遗忘型轻度认知障碍日常步态特征及变异性研究

谢海群 吕泽平 王玉凯 黄淑云 陶帅 张薇平 黄嘉星 黄秋兰

遗忘型轻度认知功能障碍(amnestic mild congnitive impairment，aMCI)是轻度认知障碍(mild congnitive impairment，MCI)的亚型，该类患者是阿尔茨海默病(Alzheimer disease，AD)的患病高危群体，随着病情进展可能发展为AD[1]。AD严重影响老年人的健康和生活质量，给家庭和社会造成了沉重的负担。目前，尚无治愈AD的方法，因而应早期识别和干预aMCI，对改善症状和延缓疾病进程具有重要意义。

aMCI的准确识别依赖神经心理评估和生物标志物检测[2]，但这些神经心理评估耗时费力，生物标志物的获取受检查的侵入性、设备条件、检测成本等限制，难以在临床医疗机构广泛应用。因此，近年来，愈来愈多的研究探寻易于检测、能协助早期诊断及监测病情的替代性生物指标，包括各种非认知的行为学检测指标等。其中通过步态检测日益受到关注。

国外多项研究发现，步态参数中的节律、变异度和步速等与认知功能评定结果具有相关性[3]，MCI患者出现痴呆前，均出现不同程度的步态异常[4]。然而，既往大部分研究只探讨了MCI人群与步态的关系，尚未深入探讨与AD进展密切相关的aMCI患者与步态的关系。由于aMCI是AD早期识别和干预的关键疾病，因此，针对aMCI的步态研究有必要进一步深入探讨。

近年来，随着步态定量分析的技术不断发展，内置传感器可穿戴设备技术已开始应用于日常步态检测。目前已有应用这些技术评估帕金森病、跌倒等疾病的研究[5-6]。但国内外尚无aMCI与日常步态的相关研究。因此，本研究采用可穿戴式步态测试系统，实时采集受试者日常步态数据，探讨aMCI人群与正常健康人群的步态差异性，明确aMCI步态障碍的特征，探索步态能否成为早期识别认知障碍的无创性生物指标。

1 对象和方法

1.1 研究对象本研究收集2017年12月至2018年3月诊断为aMCI的患者28例，均来源于佛山市第一人民医院神经内科或国家康复辅具研究中心附属康复医院门诊。同时纳入收集来自社区的正常认知功能人群20名，作为正常对照。

aMCI组纳入标准：(1)符合以下Perterson及国际工作组修订的临床诊断标准[7-8]：①由患者、知情者或医生发现的认知功能改变；②单个或多个认知领域受损的客观证据，并以记忆力损害为典型表现(低于年龄和受教育程度匹配的正常对照1.5个标准差)；③复杂的工具性日常能力可有轻微损害，但保留日常生活、日常自理能力；④临床痴呆评定量表(CDR)评分=0.5。(2)55～80周岁。(3)小学或以上文化学历。(4)能够自主正常行走。

认知正常对照组(对照组)纳入标准：(1)无记忆力下降主诉，认知功能和日常生活能力正常。(2)55～80周岁。(3)小学或以上文化学历。(4)能够自主正常行走。

排除标准：(1)卒中病史或其他神经系统疾病(如痴呆患者、脑白质变性、脑外伤、脑部肿瘤、帕金森病、中枢神经系统炎症性疾病、癫痫等)、系统性疾病(如梅毒、甲状腺功能减退、严重贫血、抑郁等)、下肢病变(局部肌力下降、下肢关节或血管病变)及既往手术史所导致的认知功能损害或日常行走能力受损；(2)存在精神因素或拒绝本试验的、不配合完成研究者；(3)研究过程中由于各种因素，无法再继续配合研究者。

1.2 方法

1.2.1一般资料：采集的资料包括年龄、身高、体重、性别、文化程度、既往病史(高血压、糖尿病、脑血管疾病及头颅外伤史等)、生活方式(吸烟及酒精摄入情况等)。

1.2.2神经心理学评估：总体认知功能评估包括简易智能精神状态检查量表(Mini-Mental State Examination，MMSE)、蒙特利尔认知评估基础量表(中文版)(Montreal Cognitive Assessment-Basic，MoCA-B)。认知域的评估包括记忆力、执行能力、注意力和语言评估，分别采用听觉词语学习测验(Auditory Verbal Learning Test，AVLT)、Stroop色词测验(Stroop’s Color Word Test， SCWT)，符号数字模式测验(Symbol Digit Modalities Test，SDMT)、波士顿命名测验(Boston Naming Test，BNT)。

