張 帆，王長(zhǎng)生，祝 捷，谷 松，Reza Seyedi，Reza Zourmand，Susilo

人們?cè)谶M(jìn)行站立、走路、起身等日常功能性動(dòng)作時(shí)，通常會(huì)與額外認(rèn)知任務(wù)并存而造成注意力分散，特別是當(dāng)動(dòng)作難度提升（上、下樓梯、跨越障礙等）與生理機(jī)能衰退（肌力下降、感官系統(tǒng)退化等）時(shí)，額外任務(wù)干擾會(huì)直接影響功能性動(dòng)作控制和感覺(jué)系統(tǒng)信息整合的能力［19］，如進(jìn)行姿勢(shì)控制時(shí)，個(gè)體需在有效率整合感覺(jué)信息的基礎(chǔ)上，調(diào)整身體質(zhì)心位置（COM）或基礎(chǔ)支撐面（BOS）大小來(lái)維持平衡［17］。如何通過(guò)量化這些動(dòng)作方式來(lái)評(píng)判日常生活質(zhì)量?jī)?yōu)劣［15］，成了眾多學(xué)者關(guān)心的焦點(diǎn)。盡管過(guò)去已有許多探討動(dòng)作姿勢(shì)控制能力的研究，如通過(guò)關(guān)節(jié)角度、關(guān)節(jié)力矩、身體質(zhì)心、足壓中心及肌肉激活等參數(shù)進(jìn)行評(píng)估，但多只是針對(duì)單一關(guān)節(jié)的探討，易忽略肢段間協(xié)同運(yùn)作的信息，且常以靜態(tài)動(dòng)作干擾感覺(jué)系統(tǒng)的方式進(jìn)行，這似乎不太符合日常生活中的情況，或許需要另一種可以符合日常生活規(guī)范的動(dòng)態(tài)評(píng)估方式，既能直接地應(yīng)用至日常生活，亦能彌補(bǔ)靜態(tài)動(dòng)作所無(wú)法解釋的部分，再加上以往研究對(duì)此類認(rèn)知任務(wù)以及動(dòng)作姿勢(shì)控制能力的探討較少放在有著向前下沖量干擾的連續(xù)高、低跨越動(dòng)作上，因此本研究以存在高跌倒風(fēng)險(xiǎn)且需姿勢(shì)控制能力的上、下樓梯動(dòng)作為評(píng)估對(duì)象，探討年齡因素與任務(wù)難度對(duì)于下肢關(guān)節(jié)協(xié)調(diào)性的影響。

1 研究對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象

研究對(duì)象分為老年組和年輕組，合計(jì)36人。18位健康老年人為老年組，平均年齡（71.16±2.97）歲，平均身高（163.37±4.86）cm，平均體重（62.18±3.72）kg；18位健康大學(xué)生為年輕組，平均年齡（20.37±2.52）歲，平均身高（166.25±4.31）cm，平均體重（63.25±3.96）kg。組內(nèi)男、女各9人。

1.2 研究方法

1.2.1 實(shí)驗(yàn)控制

受試者無(wú)神經(jīng)系統(tǒng)病變、運(yùn)動(dòng)中樞控制及前庭知覺(jué)障礙，實(shí)驗(yàn)前一天未進(jìn)行下肢劇烈運(yùn)動(dòng)，且過(guò)去1年內(nèi)無(wú)下肢肌肉或骨骼的相關(guān)疾病與損傷，如骨性關(guān)節(jié)炎癥、關(guān)節(jié)置換和關(guān)節(jié)融合等；受試者在前測(cè)、中測(cè)與后測(cè)之間，有充足時(shí)間休息（10～15min）避免學(xué)習(xí)效應(yīng)，在每次認(rèn)知任務(wù)轉(zhuǎn)換間，有充足休息時(shí)間（3～5min）避免疲勞效應(yīng)；受試者伯格氏平衡量表（BBT）分?jǐn)?shù)＞52分，且簡(jiǎn)易精神狀態(tài)測(cè)驗(yàn)（MMSE）分?jǐn)?shù)≥24分，以避免認(rèn)知功能差異影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果；為避免實(shí)驗(yàn)誤差，組間身高和體重分別控制在3cm、3 kg以內(nèi)，組內(nèi)年齡、身高和體重分別控制在±5以內(nèi)，且全程以赤足方式進(jìn)行，以避免鞋襪及鞋墊等干擾因素對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響；為明確判斷受試者的認(rèn)知任務(wù)表現(xiàn)，避免額外儀器設(shè)備反應(yīng)延遲的干擾［37］，在咨詢相關(guān)專家后選擇連續(xù)數(shù)字計(jì)算作為本實(shí)驗(yàn)的認(rèn)知任務(wù)；為避免實(shí)驗(yàn)者和受試者效應(yīng)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)者只對(duì)受試者認(rèn)知任務(wù)表現(xiàn)進(jìn)行記錄，其他指令通過(guò)語(yǔ)音報(bào)數(shù)工具V1.0播報(bào)，音量大小調(diào)試到上樓起點(diǎn)線與下樓起點(diǎn)線間，受試者可清晰無(wú)誤聽(tīng)見(jiàn)。

