综述：衰老过程中步态动态在空间和时间上的变化：关于神经系统作用的叙述性综述

步态动力学的年龄相关变化及其神经机制研究，综述了步态空间与时间参数随衰老加剧的变异性和跌倒风险关联，重点探讨皮层、神经递质及感觉系统退化对运动控制的神经机制影响，并提出多模态干预策略以改善步态稳定性。

克里斯托夫·森特纳（Christoph Centner）|拉莫娜·里茨曼（Ramona Ritzmann）|乌罗斯·马鲁西奇（Uros Marusic）|卢克·休斯（Luke Hughes）

德国弗莱堡大学体育与运动科学系

摘要

步态动力学包括空间和时间参数，随着年龄的增长会发生显著变化，这通常会导致步态变异性增加，从而增加跌倒的风险。虽然认知和肌肉骨骼因素已被证明对这些变化有所贡献，但神经系统的角色仍然至关重要且尚未完全理解。本文旨在综合现有关于与年龄相关的运动功能下降的证据，特别强调其中涉及的神经机制。除了总结量化步态变异性的适当方法外，还探讨了包括大脑皮层、神经递质和感觉系统退化在内的多种神经因素，这些因素是导致衰老过程中运动变化的关键因素。此外，本文还讨论了使用各种干预措施来改善衰老过程中的步态变异性以降低跌倒风险的潜力。通过阐明衰老、步态动力学和神经功能之间的复杂相互作用，本文强调了旨在保护神经健康以维持步态稳定性和降低老年人跌倒风险的目标性干预措施的重要性。研究结果表明，需要进一步的研究来开发和完善早期检测和预防与神经衰退相关的步态障碍的策略。

引言

人类的运动是一项复杂的运动技能，需要整合感官信息并与适当的运动输出相结合，以便在不同地形上稳定导航。一般来说，典型的健康步态模式是由中枢神经系统（CNS）生成的连续脚步。在整个生命周期中，这种自动化的运动技能在儿童时期就学会了，但随着年龄的增长，运动能力下降成为一个主要问题，因为感觉运动系统的许多组成部分会退化，从而使运动控制从自动任务转变为更加有意识和认知的任务。这种运动功能的下降会降低生活质量以及日常生活中的独立性（Freiberger等人，2020年；Shafrin等人，2017年），最终增加了老年人的负担并降低了他们的自我决定能力（Freiberger等人，2020年）。

毫不奇怪，步态评估是多种临床测试的一部分，用于评估与年龄相关的功能障碍（如肌肉减少症（Cruz-Jentoft等人，2019年））或帕金森病（Lindholm等人，2018年）、痴呆症（Verghese等人，2007年）或中风（Dos Santos等人，2023年）的病理严重程度。了解运动能力的神经需求及其在衰老过程中的变化对于解释老年人的运动能力下降至关重要。这种下降的一个主要因素是感觉运动系统的适应性降低。先前的研究已经表明，老年人的上肢（Anguera等人，2011年；Vandevoorde & Orban de Xivry，2019年）和下肢运动任务的适应能力下降（Vervoort等人，2020年）。中枢神经系统的不同区域被认为对运动的各个方面都有贡献（Fettrow等人，2023年；Lee & Kim，2022年），而这些贡献可能会随年龄而变化。步态表现下降和变异性增加的后果包括跌倒风险增加以及跌倒恐惧（Beck Jepsen等人，2022年），这往往导致避免行走，从而导致个人隔离和参与社区活动的减少（Thomas等人，2022年）。本文旨在总结关于衰老过程中步态变异性的现有科学证据以及其背后的神经机制和涉及的结构。选择采用叙述性综述方法是因为关于衰老过程中步态变异性和神经系统功能的文献在概念上广泛且在方法上多样化。该领域的研究采用了不同的设计、人群和测量技术，使得系统综合变得具有挑战性。叙述性综述有助于全面梳理现有证据，识别关键概念，并澄清定义和研究空白。这种方法为未来的更有针对性的系统综述或荟萃分析提供了必要的基础。

部分摘录

量化步态变性

历史上，步态特征是通过平均时空参数（如速度、步长和步时间）来量化的（Hausdorff等人，1998年）。最新的证据表明，与步态速度等指标相比，步态变性是步态障碍的一个独特且更优的标志（Hausdorff，2009年；Verghese等人，2006年）。步态变性可以定义为生理变异性，即行走过程中的步与步之间的波动，被认为反映了

与年龄相关的步态变性变化

步态速度被认为是老年人身体功能的重要指标；例如，步态速度下降10厘米/秒与老年人跌倒风险增加有关（Verghese等人，2009年）。在步态变异性的背景下，与年龄相关的变化指的是随着年龄增长而观察到的步态模式的可预测性和一致性的差异（Verghese等人，2009年）。步态变性被认为是稳定性的关键指标

参与步态控制的神经机制

与年龄相关的步态空间和时间变异性的增加主要归因于大脑结构和功能变化的复杂相互作用、感觉系统的退化、运动控制障碍以及认知功能的下降。此外，代谢变化（Boyer等人，2023年；Palmer & Jensen，2022年）和结缔组织特性的变化（Mian等人，2007年；Stenroth等人，2015年）也经常随着年龄的增长而发生，这些变化可能对步态产生直接和间接的影响

基于证据的干预措施以改善步态表现

由于衰老过程中步态参数的高变异性，多项研究发现这与跌倒风险增加或跌倒恐惧有显著关联（Hausdorff等人，2001年；Lockhart等人，2021年；Maki，1997年；Mishra等人，2022年；Thaler-Kall等人，2015年；Verghese等人，2009年）。鉴于跌倒事件后的并发症（Schonnop等人，2013年）以及致命和非致命跌倒的公共卫生负担（Florence等人，2018年），因此需要采取对策

未来方向

总体而言，步态变异性的增加表明我们的神经系统无法在人类衰老过程中充分调节步与步之间的波动。尽管已经有许多观察结果揭示了年龄引起的步态变化的严重后果（Hausdorff等人，2001年；Lockhart等人，2021年；Maki，1997年；Mishra等人，2022年；Thaler-Kall等人，2015年；Verghese等人，2009年），未来的工作应集中在揭示这些变化的神经机制上

作者贡献

所有作者都参与了这项工作的构思或设计。CC和LH负责数据的采集和分析。所有作者都参与了结果的解释。CC和LH起草了初稿，所有作者都对重要内容进行了批判性审查。所有作者都批准了最终的手稿版本。

作者贡献声明

克里斯托夫·森特纳（Christoph Centner）：撰写——审阅与编辑、撰写——初稿、可视化、验证、监督、方法论、研究、正式分析、数据管理、概念化。拉莫娜·里茨曼（Ramona Ritzmann）：撰写——审阅与编辑、监督、方法论、研究、概念化。乌罗斯·马鲁西奇（Uros Marusic）：撰写——审阅与编辑、监督、数据管理、概念化。卢克·休斯（Luke Hughes）：撰写——审阅与编辑、撰写——初稿、验证、监督、资源管理、项目