步態與認知功能的關系及臨床意義

老年人由于年齡相關性改變或結構病理性改變,導致個體步行能力逐漸減退，從而發生步態障礙，并因此發生跌倒及相關外傷[1]。而機體衰老和腦部疾病所導致的認知功能下降可引起步速減慢、步態變異增加以及雙重任務作業時(如邊看手機邊行走等)行走能力改變加劇等步態障礙，并且不同疾病的步態改變模式不同。由于步態與認知功能有著相同的解剖學基礎和功能聯系，因此，明確步態與認知功能的關系可以進一步闡明腦部疾病病理，進而改善治療方案。

1 步態形成及評估

1.1 步態形成 人類步態依賴于神經系統、關節-骨骼肌和心肺系統的復雜相互作用，個體步態模式受年齡、個性、情緒、生活性質和社會文化等因素的影響。在神經系統中，腦皮層、皮層下、基底節、腦干和小腦、脊髓和周圍神經參與行走過程[2]，其中任何部位病損均可引起步態異常。啟動步態需要穩定的身體直立位置以及正常功能性姿位反射。行走時，同一只腳從腳跟離地跨出，到再次腳跟著地的行進過程，即構成一個步態循環周期[3]，該周期分為支撐相和擺動相，其中支撐相約占60%，擺動相約占40%。

1.2 步態參數指標 步態分析參數包括步速、步頻(單位時間內的步數)、步基寬度(雙足跟中點的水平距離)、步幅(足觸地點至另一側足觸地點的距離)和步距長度(1個步態循環的直線距離)。隨著機體老化，步速和步幅會相應下降，而步頻相對穩定。

1.3 步態評估方法 單項步態評估方法包括分析病史、全身體檢和神經系統檢查、觀察正常情況和復雜情況(如執行雙重任務作業)時的行走模式等。多種模式聯合評估步態的方法包括讓病人自述步態困難，臨床醫師觀察其行走狀態，以及采用電子定量測定一般行走或實施雙重任務作業時的步態參數、落足模式等。總之，多種模式聯合評估步態比單個評估能更好地判斷潛在病理和預測步態變化[4]。然而，特定設備檢測步態在臨床病人的評估應用中受限。臨床簡易定量步態評估包括步速或步幅變異，計時馬表檢測固定距離行走所需的時間等，可用于臨床確定健康狀況、預測病人結局如跌倒或癡呆前驅狀態等[5]。

2 步態障礙的原因和分類

步態障礙可根據責任病損部位或步態表現模式進行分類，或通過兩者綜合確定。根據神經通路是否受累，步態障礙原因可分為神經系統性和非神經系統性。

2.1 非神經系統性步態障礙 隨著年齡增長，機體解剖成分也隨之發生變化，為保持行走的穩定性，步態可發生步速減慢、步幅減小等變化。心理因素也可影響步態，如抑郁與步態減慢有關，焦慮可致過度謹慎步態等。近30年的研究證實，認知對步態有強烈的影響作用，認知控制與繞行障礙物、選擇最佳路線有關[6]。認知功能下降時，個體步態減慢，加快步速則會增加跌倒危險性，尤其是在個體實施雙重任務作業時行走，其影響作用更顯著[7]。

2.2 伴腦功能障礙的步態障礙 神經系統幾乎所有部位病變均可引起步態異常，而腦部病變所致的步態異常則更為復雜。腦部疾病所致的步態障礙也可簡單分為運動減少性步態障礙和運動增多性步態障礙[8]，臨床上以前者多見，病人多伴有認知功能改變。

2.2.1 PD步態：其特征為窄基、小步距、駝背姿勢和上肢擺動少。在疾病早期，病人行走變慢，且由于PD非對稱性特點而表現出患側下肢輕度拖曳、上肢擺動減少。隨著疾病進展，病人出現典型僵直性、運動減少性步態障礙，包括短步幅的緩慢步態、窄基、累及頸肩和軀干的駝背姿勢；上肢擺動明顯減少，并逐漸呈內收、彎曲位；足部抬起低于正常，致拖曳樣；每步間變異增加。后期PD病人可表現出“慌張步態”和(或)“凍結步態”。慌張步態即步頻逐漸加快、步距變短，致使行走時重心前移，似如跑步。凍結步態是指發作性(持續數秒鐘)不能有效啟動步伐，其足似粘在地板上，常伴有腿部交替性顫抖。