1.2.2 實(shí)驗(yàn)儀器與參數(shù)

英國(guó)產(chǎn)Vicon動(dòng)作捕捉系統(tǒng)，其中包括10個(gè)T40攝像頭，采樣頻率100Hz，校正后整體誤差小于0.4cm（0.209658cm）；日本產(chǎn) SHARP紅外線傳感器 GP2D12，探測(cè)距離50cm；4階實(shí)驗(yàn)樓梯，踏步寬度28cm、踏步高度18cm、梯階凈寬90cm。

1.2.3 實(shí)驗(yàn)步驟與方法

說(shuō)明實(shí)驗(yàn)流程并填寫(xiě)實(shí)驗(yàn)同意書(shū)；測(cè)量身、高體重作為受試者參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化依據(jù)；參照Vicon Nexus1.5.2提供的Plug－in－Gait Marker Placement方法，將反光球貼于頭部、左右上臂、左右前臂（含手掌）、軀干、骨盆、左右大腿、左右小腿、以及左右足部（圖1）；使用T型校正架進(jìn)行動(dòng)態(tài)校正，使用L－frame進(jìn)行靜態(tài)校正，定義出實(shí)驗(yàn)室坐標(biāo)系統(tǒng)位置，坐標(biāo)系統(tǒng)的設(shè)定以笛卡兒右手坐標(biāo)系統(tǒng)為原則對(duì)X軸、Y軸、Z軸定義；認(rèn)知任務(wù)前測(cè)，受試者采取坐姿回答問(wèn)題，實(shí)驗(yàn)者隨機(jī)給予1個(gè)49～99之間的數(shù)字，要求受試者在聽(tīng)到數(shù)字5s后，進(jìn)行數(shù)字連續(xù)減7的思考任務(wù)，10s回答時(shí)間；進(jìn)行單任務(wù)（single task，ST）測(cè)試（上、下樓梯時(shí)無(wú)認(rèn)知任務(wù)介入），受試者站立于樓梯前3m預(yù)備，隨后以最自然的動(dòng)作及速度行走，盡量符合日常生活習(xí)慣，分別進(jìn)行上樓梯及下樓梯實(shí)驗(yàn)5次，全程禁止越級(jí)跨越階梯；進(jìn)行雙任務(wù)（dual task，DT）測(cè)試（上、下樓梯時(shí)有認(rèn)知任務(wù)介入），認(rèn)知任務(wù)采用前測(cè)中的方法并同時(shí)進(jìn)行上、下樓梯動(dòng)作，回答范圍為樓梯前3m至樓梯最后1階后延伸1.5m，記錄回答正確次數(shù)。測(cè)試過(guò)程中用紅外線傳感器，記錄受試者DT時(shí)答題過(guò)程所耗費(fèi)的行走時(shí)間。認(rèn)知任務(wù)后測(cè)，與前測(cè)方式相同。

1.3 測(cè)試指標(biāo)與方法

1.3.1 認(rèn)知任務(wù)

單任務(wù)（ST）情境，將受試者坐姿10s內(nèi)回答正確的次數(shù)乘以6作為認(rèn)知任務(wù)回答次數(shù)的對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)值；雙任務(wù)（DT）情境，將受試者DT情境中回答正確次數(shù)除以行走的時(shí)間再乘以60（單位換算為次／min），作為認(rèn)知任務(wù)回答次數(shù)［16］。

圖1 本研究反光球粘貼位置示意圖Figure 1. Surface Markers Location of Experiment

1.3.2 步態(tài)周期

1.步態(tài)參數(shù)。依據(jù)Lee和Chou［32］將上樓動(dòng)作拆分為兩個(gè)步態(tài)周期，分別是上樓期（stair ascent phase，SAP）和上樓過(guò)渡期（floor－to－stair transition phase，F(xiàn)STP），F(xiàn)STP定義為從上樓梯前的最后1次腳跟著地開(kāi)始，到同一只腳在第2階的腳跟著地結(jié)束，SAP定義為從樓梯第2階的腳跟著地開(kāi)始，到同一只腳在第4階的腳跟著地結(jié)束；將下樓梯動(dòng)作拆分為兩個(gè)步態(tài)周期，分別是下樓期（stair descent phase，SDP）和 下 樓 過(guò) 渡 期 （stair－to－floor transition phase，SFTP），SDP定義為從樓梯第4階的腳尖離地開(kāi)始，到同一只腳在第2階的腳尖離地結(jié)束，SFTP定義為從第2階的腳尖離地開(kāi)始，到同一只腳落到地板的第1次腳尖離地結(jié)束。參考Murray［38］將單次步態(tài)周期再行細(xì)分作為本研究的測(cè)試依據(jù)（圖2），分為支撐初期（early stance，ES）、支撐中期（mid－stance，MS）、支撐末期（late stance，LS）和擺動(dòng)期（swing phase）。

