不同路面环境下认知负荷对帕金森病患者步态的影响

陆振南，陈正文，姬志远，毛宇康，丁云鹤，冯鑫鑫，徐航

（徐州医科大学 医学影像学院，江苏 徐州 221004）

不同路面环境下认知负荷对帕金森病患者步态的影响

陆振南，陈正文，姬志远，毛宇康，丁云鹤，冯鑫鑫，徐航*

（徐州医科大学 医学影像学院，江苏 徐州 221004）

目的 探讨不同路面环境下认知负荷对帕金森病患者步态的影响。方法 9名帕金森病患者和9名健康对照受试者参与本研究。在不同路面条件 （平坦与非平坦路面）和结构 （水平和横向倾斜10°）下收集自由行走状态，步行同时执行计算任务状态下的步态时空参数。结果 相比于自由行走，认知负荷条件下帕金森病患者组和健康对照组的步速、步频和步长均显著降低。非平坦路面对帕金森病患者组和健康对照组的时空参数均有影响，但对帕金森病患者的步态影响更加明显，表现为步宽增大和单双支撑期变化等特点。结论 计算任务和路面条件的改变对帕金森病患者的步态时空参数影响显著，复杂路面环境和认知负荷可能会增加此类人群的跌倒风险。

认知负荷；步态；帕金森病；路面环境

帕金森病患者除了具有典型运动症状外，还存在许多非运动性障碍，尤以认知功能障碍为代表。研究［1－2］指出行走中帕金森病患者与健康老年人相比步速较慢、步长较小、双脚支撑期变长，而在行走时同时进行认知任务会对步态产生干扰效应。但研究多开展于理想路面环境下 （水平平整路面），对复杂路面条件下的双重任务的研究未有报道。因此，本研究的目的是探讨不同路面环境下认知负荷对帕金森病患者步态的影响，为帕金森病的康复治疗提供参考依据。

1 对象和方法

1.1 研究对象

帕金森组：9名帕金森病患者，其中男性5名，女性4名，年龄 （67.7±7.1）岁，身高 （1.66±0.16）m，体重 （81.0± 20.6）kg。对照组：9名健康受试者，其中男性 6名，女性 3名，年龄 （67.7±8.0）岁，身高 （1.69±0.05）m，体重 （74.5 ±5.6）kg。入组条件：①年龄50岁以上；②无影响步态的下肢肌肉骨骼疾患；③健康受试者平衡稳定能力正常；④帕金森病患者服用抗帕金森病药物能够独立行走。所有受试者参与本研究前签署知情同意书。两组人群在年龄，身高和体重上无统计学差异。

1.2 研究方法

实验在帕金森病患者服药后的 “开期”进行。路面环境包括路面条件和路面结构两种因素。其中路面条件因素分为平坦路面和非平坦路面 （由聚氨酯仿岩石板模拟）两种情况；路面结构分为水平和横向倾斜10°两种情况。认知负荷的实施是要求受试者在步行的过程中同时执行连续减7任务。数字从50～99之间随机挑选。采用美国NaturalPoint公司生产的运动捕捉系统及2个AMTI测力台来收集受试者的步态信息。受试者被要求在四种不同路面环境 （水平平坦路面、横向倾斜10°的水平路面、水平非平坦路面和横向倾斜10°的非平坦路面）下分别进行无认知负荷的步态测试和加载认知负荷的步态测试。

1.3 数据处理及分析

从数据中选择两腿各10个完整步态周期作为研究范围。利用Visual 3D数据处理软件得到步态的时空参数，包括步速、步频、步长、步宽及单支撑期和双支撑期。其中步长和步宽将用腿长进行归一化处理。应用SPSS 20.0软件进行统计学分析，采用三因素重复测量方差分析来判断认知负荷及路面条件及结构对步态时空参数的影响。设显著性水平为P＜0.05。

