0.11%呼气酒精浓度对前后步态影响的性别差异

酒精会导致200多种疾病和与伤害相关的健康状况¹．2016年，全球约300万例死亡和5.1%的残疾调整生命年(1.326亿年，过早死亡损失的生命年总和)归因于酒精消费²．

在先前的研究中已经描述了酒精代谢的几个参数的性别差异。女性胃中酒精脱氢酶活性较低，这增加了乙醇的生物利用度，这一点与男性不同。与男性相比，乙醇分布体积减少7.3%，导致女性血液中的酒精含量较高。与男性相比，女性肝脏中乙醇的氧化和消除率高10%，而她们的酒精胃排空率比男性低42%。这些差异导致了相同的酒精摄入量，从而导致女性血液中的酒精浓度更高^3.,4．此外，在饮酒的频率和数量方面也观察到性别差异。一项跨文化研究表明，男性饮酒频率和数量更高⁵．然而，在过去十年中，女性饮酒、高风险饮酒和酒精使用障碍的比例显著增加(分别增加了16%、58%和84%)，而男性的增加幅度较小(分别增加了7%、16%和35%)。⁶．各种神经递质系统的性别差异可能在发展酒精使用障碍的风险中发挥关键作用⁷．

前进步是人们日常生活中最基本的动作之一。下丘脑和中脑控制步态的开始，小脑和脑干控制步态的开始⁸．小脑特别容易受到酒精中毒的影响，乙醇的毒性作用可导致步态共济失调⁹．小脑性步态共济失调，以“微醺”的步伐行走，其特征是节奏减少，与平衡相关的变量增加，如步宽和脚旋转角度¹⁰．此外，中度酒精中毒后的向前步态与跌倒风险较高的老年人的步态相似。它显示了步幅和步态速度的减少⁸．在0.4 mg酒精/L浓度下观察到正向步态参数的变化¹¹．

后退是一种日常活动，例如开门时，后退的能力下降会增加摔倒的风险¹²．向前和向后步态具有相同的基本神经机制;然而，向后的步态对神经系统的挑战更大¹³．在后退步态中，人们需要更多地依赖其他感官(即听觉或感觉系统)而不是视觉系统^14,15．中枢神经系统(CNS)处理感觉信息，当一个或多个传感器不可用或中断时(例如后退步态中的视觉)，CNS可以通过感觉重加权来部分补偿^16,17．急性酒精中毒的特点是与前庭神经信息相比，视觉依赖增加¹⁶这可能导致酒精中毒时向后行走比向前行走更大的步态损害。然而，作者不知道以前有任何关于酒精中毒对后步步态影响的研究。

与性别解剖差异相关的步态性别差异(例如，女性骨盆更宽及其对髋关节运动的影响)先前已被描述过。与男性相比，女性向前步态的特点是步幅短、节奏高、步宽窄^18,19,20.．当向后行走时，与男性相比，女性的步态速度较慢，步幅较短¹⁹．

先前关于酒精中毒引起的步态障碍的研究包括不到25名参与者，也没有关注性别差异^8,11,21尽管之前的研究表明酒精中毒导致的行为结果存在性别差异(例如McCabe²²)．在我们的研究中，我们关注参与者的性别平等代表性，因为在体育和与健康相关的研究中，女性的代表性仍然严重不足²³．本研究的目的是在100名参与者(50名女性和50名男性)中分析清醒时和0.11%呼气酒精浓度(BrAC)时向前和向后的步态，并评估酒精对步态影响的性别差异。此外，我们还调查了AUDIT问卷筛选的人体测量特征和习惯性饮酒是否与0.00%和0.11% BrAC条件下的步态参数相关，以及醉酒的主观评分是否与清醒和0.11% BrAC条件下的步态差异相关。我们假设(i)人体测量特征在0.00% BrAC时与步态表现出更强的相关性;(ii)由于没有参与者存在酒精依赖问题，因此AUDIT评分与步态参数之间没有显著相关性;(iii)女性的主观醉酒评分与步态参数的相关性更强;(iv)在BrAC为0.11%时，后进步态会出现更大的步态障碍，女性也会出现这种情况，因为据报道，女性对酒精中毒更敏感。

研究小组由100名年龄在20至35岁之间的参与者组成，其中50名女性和50名男性。通过大学生社交媒体上的研究信息进行招募。它们的特点见表1．排除标准包括任何不建议饮酒的疾病，在收集数据时服用除避孕药外的任何药物，怀孕，心血管疾病，下肢严重损伤和平衡问题，以及酒精障碍鉴定测试(AUDIT)得分表明可能的酒精依赖(得分超过20分)。使用世界卫生组织开发的AUDIT问卷对习惯性饮酒进行筛选。审计对酒精的危险使用、依赖症状和有害使用进行监测，评分范围为0至40²⁴．在数据收集前，所有参与者均获得书面知情同意。这项研究得到了当地伦理委员会的批准，并按照《赫尔辛基宣言》进行。