圖2 本研究單次步態(tài)周期劃分示意圖Figure 2. Schematic Diagram of Gait Period

2.時(shí)空參數(shù)。步態(tài)周期內(nèi)單腳腳跟著地至同腳腳跟下一次著地的間距除以受試者身高作為步長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)值［20］；步態(tài)周期內(nèi)左腳和右腳腳跟著地時(shí)，兩腳腳踝關(guān)節(jié)中心的間距作為步寬標(biāo)準(zhǔn)值［6］；步態(tài)周期內(nèi)COM向前的距離變化除以所經(jīng)過(guò)的時(shí)間作為步速標(biāo)準(zhǔn)值［32］。

3.運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)。計(jì)算整個(gè)步態(tài)周期內(nèi)矢狀面下肢關(guān)節(jié)（髖、膝、踝）的角度變化［10］，再以廣義交叉檢驗(yàn)曲線法（GCVSPL）對(duì)其進(jìn)行微分，得到角速度［47］。

1.3.3 下肢協(xié)調(diào)

1.相對(duì)相角。關(guān)節(jié)間協(xié)調(diào)性常被定義為兩個(gè)鄰近關(guān)節(jié)間、角度和角速度的變化關(guān)系［14］。本研究采用從動(dòng)力系統(tǒng)理論發(fā)展出的分析工具——相對(duì)相角（RPA），測(cè)量周期運(yùn)動(dòng)中鄰近肢段間相互改變及協(xié)調(diào)關(guān)系［12］，相關(guān)研究也認(rèn)為，它提供了對(duì)神經(jīng)肌肉系統(tǒng)更為有效的評(píng)估方式［9］，其變異性可用來(lái)表示動(dòng)作過(guò)程中的穩(wěn)定性，較大變異性代表動(dòng)作形態(tài)的轉(zhuǎn)換，較小的變異性代表維持穩(wěn)定的動(dòng)作形態(tài)［45］。具體計(jì)算步驟如下：

首先，將矢狀面下肢關(guān)節(jié)（髖、膝、踝）角度及角速度最大值、最小值標(biāo)準(zhǔn)化為＋1與－1，中間值為0（原點(diǎn)），公式（1）（2）如下（θ代表角度、ω代表角速度，i代表步態(tài)周期內(nèi)某一點(diǎn)）［31］。

隨后，將下肢各關(guān)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)化之后的角度和角速度，代入公式（3）計(jì)算出相角值（φ）。

最后，以近端關(guān)節(jié)減去遠(yuǎn)端關(guān)節(jié)相角值得到相對(duì)相角（分別為φ髖 －膝和φ膝 －踝），相對(duì) 相 角 數(shù)值在2π（0°或360°）時(shí)為同相，π（180°）時(shí)為反相，φ在±30°內(nèi)是可接受的范圍［8］。若φ為正值代表近端關(guān)節(jié)引導(dǎo)遠(yuǎn)端關(guān)節(jié)，φ為負(fù)值代表遠(yuǎn)端關(guān)節(jié)引導(dǎo)近端關(guān)節(jié)［33］。

2.形態(tài)差異。運(yùn)用均方根偏差（RMSD）探討各年齡組別在不同情境下的下肢協(xié)調(diào)形態(tài)振幅差異，即老年組在ST（或DT）情境下的φ髖－膝（或φ膝－踝）與年輕組之間的形態(tài)差別度；運(yùn)用交叉相關(guān)（Crosscorrelation）探討年齡組別隨著時(shí)間序列變化，在不同情境下兩個(gè)協(xié)調(diào)形態(tài)間的相關(guān)一致性［29］，即老年組（或年輕組）在ST情境下φ髖－膝（或φ膝－踝）與DT情境下的形態(tài)相似度。

3.穩(wěn)定程度。為了量化下肢關(guān)節(jié)間動(dòng)作的穩(wěn)定程度，本研究將步態(tài)周期分成支撐期及擺動(dòng)期，并通過(guò)公式（4）分別計(jì)算出其周期內(nèi)相對(duì)相角的標(biāo)準(zhǔn)偏差（DP）。按照Stergiou等人的觀點(diǎn)［44］，若DP值較低，代表比較穩(wěn)定的下肢關(guān)節(jié)協(xié)調(diào)動(dòng)作。

1.4 數(shù)據(jù)處理

1.4.1 參數(shù)分析

實(shí)驗(yàn)采用Vicon動(dòng)作捕捉系統(tǒng)拍攝影像，所采集資料存儲(chǔ)為.c3d文檔；使用Vicon Nexus 1.5.2將配合T40攝像頭同步采集的反光球資料進(jìn)行標(biāo)記命名（建立下肢Plug－in－Gait模型）與運(yùn)動(dòng)軌跡辨別處理（修點(diǎn)、補(bǔ)點(diǎn)和修補(bǔ)中斷的軌跡），其中反光球被遮蔽的情況則用內(nèi)插法將數(shù)據(jù)補(bǔ)齊；使用Visual 3D4.0以4階巴特沃斯零相移濾波進(jìn)行平滑化處理，截止頻率8Hz分別對(duì)反光球X、Y、Z三軸資料進(jìn)行低通濾波（濾除干擾信號(hào)以避免影響后續(xù)數(shù)據(jù)的計(jì)算）；使用MATLAB R14 7.0對(duì)濾波之后輸出的資料進(jìn)行動(dòng)作分期，并計(jì)算矢狀面下肢關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)（髖、膝、踝關(guān)節(jié)角度與角速度）；使用OrthoTrak 5.0步態(tài)分析軟件進(jìn)行步態(tài)分期，并分析時(shí)空及步態(tài)周期參數(shù)變化情況。