1.2.3日常多维步态参数的采集：本研究所采集的多维步态参数所使用的设备为内置传感器可穿戴式步态数据采集鞋(福途侍QHZX-1步态检测评估与训练智能鞋，大连乾函科技公司)简称“步态鞋”。步态鞋内安装有各项步态传感器，包括压力传感器、曲度传感器、加速度计、陀螺仪和惯性传感器等，可实时高精度地采集受试者步态的各项指标，配合穿戴于肢体和躯干的整合角度计模块，可以获得全面的个体步态信息[9]。

多维步态参数包括：(1)步行频率、步行速度、跨步长度、跨步时间4项基本参数，代表研究对象的基础步态情况；(2)跨步长度和跨步时间变异率，表示研究对象的步态稳定性，变异率=(标准差/均数)×100%。多维步态参数及其简要含义见表1。研究对象使用步态鞋每天至少1 h，连续2周。通过步态鞋的数据上传模块，日常穿戴过程中的各项步态原始数据被实时采集并上传至采集系统后台。原始采集数据在系统后台经过滤波去噪处理和步态算法处理后，得到上述各项步态参数的全面信息。

表1 各项多维步态参数资料

研究对象步态鞋穿着的要求：在使用步态鞋前，研究人员对所有研究对象进行一对一教学，并强调患者除严格遵守前述设备穿戴要求外，还需遵守：(1)穿着设备时，禁止进行运动、跳舞、跑步、室内行走等非常规日常户外行走方式；(2)特殊情况(如雨雪天气、过节、终端检测到设备出现故障时等)下暂不穿戴，以避免步态数据误差。

1.3 统计学处理应用SPSS软件进行对分析。计量资料采用均数±标准差表示。年龄、受教育程度、步态参数等数据符合正态分布，组间比较采用t检验。认知功能指标包括MMSE、MoCA-B评分等数据为非正态分布的计量资料，组间比较采用Mann-WhitneyU检验。性别为计数资料，以例数(%)表示，组间比较采用Chi-square检验。以P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组人口学资料及神经心理学评估结果比较两组间年龄、性别、受教育程度水平差异无统计学意义(P> 0.05)。aMCI组MMSE、MoCA评分均显著低于对照组(P<0.01)；aMCI组的听觉词语学习测验-短延迟回忆、听觉词语学习测验-长延迟回忆评分均低于对照组(P<0.05)；aMCI组的Boston命名测验、Stroop色词测验评分与对照组差异无统计学意义(P>0.05)。具体见表2。

表2 两组研究对象的人口学资料及神经心理学评估

2.2 两组研究对象的日常步态参数比较aMCI组的步行速度及跨步长度均显著低于对照组(P<0.05)，aMCI组的跨步时间变异率显著高于对照组(P<0.05)。两组研究对象间的跨步时间、跨步长度变异率以及步行频率的差异无统计学意义(P>0.05)。具体见表3。

表3 两组研究对象的日常步态参数比较

3 讨论

本研究通过可穿戴式步态设备，实时采集受试者日常步态数据，探讨aMCI人群与正常健康人群的步态差异性。结果显示，与认知正常对照组相比，aMCI组步行速度、跨步长度下降，跨步时间变异性升高，提示aMCI人群的日常行走过程中步行功能受损，步态稳定性下降。这些揭示了aMCI日常生活步态异常的特征性改变，可能对于aMCI的鉴别和评估疾病功能状态有一定的意义。

认知功能水平是评估aMCI的临床表现和鉴别疾病的重要依据，需要通过多种认知神经心理测试量表明确，但这些烦琐的测试存在客观性不够，重复性能和效率低等缺陷。近年来，大量的研究在探索其他测试手段，以便客观、便捷地协助疾病早期诊断及监测病情。其中，认知功能损害与步态变化的关系日益受到关注。荟萃分析结果显示，老年人步态障碍与老化和认知功能密切相关[10]。在著名的鹿特丹流行病学调查研究中，1232名55岁以上的居民参与者接受了认知和步态评估。结果显示，步态参数中的节律、变异度和步速等与认知功能评定结果具有相关性[3]。有研究表明，通过定量步态分析，许多步态变化存在于AD的早期阶段[11]。2017年JAMA Neurology的一篇文章明确指出了步态相关的运动标志物的设想[12]。该研究发现，步态测试异常的MCI患者进展为痴呆的风险高于正常者[12]。

