不同認(rèn)知任務(wù)對早期認(rèn)知障礙患者步態(tài)時空參數(shù)的影響

賈瑞冬 鐘 倩 周秋敏 高雅新 吳 含 孫翠云 田慧芳 楊 茜 Nawab Ali 王 彤 朱 奕(通訊作者)

( 1 南京醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院康復(fù)醫(yī)學(xué)中心 ， 江蘇 南京 210029 ； 2 南京大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬鼓樓醫(yī)院康復(fù)醫(yī)學(xué)科 ；3 南京醫(yī)科大學(xué)附屬蘇州醫(yī)院康復(fù)醫(yī)學(xué)科 ； 4 南京醫(yī)科大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院 )

阿爾茨海默病(Alzheimer’s disease, AD)是臨床常見的老年神經(jīng)退行性疾病，是失智癥最常見的類型，患病后可導(dǎo)致進(jìn)行性認(rèn)知障礙，隨著疾病的發(fā)展，患者逐漸喪失日常生活能力[1]。主觀認(rèn)知下降(subjective cognitive decline, SCD)階段和輕度認(rèn)知障礙(mild cognitive impairment, MCI)作為AD臨床前期，在最新的AD診斷標(biāo)準(zhǔn)中，已被納入AD疾病譜的不同階段[2-3]。SCD指個體主觀自覺存在記憶能力或其他領(lǐng)域認(rèn)知功能的下降，但神經(jīng)心理學(xué)評估結(jié)果未出現(xiàn)異常[4]；MCI患者認(rèn)知功能介于正常老年人與失智癥之間，60歲及以上老年人MCI的患病率為15.5%[5]，年失智癥轉(zhuǎn)化率可達(dá)28%，并且隨著年齡的增加，MCI患病率及失智癥轉(zhuǎn)化率也呈上升趨勢。因此，SCD及MCI的早期診斷和治療近年來備受關(guān)注。MCI患者認(rèn)知功能的下降常與步態(tài)異常同時出現(xiàn)，并且MCI跌倒率的增加與雙重任務(wù)(dual task)下的步行能力下降密切相關(guān)，有研究提示，SCD患者在雙重任務(wù)下姿勢控制也表現(xiàn)出異常[6-7]。雙重任務(wù)是同時執(zhí)行原發(fā)任務(wù)和繼發(fā)任務(wù)[8]。因此有學(xué)者提出在步行的過程中給予患者一定的認(rèn)知干擾能夠預(yù)測其運動能力喪失以及失智癥進(jìn)展[9]，但哪種認(rèn)知干擾對步行能力的影響最為顯著，目前尚不明確。因此，本研究采用三維運動捕捉系統(tǒng)來評價早期認(rèn)知障礙老年人單雙任務(wù)下的步行能力，旨在探索不同認(rèn)知任務(wù)對早期認(rèn)知損害老年人雙重任務(wù)步態(tài)時空參數(shù)的影響，為提高老年人認(rèn)知能力提供可行的雙重任務(wù)評定方案。報告如下。

資料與方法

1 一般資料：本課題組于2019年6月-10月通過報紙等方式公開向社會招募老年人180余例，通過初步篩查和認(rèn)知評估最終納入83例符合條件的受試者。本研究已通過南京醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院倫理委員會的批準(zhǔn)(批準(zhǔn)號：2019-SR-105)，且所有受試者均自愿簽署知情同意書。(1)入組標(biāo)準(zhǔn)：MCI組。①符合美國國立老化研究院(National Institute on Aging, NIA)和阿爾茨海默病協(xié)會(Alzheimer's Association, AA)2018年最新MCI診斷標(biāo)準(zhǔn)，并且患者病情穩(wěn)定[4]；②存在≥6個月的記憶障礙主訴，且日常生活不受影響；③滿足以下條件中任意1條：記憶、語言、執(zhí)行功能中至少1個認(rèn)知域的2個神經(jīng)心理測評分都低于正常范圍的1個標(biāo)準(zhǔn)差(1.0 SD)；三大認(rèn)知域中，均有1個神經(jīng)心理測評分都低于1.0 SD。SCD組。①符合2014年SCD協(xié)作組提出的診斷標(biāo)準(zhǔn)，且病情穩(wěn)定[10]；②同時滿足以下條件者：神經(jīng)心理測評尚未達(dá)到MCI診斷標(biāo)準(zhǔn)，存在記憶主訴，存在≥6個月的記憶下降擔(dān)憂。NC組。①神經(jīng)心理學(xué)測評尚未達(dá)到MCI診斷標(biāo)準(zhǔn)；②不存在認(rèn)知受損主訴。(2)排除標(biāo)準(zhǔn)：①年齡≤55周歲或>85周歲者；②診斷為血管性癡呆癥者，即改良的Hachinski缺血量表(modified ischemic scale, MHIS)評分>4分；③因其他嚴(yán)重疾病無法配合認(rèn)知功能測評者；④合并嚴(yán)重的糖尿病足，心血管疾病，骨關(guān)節(jié)等運動系統(tǒng)疾病或平衡功能障礙影響步行者。