1.4.2 統(tǒng)計(jì)分析

SPSS 19.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理，結(jié)果用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示（±SD）。以兩因素方差分析，比較不同年齡組別與不同任務(wù)情境對(duì)下肢關(guān)節(jié)協(xié)調(diào)性的影響，若交互作用達(dá)顯著差異，則進(jìn)行簡(jiǎn)單主效應(yīng)分析及事后比較；以單因素方差分析，分別針對(duì)不同年齡組別，比較不同情境下對(duì)認(rèn)知任務(wù)回答表現(xiàn)的影響，若達(dá)顯著差異，再進(jìn)行LSD事后比較。統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著性水平為P＜0.05，非常顯著為P＜0.01。

2 結(jié)果

2.1 數(shù)字計(jì)算正確次數(shù)

老年組和年輕組在前測(cè)、樓梯動(dòng)作及后測(cè)3個(gè)不同時(shí)間點(diǎn)的回答次數(shù)呈顯著差異（P＜0.05，表1），經(jīng)事后比較，老年組上樓回答次數(shù)顯著多于前測(cè)及下樓，而年輕組上、下樓回答次數(shù)顯著多于前測(cè)。

2.2 時(shí)空步態(tài)參數(shù)虧損

步長(zhǎng)方面，年輕組SFTP步長(zhǎng)顯著大于老年組（P＜0.01），老年組ST下SFTP步長(zhǎng)顯著比 DT大（P＜0.01）；步寬方面，情境組間、年齡組間、上、下樓皆未呈顯著差異；步速方面，雖然老年組和年輕組ST下的FSTP步速皆顯著快于DT，但ST下SAP步速僅老年組顯著快于DT（P＜0.05），年輕組則未有顯著差異（P＞0.05），而下樓時(shí)，年輕組ST和DT下的SDP、SFTP步速都顯著快于老年組，且老年組及年輕組在ST下的SDP和SFTP步速也都顯著快于DT（表2和表3）。

表1 本研究不同年齡組的認(rèn)知任務(wù)表現(xiàn)一覽表Table 1 Performance of Cognitive Task between Groups

表2 本研究上樓步態(tài)時(shí)空參數(shù)一覽表Table 2 Spatiotemporal Gait Parameters of Stair Ascent

表3 本研究下樓步態(tài)時(shí)空參數(shù)一覽表Table 3 Spatiotemporal Gait Parameters of Stair Descent

2.3 下肢關(guān)節(jié)協(xié)調(diào)變化

2.3.1 相對(duì)相角、均方根偏差及相關(guān)系數(shù)

老年組和年輕組FSTP支撐期的相對(duì)相角在ST和DT情境下有較明顯差異（圖3、圖4），而SAP則是支撐后期、擺動(dòng)前期有較明顯差異（圖5、圖6）。以量化方式探討組間差異（表4），從ST到DT情境，F(xiàn)STP支撐期髖－膝和膝－踝的偏差值上升，相關(guān)系數(shù)下降，且SAP支撐期、擺動(dòng)期的膝－踝關(guān)節(jié)也呈現(xiàn)較大幅度偏差值上升，相關(guān)系數(shù)下降的趨勢(shì)。

圖3 本研究單任務(wù)情境上樓過(guò)渡期的相對(duì)相角Figure 3. Relative Phase Angles of FSTP in ST

圖4 本研究雙任務(wù)情境上樓過(guò)渡期的相對(duì)相角Figure 4. Relative Phase Angles of FSTP in DT

老年組和年輕組SDP髖－膝支撐后期、膝－踝擺動(dòng)前期和支撐后期（圖7和圖8），以及SFTP擺動(dòng)前期和支撐后期有較一致變化（圖9和圖10），而其他時(shí)期曲線軌跡皆有些許差異。以量化方式探討組間差異（表5），從ST到DT情境，SDP擺動(dòng)期和支撐期的髖－膝、膝－踝聯(lián)合關(guān)節(jié)偏差值變大，相關(guān)系數(shù)下降，但SFTP擺動(dòng)期和支撐期的偏差值、相關(guān)系數(shù)未有明顯改變。

圖5 本研究單任務(wù)情境上樓期的相對(duì)相角Figure 5. Relative Phase Angles of SAP in ST

圖6 本研究雙任務(wù)情境上樓期的相對(duì)相角Figure 6. Relative Phase Angles of SAP in DT

2.3.2 偏差相角

DT情境下年輕組FSTP擺動(dòng)期的髖－膝關(guān)節(jié)偏差相角顯著大于ST，而SAP則是支撐期膝－踝偏差相角顯著大于老年組（表6）。盡管年輕組SDP擺動(dòng)期髖－膝偏差相角在ST（P＜0.01）和DT（P＜0.05）下顯著大于老年組，但老年組膝－踝偏差相角則顯著大于年輕組（表7），同時(shí)也發(fā)現(xiàn)，年輕組DT情境下支撐期髖－膝（P＜0.01）和膝－踝（P＜0.05）偏差相角也都顯著大于ST，至于SFTP時(shí)則無(wú)論是ST（P＜0.01）或DT情境（P＜0.05），年輕組髖－膝偏差相角都顯著大于老年組。

