老年人踩踏精确性的研究进展

陈健新 张慧鑫 吴景梅 张瑞丽

(河北医科大学第四医院，河北 石家庄 050011)

踩踏精确性主要是指老年人在行走过程中，脚放置位置的精确性或踩踏到地面的精确性。踩踏精确性差的老年人往往会出现踩踏错误、遗漏及障碍物的接触率增高，从而导致跌倒。一项meta分析显示，老年人跌倒发生率约占18.3%〔1〕，且跌倒后果严重，会降低老年人的生活质量和独立性，是老年人外伤和死亡的重要原因〔2〕。Chapman等〔3〕研究证实，踩踏精确性是造成跌倒的主要危险因素。双脚精确地踩踏地面是安全行走的基础。随着年龄的增加，老年人在行走过程中精确地踩在地面上的能力下降。目前已有用踩踏精确性的测试评估老年人的跌倒风险，且特异度和灵敏度较好〔4〕。本文拟对老年人踩踏精确性的研究进展进行综述。

1 踩踏精确性的影响因素

日常生活中的行走依赖于感觉器官、骨骼肌肉系统和更高级别的认知功能。而老年人肌肉骨骼系统衰退，前庭、视觉、本体感觉等功能不断减退〔5〕，同时，研究发现衰老会导致老年人处理速度〔6〕、抑制能力〔7〕等的恶化。Caetano等〔8〕研究显示，老年人由于感觉功能及认知功能受限，调整步态的能力降低，导致其在规避障碍或踩踏目标时，表现出保守的步态适应策略，但仍表现出较差的踩踏精确性，增加了跌倒风险。

1.1视觉 有效的运动需要视觉、前庭、本体感觉和感觉运动的良好反馈〔9〕。老年人在行走过程中，视觉所扮演的角色十分重要。与年轻人相比，老年人在直立活动中更具有视觉依赖性〔10〕。

1.1.1视觉扫描 视觉扫描能力在识别危险、反馈与计划、执行安全的行走以规避风险方面起着重要作用〔11〕。Lowry等〔12〕研究显示，即使是平坦的直线行走，老年人仍依赖视觉扫描，而在复杂环境中，需要在视觉扫描的基础上，增加认知的灵活性和转换能力。在日常生活中，需要通过视觉扫描收集空间信息及快速准确的定位。老年人在日常行走过程中，往往面临复杂的环境，如上下楼梯、转弯、规避障碍物等。因此需要收集关于环境特征和潜在危害的特征及位置的准确信息，以便朝向安全的区域行走〔13〕。然而，老年人在行走过程中通常会采用不正确的视觉取样策略，如过早的凝视转移，而这种凝视行为会降低踩踏精确性〔14〕。

此外，随着年龄的增加，老年人主动进行视觉扫描的能力下降。如老年人进入房间时，不太可能将视觉固定到扶手上，King等〔15〕推测最可能的原因是年龄相关的检测和处理信息的能力下降，使得老年人不能保留足够的视觉空间信息；也可能是由于老年人为了保持视觉的稳定性，而减少了眼球和头部的运动，因此不能像年轻人一样彻底扫描周围环境。而视觉扫描行为减少时导致无法获得足够的视觉信息，从而在行走过程中容易出现过早的凝视转移，因此破坏了行走过程中的踩踏精确性〔16〕。

1.1.2前庭眼反射 前庭系统通过反射来维持视觉稳定，而这种反射主要是前庭眼反射。当头转动时，要维持稳定的视网膜像，仅靠视觉系统的视网膜处理太慢，潜伏期为70 ms，故需依赖快速的前庭眼运动来维持〔17〕。

在日常生活中，前庭眼反射十分重要，提供了一种通过对环境中的兴趣进行固定来稳定视觉的机制〔18〕。然而为了将凝视从一个目标转移到下一个目标就必须抑制前庭眼的反射〔19〕。研究显示，68%的人都会在行走过程中产生提前的扫视行为〔20〕，这种提前的扫视行为经常出现在改变行走方向，或需要精确地踩踏以规避障碍物的情况下〔21〕。因此，如果前庭眼反射不被抑制，则无法产生提前的扫视行为，而这样会增加跌倒风险〔18，22〕。

