轻度认知功能障碍的中老年社区人群步态特征的探索

毛程璐， 莫雨婷， 杨 丹， 徐 运， 朱晓蕾

随着人口老龄化的发展，痴呆在我国60岁以上人群中的患病率已达6%，并且成为我国第5大死亡原因[1]。研究发现，从认知下降发展到痴呆需要6.7～25年的时间[2]，一旦进入痴呆阶段，脑部结构的改变已难以逆转[3]。据报道，早期识别并干预认知减退可有效延缓认知功能的恶化、大大改善患者的生活质量和预期寿命[4～6]。轻度认知功能障碍(mild cognitive impairment，MCI)被认为是痴呆的早期阶段，其1年内进展为痴呆的比率高达4%～15%[2]，但很多MCI患者，特别是一些教育水平不高的社区人群，常因不能感知自身的认知减退或对此缺乏重视，延误就诊时机。因此，快速准确的认知筛查对于社区人群的脑健康意义重大。

目前，MCI的诊断主要依赖于神经心理学量表，但对于配合度差或不能配合的被检查者，量表的准确性欠佳。研究发现，步态异常和认知的受损密不可分，痴呆的患者较正常人相比步速减慢，步幅、步速、步频等指标对老年人痴呆风险具有预测作用[7]。一项20年的跟踪研究发现，步态的改变可出现在认知障碍的12年前[8]，步态指标具有灵敏识别早期认知减退的潜力。综上，步态检查有望成为识别认知障碍的新方式。相对于认知量表检查，步态检查更快速，对被检查者的理解能力要求不高，可配合性更优。近年来，步态检测技术的更新带来了准确性更高的、涉及时间、空间、时空的多维度定量步态指标，扩大了研究认知对步态影响的视野，为我们探索步态对MCI的识别能力提供了良好的基础。

现有的步态认知关系的研究大多聚焦于60岁以上的老年人。不可忽视的是，从认知减退到痴呆常跨越十数年的时间[2]。因此，前移认知步态研究的年龄窗口很有必要。并且，现有的基于社区的步态认知研究，步态指标多局限于步速，对于认知域也鲜有细致的划分。因此，本研究着眼于中老年社区人群的步态和认知改变，使用Ready Go三维运动平衡测试系统，多维度探索MCI患者步态指标的改变特征，和其与各认知域之间的相关性，并探究步态指标对于MCI的识别能力。

1 对象与方法

1.1 研究对象 2022年于江苏省盐城市同兴村招募450名40岁以上的中老年人。本研究经过南京大学医学院附属鼓楼医院伦理委员会审核批准(伦理号：2017-079-04)，所有受试者均签署知情同意。

受试者纳入标准(1)年龄≥40岁；(2)右利手；3.配合完成认知评估测试及步态测试。受试者排除标准：(1)神经心理学量表认知分级达到痴呆；(2)症状性脑梗死、脑出血、帕金森病、脊髓小脑共济失调、下肢骨折、外伤、关节炎等影响步态的疾病；(3)其他神经系统疾病，如阿尔茨海默病、癫痫、精神疾病、头部外伤史、头部手术史等；(4)某些全身性疾病，如癌症、系统性红斑狼疮、甲减、甲亢等；(5)一些不能配合认知、步态检查的情况，如失明、失聪、肢体残疾等。本次研究共招募450名受试者，根据入排标准，最终有140名受试者纳入研究。根据蒙特利尔认知评估量表(Montreal Cognitive Assessment，MoCA)得分，将受试者分为正常认知组(n=64)和MCI组(n=76)。

1.2 研究方法

1.2.1 背景资料采集 由专业的神经科医师采集受试者的姓名、性别、年龄、教育水平、身高、体重、个人史、家族史。

1.2.2 认知评估 使用简易精神状态检查表(Minimum Mental state Examination，MMSE)和MoCA进行整体认知功能的评估，其中MoCA包括视空间与执行、命名、注意、语言、定向、回忆共6个认知域。使用MMSE进行痴呆的界定，界值如下：教育水平为0年，MMSE<18时诊断为痴呆；教育水平介于1～6年，MMSE<21时诊断为痴呆；教育水平≥7年，MMSE<25时诊断为痴呆；根据MMSE诊断为痴呆时，均需排除。在非痴呆的基础上，使用MoCA进行MCI和正常认知的界定，界值如下：教育水平为0年，MoCA<14时诊断为MCI，MoCA≥14时诊断为正常认知；教育水平介于1～6年，MoCA<20时诊断为MCI，MoCA≥20时诊断为正常认知；教育水平≥7年，MoCA<25时诊断为MCI，MoCA≥25时诊断为正常认知。按照MoCA得分，将受试者分为MCI组和正常认知组。