2 方法

2.1 認(rèn)知功能評估：根據(jù)《中國阿爾茨海默病臨床前期主觀認(rèn)知下降的診治策略》[11]，記憶功能評估采用華山版聽覺詞語學(xué)習(xí)測驗[12](verbal learning Huashan version，AVLT-H)，評估延時記憶(N5)和再認(rèn)(N7)功能，測試內(nèi)容包含3組不同類別的詞語共12個，回憶及再認(rèn)詞語正確的個數(shù)越多，表明記憶功能越好；語言功能評估采用動物詞語流暢性[13]和波士頓命名測試(Boston Naming Test, BNT)[14]，動物流暢性測試要求受試者在1分鐘內(nèi)盡可能多且不重復(fù)地說出動物的名稱，個數(shù)越多提示語言功能越好；波士頓命名要求受試者對30幅日常生活常見物品進(jìn)行識別，正確個數(shù)越多提示語言功能越好；執(zhí)行功能評估采用形狀連線測驗 A (A,TMT-A)和 B (A,TMT-B)[15]，完成時間越短，提示執(zhí)行功能越好。根據(jù)以上評估結(jié)果，將受試者分為NC組、SCD組及MCI組。見表2。

2.2 步行能力評估：3組受試者的步行能力評估在南京醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院(江蘇省人民醫(yī)院)鐘山康復(fù)分院三維步態(tài)分析實驗室進(jìn)行，測試環(huán)境安靜且地面平整。受試者統(tǒng)一著實驗室提供的測試服裝并自備日常步行的鞋襪。測試開始前，先由實驗人員引導(dǎo)受試者在測試區(qū)域步行數(shù)個來回適應(yīng)測試環(huán)境，并了解測試內(nèi)容。正式開始時，先進(jìn)行單任務(wù)測試，受試者以自選速度步行，再進(jìn)行4種不同類型雙重任務(wù)步行能力測試。測試過程由實驗人員全程監(jiān)護(hù)避免受試者摔倒。單任務(wù)與雙重任務(wù)測試方案均重復(fù)進(jìn)行3次，保證至少采集10個完整步行周期參與數(shù)據(jù)分析，2次試驗之間間隔適當(dāng)休息時間，為排除步行啟動時加速及結(jié)束時減速的加速度影響，開始與結(jié)束時1米內(nèi)的步行周期不納入計算分析。

2.2.1 試驗方案：(1)單任務(wù)步行。受試者自選最舒適的步行速度進(jìn)行步行。(2)雙重任務(wù)步行。①步行+計算任務(wù)：步行時執(zhí)行100連續(xù)減7的計算任務(wù)；②步行+說動物名任務(wù)：步行時執(zhí)行連續(xù)說動物名字的任務(wù)，且動物名不重復(fù)；③步行+故事回憶任務(wù)：步行前由實驗人員讀給受試者聽一個簡短的小故事，然后開始步行，步行時回憶并說出故事的主要內(nèi)容；④步行+詞語回憶任務(wù)：步行前由實驗人員讀給受試者聽5個不同中文詞語，然后開始步行，步行時回憶并說出這5個詞語，順序無要求。

2.2.2 數(shù)據(jù)采集及分析：采用三維運動捕捉系統(tǒng)(Vicon Nexus2.8, Oxford Metrics, Oxford, UK)對受試者步態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，系統(tǒng)共配備12部紅外線攝影機(jī)(Vantage5, Vicon Nexus2.8, Oxford Metrics, Oxford, UK)。數(shù)據(jù)采集前先進(jìn)行環(huán)境校準(zhǔn)、系統(tǒng)定標(biāo)，見圖1。本實驗采用100Hz采樣頻率，CGM2.3(Conventional Gait Model2.3)運動捕捉模型[16]，見圖2。數(shù)據(jù)分析采用Visual 3D建模仿真分析軟件(Visual 3D Professional V6, C-Motion Incorporation USA)，步態(tài)時空參數(shù)濾波截止頻率為7Hz，采用基于模型數(shù)據(jù)的計算命令對數(shù)據(jù)進(jìn)行運算分析。