圖7 本研究單任務(wù)情境下樓期相對(duì)相角Figure 7. Relative Phase Angles of SDP in ST

圖8 本研究雙任務(wù)情境下樓期相對(duì)相角Figure 8. Relative Phase Angles of SDP in DT

圖9 本研究單任務(wù)情境下樓過(guò)渡期相對(duì)相角Figure 9. Relative Phase Angles of SFTP in ST

圖10 本研究雙任務(wù)情境下樓過(guò)渡期相對(duì)相角Figure 10. Relative Phase Angles of SFTP in DT

表4 本研究上樓時(shí)不同年齡組間均方根偏差與交叉相關(guān)一覽表Table 4 RMSD and Cross Correlation of Stair Ascent between Groups

表5 本研究下樓時(shí)不同年齡組間均方根偏差與交叉相關(guān)一覽表Table 5 RMSD and Cross Correlation of Stair Descent between Groups

表6 本研究上樓時(shí)下肢關(guān)節(jié)偏差相角值一覽表Table 6 Lower Extremity Inter－joint Deviation Phase of Stair Ascent

表7 本研究下樓時(shí)下肢關(guān)節(jié)偏差相角值一覽表Table 7 Lower Extremity Inter－joint Deviation Phase of Stair Descent

3 分析與討論

3.1 認(rèn)知任務(wù)表現(xiàn)

姿勢(shì)控制能力過(guò)去被認(rèn)為是操作性條件反射，無(wú)需太多注意力，但后來(lái)研究結(jié)果逐漸否定此觀點(diǎn)并認(rèn)為姿勢(shì)控制需依靠注意力協(xié)助，至于注意力需求的程度則取決于動(dòng)作難度、個(gè)體年齡以及平衡能力的優(yōu)劣［4，48］。雖然 Harley等學(xué)者［21］認(rèn)為隨著年齡的增長(zhǎng)，個(gè)體認(rèn)知任務(wù)負(fù)荷逐步取決于動(dòng)作難度，但這很難明確定義出姿勢(shì)控制所需注意力的多寡，因?yàn)槎嘀厝蝿?wù)交互作用影響下所呈現(xiàn)的結(jié)果，無(wú)法單一方向明確推論。由于本研究并不探討認(rèn)知任務(wù)種類及動(dòng)作難度的影響，而著重于研究年齡差異對(duì)DT耗損的情況。就實(shí)驗(yàn)結(jié)果而言（表1），老年組和年輕組的前測(cè)、樓梯動(dòng)作（上、下）及后測(cè)3個(gè)不同時(shí)間點(diǎn)的認(rèn)知任務(wù)表現(xiàn)達(dá)到顯著差異，LSD事后比較發(fā)現(xiàn)，上樓動(dòng)作對(duì)老年組尚不具挑戰(zhàn)性，可以專注于認(rèn)知任務(wù)的信息處理，但老年組在下樓時(shí)的回答次數(shù)明顯比上樓時(shí)少，說(shuō)明下樓對(duì)老年人來(lái)說(shuō)，應(yīng)是較困難的動(dòng)作?？傮w而言，老年人在兩種任務(wù)上會(huì)產(chǎn)生不同優(yōu)先選擇順序，任務(wù)難度低就選擇專注認(rèn)知任務(wù)處理，難度高則舍棄認(rèn)知任務(wù)處理，然而，上、下樓梯的挑戰(zhàn)性對(duì)年輕人來(lái)說(shuō)一樣，都能夠?qū)Ｗ⒂谡J(rèn)知任務(wù)處理。

3.2 時(shí)空步態(tài)特征

時(shí)間參數(shù)（步速）方面，F(xiàn)STP步速在ST情境中比DT快，年輕組比老年組快，結(jié)果符合先前研究［42，39］，而 DT導(dǎo)致行走步速下降的現(xiàn)象，對(duì)老年組和年輕組皆有影響，因?yàn)轭~外的任務(wù)負(fù)荷會(huì)影響行走形態(tài)［22］，支持O’Shea等人［43］的“容量共享模型”理論，即同時(shí)進(jìn)行兩種任務(wù)會(huì)導(dǎo)致其中之一的表現(xiàn)下降或兩者都下降；SAP步速在ST情境中比DT快，年輕組比老年組快，但年輕組ST和DT表現(xiàn)卻沒(méi)有差異，可能是SAP不像FSTP那樣需要測(cè)量與階梯的跨步距離。下樓過(guò)程中的SDP和SFTP也呈現(xiàn)與上樓時(shí)相似的結(jié)果，可能是由于樓梯動(dòng)作特性使得下樓會(huì)產(chǎn)生較大向前和向下的動(dòng)量［32］，造成不管是組間還是組內(nèi)比較，差異都比上樓動(dòng)作大的情況。

