重复足底电刺激与老年人下肢体感处理时间特征改变的相关性——来自体感诱发电位的证据

《Frontiers in Aging Neuroscience》：Repeated plantar electrical stimulation is associated with altered lower-limb somatosensory processing in older adults: evidence from somatosensory evoked potentials

　　

引言：与年龄相关的下肢体感功能衰退可能导致老年人运动控制受损和跌倒风险增加。尽管已有研究报道足底感觉刺激可改善姿势控制，但其对神经处理过程的影响尚不清楚。本研究利用体感诱发电位（somatosensory evoked potentials, SEPs）探讨了重复足底电刺激是否改变老年人的下肢体感处理。

方法：83名年龄≥65岁的老年人被分配至足底电刺激组（plantar electrical stimulation group, PES组，n=37）或无干预对照组（control group, CON组，n=46）。PES组进行为期8周的家庭足底电刺激（30分钟/次，≥2天/周）。在干预前后分别记录由胫神经、腓神经和正中神经刺激诱发的SEPs。采用混合设计方差分析（ANOVA）分析SEP潜伏期和波幅，并对存在基线组间差异的成分进行协方差分析（ANCOVA）。

结果：在PES组中，胫神经刺激诱发的P37潜伏期以及腓神经刺激诱发的P37和N50潜伏期在干预后（Post）较干预前（Pre）缩短，而CON组未观察到显著变化。ANCOVA证实，在调整基线值后，胫神经和腓神经刺激时P37潜伏期的组间效应仍然显著。基线潜伏期与干预相关变化之间观察到显著负相关，但由于变化值得分在数学上包含了基线值，这些结果应谨慎解读。下肢刺激的SEP波幅未观察到显著的干预效应，正中神经SEPs也未出现类似的潜伏期缩短。

结论：重复足底电刺激与下肢神经刺激诱发的早期SEP潜伏期缩短相关。正中神经SEPs未观察到类似的潜伏期缩短，提示观察到的变化在下肢体感处理中比上肢体感处理更为显著。这些发现表明，重复足底电刺激可能与老年人下肢体感处理的时间特征改变相关。未来研究应进一步确定这些神经生理变化是否与平衡、移动能力和其他功能性结果的改善相关。

**论文解读**

**一、研究背景与问题提出**

跌倒是老年人面临的重大健康威胁。根据日本人口动态统计（Vital Statistics of Japan），老年人跌倒相关死亡人数已超过交通事故致死人数，多数事件源于滑倒、绊倒或失衡导致的同平面跌倒。这些数据表明，足部放置和姿势控制能力的受损可能是老年人跌倒风险增加的重要因素。与此同时，老年驾驶员的踏板误操作（刹车-油门混淆）在≥75岁人群中发生率显著高于年轻驾驶员。尽管跌倒与驾驶事故发生在不同情境中，但二者均依赖于个体能否恰当感知来自下肢的感觉信息并及时生成运动反应。因此，维持下肢体感功能对老年人的感觉运动功能至关重要。

随着年龄增长，体感敏感性逐渐下降，且下肢的衰退程度较上肢更为显著。Jacobs和Love的研究显示，老年人腓肠神经中髓鞘化和无髓鞘化纤维同时存在退变与再生现象，体感传导速度减慢，提示感觉输入的稳定性和可靠性受到损害。由于下肢感觉信息到达中枢神经系统需经过更长传导距离，年龄相关的外周神经传导减慢可能对感觉运动处理的时间精度产生更大影响。

近年来，多项干预研究报告了足底感觉刺激对老年人平衡和移动能力的改善效果（Hsu等；Cavlak等），但重复足底电刺激是否能够改变下肢体感通路内的神经传递过程，以及这些功能性改善背后的神经生理机制，仍不明确。SEPs可提供一种直接、无创的体感系统神经传递和皮层处理测量手段，因此可能适用于评估干预相关的体感处理变化。

**二、研究概述与意义**

本研究旨在利用SEPs评估为期8周的足底电刺激干预对老年人下肢体感功能的影响。由于干预靶向足底表面，研究人员预期相关的神经生理变化在下肢体感通路中比在上肢通路中更为显著，并假设重复足底刺激与下肢传入输入诱发的SEP成分潜伏期缩短相关。此外，研究人员还检验了这种变化是否在胫神经和腓神经刺激诱发的下肢SEPs中比在正中神经SEPs中更加突出。该研究提供了首个关于重复足底电刺激可能改变老年人下肢体感处理时间特征的神经电生理证据，为理解足底感觉干预的神经机制奠定了基础。

**三、主要关键技术方法**

83名社区居住的年龄≥65岁老年人根据个人意愿分配至足底电刺激组（PES组，n=37）或对照组（CON组，n=46）。PES组使用经认证的低频电刺激仪（OMRON HV-F021/HV-F022-W）进行为期8周的家庭足底电刺激，自粘电极分别置于足底弓形区域和小腿，双侧各15分钟（共30分钟/天），每周≥2次，参与者自行选择舒适强度（设备共15级可调），刺激频率在1至19 Hz间变化，最大脉冲宽度150 μs。干预前后，使用Neuropack X1系统（Nihon Kohden）以恒流方波电脉冲（0.2 ms波宽、3 Hz、约250-300次刺激、运动阈值强度）分别刺激右侧胫神经（内踝后方）、腓总神经（腓骨头处）及正中神经（腕部），同步记录头皮脑电（electroencephalography, EEG），电极位置为Fz、Cz、Pz及C3'（C3后2 cm），参考电极为数学平均后的双侧耳垂。SEP信号经1-1,500 Hz带通滤波和60 Hz陷波滤波，采样率5,000 Hz。分析Cz点胫神经和腓神经诱发的P37、N50、P60、N70成分，以及Fz点和C3'点正中神经诱发的各相应成分的潜伏期与峰-峰波幅（P37和P12采用基线-峰波幅测量）。认知功能和身体活动分别以简明精神状态检查（MMSE）和全球身体活动问卷（GPAQ）评估。统计方法包括独立样本t检验或Mann-Whitney U检验比较人口学特征，混合设计方差分析（ANOVA）检验干预效应（Group × Time交互作用为主要关注指标），对存在基线组间差异的成分补充协方差分析（ANCOVA），并对下肢SEP结果的交互作用p值进行Benjamini-Hochberg错误发现率（false discovery rate, FDR）校正（q=0.10）。