1.2.3 步态评估 受试者被要求在间距3 m、宽0.5 m的两个矩形间直线行走三个来回，并在矩形内完成转身，要求以日常的行走速度，不停顿，不穿高跟鞋，不穿长裙，且视觉传感器探测的场地范围内无其他人员在场。使用Ready Go三维运动平衡测试系统，通过高精度视觉传感器和人工智能学习算法对全身32个骨骼点进行实时识别，同时通过TOF深度传感器对人体运动过程中的骨骼点实时位置进行三维电子化还原。同时对关键动作如抬脚、落脚、转身、起立、坐下等进行语义分析和AI自动标注。步态指标包括步速、步幅、跨步速度、摆动速度、步高、步宽、步频、协调性、站立相、摆动相、双支撑相，以及各指标的最大值、最小值、平均数、中位数、左-右等，共77个指标。步态指标由Ready Go三维运动平衡测试系统自动计算呈现。

Ready Go三维运动平衡测试系统计算的步态指标定义如下：(1)步速：以单位时间内行走的距离表示，单位cm/s；(2)步幅：同一侧足跟或足尖两点间的纵向直线距离，单位cm；(3)跨步速度：同一侧足步幅/每个步幅周期时间，单位cm/s；(4)摆动速度：同一侧足摆动距离/摆动时间，单位cm/s；(5)步高：足中点与地面的垂直距离，单位cm；(6)步宽：两足中点间的横向距离，单位cm。(7)步频：单位时间内行走的步数，以steps/min表示；(8)站立相：一侧下肢接触地面到再次离开地面的时间，即下肢在地面的阶段，约占步行周期的60%；(9)摆动相：一侧下肢离开地面到再次落地之间的时间，即下肢在空中的阶段，约占步行周期的40%；(10)双支撑相：双足同时着地的阶段，约占一个步行周期的20%，与步速相关，步速越快，双支撑相越短。其中空间指标包括：步幅、步宽、步高；时间指标包括：步速、跨步速度、摆动步速、站立相、摆动相、双支撑相；时空指标包括：步频。

2 结 果

2.1 受试者一般资料分析 两组受试者的年龄、性别、高血压、糖尿病、BMI差异无统计学意义(P>0.05)。经过Mann-Whitney U检验，两组受试者在教育年限上存在差异。以z转化后的教育年限为协变量，进行一般线性模型分析，两组间MoCA、视空间与执行、命名、语言、延迟回忆、定向上存在显著统计学差异(P<0.05)(详见表1)。

2.2 两组间步态差异性比较 以BMI、年龄为协变量，使用一般线性模型进行两组间步态差异的比较，使用Bonferroni方法进行多重比较矫正，结果发现：与正常认知组相比，MCI的受试者在空间指标(步幅、步高、步宽)和时间指标(步速、跨步速度、摆动速度)上均表现较差，时空指标(步频)没有发现统计学差异(P>0.05)(见表2、图1)。

表2 正常认知组和轻度认知功能障碍组两组间的步态指标比较

图1 正常认知组和轻度认知功能障碍组两组间的步态指标比较

2.3 步态与认知域的相关性分析 根据偏相关分析结果，在控制了年龄、教育年限、BMI后，各步态指标与注意均无相关性；步宽与延迟回忆呈负相关；其余部分步态指标和视空间与执行、命名、语言、延迟回忆、定向呈正相关。其中，步幅与延迟回忆、步宽与延迟回忆、步高与命名的相关性较为强烈(见表3)。

表3 步态指标与各个认知域的相关性

2.4 Logistic回归分析 为判断步态指标对预测认知障碍存在与否的分类价值，我们进行了Logistic回归分析。将两组间比较有显著差异的变量(步速、左侧步幅-平均数、右侧步幅-平均数、左侧步幅-中位数、右侧步幅-中位数、左侧步幅-最大值、右侧步幅-最大值、左侧跨步速度-平均数、左侧跨步速度-中位数、右侧跨步速度-中位数、左侧跨步速度-最大值、右侧跨步速度-最大值、左侧摆动速度-最大值、右侧摆动速度-最大值、左侧步高-平均数、右侧步高-平均数、左侧步高-最大值、步宽-平均数、步宽-中位数、步宽-最小值)作为自变量，以认知状态为因变量，其中正常认知赋值为0，轻度认知功能障碍赋值为1，进行Logistic回归分析，并绘制ROC曲线，计算曲线下面积(AUC)。Logistic回归分析结果显示(AUC=0.761，95%CI0.683～0.840，P<0.05)(见图2)。