非典型性帕金森綜合征中，多系統萎縮可以小腦癥狀為主而表現為小腦性共濟失調步態或以帕金森綜合征為主而表現為較重的PD步態。進行性核上性麻痹(PSP)的典型癥狀之一為發病第1年內就易跌倒，常為向后傾倒，其步態異常如同PD樣僵硬，但明顯寬基。許多PSP病人在行走時會不受控制地甩腿、突然轉身；坐下動作也會突然快速，如同跌入椅中。PSP的變異型可僅表現為凍結步態[9]。

2.2.2 痙攣性偏癱步態：多為腦卒中累及皮質脊髓束所致，其特征為非對稱性肢體無力和肌張力增高，上肢呈內收姿勢，并彎曲和向內旋轉，前臂旋前，手和手指屈伸狀；下肢臀部輕度屈曲，膝部在支撐相末期不能完全伸展，足內翻和跖曲位；步態慢、寬基、不對稱、癱瘓側負重支撐相縮短；在擺動相時，輕癱腿部表現出側向移動(畫圈)。

2.2.3 額葉步態障礙：也有研究稱為額葉性步態共濟失調、步態失用、磁性步態、下半身帕金森綜合征和短小步態等[3]，常見于老年人，主要病因包括正壓性腦積水(NPH)、腦小血管病、神經變性病等，特征為寬基和啟步困難。病人啟步時如同足部粘吸在地面(磁性足)，而一旦能夠行走數米后，步態常可改善。此類病人平衡穩定性受損，易在前行時發生后退、向后跌倒。

2.2.4 謹慎步態：也稱為老年性步態，是指過度的年齡相關步態變化和擔心跌倒，多在首次跌倒后發生。病人表現為行走緩慢、稍寬基、上肢擺動減少和輕度駝背姿勢；但輕微輔助后就可改善行走姿態，如他人觸摸病人手。

2.2.5 小腦性共濟失調步態：小腦病變根據病損部位可引起不同形式的共濟失調。小腦半球病損主要導致肢體活動協調障礙，指鼻試驗不準。而小腦蚓部的中線病損主要導致軀干平衡障礙，輕度時僅表現為串聯步態困難，即足尖對足跟站立，行走時搖擺不穩，甚至跌倒；嚴重時表現為步態寬基、步幅變化不等、轉身不穩、左右搖晃或偏斜、跟膝脛試驗不穩，但睜閉眼對癥狀無明顯影響。

2.2.6 痙攣性截癱步態：主要為雙側皮質脊髓束受損導致雙下肢肌張力增高的步態模式。病人行走時，臀部輕度彎曲并處于內收姿位，膝部伸展或輕度彎曲，足部處跖曲位，使行走時腿部環轉，步態僵硬，前行不穩。內收肌張力增高明顯時，呈剪刀樣。

2.2.7 心因性步態障礙：也有研究稱為功能性步態障礙[10]，屬于心因性運動轉換障礙范疇，具有突然發病、癥狀隨時間波動、易受外界因素影響而變化的特點。病人步態表現古怪多樣，行走過慢、軀干震顫或抽跳，多為膝部彎曲，肢體異常扭轉或肌肉收縮如似肌張力障礙；可出現站立行走不能，但腿部其他運動正常。病人在未被觀察或注意力分散時，癥狀可完全緩解。

2.2.8 其他腦部疾病相關步態障礙：包括肌張力障礙性步態、舞蹈性步態(如亨廷頓病)、肌陣攣性步態、皮層下失衡/丘腦性站立不能等，體檢即可發現相應運動障礙癥狀和體征。