**四、主要研究结果**

**（1）参与者特征与干预依从性**

经伪迹剔除后，胫神经分析纳入每组27人，腓神经分析每组28人，正中神经分析（Fz）每组31人、（C3'）每组33人。两组间在部分人口学指标上存在小幅但显著的差异（胫神经分析中的身高，正中神经Fz分析中的体重，PES组略高）。PES组平均完成46.0±18.1次刺激（范围21-90次），73.0%的参与者满足每周至少2次的最低方案标准，平均刺激频率为4.82±1.95次/周。

**（2）胫神经刺激SEP的干预前后变化**

P37潜伏期的Time × Group交互作用显著（F(1, 52)=7.353, p=0.009, η²=0.105），经FDR校正后仍显著（q=0.003）。事后分析显示PES组Post较Pre显著缩短（p<0.001）。ANCOVA调整基线潜伏期后，组间主效应仍显著（F(1, 51)=4.522, p=0.038, η²=0.081）。调整身高后交互作用依然显著。N50潜伏期的交互作用在FDR校正后未达到显著性（q=0.128），ANCOVA调整后组间效应亦不显著。各成分波幅均未见显著干预效应。

**（3）腓神经刺激SEP的干预前后变化**

P37和N50潜伏期的Time × Group交互作用均显著（P37: F(1, 54)=15.698, p<0.001, η²=0.225; N50: F(1, 54)=20.164, p<0.001, η²=0.272），FDR校正后二者均保持显著（q=0.002和0.001）。PES组Post均较Pre显著缩短（均p<0.001）。ANCOVA显示调整基线后组间效应对P37（p=0.019）和N50（p=0.001）均保持显著。波幅未见显著干预效应。

**（4）正中神经刺激SEP的干预前后变化**

C3'点N60潜伏期的Time × Group交互作用显著（F(1, 51)=6.711, p=0.012），PES组Post延长（p=0.043）。N27波幅呈现显著的时间主效应（Pre>Post）。上述变化方向与下肢SEP观察到的潜伏期缩短不一致。

**（5）基线潜伏期与干预相关变化的相关性**

在PES组中，胫神经P37潜伏期的基线值与变化值（Post-Pre）呈显著负相关（r=?0.385, p=0.043）；腓神经P37和N50潜伏期也均呈显著负相关（r=?0.486, p=0.014；r=?0.504, p=0.007），即基线潜伏期较长的参与者干预后潜伏期缩短幅度更大。然而，由于变化值在数学上包含了基线值，这些相关性可能部分反映数学耦合和均值回归效应，需谨慎解读。

**（6）刺激强度分析**

腓神经刺激时两组刺激强度均较Pre下降（主效应p<0.001），但未见Time × Group交互作用。基线刺激强度与SEP潜伏期之间无显著相关，刺激强度变化与SEP潜伏期变化之间亦无显著相关。干预剂量（总刺激次数和平均强度）与P37或N50潜伏期变化之间均无显著相关。

**五、讨论与结论**

本研究首次提供了重复足底电刺激与老年人下肢SEP早期成分潜伏期缩短相关的神经电生理证据。P37成分被视为下肢传入输入最早诱发的皮层反应之一，主要反映初级体感皮层（primary somatosensory cortex）的激活；N50成分则被认为涉及超出初级体感皮层的更广泛感觉运动整合网络（Valeriani等）。胫神经和腓神经刺激后均观察到P37潜伏期的一致性缩短，且在调整基线差异后组间效应依然显著，提示重复足底电刺激可能伴随下肢体感处理早期阶段的时间特征改变。正中神经SEP未出现类似缩短，支持观察到的变化在下肢通路中比上肢通路更为突出的推论，但尚不足以确立下肢特异性的神经适应。

然而，研究存在若干局限：第一，头皮SEP空间分辨率有限，无法确定潜伏期变化的确切皮层及皮层下来源；第二，样本量相对适中，部分基线差异可能影响结果（如胫神经N50），且基线-变化值的负相关可能受数学耦合影响；第三，家庭干预方式限制了实验控制程度；第四，研究未设假刺激对照组，无法完全排除参与干预的非特异性效应；第五，分组基于参与者意愿而非随机分配，存在选择偏倚可能；第六，未纳入步态或平衡等直接功能性指标。

综上所述，8周家庭足底电刺激与老年人胫神经和腓神经刺激诱发的早期SEP成分潜伏期缩短相关，而正中神经SEPs未出现类似的潜伏期缩短，提示观察到的神经生理变化在下肢体感处理中比上肢体感处理更为显著。这些发现表明，重复足底电刺激可能与老年人下肢体感处理的时间特征改变相关。未来研究应进一步阐明其神经机制，并确定这些神经生理变化是否与平衡、移动能力及其他功能性结果的改善相关。