空間參數(shù)（步長(zhǎng)和步寬）方面，由于樓梯架構(gòu)的特點(diǎn)［32，39］，本實(shí)驗(yàn)并未預(yù)期不同情境或年齡組間會(huì)有差別。但實(shí)驗(yàn)結(jié)果卻相反，老年組和年輕組SFTP的步長(zhǎng)在ST中比DT大，推測(cè)SFTP第2步是踏步于地面，而不受樓梯限制，再加上、下樓兩種情境間行走速度差異較大，而最終造成步長(zhǎng)的大小差異。Hamel等人研究［23］證實(shí)了這一點(diǎn)，該研究認(rèn)為，老年人樓梯動(dòng)作較慢是因?yàn)槿狈π判亩a(chǎn)生動(dòng)作安全機(jī)制，以預(yù)防跌倒風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生。

3.3 下肢關(guān)節(jié)協(xié)調(diào)性

3.3.1 形態(tài)差異

上樓部分，就FSTP和SAP而言（圖3、圖4以及圖5、圖6），從ST到DT情境的轉(zhuǎn)變對(duì)髖－膝協(xié)調(diào)性的影響不大，但SAP動(dòng)作相對(duì)于FSTP（尤其是支撐期階段）卻有著更穩(wěn)定的協(xié)調(diào)形態(tài)。因?yàn)?，支撐期正好是另一腳要踩上階梯的第1步，與樓梯的距離勢(shì)必會(huì)影響到步長(zhǎng)的大小，這可能是導(dǎo)致FSTP協(xié)調(diào)形態(tài)不如SAP穩(wěn)定的原因。在膝－踝協(xié)調(diào)方面，支撐后期時(shí)年輕組是處于同相狀態(tài)，而老年組處于反相狀態(tài)，在DT情境下更是明顯，對(duì)照均方根偏差增加和相關(guān)系數(shù)下降的結(jié)果，證實(shí)老年組和年輕組的膝－踝協(xié)調(diào)形態(tài)在DT情境下差異較大。推測(cè)踝關(guān)節(jié)是造成膝－踝協(xié)調(diào)形態(tài)不同的影響因素，因?yàn)?，支撐期相?duì)另一腳是擺動(dòng)期，必須依賴良好的踝關(guān)節(jié)控制策略來(lái)維持人體反鐘擺肢段的穩(wěn)定性（將COM以動(dòng)態(tài)控制的方式維持在BOS內(nèi)）［11，34］。因此，踝關(guān)節(jié)的協(xié)調(diào)作用在上樓動(dòng)作的支撐期扮演重要角色，支持陳龍偉等人研究［1］。

下樓部分，SDP的下肢協(xié)調(diào)形態(tài)在DT情境中明顯與ST不同，特別是在擺動(dòng)后期的髖－膝協(xié)調(diào)方面，年輕組趨近于同相狀態(tài)，而老年組則接近反相，表示年輕人有類似的髖－膝關(guān)節(jié)協(xié)調(diào)狀態(tài)，而老年人沒(méi)有。這可能是當(dāng)擺動(dòng)后期準(zhǔn)備要進(jìn)入支撐期時(shí)，必須尋找適合的著地位置來(lái)建立下一個(gè)BOS，但由于下樓梯向前動(dòng)量較大以及老年人在跨越動(dòng)作上有較大冠狀面動(dòng)作的原因［13］，造成擺動(dòng)期髖－膝協(xié)調(diào)狀態(tài)不一致。因?yàn)?，進(jìn)入支撐期后的老年人預(yù)期會(huì)產(chǎn)生較大膝關(guān)節(jié)伸展力矩和較小髖關(guān)節(jié)屈曲力矩，只能通過(guò)較為僵直的支撐動(dòng)作產(chǎn)生較大下肢力度［24］，方能控制身體下樓時(shí)的穩(wěn)定性［41］。本研究也確實(shí)發(fā)現(xiàn)老年組在支撐中期確實(shí)有著較小的髖關(guān)節(jié)屈曲角度，且從圖8的結(jié)果來(lái)看，老年組在擺動(dòng)中期的相對(duì)相角較早由正值變?yōu)樨?fù)值，意味著擺動(dòng)中期一開(kāi)始就較少運(yùn)用髖關(guān)節(jié)屈曲策略；而在膝－踝協(xié)調(diào)的支撐前期到中期，老年組和年輕組也有較明顯的差異，DT情境下年輕組在支撐中期的膝－踝相角較接近負(fù)值，這可能是使用較多踝關(guān)節(jié)策略來(lái)控制身體穩(wěn)定的原因［7］。老年組則無(wú)此現(xiàn)象，推測(cè)這是造成在DT情境下年輕組和老年組之間協(xié)調(diào)形態(tài)差異增大的關(guān)鍵。

