陸振南，陳正文，姬志遠(yuǎn)，毛宇康，丁云鶴，馮鑫鑫，徐航

（徐州醫(yī)科大學(xué) 醫(yī)學(xué)影像學(xué)院，江蘇 徐州 221004）

不同路面環(huán)境下認(rèn)知負(fù)荷對(duì)帕金森病患者步態(tài)的影響

陸振南，陳正文，姬志遠(yuǎn)，毛宇康，丁云鶴，馮鑫鑫，徐航*

（徐州醫(yī)科大學(xué) 醫(yī)學(xué)影像學(xué)院，江蘇 徐州 221004）

目的 探討不同路面環(huán)境下認(rèn)知負(fù)荷對(duì)帕金森病患者步態(tài)的影響。方法 9名帕金森病患者和9名健康對(duì)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(jié)構(gòu) （水平和橫向傾斜10°）下收集自由行走狀態(tài)，步行同時(shí)執(zhí)行計(jì)算任務(wù)狀態(tài)下的步態(tài)時(shí)空參數(shù)。結(jié)果 相比于自由行走，認(rèn)知負(fù)荷條件下帕金森病患者組和健康對(duì)照組的步速、步頻和步長(zhǎng)均顯著降低。非平坦路面對(duì)帕金森病患者組和健康對(duì)照組的時(shí)空參數(shù)均有影響，但對(duì)帕金森病患者的步態(tài)影響更加明顯，表現(xiàn)為步寬增大和單雙支撐期變化等特點(diǎn)。結(jié)論 計(jì)算任務(wù)和路面條件的改變對(duì)帕金森病患者的步態(tài)時(shí)空參數(shù)影響顯著，復(fù)雜路面環(huán)境和認(rèn)知負(fù)荷可能會(huì)增加此類(lèi)人群的跌倒風(fēng)險(xiǎn)。

認(rèn)知負(fù)荷；步態(tài)；帕金森?。宦访姝h(huán)境

帕金森病患者除了具有典型運(yùn)動(dòng)癥狀外，還存在許多非運(yùn)動(dòng)性障礙，尤以認(rèn)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(zhǎng)較小、雙腳支撐期變長(zhǎng)，而在行走時(shí)同時(shí)進(jìn)行認(rèn)知任務(wù)會(huì)對(duì)步態(tài)產(chǎn)生干擾效應(yīng)。但研究多開(kāi)展于理想路面環(huán)境下 （水平平整路面），對(duì)復(fù)雜路面條件下的雙重任務(wù)的研究未有報(bào)道。因此，本研究的目的是探討不同路面環(huán)境下認(rèn)知負(fù)荷對(duì)帕金森病患者步態(tài)的影響，為帕金森病的康復(fù)治療提供參考依據(jù)。

1 對(duì)象和方法

1.1 研究對(duì)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(duì)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(wú)影響步態(tài)的下肢肌肉骨骼疾患；③健康受試者平衡穩(wěn)定能力正常；④帕金森病患者服用抗帕金森病藥物能夠獨(dú)立行走。所有受試者參與本研究前簽署知情同意書(shū)。兩組人群在年齡，身高和體重上無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。

1.2 研究方法

實(shí)驗(yàn)在帕金森病患者服藥后的 “開(kāi)期”進(jìn)行。路面環(huán)境包括路面條件和路面結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)分為水平和橫向傾斜10°兩種情況。認(rèn)知負(fù)荷的實(shí)施是要求受試者在步行的過(guò)程中同時(shí)執(zhí)行連續(xù)減7任務(wù)。數(shù)字從50～99之間隨機(jī)挑選。采用美國(guó)NaturalPoint公司生產(chǎn)的運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)及2個(gè)AMTI測(cè)力臺(tái)來(lái)收集受試者的步態(tài)信息。受試者被要求在四種不同路面環(huán)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(jìn)行無(wú)認(rèn)知負(fù)荷的步態(tài)測(cè)試和加載認(rèn)知負(fù)荷的步態(tài)測(cè)試。

1.3 數(shù)據(jù)處理及分析

從數(shù)據(jù)中選擇兩腿各10個(gè)完整步態(tài)周期作為研究范圍。利用Visual 3D數(shù)據(jù)處理軟件得到步態(tài)的時(shí)空參數(shù)，包括步速、步頻、步長(zhǎng)、步寬及單支撐期和雙支撐期。其中步長(zhǎng)和步寬將用腿長(zhǎng)進(jìn)行歸一化處理。應(yīng)用SPSS 20.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，采用三因素重復(fù)測(cè)量方差分析來(lái)判斷認(rèn)知負(fù)荷及路面條件及結(jié)構(gòu)對(duì)步態(tài)時(shí)空參數(shù)的影響。設(shè)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(tài)時(shí)空參數(shù)（±s）