1.1.3视觉稳定性 老年人视觉稳定性降低，不仅是因为年龄的增加，也是因为老年人为了保证安全的行走，会通过反复收缩肌肉来减少中心运动的范围，导致下肢高频率的姿势摆动，而这种动作会影响头部的稳定性，破坏了眼睛平稳收集信息的平台。老年人视觉稳定性降低会使视觉场景到达视网膜图像的真实性受到损害，从而导致不能获得充足且准确的时间空间信息〔13〕。

1.2执行功能 执行功能指在完成复杂的认知任务时，对各种认知过程进行协调，以保证认知系统以灵活、优化的方式实行特定目标的一般性控制机制；其本质是对其他认知过程进行控制和调节，根本目的是产生协调有序、具有目的性的行为〔23，24〕。

对于老年人来说，完成踩踏精确性任务的表现与执行功能有很大关系，特别是解决问题的能力以及反应能力〔25〕。在任务期间，进行视觉扫描的同时需要计划路线与规避障碍。随着年龄增加，老年人获取足够的信息并将这些信息整合优化后输出指导动作的能力下降。Alexander等〔26〕研究显示，与年轻人和执行功能较好的老年人相比，执行功能较差的老年人在完成踩踏精确性任务期间，用时更长且精确性更差。Di Fabio〔27〕等研究显示，老年人在完成平台踩踏任务时，会出现扫视——步行延迟，而这种延迟会降低行走过程中的踩踏精确性，增加跌倒风险。Di等〔21〕认为，这种扫视步行延迟与步速没有关系，在研究中所反映的较慢的步速的实质是基于对所提供视觉信息的反应能力和处理能力与执行功能相关联，运动规划的认知能力会干扰扫视步行之间的相互作用。

1.3注意力 注意力是指心理活动对某事物的指向和集中，具有选择功能、调节和监督功能。其中选择及分配功能会因衰老而下降〔28〕。de Bruin等〔29〕认为，即使是健康老年人，行走过程中对注意力的需求同样大于工作记忆的能力。

对注意力分配能力的需求多数是在完成双重任务时。如果注意力的资源有限，则完成双重任务时，至少会有一项任务在执行过程中受损，被认为会增加跌倒的风险〔30〕。双重任务是日常生活活动的常见部分，如行走的同时进行交谈。因此，注意力的分配能力对于安全行走十分重要。此外，Kowler等〔31〕认为，当行走过程中进行扫视时，分配给当前凝视目标的注意力资源则会减少。因此，当老年人在踩踏过程中出现过早的凝视转移时，会过早将注意力资源分配给下一个凝视目标，从而破坏了完成当前踩踏目标的能力，导致踩踏精确性下降〔14〕。

注意力的选择能力可以使老年人忽略不相关的信息，且抑制这种信息所带来的干扰〔30〕。然而，研究表明老年人会表现出与跌倒相关的威胁性刺激的注意偏向，且老年人难以从这种威胁性刺激中脱离〔32〕。这种害怕跌倒造成的注意偏向会加剧这种威胁性刺激带给老年人的焦虑水平，同时会损坏老年人的工作记忆能力。Young等〔13〕研究表明，当老年人处于这种威胁性刺激下，会产生过早的凝视转移，从而破坏踩踏精确性。

1.4肌肉力量 随着年龄的增加，老年人肌肉衰减，脂肪组织逐渐增加，且下肢肌肉比上肢下降明显，导致下肢肌力减退，影响其平衡功能，这是老年人经常跌倒的直接原因〔34〕。肌肉力量在平衡和步态控制中扮演重要角色，特别是需要增加步长以应对步态扰动时，Caetano等〔35〕研究显示，股四头肌力量及姿势的摇摆程度与踩踏精确性密切相关。此外，老年人足部放置位置的变异程度增加，导致踩踏精确性下降，增加了跌倒风险〔3〕。研究发现，身强体壮的人在行走过程中，通过运动系统协调下肢摆动，以适当的调整足部放置的位置，而肌肉无力和运动模式异常可能会影响足部放置的能力〔36〕。

