《GeroScience》：Recovery strategies during trip-like support surface perturbations while walking in older adults with mild cognitive impairment
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摘要译文：患有轻度认知障碍的老年人（OAwMCI）跌倒的发生率是认知完好的老年人（CIOA）的2倍，这可能归因于反应性迈步功能受损。然而，针对OAwMCI的研究大多集中于滑倒样扰动（向后失去平衡），而非绊倒样扰动（向前失去平衡）。本研究考察了在跑台上行走时受到
摘要译文：患有轻度认知障碍的老年人（OAwMCI）跌倒的发生率是认知完好的老年人（CIOA）的2倍，这可能归因于反应性迈步功能受损。然而，针对OAwMCI的研究大多集中于滑倒样扰动（向后失去平衡），而非绊倒样扰动（向前失去平衡）。本研究考察了在跑台上行走时受到新型支撑面扰动后的反应性迈步策略，并比较了OAwMCI与CIOA在无扰动行走（即绊倒前）及恢复迈步（即绊倒后）期间的跌倒率、稳定性裕度（MOS）、步长和躯干角度。作为探索性分析，研究人员还从扰动发生至恢复足触地期间的双侧下肢肌电数据中提取了肌肉协同模式。绊倒发生后，大多数受试者先用摆动腿采取类似降低（lowering）的迈步，随后用对侧腿（CIOA 43%，OAwMCI 58%）或同侧腿（CIOA 57%，OAwMCI 42%）完成向前恢复步。两组间绊倒前的各项指标无显著差异（p?>?0.05），且OAwMCI（92%）与CIOA（78%）的跌倒率差异无统计学意义。然而，在恢复足触地时，无论使用哪条腿进行反应性迈步，OAwMCI的MOS均显著高于CIOA（p?=?0.011）。在两种迈步策略中，有2–3个肌肉协同在OAwMCI与CIOA之间显示出较低的结构相似性。这些结果表明，OAwMCI在绊倒样扰动后的反应性迈步反应可能较低效，无法有效恢复身体重心（COM）的稳定性，其潜在原因可能涉及感觉运动整合缺陷或运动指令的选择/执行障碍。反应性平衡缺陷可能干扰多个方向上的反应性迈步，并导致跌倒风险增加。
论文解读
一、研究背景与问题
老年人跌倒是重大公共卫生问题，而轻度认知障碍老年人（OAwMCI）的跌倒发生率约为认知完好老年人（CIOA）的2倍。社区老年人跌倒多由意外外部扰动引起，如滑倒（向后失去平衡）和绊倒（向前失去平衡）。跌倒之所以发生，关键在于反应性平衡反应（如反应性迈步）未能有效恢复重心（COM）相对支撑面（BOS）的稳定性。已有研究表明，OAwMCI在支撑面滑倒样扰动下表现出反应性平衡缺陷，包括更高的跌倒率、更低的反应性COM稳定性，以及下肢神经肌肉控制改变（如肌肉协同结构不同）。然而，这些研究主要集中在向后扰动，关于OAwMCI在向前（绊倒样）扰动中是否同样存在缺陷，证据不足。由于不同扰动方向可能共享部分反应性平衡控制机制（如COM稳定性调控、肢体支撑），OAwMCI可能同样难以从绊倒样扰动中恢复。此外，OAwMCI在无扰动行走时已表现出步长缩短、COM相对BOS更靠前等特征，这些前馈性步态改变可能影响反应性平衡结果。同时，绊倒恢复需要独特的生物力学与神经肌肉策略，例如向前跨出长步以对抗COM的前向失稳、防止躯干过度前屈等。因此，需要系统比较OAwMCI与CIOA在绊倒样扰动下的恢复策略，以明确该人群是否存在跨方向的反应性平衡缺陷，并为跌倒预防干预提供依据。
二、研究目的与设计
该研究发表于《GeroScience》，旨在比较OAwMCI与CIOA在跑台上行走时对新型绊倒样支撑面平移扰动的反应。主要结局为跌倒率和恢复足触地时稳定性裕度（MOS）；次要结局包括恢复步长、绊倒后躯干角、恢复策略类型以及绊倒前步态特征；探索性结局为反应性迈步期间下肢肌肉协同的结构与数量。研究人员假设，OAwMCI较CIOA具有更高的跌倒率和更高的MOS（表示更大的前向不稳定性），并可能与较短的恢复步长、更大的躯干前屈、不同的恢复策略或改变绊倒前步态特征相关；同时其肌肉协同模式也可能发生改变。
三、主要技术方法
研究共纳入50名老年人（OAwMCI 25名，CIOA 25名），年龄55–90岁。分组依据蒙特利尔认知评估（MoCA）初步划分，并经Jak/Bondi标准确认，包括记忆力、语言、处理速度/执行功能等多领域神经心理测试。受试者在电动ActiveStep跑台上行走，跑台在步态摆动早期突然减速至0 m/s再加速至1.8 m/s，诱发向前失衡。运动学数据由8摄像头Qualisys系统以120 Hz采集，肌电（EMG）数据由Delsys无线表面电极以600 Hz采集双下肢8块肌肉（股二头肌、股外侧肌、内侧腓肠肌、胫骨前肌）。采用非负矩阵分解（NNMF）提取肌肉协同，用k-means聚类比较协同结构相似性。统计分析包括独立t检验、卡方检验、Fisher精确检验、双因素方差分析（ANOVA）及多元线性回归。
