踩踏錯誤，因此Young等〔14〕通過指導老年人在執行踩踏任務時，要始終凝視每一個目標，直到腳跟完全接觸目標，腳盡量踩踏目標的中心，從而改善了踩踏精確性。此方法可以提高老年人對當下踩踏目標的注意力，然而并不能改善老年人踩踏時的腳部運動控制能力。

3.2運動與認知相結合的干預方法 由于軀體功能與大腦的結構性功能分區密切相關〔53〕。認知功能影響軀體功能，而軀體功能可以預見認知功能〔54〕。目前多采用運動與認知相結合的干預方法，改善老年人的軀體運動能力〔55〕。Yamada等〔56〕使用了運動與認知訓練相結合的雙重任務方法，要求參與者在坐位抬腿的同時，按照要求說出動物、水果、蔬菜的名稱，24 w后，發現與單一任務組相比，干預組軀體功能顯著改善。Yamada等〔57〕將認知訓練與步行運動訓練相結合，經過16 w訓練后，改善了老年人的軀體功能，提高了踩踏精確性，并降低了跌倒發生率。Pichierri等〔52〕將傳統的力量與平衡訓練和舞蹈視頻游戲相結合，經過12 w訓練后，步態表現及腳放置位置的精確性得到顯著提高。因此，在傳統的訓練方案中，應考慮增加認知的訓練，以保持或改善老年人的行走能力。

綜上，踩踏精確性是造成老年人跌倒的主要危險因素，為了保證老年人安全準確的行走，需要視覺、執行功能、注意力、平衡及心理因素的良好協調。在改善老年人軀體功能的同時，應考慮增加認知訓練部分，從而更好地改善老年人的身體表現及大腦的功能發展。此外，還可以通過糾正老年人行走過程中不正確的視覺取樣行為來改善踩踏精確性，然而這種方法可能存在局限性，尚需要繼續探索視覺掃描行為與踩踏精確性的關系及其他影響因素，從根本上改善踩踏精確性。