1.5感觉功能 感觉功能与运动功能密不可分。姿势控制是维持所有姿势和活动的重要前提，这个过程主要是由视觉、前庭、本体感觉和机械感受等感觉系统接受外部信息，中枢神经系统对这些信息进行整合，然后计划、组织肌肉骨骼系统产生正确的肌肉收缩，从而实现人体的姿势稳定〔37〕。衰老与许多中枢神经系统变化相关，如神经元丢失、树突损失、分支减少、脑代谢受损、脑灌注减少等。这些变化可能会降低其补偿与年龄相关的感觉功能损伤的能力〔38〕。早年研究发现，视觉对比敏感度、下肢本体感觉、膝关节活动度、姿势摇摆程度及手反应时可以预测社区老年人未来的跌倒发生率，准确性为75%〔39〕。Menant等〔40〕调查发现，深感觉差是障碍物接触率增高的决定因素。

1.6平衡与协调性 平衡能力是确保人类保持稳定站立、行走及完成复杂动作的基本能力。研究显示，在规避障碍物时，良好的平衡能力至关重要，因为在规避障碍物时需要步态的调整及身体支撑基础的变化〔35〕。平衡感觉来自前庭、视觉和躯体感觉，随着年龄增加，老年人本体感觉降低，视力下降，前庭部分老化，导致老年人平衡能力下降〔41〕。当老年人姿势稳定的控制能力减弱时，会出现身体摆动增加、运动迟缓、步态不稳、协调能力减弱及动作精确性下降等，不仅影响了老年人的日常生活，也增加了跌倒风险〔42〕。

眼睛与脚部动作之间的相互协调是日常生活中许多活动成功完成的前提〔27〕。研究证实，眼球运动系统和运动控制系统在视觉指导踩踏的过程中相互作用，运动控制依赖于视觉前馈控制〔43，44〕。随着年龄增加，老年人视觉运动控制能力下降，使得控制脚部踩踏动作的能力下降〔45〕。Hollands等〔46〕发现，当脚精确地踩踏于地面时，需要眼睛与行走动作的相互协调，而且这个相互作用并不是独立的而是受中枢神经系统控制。然而，老年人机体在生理结构和功能方面会呈现不同程度的退行性变〔5〕，从而损坏了这种相互作用。

1.7心理因素 心理因素主要是指与跌倒相关的焦虑，这种焦虑来自环境或任务本身对姿势、平衡造成的威胁〔47〕。研究表明，这种状态性焦虑会损害视觉注意的稳定性，加剧注意偏向从而损伤工作记忆的效率，减少主动视觉扫描行为，还会使老年人将注意力焦点集中于动作本身的协调性而不是动作目标〔13〕。这种焦虑会限制平衡表现，而这种表现与老年人肌肉力量的下降没有关联〔48〕。这一系列焦虑所带来的改变会影响老年人行走过程中的精确性与安全性。Yamada等〔49〕研究显示，有跌倒史的老年人与没有跌倒史的老年人相比，在规避障碍时更容易出现过早的凝视转移。Young等〔33〕研究显示，当踩踏目标增多，任务复杂程度增加时，老年人的焦虑水平会增加，会出现过早的凝视转移并且凝视转移的速度会加快。分析显示，这种焦虑会使规避障碍时的精确性受损。

2 评估工具

2.1行走连线测试(W-TMT) W-TMT由Alexander等〔26〕开发。W-TMT规格为3.66 m×1.00 m，要求参与者以自己选择的步速往返行走。走道上共33个目标(随机放置数字或字母)，出发方向上为17个，返回方向上为16个。W-TMT分为A、B两个部分，A部分要求测试者以升序踩踏数字目标(1至2至3…)，B部分要求参与者同样以升序方式依次踩踏数字和字母目标(1至A至2至B至3…)。此测试需要参与者注意力和视觉扫描能力共同参与。测试不仅可以用来评估踩踏精确性，同时可以作为识别轻度认知障碍的工具〔50，51〕。

2.2多目标踩踏任务(MTST) MTST由Yamada等〔4〕在W-TMT的基础上开发。MTST的规格为10 m×1 m，包含45个(10 cm×10 cm)正方形踩踏目标，共15行，每行会随机包含3个彩色正方形(红色、蓝色或黄色)。一种方块(蓝色或黄色)被指定为目标，其他方块被指定为干扰方块。参与者进行两次测试，在测试中每次会分配一个不同颜色的正方形作为目标。主要测量两种类型的失败，以表明踩踏精确性低：踩踏失败(没有踩到目标方块)，避开失败(踩到了干扰方块)。即使是踩到目标方块的边缘都视为踩踏成功。使用秒表测量执行MTST所需的时间。