3 認知障礙的步態變化

3.1 認知功能與步態的關系 認知功能包括6個基本域：復雜注意力、執行功能、學習和記憶、語言、感知-運動功能、社會認知。其中復雜注意力、執行功能以及感知-運動功能與步態穩定性關系最為密切[11]。執行功能的解剖基礎位于前額皮層，與多種步態參數包括步速、步長和步態循環時腿部移動時機有關[12]。執行功能下降可導致行走時步態參數變異性增加，為步態控制障礙的標志。此外，執行功能還與功能性步態結局有關，如爬樓梯時間或起立行走試驗(timed up & go, TUG)。隨著年齡增長，執行功能下降與步速下降有關，且無論病人基線有無認知障礙。執行功能改善可改善步速。Beauchet等[13]提出記憶和執行功能是相互作用的，因此兩認知域均受損時對步態障礙的影響作用比單個作用更強。

3.2 輕度認知障礙(MCI)的步態 多種神經疾病所致認知障礙影響日常生活能力即通過步態改變開始。作為癡呆前狀態的MCI可分為遺忘型(aMCI)和非遺忘型(naMCI)。 多項研究發現，MCI老年病人步態表現要比認知正常老年人更差，特別在雙重任務作業時表現更明顯，但其優于癡呆病人[14]。aMCI病人表現為步態變異增加，且雙重任務行走時的步態困難性比naMCI者更大[15]。Doi等[16]的研究提示，雙重任務作業時，aMCI和naMCI個體的步態減慢程度雖然相似，但兩者支持雙重任務作業的腦結構并不相同。對于認知功能異常的病人，總認知水平(特別是執行功能指標)與步態多種參數變化的關聯性更顯著。

3.3 AD的步態 AD病人的步態障礙雖非AD的經典表現，但卻常見，表現為步速減慢、步距縮短和步態變異增大[17]。由于方法學不同，9%～60%的AD病人被報告有步態障礙。AD相關步態障礙主要是執行功能和注意力障礙所致的步態變異增加，甚至是不能正確運用下肢運動功能的“步態失用”。以往研究認為，血管性癡呆早期就可出現步態異常，而AD多在晚期才會出現步態障礙，并與疾病嚴重程度有關。但Castrillo等[18]對社區老人平均隨訪5年發現，AD早期就可發生步態障礙，其中病人出現步態障礙的可能性在2.8年時為25%、4.2年時為50%、5.2年時為75%，且發病年齡和神經精神調查量表分值顯著相關，而認知治療可以延遲步態障礙的發生時間。Fujisawa等[19]分析882例65歲以上認知正常、aMCI、輕度AD和中度AD的老年人得出，aMCI、AD病人的單腿站立、串聯步態顯著差于認知正常者，但僅有中度AD病人的TUG試驗結果變差，表明AD早期就可出現姿位障礙和不穩，AD后期會有更多姿位和行走異常。這些研究均表明，輕度AD就可因認知缺損而發生步態變化。

3.4 其他癡呆性疾病的步態 血管性認知障礙病人更常見有步態障礙，且可早期出現，以偏癱步態、額葉步態障礙或共濟失調步態多見。在多種神經變性疾病中[20]，PD和帕金森病癡呆(PDD)以PD步態為主，而路易體癡呆(DLB)的波動性認知障礙、視幻覺會在PD步態基礎上波動性加劇、反復跌倒等。Tau蛋白病的PSP有突出的早期姿位不穩，極易反復跌倒。皮質基底節變性(CBD)的非對稱性肢體運動障礙、肢體失用、異肢癥等運動障礙致使步態發生相應變化。

3.5 運動認知危險綜合征(motoric cognitive risk syndrome，MCR) 有研究提出，緩慢步態和認知障礙聯合評估可預測癡呆進展的程度[21]。Verghese等[5]提出了MCR概念，指出步態減慢(低于年齡和性別匹配者的一個標準差)和認知異常可作為癡呆前綜合征，其對認知障礙進展至癡呆的預測作用強于單獨MCI或單獨步速分析。甚至Amboni等[7]提出MCI加上步速減慢就可確定為MCR。而Montero-Odasso等[21]將MoCA<26分聯合步速緩慢稱為MCR。Verghese等[22]還提出，MCR可預測全因性癡呆、血管性癡呆和AD，其超越了單獨緩慢步態或認知異常的意義。