3 觀察指標(biāo)：采集并分析受試者步行單任務(wù)與雙重任務(wù)下步長、步速、步態(tài)周期時空參數(shù)。步長為一側(cè)腳跟觸地到對側(cè)腳跟觸地之間的距離，步長越大提示步行能力越好；步速為一側(cè)腳跟觸地到同側(cè)腳跟觸地之間的距離除以經(jīng)過的時間，步速越快提示步行能力越好；步態(tài)周期為一側(cè)腳跟觸地到同側(cè)腳跟再次觸地所經(jīng)歷的時間，步態(tài)周期越短提示步行能力越好[17]。

5 結(jié)果

5.1 3組受試者一般資料對比：本研究共納入受試者83例，其中NC組26例，SCD組34例，MCI組23例。3組受試者的性別、年齡等一般臨床資料無顯著性差異(P>0.05)，見表1。

表1 3組受試者一般資料比較

5.2 3組受試者認(rèn)知功能評估結(jié)果對比:NC組、SCD組和MCI組記憶、執(zhí)行及語言功能均呈依次下降趨勢。3組N5評分(x2=15.191,P<0.001)、 N7評分(x2=24.76,P<0.001)、TMT-A測試評分(x2=23.86,P<0.001)和波士頓命名測試評分(x2=6.77,P=0.034)均有顯著性差異；TMT-B測試(P=0.013,P<0.001)和動物流暢性評分(P=0.004,P<0.001)NC組與SCD組、MCI組兩兩比較均有顯著性差異。見表2。

表2 3組受試者認(rèn)知功能評估結(jié)果對比

5.3 3組受試者步態(tài)時空參數(shù):(1)3組受試者步態(tài)時空參數(shù)組內(nèi)比較。3組受試者在不同雙重任務(wù)下較單任務(wù)相相比步長變短、步行速度變慢，步態(tài)周期變長。其中，NC組在報動物名任務(wù)下，步行速度和步態(tài)周期與單任務(wù)相比有顯著性差異(P<0.005)；在故事回憶任務(wù)下，步行速度和步長與單任務(wù)相比存在顯著性差異(P<0.001)；在詞語回憶任務(wù)下，步長與單任務(wù)相比有顯著性差異(P<0.005)。SCD組在報動物名任務(wù)下，步行速度和步態(tài)周期與單任務(wù)相比，有顯著性差異(P<0.001)；在故事回憶和詞語回憶任務(wù)下，步行速度與單任務(wù)相比有顯著性差異(P<0.001)。MCI組在故事回憶任務(wù)下，步行速度與單任務(wù)相比有顯著性差異(P<0.001)；在報動物名、故事回憶和詞語回憶任務(wù)下，步態(tài)周期與單任務(wù)相比有顯著性差異(P<0.001)。但3組受試者中的計算雙重任務(wù)下的步行速度、步長和步態(tài)周期與單任務(wù)相比沒有差異(P>0.005)。另外，3組受試者的兩兩雙重任務(wù)之間的步態(tài)時空參數(shù)組內(nèi)比較無顯著性差異(P>0.005)。見表3。(2)3組受試者步態(tài)時空參數(shù)組間比較。計算任務(wù)下，MCI組步態(tài)周期大于NC組和SCD組，差異均有顯著性(P<0.017)；故事回憶任務(wù)下，MCI組步行速度小于SCD組，步態(tài)周期大于SCD組，差異均有顯著性(P<0.017)；詞語回憶任務(wù)下，MCI組步態(tài)周期大于NC組，差異具有顯著性(P<0.017)。見表3。

表3 3組受試者單、雙重任務(wù)下步行時空參組內(nèi)和組間比較

討 論

迄今為止，藥物治療并不能有效逆轉(zhuǎn)AD的病情，因此，早期篩查與診斷AD臨床前期患者尤為關(guān)鍵。如能在SCD及MCI階段及時干預(yù)，有望降低AD的發(fā)病率，因此，SCD及MCI階段的篩查與診斷非常重要。既往的研究表明，雙重任務(wù)測試可用于認(rèn)知功能的評估，但哪種認(rèn)知任務(wù)干擾對于早期認(rèn)知障礙的老年人最為敏感，目前尚不明確。本課題組對早期認(rèn)知損害的老年人進(jìn)行不同雙重任務(wù)下步行能力測試，收集與分析單任務(wù)以及雙重任務(wù)下步行時空參數(shù)，探索不同類型雙重任務(wù)對于早期認(rèn)知障礙老年人步態(tài)時空參數(shù)的影響。