相比于W-TMT中不规则设置的踩踏目标和干扰目标，MTST中的目标和干扰目标更为结构化。采用彩色方块的形式呈现，有趣味性更易于老年人接受，测量方法更为简单直观，且可以不受地域、文化、受教育程度的影响。由于老年人踩踏精确性与跌倒密切相关，MTST在测量踩踏精确性的同时，可用来评估老年人的跌倒风险，特异度80.3%，灵敏度75.4%。

2.3其他测试 Chapman等〔3〕研究显示，参与者以自己选择的速度沿着7 m的路径行走，将会遇到3种障碍条件。“一个目标”的条件要求参与者右脚进入目标1。“双目标”条件要求参与者右脚进入目标1，左脚进入目标2。“障碍”条件要求参与者将其右脚放置在目标1上，跨越升高的障碍物后并将其左脚放入目标2中。所有目标为长方形，由轻质泡沫橡胶制成，目标区域为19.0 cm×41.5 cm，并有一个凸起的边界(4 cm×4 cm×4 cm)。木质障碍物的高度为21 cm，水平宽度和厚度分别为67 cm和5 cm。在每次试验开始之前，参与者被指示闭上眼睛。在接到研究人员指令后，参与者才可以睁开眼睛，开始试验。测量时记录踩踏遗漏的目标，踩踏错误的目标及足部中心与目标中心的距离偏差。

该方法有不同的版本，行走路径的长度、目标设置的方式或目标的规格不尽相同。如Pichierri等〔52〕在实验中将障碍物的高度调整为17 cm，为当地瑞士联邦当局所界定阶梯的理想高度。

3 改善方法

3.1纠正不正确的视觉取样行为 视觉对成功运动有重要意义。Crowdy等〔44〕的研究显示，小脑患者存在特征性的眼动缺陷，因此在执行踩踏任务时会采取不正确的眼球运动获取信息，从而破坏了踩踏精确性。通过指导患者进行充分的目标扫视以纠正患者不正确的视觉取样行为，从而快速提高了患者的踩踏精确性。但是此训练效果的长期性及是否可能局限于特定的任务仍需要继续探索。

Young等〔14〕同样通过纠正老年人在踩踏过程中不正确的视觉取样行为，改善了老年人在行走过程中的踩踏精确性。由于老年人在踩踏过程中易出现过早的凝视转移而导致踩踏错误，因此Young等〔14〕通过指导老年人在执行踩踏任务时，要始终凝视每一个目标，直到脚跟完全接触目标，脚尽量踩踏目标的中心，从而改善了踩踏精确性。此方法可以提高老年人对当下踩踏目标的注意力，然而并不能改善老年人踩踏时的脚部运动控制能力。

3.2运动与认知相结合的干预方法 由于躯体功能与大脑的结构性功能分区密切相关〔53〕。认知功能影响躯体功能，而躯体功能可以预见认知功能〔54〕。目前多采用运动与认知相结合的干预方法，改善老年人的躯体运动能力〔55〕。Yamada等〔56〕使用了运动与认知训练相结合的双重任务方法，要求参与者在坐位抬腿的同时，按照要求说出动物、水果、蔬菜的名称，24 w后，发现与单一任务组相比，干预组躯体功能显著改善。Yamada等〔57〕将认知训练与步行运动训练相结合，经过16 w训练后，改善了老年人的躯体功能，提高了踩踏精确性，并降低了跌倒发生率。Pichierri等〔52〕将传统的力量与平衡训练和舞蹈视频游戏相结合，经过12 w训练后，步态表现及脚放置位置的精确性得到显著提高。因此，在传统的训练方案中，应考虑增加认知的训练，以保持或改善老年人的行走能力。

综上，踩踏精确性是造成老年人跌倒的主要危险因素，为了保证老年人安全准确的行走，需要视觉、执行功能、注意力、平衡及心理因素的良好协调。在改善老年人躯体功能的同时，应考虑增加认知训练部分，从而更好地改善老年人的身体表现及大脑的功能发展。此外，还可以通过纠正老年人行走过程中不正确的视觉取样行为来改善踩踏精确性，然而这种方法可能存在局限性，尚需要继续探索视觉扫描行为与踩踏精确性的关系及其他影响因素，从根本上改善踩踏精确性。