Grande等[12]對步速減緩與認知下降和癡呆的相關性進行了薈萃分析，共篩選39項研究，包括57 456名受試者，年齡62～93歲(最大108歲)，結果有33項研究報告步速與認知功能變化顯著相關。由此，作者提出步態減緩個體認知下降加劇的可能性更大，且明顯快于步速較快者；支持對于老年人，無論初期有無認知缺損，檢測步態速度有助于發現前驅期癡呆和認知障礙，并由此提出認知和運動功能具有相同的機制基礎，兩者聯合研究更有可能揭示此類問題防治的新途徑。

4 認知和步態密切關聯的研究證據

4.1 腦結構及功能學研究證據 步態運動與認知功能有著相同的解剖基礎和神經網絡，其中步態控制主要由額葉皮層下環路介導，與控制執行功能的環路重疊。已有證據支持有賴于額葉的注意力和執行功能在步態控制、步速及其變異調節中起重要作用。額葉認知網絡通過頂部和枕部的皮層感覺聯系區域利用和操縱感覺信息來調控步態，而額葉-視覺網絡可能是其解剖基礎，參與運動行為靈活性適應。海馬不僅參與記憶，也與運動規劃的節奏保持有關，這提示記憶與步頻直接相關，或有相同的網絡基礎。

步態障礙與認知障礙也有相同的病理基礎，如血管源性變化和神經變性。腦小血管病的影像學標志物為明確認知與步態的關系提供了直觀證據。在老年人中進行腦MRI評估白質高信號(WMHs)與臨床表現關系的研究得出，WMHs可獨立或聯合腦萎縮與步態異常和認知障礙相關聯；且在有WMHs的個體中，皮層下萎縮的腦室擴大或胼胝體萎縮與步速減慢和認知障礙獨立關聯[17]。另外有研究發現，海馬代謝變化對步距減小、步頻變異增大有更強的影響作用。在PD病人中，對海馬和額頂認知網絡有調控作用的Meynert基底核和對注意力及運動功能起關鍵作用的腳橋核等膽堿能神經傳導系統參與了步態與認知功能的聯系[7]。這些研究結果均提示步態與認知存在腦結構間的聯系。

4.2 臨床觀察性研究證據 諸多臨床研究得出，執行功能和注意力無論對正常行走還是異常步態均有影響，且這些認知域對步速、步幅、雙支撐相等步態參數均有重要作用[11]。

4.3 治療干預措施的證據 對認知障礙治療干預的研究也得出，步態與認知障礙有著密切的聯系。物理活動和鍛煉可以增強前額區的功能作用，對視空間辨別也有相應的作用；高水平有氧健身的老年人會有更大的腦體積，即所謂鍛煉誘發腦變化，且比久坐不動的靜止者有更好的認知和運動表現[23]。有氧訓練也可以觸發全腦神經的可塑性[24]。此外，各種藥物和非藥物干預均可以改善認知障礙老人的步態表現并降低跌倒危險性[11, 25]；膽堿酯酶抑制劑和N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA)受體拮抗劑(如美金剛)治療癡呆藥物可通過改善認知來改善步態表現。

5 總結

步態與認知功能的關系密切且復雜，二者具有相同的生理病理學基礎。步態變化可作為神經系統疾病的標志，還可作為癡呆評估的內容之一。另外，還可通過治療癡呆來改善步態。然而，目前認知障礙與步態異常的確切時效關系尚未完全明確。多數研究認可步態定量指標可用于預測初期無癡呆老人未來認知下降和發生癡呆的危險性。雖然人群縱向研究顯示步速減慢先于認知下降發生，但基線認知與步速后期改變并無關聯性。也有研究提出執行功能和情景記憶對步速下降具有保護作用[26]，提示認知儲備在調節年齡和疾病相關步態障礙的后期變化中起關鍵作用。因此，探索認知障礙和步態障礙的時效性及因果關系可有助于早期發現認知障礙。為此，我們還需要更多臨床縱向研究來揭示和闡明步態與認知功能的關系。