本研究發(fā)現(xiàn)，3組受試者在不同類型雙重任務(wù)下步速較單任務(wù)相比減慢，步長減小，步態(tài)周期變大。除計算任務(wù)外，其他3種認(rèn)知任務(wù)干擾對不同時空參數(shù)存在顯著性改變，這與以往的研究結(jié)果并不一致[8,21]可能與本研究入組的人群有關(guān)，我們主要納入以記憶損害為主的遺忘型MCI和有記憶力下降主訴的SCD，受試者可能不存在顯著的計算能力損害，因此，計算任務(wù)可能對于本試驗人群不敏感。除此之外，我們發(fā)現(xiàn)說動物名雙重任務(wù)下步態(tài)時空參數(shù)與單任務(wù)相比存在顯著差異，同時我們還發(fā)現(xiàn)，在認(rèn)知功能評估結(jié)果中，SCD與MCI波士頓命名以及言語流暢度測試均有下降表現(xiàn)，能夠解釋說動物名雙重任務(wù)表現(xiàn)下降；在故事回憶任務(wù)下，步行速度最慢，可以說明言語流暢度和記憶任務(wù)對于認(rèn)知損害老年人來說難度最大。而在不同類型雙重任務(wù)下步態(tài)時空參數(shù)組間比較中，故事回憶雙重任務(wù)下SCD組步速大于MCI組，步態(tài)周期小于MCI組；在報動物名任務(wù)下，3組受試者兩兩比較步態(tài)時空參數(shù)均無顯著性差異，同樣說明故事回憶任務(wù)難度最高，用于區(qū)分不同組別最敏感，而報動物名任務(wù)則不推薦作為區(qū)分不同組別的雙重任務(wù)。本課題組既往研究結(jié)果表明，不同類型認(rèn)知任務(wù)對MCI患者認(rèn)知消耗程度不同，其中步行+記憶故事任務(wù)最大，對于區(qū)分不同認(rèn)知損害老年人具有較好的敏感性，與本研究結(jié)果一致[18]。研究表明，步速下降是認(rèn)知損害的早期表現(xiàn)，且雙重任務(wù)下步速下降是MCI向失智癥進(jìn)展的高危因素[19]。因此，雙重任務(wù)下步速檢測可作為認(rèn)知損害老年人重要的評估指標(biāo)。本研究結(jié)果顯示，在單任務(wù)、計算任務(wù)、報動物名任務(wù)以及詞語記憶任務(wù)下，3組受試者步速兩兩比較無顯著性差異，可能是因為認(rèn)知任務(wù)難度較小，對于區(qū)分不同組別不敏感。另有研究指出，言語任務(wù)(如自主報動物名稱)由于節(jié)奏感及韻律較強(qiáng)，且言語流暢性主要與語義記憶相關(guān)，而MCI認(rèn)知損害主要體現(xiàn)在工作記憶上，所以導(dǎo)致結(jié)果差異不明顯[20]。除不同類型認(rèn)知任務(wù)影響測試結(jié)果以外，測試步行的距離及時間較短也是重要的影響因素[21-22]。既往的研究提示海馬以及前額葉與記憶和執(zhí)行功能是密切相關(guān)的[23]，同時這兩個腦區(qū)都參與了步行控制[24]，因此表現(xiàn)為認(rèn)知能力越好，步行能力也越好[25]。研究表明，步態(tài)周期與MCI患者海馬的神經(jīng)活動呈負(fù)相關(guān)[26]，說明海馬也可能參與了步行控制[24]，而內(nèi)側(cè)前額葉(medial prefrontal cortex，mPFC)參與瞬時和延遲記憶過程[27]，因此我們發(fā)現(xiàn)，采用故事回憶雙重任務(wù)時，3組受試者步態(tài)時空參數(shù)差異最大，對于區(qū)分不同組別更為有效。但其具體的的發(fā)生機(jī)制尚需更多的研究來證實。

本研究創(chuàng)新之處在于采用不同類型雙重任務(wù)來評價受試者的步行能力，探索性地發(fā)現(xiàn)故事回憶雙重任務(wù)較其他雙重任務(wù)更能敏感區(qū)分MCI、SCD和NC。本研究尚存在不足之處，如步行能力評價只局限于時空參數(shù)，未來研究應(yīng)結(jié)合步行運動學(xué)以及動力學(xué)參數(shù)進(jìn)行研究，更應(yīng)進(jìn)一步探索任務(wù)與相關(guān)功能腦區(qū)之間的關(guān)系。

結(jié)論:不同類型雙重任務(wù)下早期認(rèn)知障礙老年人步態(tài)時空參數(shù)與正常老年人相比存在差異，故事回憶雙重任務(wù)難度最高，用于區(qū)分不同組別最為敏感。