表1 帕金森病患者组各条件下的步态时空参数（±s）

表1 帕金森病患者组各条件下的步态时空参数（±s）

注：*表示显著的认知负荷因素影响，#表示显著的路面条件因素影响。

时空参数 组合条件 平坦路面水平 横向倾斜 水平 横向倾斜步速 自由行走 0.87±0.22 0.86±0.26 0.77±0.28 0.73±0.30（m／s）*# 步行+计算 0.74±0.25 0.73±0.31 0.65±0.27 0.65±0.31步频 自由行走 93.21±8.97 93.38±11.86 87.05±15.10 86.18±17.14（步/min）*#步行+计算 82.42±14.37 83.08±18.36 78.74±15.36 79.28±15.54步长 自由行走 0.75±0.16 0.71±0.12 0.70±0.17 0.65±0.17（%腿长）*#步行+计算 0.72±0.21 0.69±0.17 0.66±0.22 0.63±0.21步宽 自由行走 0.16±0.03 0.15±0.03 0.17±0.03 0.16±0.03（%腿长）#步行+计算 0.16±0.04 0.16±0.03 0.18±0.04 0.18±0.04单支撑期 自由行走 0.71±0.09 0.70±0.10 0.68±0.11 0.65±0.13（%）＃ 步行+计算 0.67±0.13 0.68±0.16 0.66±0.15 0.65±0.14双支撑期 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+计算 0.33±0.13 0.32±0.16 0.34±0.15 0.35±0.14

2 结果

通过对帕金森病患者组和健康对照组的三因素重复测量方差分析 （表1和表2），发现加载认知负荷对帕金森病患者组和健康对照组的步速、步频和步长均有显著影响，表现为步速降低，步频减少和步长变短的特点；路面条件的变化对帕金森病患者组和健康对照组的步态时空参数亦有显著影响，两组受试者在非平坦路面上均表现出步速、步频和步长上的减少和降低。此外，帕金森病患者在非平坦路面上行走时还表现出步宽变大，双支撑期比例变长和单支撑期比例变短的特点。而路面结构的横向倾斜对各时空参数并无显著影响，同时亦未发现认知负荷、路面条件及结构三种因素间显著的交互效应。

3 讨论

虽然有研究［3］表明，帕金森病患者在步行过程中同时执行一个认知负荷任务会对步态产生干扰效应，并解释此种现象是由于帕金森病患者的注意资源分配不合理造成的，但本研究结果显示，帕金森病患者和健康老年人在给予负荷任务后，步速、步频和步长都较自由行走条件下有显著的缩短，提示认知负荷对两组人群的步态参数均有影响。因此，本研究认为当行走和计算同时进行时，活动所需的资源总量超过了个体拥有的资源总量，引起了资源分配不足并且导致认知超载现象的发生。另一方面，本研究发现，帕金森病患者在认知负荷条件下和健康老年组采取了相同的代偿性策略以增加步行的稳定性，表明帕金森病患者同样保留了针对环境变化对步态作出调整的能力。

表2 健康对照组各条件下的步态时空参数（x±s）

本研究结果亦显示，路面环境对行走的影响并不相同，其中路面的平坦与否改变了帕金森病患者和正常老年人的行走策略，但路面的横向倾斜并未对两组的步态产生显著的影响。虽然在非平坦路面上两组人群均降低了步速和步频，缩短了步长，但健康老年人在步宽和步态时相上的变化不明显，提示其步态的控制能力更强；而帕金森病患者在非平坦路面上的步宽变大，单支撑期比例缩短和双支撑期比例增加都表明非平坦路面对此类人群更具有挑战性，并暗示帕金森病患者试图通过改变更多步态参数来获得行走的稳定性。

综上所述，本研究揭示了认知负荷和路面环境对帕金森病患者的影响，发现路面条件的改变和步行中执行计算任务可能会增加其跌倒的风险。在康复治疗过程中应注意对帕金森病患者在不同路面环境下的步态训练及双任务训练以增强其回归社会的能力。

[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.

（责任编辑：常海庆）

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

江苏省高等学校大学生实践创新训练计划项目 （项目编号：201610313048Y）；江苏省教育厅开放研究课题 （项目编号：KJS1401）作者简介：陆振南，男，徐州医科大学生物医学工程专业，本科生。

*通讯作者：徐航，E－mail：h＿xu＠xzhmu.edu.cn。