认知与动作双任务对老年人跨障步态启动起始与着地瞬时动态稳定性的影响研究

【作者】 史翔玮； 张秋霞； 孔翎宇； 郑艳； 薛景贤； 郎雅倩；

【机构】 苏州大学；

【摘要】 目的:随着年龄的增长,人体神经肌肉系统功能逐渐衰退,表现为姿势控制能力下降、运动协调性减弱和反应速度延迟,这些生理变化显著增加了老年人跌倒的风险。许多老年人在短距离启动行走时容易跌倒,反映出在静止至行走渡阶段平衡控制受限,这种现象在日常生活中较为常见。步态启动是指个体从静止稳定的站立状态自愿过渡到持续行走这一动态不稳定状态的过程,涉及复杂的姿势调整机制,是维持步态平衡与稳定的关键阶段。在现实环境中,步态启动往往并非单一任务,而是伴随着认知或动作任务的协同执行,即"双任务"情境。认知双任务如口算等要求个体分配额外的注意与工作记忆资源;而动作双任务如手持物品行走则涉及运动执行系统的资源共享。大量研究表明,老年人对双任务的处理能力下降,特别是认知资源受限下更易表现出步态启动不稳定,尤其在跨越障碍等复杂环境中更为显著。因此,本研究旨在探讨不同类型双任务(认知与动作)对老年人跨障步态启动过程中起始与着地瞬时的动态稳定性的影响研究,为老年人跌倒风险评估及双任务干预策略提供理论支持和实验依据。研究方法:采用G*Power 3.1软件,结合既往相关研究,设置功效为0.80,Ⅰ类错误率为0.05,效应量为0.25,预估每组所需样本量最低为14人。考虑20%的样本脱落率,最终在实验中分别纳入18名健康老年人和18名健康年轻人。受试者通过在苏州大学及其周边社区随机招募。纳入标准包括:(1)无认知功能障碍,MMSE评分≥27分,能够按照实验指令完成任务;(2)无系统体育训练史,身体形态正常,无明显肥胖者。采用三维摄像运动捕捉系统(100Hz)和三维测力台(1000Hz)步采集运动学和动力学数据。在正式实验开始前,要求受试者穿着紧身实验服进行5分钟热身,并确定优势跨障腿。障碍物高度设置为受试者腿长的30%。热身结束后,由同一实验人员在所有受试者全身贴着直径为14 mm的反光标记点。实验过程中,每位受试者分别在单任务(Single Task,ST)、动作双任务(Motor Task,MT)和认知双任务(Cognitive Task,CT)三种条件下完成跨障步态启动任务。ST条件下仅进行跨障行走,无额外任务;MT的执行方式为受试者右手端持装300ml的水杯进行跨障启动行走至标记点;CT的执行方式为受试者在启动行走的同时进行连续减3的计算。若受试者在CT条件下未能正确完成认知任务,则该试次不纳入分析。每位受试者在每种任务条件下均需完成不少于3次有效试次。选取步态启动执行阶段(LOC)开始和结束时前后和内外侧MOS、足趾间隙、第一步步长以及摆动腿摆动速度作为评价指标。数据分析使用SPSS27软件,所有结果以均值±标准差表示。采用2×3双因素重复测量方差分析检验组别和任务类型对动态稳定性指标的影响。若交互作用显著,则进一步开展简单效应分析;若交互作用不显著,则分别考察各主效应,并采用LSD进行事后比较。显著性水平设定为α=0.05。研究结果:Shapiro-Wilk检验表明,所有变量结果都呈现正态分布。结果显示组别和任务条件对LOC起始和结束时MOSAP和MOSML、足趾间隙、步长和跨障速度均不存在显著交互作用(P>0.05)。LOC起始时,MOSAP和MOSML在三种任务间均呈显著差异(P<0.01),事后比较显示,MT和CT条件下的MOSAP均较ST显著增大(P<0.01),而ST条件下MOSML却显著大于CT(P=0.007),组别主效应均不显著(P>0.05)。在LOC结束时,MOSAP与MOSML的任务主效应显著(P<0.05),且MT条件下两项指标均较ST显著增大(P<0.05),此外,LOC结束时的MOSML存在显著组别主效应(P=0.003),老年组显著高于年轻组。任务条件对步长(P<0.001)、跨障速度(P<0.001)均有显著影响,MT条件下步长较ST与CT显著缩短(P<0.01),而ST与CT间差异不显著(P>0.05);ST条件下跨障速度显著高于MT与CT(P<0.001)。组别对步长(P<0.001)、足趾间隙(P=0.033)、跨障速度(P<0.001)的主效应显著,年轻组的第一步步长、足趾间隙及跨障速度均大于老年组(P<0.05)。研究结论:研究结果发现,尽管在认知与动作双任务条件下,青年组和老年组均采取了更为谨慎的步态启动策略,但老年组在复杂任务情境中趋向选择较保守的策略,优化预期性姿势调整,从而在关键时刻维持较大的动态稳定性。本研究建议在老年人跌倒预防与康复训练中,着重培养在双任务环境下的姿势调整与平衡能力,以同时提升跨障碍安全性和步态启动效率。更多还原