步行速度和跨步长度是反映步态动力学特征的基本参数之一，近年研究表明，认知功能受损的人群常合并步行速度减慢和跨步长度下降[4，12，13]，尤其是在MCI人群中，步行速度减慢是有别于认知正常老人的重要特征[14-15]。在一项为期20年的队列研究中，Buracchio等[16]在12年期间逐年检测204名认知正常老年人的步态参数及认知功能，随访期间观察研究对象是否进展为MCI。该研究发现，进展为MCI的人群步行速度以平均以每年0.02 m/s的速度逐渐减慢，与未进展为MCI的人群组相比差异具有统计学意义(P<0.01)。本研究发现，aMCI组的步行速度显著低于正常老年人，与既往研究的结果相似[4]。

步态变异性是衡量步态稳定性的重要时空参数。它反映了人体调节和保持稳定步态模式的能力。据报道，跨步时间变异性的增加与AD的前驱期有关。一项为期5年的随访研究发现，进展为痴呆的人群跨步长度变异率高于未进展为痴呆的人群，痴呆进展风险较步态稳定的人群高1.37倍[17]。本研究分析了受试者日常生活步态的跨步时间变异率，发现aMCI组跨步时间变异率高于认知正常对照组，提示aMCI人群在日常正常行走情况下，存在步态稳定性下降的步态特征，因此，跨步时间变异性的增加可能有助于区分aMCI和认知正常的老年人。

MCI人群出现的跨步长度、行走速度及步态稳定性下降的病理机制，迄今尚未完全清楚。研究表明AD的重要病理特征为胞外β淀粉样蛋白(Aβ)斑块和细胞内tau蛋白积累导致的神经纤维缠结[18]。在两项淀粉样蛋白PET研究中发现，在AD高危和MCI人群中，步速减慢与脑内Aβ沉积有关，沉积的区域主要集中在前额叶、颞叶、背侧后壳核、枕叶皮质、楔前叶和前扣带回[19]。其中，背侧后壳核和楔前叶与初级运动、辅助运动和初级躯体感觉皮层区域相互关联，在运动回路的调节中起着关键作用。在前额叶方面的研究中，Rosano等[20]纳入了214名非痴呆老年人，并检测其前额叶脑容积、步行速度及认知功能检测，结果显示，前额叶脑容积减少和步行速度下降的研究对象均出现不同程度的信息处理速度、注意力下降；既往研究结果显示，MCI患者步行速度下降与执行功能、视觉记忆、工作记忆等损害有关，而优势半球前额叶皮质负责控制上述认知域[21]。因此，认知减退与步态异常之间的关联是由于脑内共同负责认知及控制步行的脑网络或神经环路出现损害所致[22]

aMCI人群是MCI中与AD密切相关的重要亚型。既往研究中未对纳入MCI病例进行aMCI和非aMCI区分，这种异质性容易对实验结果造成干扰或偏倚。本研究以aMCI人群为研究对象，深入研究aMCI人群的步态异常特征。更重要的是，本研究使用内置传感器可穿戴设备，持续收集受试者日常生活行走过程的步态大数据信息。传统的步态测量方式，多数采用单一的实验室内设定的直线距离，在数分钟内完成行走和步态测试，仅能分析受试者短时间内的步态状况，并不能完全代表受试者在真实生活场景中日常生活的步行情况。因此，与传统在实验室内短时间一次性采集方式相比，本研究更能够客观反映受试者的日常生活步态状况。

综上所述，本研究采用内置传感器可穿戴设备，该技术具有传统步态测量方式及三维步态系统无法实现的优点，较为客观地采集了研究对象的日常正常生活多维步态数据。aMCI人群的日常多维步态受损的特征性改变，将有助于区分aMCI和认知正常成年人。在未来的研究中，需要扩大样本量和纵向研究，进一步深入探索步态异常能否成为识别AD早期和高危人群的无创性生物指标，这对于AD的早期诊断和干预具有重要的意义。