四、研究结果
1. 恢复策略与基线特征
绊倒扰动后，绝大多数受试者（47/50）先用摆动腿采取降低样迈步，随后用对侧腿（策略1：10名CIOA，14名OAwMCI）或同侧腿（策略2：13名CIOA，10名OAwMCI）向前迈出恢复步。仅3名受试者直接采取前向提升样迈步，因人数过少被排除。两组在恢复策略类型分布上无显著差异。基线人口学特征无组间差异，但OAwMCI在所有认知评估、BESTest得分和10米步行测试（10MWT）表现上均差于CIOA。
2. 绊倒前步态特征
绊倒前MOS、步长、躯干角在两组间均无显著差异。但OAwMCI的足尖离地间隙显著低于CIOA（5.48±1.50 cm vs. 7.12±2.23 cm，p=0.005），提示其绊倒风险可能因障碍物接触而增加。
3. 跌倒率与恢复期运动学
Fisher精确检验显示，在每种恢复策略下，两组跌倒率均无显著差异（对侧迈步p=0.272，同侧迈步p=1.000）。但恢复足触地时OAwMCI的MOS显著高于CIOA（F(1,43)=7.025，p=0.011，q=0.044，ηp2=0.140），表明OAwMCI的COM更靠前，稳定性更差。恢复步长在OAwMCI中显著较短（F(1,43)=4.645，p=0.037，q=0.074，ηp2=0.097），但经错误发现率校正后q值大于0.05。同侧迈步策略导致更大的躯干前屈（F(1,43)=21.104，p<0.001，q=0.004，ηp2=0.329），但无组间差异。控制10MWT、TUG及跑台速度后，组间MOS差异仍显著（p=0.036）。包含3名前向迈步受试者的敏感性分析也显示类似结果。
4. 回归分析
仅含绊倒前变量的模型1不显著（p=0.162）。加入恢复期变量的模型2显著（p=0.027，R2=0.317），其中恢复步长是MOS的显著预测因子（p=0.017）。这提示恢复步长，而非绊倒前步态特征，是决定恢复稳定性的关键因素。
5. 肌肉协同探索性分析
肌肉协同数量在组间和策略间无显著差异（OAwMCI约4.4个，CIOA约4.0个）。共识别出7个聚类协同（M1–M7）。在两种恢复策略中，OAwMCI与CIOA之间均有至少3个协同的结构相似性较低（r≤0.830）；CIOA在两种策略间所有协同结构高度相似（r≥0.880），而OAwMCI在策略间有两个协同（M5、M6）相似性低（r≤0.828），且每种策略各有一个独有协同（M2、M4）。组间差异主要体现在：CIOA在M5中表现出更高的迈步侧股四头肌贡献，而OAwMCI更倾向于招募单肌主导的协同（如仅由站立侧胫骨前肌占主导的M1、站立侧腓肠肌占主导的M7），并缺乏CIOA表现出的多肌共激活模式（如M3中胫骨前肌与股二头肌共激活、M7中腓肠肌与股二头肌共激活）。
五、讨论与结论
研究表明，OAwMCI在面对新型绊倒样支撑面扰动时，恢复足触地时MOS更高，说明其反应性迈步在恢复COM相对于BOS的稳定性方面效果较差。这种缺陷并非由基线步态或活动能力差异引起，因为控制相关协变量后差异仍然存在，且绊倒前步态特征不能预测恢复期MOS。恢复步长较短可能是导致高MOS的重要原因，较短的步长形成较小的BOS或较短力臂，不足以对抗前向躯干动量。两组跌倒率均很高（>75%），可能因天花板效应掩盖了组间差异。肌肉协同分析显示，OAwMCI使用更多分离化的运动模块，缺乏多肌协调的整合模式，且跨策略的协同结构变异性更大，提示其神经肌肉控制策略可能不够稳定或有效。这些缺陷可能源于脑干、小脑及皮层结构/功能的改变，导致感觉运动整合受损或运动指令的选择/执行异常。从临床角度，支持面平移诱发的绊倒样扰动可能更频繁地引发降低样策略，与现实障碍物绊倒（多为提升样策略）不同，因此此类跑台范式在模拟真实绊倒时可能存在生态效度限制。未来研究需在更大样本中验证肌肉协同结果，并探索更低扰动强度、多次暴露及更贴近真实环境的绊倒恢复测试。
六、研究结论
总之，在新型绊倒样扰动下，OAwMCI在恢复足触地时表现出更高的MOS，表明其反应性迈步在恢复COM相对BOS稳定性方面效果较差。这些差异可能与OAwMCI较低效的反应性迈步特征和/或改变的下肢神经肌肉控制有关；研究人员推测，感觉运动处理/整合缺陷或神经结构/功能改变可能影响反应性迈步的启动和/或执行。这些反应性平衡缺陷可能干扰多个方向上的反应性迈步，并可能增加日常生活中发生具挑战性绊倒样扰动时的跌倒风险。未来需要进一步确认探索性肌肉协同分析结果，深入刻画OAwMCI反应性迈步的神经肌肉协调模式，并探究该类人群反应性平衡缺陷的具体神经生理机制。