然而，在SFTP時(shí)，DT情境并不會(huì)導(dǎo)致受試者間的差異增大或相關(guān)系數(shù)降低，不過(guò)觀察受試者間的相對(duì)相角發(fā)現(xiàn)（圖9和圖10），不同年齡組在下肢協(xié)調(diào)形態(tài)上差異較大，推測(cè)老年人跨步動(dòng)作與年輕人不相同之處，在于會(huì)以減少矢狀面身體質(zhì)心和足壓中心水平距離（COM－COP）的方式來(lái)維持穩(wěn)定的平衡［2，28］。由于水平距離取決于步長(zhǎng)大小［40］，使得不同年齡組的擺動(dòng)跨步和落地支撐變化也不一樣，年輕人擺動(dòng)期髖關(guān)節(jié)角度、落地時(shí)的膝關(guān)節(jié)屈曲和踝關(guān)節(jié)背屈角度都較大，而老年人髖關(guān)節(jié)屈曲角度較?。ㄟx擇較保守的跨步方式），支撐期的SDP策略相同（采用下肢較為僵硬的著地方式），推測(cè)老年人在下樓梯過(guò)渡期可能無(wú)法有效控制冠狀面的身體晃動(dòng)以及自身在冠狀面上動(dòng)作的不穩(wěn)定，進(jìn)而影響到矢狀面上的動(dòng)作［32］。另外，研究中也發(fā)現(xiàn)了很有趣的現(xiàn)象，即老年組和年輕組踝關(guān)節(jié)從支撐中期到后期的角度變化與支撐初期相反（年輕組產(chǎn)生較大的跖屈角度而老年組反之），這可能是接近支撐期的后半段時(shí)，踝關(guān)節(jié)的跖屈力矩扮演著支撐角色［5］。老年人唯有產(chǎn)生較小的力矩以避免過(guò)大推蹬動(dòng)作，造成另一只腳落地 時(shí) 膝 關(guān) 節(jié) 負(fù) 荷 過(guò) 大［3，46］。

由前述討論可知，DT情境下年輕組通常不受影響，但老年組動(dòng)作策略較為保守，尤其在上樓動(dòng)作的支撐期，此時(shí)踝關(guān)節(jié)控制是關(guān)鍵影響因素，下樓則是擺動(dòng)期和支撐期受影響，證實(shí)下肢3個(gè)關(guān)節(jié)的良好協(xié)調(diào)配合缺一不可。DT情境下不同年齡組間差異明顯的現(xiàn)象，可能是老年人身體機(jī)能衰退所引起的感官系統(tǒng)功能下降、中樞神經(jīng)系統(tǒng)敏感度降低，間接影響了姿勢(shì)控制能力［35］。支持Johnson等人研究［30］，他們認(rèn)為，老化會(huì)引起大腦皮層結(jié)構(gòu)變化，且額外認(rèn)知負(fù)荷會(huì)對(duì)大腦皮層處理感覺(jué)動(dòng)作的信息造成干擾，從而影響到了老年人的姿勢(shì)控制。

3.3.2 穩(wěn)定程度

上樓部分，F(xiàn)STP時(shí)年輕組在DT情境下的擺動(dòng)期膝－踝關(guān)節(jié)動(dòng)作協(xié)調(diào)穩(wěn)定程度比ST情境差，但老年組無(wú)此現(xiàn)象。研究中發(fā)現(xiàn)，年輕組在擺動(dòng)期的膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)角度比老年組大，可能是年輕人在DT情境下能夠?qū)[動(dòng)腳有效抬高以避免執(zhí)行DT時(shí)絆到樓梯，這樣的跨步策略改變了下肢關(guān)節(jié)間動(dòng)作協(xié)調(diào)的穩(wěn)定度，支持Yen等人的研究［49］。該研究認(rèn)為，老年人跨越腳與障礙物之間的距離增加會(huì)導(dǎo)致跨越腳的穩(wěn)定程度下降。然而，本研究結(jié)果不同之處在于，老年人在DT情境下可能因認(rèn)知任務(wù)的干擾而未能將跨越腳有效抬起，只能采用較保守的動(dòng)作策略以維持下肢關(guān)節(jié)間動(dòng)作協(xié)調(diào)的穩(wěn)定程度。SAP階段，年輕組支撐期的膝－踝關(guān)節(jié)動(dòng)作協(xié)調(diào)的穩(wěn)定程度在DT情境下比老年組差，說(shuō)明年輕人跨越腳抬得較高，使得COM高度提高［18，35］，增加了支撐腳穩(wěn)定平衡的難度，這個(gè)時(shí)候的COM行進(jìn)軌跡是遠(yuǎn)離BOS的方向［25］。此實(shí)驗(yàn)結(jié)果與原本的研究假設(shè)剛好相反，推測(cè)年輕人有足夠的下肢肌力來(lái)有效控制身體穩(wěn)定，而老年人由于下肢肌肉衰退現(xiàn)象使得他們肌肉 激 活負(fù) 荷［26］和 認(rèn) 知 信 息 處 理 系 統(tǒng) 負(fù) 荷 過(guò) 大［27，18］。 為 了避免下肢肌群無(wú)法有效維持身體平衡，便采取降低COM的保守策略來(lái)維持下肢關(guān)節(jié)間動(dòng)作協(xié)調(diào)的穩(wěn)定程度，這是否也代表著會(huì)有較高的絆倒風(fēng)險(xiǎn)，目前無(wú)法依據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果下定論。