表1 帕金森病患者組各條件下的步態(tài)時(shí)空參數(shù)（±s）

注：*表示顯著的認(rèn)知負(fù)荷因素影響，#表示顯著的路面條件因素影響。

時(shí)空參數(shù) 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(jì)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(jì)算 82.42±14.37 83.08±18.36 78.74±15.36 79.28±15.54步長(zhǎng) 自由行走 0.75±0.16 0.71±0.12 0.70±0.17 0.65±0.17（%腿長(zhǎng)）*#步行+計(jì)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(zhǎng)）#步行+計(jì)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(jì)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(jì)算 0.33±0.13 0.32±0.16 0.34±0.15 0.35±0.14

2 結(jié)果

通過(guò)對(duì)帕金森病患者組和健康對(duì)照組的三因素重復(fù)測(cè)量方差分析 （表1和表2），發(fā)現(xiàn)加載認(rèn)知負(fù)荷對(duì)帕金森病患者組和健康對(duì)照組的步速、步頻和步長(zhǎng)均有顯著影響，表現(xiàn)為步速降低，步頻減少和步長(zhǎng)變短的特點(diǎn)；路面條件的變化對(duì)帕金森病患者組和健康對(duì)照組的步態(tài)時(shí)空參數(shù)亦有顯著影響，兩組受試者在非平坦路面上均表現(xiàn)出步速、步頻和步長(zhǎng)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(shí)還表現(xiàn)出步寬變大，雙支撐期比例變長(zhǎng)和單支撐期比例變短的特點(diǎn)。而路面結(jié)構(gòu)的橫向傾斜對(duì)各時(shí)空參數(shù)并無(wú)顯著影響，同時(shí)亦未發(fā)現(xiàn)認(rèn)知負(fù)荷、路面條件及結(jié)構(gòu)三種因素間顯著的交互效應(yīng)。

3 討論

雖然有研究［3］表明，帕金森病患者在步行過(guò)程中同時(shí)執(zhí)行一個(gè)認(rèn)知負(fù)荷任務(wù)會(huì)對(duì)步態(tài)產(chǎn)生干擾效應(yīng)，并解釋此種現(xiàn)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(jié)果顯示，帕金森病患者和健康老年人在給予負(fù)荷任務(wù)后，步速、步頻和步長(zhǎng)都較自由行走條件下有顯著的縮短，提示認(rèn)知負(fù)荷對(duì)兩組人群的步態(tài)參數(shù)均有影響。因此，本研究認(rèn)為當(dāng)行走和計(jì)算同時(shí)進(jìn)行時(shí)，活動(dòng)所需的資源總量超過(guò)了個(gè)體擁有的資源總量，引起了資源分配不足并且導(dǎo)致認(rèn)知超載現(xiàn)象的發(fā)生。另一方面，本研究發(fā)現(xiàn)，帕金森病患者在認(rèn)知負(fù)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(wěn)定性，表明帕金森病患者同樣保留了針對(duì)環(huán)境變化對(duì)步態(tài)作出調(diào)整的能力。

表2 健康對(duì)照組各條件下的步態(tài)時(shí)空參數(shù)（x±s）

本研究結(jié)果亦顯示，路面環(huán)境對(duì)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(duì)兩組的步態(tài)產(chǎn)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(zhǎng)，但健康老年人在步寬和步態(tài)時(shí)相上的變化不明顯，提示其步態(tài)的控制能力更強(qiáng)；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(duì)此類(lèi)人群更具有挑戰(zhàn)性，并暗示帕金森病患者試圖通過(guò)改變更多步態(tài)參數(shù)來(lái)獲得行走的穩(wěn)定性。

綜上所述，本研究揭示了認(rèn)知負(fù)荷和路面環(huán)境對(duì)帕金森病患者的影響，發(fā)現(xiàn)路面條件的改變和步行中執(zhí)行計(jì)算任務(wù)可能會(huì)增加其跌倒的風(fēng)險(xiǎn)。在康復(fù)治療過(guò)程中應(yīng)注意對(duì)帕金森病患者在不同路面環(huán)境下的步態(tài)訓(xùn)練及雙任務(wù)訓(xùn)練以增強(qiáng)其回歸社會(huì)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(zé)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(xué)校大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目 （項(xiàng)目編號(hào)：201610313048Y）；江蘇省教育廳開(kāi)放研究課題 （項(xiàng)目編號(hào)：KJS1401）作者簡(jiǎn)介：陸振南，男，徐州醫(yī)科大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程專(zhuān)業(yè)，本科生。

*通訊作者：徐航，E－mail：h＿xu＠xzhmu.edu.cn。