图2 步态指标构建Logistic回归模型识别轻度认知障碍的ROC曲线

3 讨 论

本研究以认知为分组标准，从时间、空间、时空这三个维度研究了步态的组间差异，细化认知域在步态中的作用，并且通过Logistic回归分析探索了步态判断认知损伤的效能。结果显示：(1)MCI组在步速、步幅、跨步速度、摆动速度、步高、步宽上表现均差于认知正常组；(2)步幅、步宽与延迟回忆，步高和命名之间呈现相关性；(3)通过步速、步幅、跨步速度、摆动速度、步高、步宽构建的Logistic回归模型能够可靠识别MCI的存在。

这是中国社区人群研究中，首次报告MCI患者步高、步宽表现差于正常认知人群。有研究发现，与正常人相比，较慢的步速、更低的步频、更短的步幅、更大的步幅变异性，更长的双支撑相时间、更长的站立时间，更长的跨步时间，更高的摆动时间可变性，均存在于MCI患者中[9，10]。在双重任务下[11]，遗忘型MCI患者可出现更明显的步态障碍特征性改变，包括步行速度下降、步幅缩短和稳定性下降[12]。在中国人群中，在单任务的条件下，MCI和健康对照组在速度、步幅长度和步幅时间上，同样具有较大差别[13]。

有研究提出，步态运动与认知可能有着相同的解剖基础和神经网络[14]。本研究细化了步态指标与认知域之间的相关性，其中，延迟回忆和命名是与步态空间指标改变最为密切的两个认知域。延迟回忆和命名都与颞叶及其临近皮质功能区密不可分[15]。在神经影像的研究中，颞上回区域和海马区域都被发现与步态的改变紧密相连[16]。比如，有研究提出，颞上回是生物运动感知的关键节点[17]，海马或者海马旁回参与了步态的处理与加工[18]，颞叶在步态的平衡或者稳定中具有重要作用[19]。在脑小血管病患者中，步态障碍患者的海马、角回的度中心度(DC)值显著增高，提示步态障碍的患者海马、角回与其他脑区之间的联系代偿性增强[20]。在之前的研究中，执行功能被认为和步态的时间指标，比如步速，存在紧密的联系[21，22]。但对于空间指标与认知域的联系，目前的研究结果尚未达成一致。澳大利亚的学者认为，步幅、双支撑相与执行功能相关，和记忆无关；但梅奥通过横向和纵向的多时间点研究发现，空间(步幅)、时间(行走时间、步速、双支撑时间)和时空(步频)与整体认知和特定认知域(包括记忆、执行功能、视觉空间和语言)的显著下降相关。然而，在我们的研究中，视空间和执行功能作为一个整体进行了分析，这可能是本研究中执行功能未表现出和步态存在联系的原因。此外，步速、步幅、跨步速度、摆动速度、步高、步宽不仅存在组间差异，其在Logistic回归模型中也表现出对MCI良好的识别能力。这是步幅、跨步速度、摆动速度、步高、步宽被首次提出具有早期识别认知障碍的潜力。既往两项队列研究提出，步速对认知恶化有一定的预测价值。行走速度较慢且速度随时间下降幅度较大的受试者发生痴呆的风险更大(HR1.23，95%CI1.03～1.47)[23]。较慢的步速可以预测从MCI过渡到重度认知障碍(InCHIANTI：HR2.08，95%CI1.40～3.07；LASA：HR1.33，95%CI1.01～1.75)以及从正常认知状态过渡到死亡[24]。Logistic回归分析的结果为步态的时间、空间特征早期识别认知功能减退的能力提供了有力的证据。

本研究也存在一定的局限性：(1)纳入的样本量较少；(2)没有采用更为详细的认知域评估方法，比如听觉词语学习测验、Stroop色词测验、符号数字模式测验、波士顿命名测验等分别来评估记忆力、执行能力、注意力和语言功能。在未来的研究中，我们会进一步扩大样本量，细化认知评估，进一步探索步态指标在早期识别认知减退中的作用。

4 结 论

在本项基于中国社区中老年人的研究中，与正常认知人群相比，MCI人群在空间指标(步幅、步高、步宽)、时间指标(步速、跨步速度、摆动速度)表现较差，其中空间指标和延迟回忆、命名之间存在密切的联系，步态的时间、空间特征对于早期认知减退具有良好的识别能力。