下樓部分，流行病學(xué)研究認(rèn)為，老年人下樓時(shí)身體不穩(wěn)常導(dǎo)致意外發(fā)生。眾多生物力學(xué)研究指出，老年人常采取保守的策略來(lái)克服這種情況。SDP階段，擺動(dòng)期在ST和DT情境下的情況顯示，年輕組髖－膝關(guān)節(jié)動(dòng)作協(xié)調(diào)的穩(wěn)定程度比老年組差，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)，年輕組的髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)角度都比老年組大，推測(cè)髖膝關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍較大而使關(guān)節(jié)間動(dòng)作協(xié)調(diào)的穩(wěn)定程度變差，但Levin等人提到［36］，所謂的關(guān)節(jié)間動(dòng)作協(xié)調(diào)的穩(wěn)定程度較差，也意味著關(guān)節(jié)間動(dòng)作協(xié)調(diào)有著較佳的靈活度，即年輕人可以采用大角度跨步策略（有足夠的下肢肌群來(lái)控制）。相反，老年人要達(dá)到這樣的要求則只能趨向保守的形態(tài)。而擺動(dòng)期在ST和DT情境下，老年組的膝－踝關(guān)節(jié)動(dòng)作協(xié)調(diào)的穩(wěn)定程度比年輕組差。由此推測(cè)老年人髖－膝關(guān)節(jié)角度活動(dòng)范圍較小，造成遠(yuǎn)程肢段與地面距離較近，為了避免末端肢段接觸到樓梯而產(chǎn)生跌倒風(fēng)險(xiǎn)，老年人需調(diào)整踝關(guān)節(jié)策略來(lái)完成整個(gè)擺動(dòng)期動(dòng)作。

而SFTP方面，年輕組在ST和DT情境下支撐期的髖－膝關(guān)節(jié)動(dòng)作協(xié)調(diào)的穩(wěn)定程度比老年組差，這可能是以下幾個(gè)因素造成：1）下樓支撐期時(shí)，老年人骨盆水平晃動(dòng)以及髖關(guān)節(jié)冠狀面動(dòng)作明顯比年輕人大（尤其是髖關(guān)節(jié)內(nèi)收力矩）。因?yàn)?，髖關(guān)節(jié)內(nèi)收動(dòng)作需要外展肌群來(lái)維持抗衡，晃動(dòng)過(guò)大代表髖關(guān)節(jié)外展肌群較無(wú)力［30］。2）呈現(xiàn)較大的內(nèi)收動(dòng)作說(shuō)明另一側(cè)的骨盆高度降低（另一側(cè)腳下踏高度也降低），支撐腳無(wú)需過(guò)大的膝關(guān)節(jié)屈曲（整體膝關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍縮?。?。3）支撐期COM行進(jìn)軌跡遠(yuǎn)離BOS方向時(shí)［25］，下樓動(dòng)作又讓COM軌跡增加了向下的行進(jìn)方向，這勢(shì)必會(huì)使維持平衡的難度加大。因此，老年人只能選擇減少關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍的策略（COM保留在BOS后面以避免矢狀面產(chǎn)生過(guò)大關(guān)節(jié)動(dòng)作），以便順利完成動(dòng)作及維持下肢關(guān)節(jié)間動(dòng)作協(xié)調(diào)的穩(wěn)定程度?？梢哉f(shuō)，當(dāng)認(rèn)知負(fù)荷過(guò)載而干擾下肢動(dòng)作時(shí)，老年人常以冠狀面晃動(dòng)較大的代償策略來(lái)提升矢狀面關(guān)節(jié)動(dòng)作協(xié)調(diào)。

4 結(jié)論

1.上樓時(shí)老年組和年輕組采取一樣的策略，選擇專注于認(rèn)知任務(wù)回答；下樓時(shí)老年組僅選擇專注于樓梯動(dòng)作表現(xiàn)而忽視認(rèn)知表現(xiàn)，年輕組則能同時(shí)專注于兩者。

2.單任務(wù)情境下，老年組和年輕組上樓時(shí)的下肢關(guān)節(jié)協(xié)調(diào)形態(tài)有差別，尤其在支撐期；而雙任務(wù)情境下，不同年齡組間的下肢協(xié)調(diào)形態(tài)差異增大，尤其是膝－踝的協(xié)調(diào)形態(tài)。在下樓時(shí)也有類似情況，但在過(guò)渡期似乎影響不大。

3.年輕組上、下樓梯時(shí)動(dòng)作協(xié)調(diào)的穩(wěn)定程度較差，因有足夠下肢肌力控制而采取較大膽的動(dòng)作策略；老年組則趨向選擇較保守的策略來(lái)維持關(guān)節(jié)協(xié)調(diào)的穩(wěn)定程度，尤其在下樓時(shí)常利用冠狀面晃動(dòng)較大的代償動(dòng)作來(lái)維持矢狀面的動(dòng)作穩(wěn)定。

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