参与者被要求在数据收集前24小时不饮酒，在数据收集前2小时不饮用含咖啡因的饮料，因为咖啡因会增加酒精的积极强化作用²⁵．此外，参与者被要求在数据收集当天只吃一顿清淡的午餐，在数据收集前2小时不吃东西。

程序

步态分析进行了两次，一次是在数据收集开始时，参与者清醒时，另一次是在BrAC尽可能接近0.11%时(即1.1 mg酒精/L)。BrAC为0.11%，因为这相当于醉酒的第三阶段(被描述为兴奋)。醉酒的这一阶段的特点是反应时间明显延迟，感知和协调能力受损²⁶．数据收集于2021年6月至10月的13.00至20.00进行。数据收集过程示意图如图所示。1．

步态分析使用Zebris平台(FDM;德国慕尼黑有限公司)。Zebris力分布测量平台，内置电容式传感器，可测量和分析脚下的力分布(传感器面积:149 × 54.2 cm;传感器数量:11,264;采样率:100 Hz)。参与者被要求以自然速度光脚走过平台。平台被放置在一个定制设计的密集的10米长的走道上，围绕着平台，提供一个水平的行走表面。每个参与者都被指示向前走到走道的尽头，然后180°转弯，继续走过平台。这样循环几次，得到5个右脚脚印和5个左脚脚印。在kasoviic等人之前的研究中也使用了这种方法。²⁷以及Štefan等。²⁸．同样的指令用于后步。参与者被要求倒着走到走道的尽头，然后180°转弯，继续倒着走过平台。为了得到5个右脚脚印和5个左脚脚印，对前进步态进行多次循环。

Zebris软件生成关于步态足旋转(°;足纵轴与行走方向夹角)、步幅(cm;同一脚的两个脚后跟接触的距离)，步宽(厘米;左右脚间距)，站姿相位(占步态周期的%;足部与地面接触时步态周期的相位)，负载响应(步态周期的%;初始地面接触和对侧脚尖脱离之间的步态周期阶段)，单肢支撑(步态周期的%;只有一只脚与地面接触时的步态周期阶段)，摆动前阶段(步态周期的%;对侧足初次接触与另一只足脚尖离地之间的步态周期相位，摆动相位(步态周期的%;足部不接触地面时的步态周期相位)，双站姿相位(占步态周期的%;双脚接触地面时的步态周期阶段)，步幅时间(s; time between two heel contacts of the same foot), cadence (steps/min; step frequency), and velocity (km/h; average gait speed).

此外，所有参与者都报告了他们的年龄，他们的身高和体重都是用便携式体育场计和秤测量的。在第一次数据收集后，参与者被要求饮用给定量的酒精，第二次数据收集时，BrAC尽可能接近0.11%。第二次数据收集与第一次数据收集完全相同。

酒精中毒发生在第一次(清醒)数据收集后。参与者在安静的环境中喝伏特加和橙汁(1:1)混合30分钟。提供给每个参与者的酒精量是基于性别和体重的。女性每公斤体重摄入1.0克酒精，男性每公斤体重摄入1.1克酒精。喝完后，每10分钟使用Dräger Alcotest 6820手持呼气酒精测试仪(Drägerwerk AG & Co. KGaA，德国;试验范围:0 ~ 2.5 mg/L)。该设备符合EN 15964标准，并已被捷克共和国警方批准用于BrAC测量。

在BrAC记录中，当给定量的伏特加的目标是在0.15%的BrAC达到峰值时，没有观察到进一步的上升趋势，就确定了一个平台期。在下降阶段，在尽可能接近BrAC为0.11%的情况下进行前、后步态的第二次数据采集。第二次数据收集的BrAC平均值为0.11±0.01%，第二次数据收集的BrAC在女性和男性之间无显著差异(p = 0.646)。在我们的参与者开始饮酒80至140分钟后，BrAC为0.11%(达到平台期后)。

在第二次数据收集之前，参与者被要求使用视觉模拟量表提供一个主观醉酒评分，范围从“清醒”到“极度醉酒”。参与者给出了从1(清醒)到100(极度醉)的数字。在之前的一项研究中，也使用了类似的量表来获得醉酒的主观评分²⁹．主观醉酒评分(drunkenness score)，提供给女性和男性的伏特加的量，以及第二次数据收集中的BrAC如表所示2．

统计分析

在BrAC为0.00%和0.11%时，采用Spearman 's Rho检验了人体测量特征与习惯性酒精使用和步态参数之间的关系(0.00-0.19:非常弱，0.20-0.39:弱，0.40-0.59:中等，0.60-0.79:强，0.80-1.00:非常强相关)。

我们对向前和向后步态进行了多变量分析(双向MANOVA)，以揭示潜在的因素相互作用。两个自变量(IV)为性别(男性、女性)和呼气酒精浓度(BrAC;0.00%、0.11%)。我们将前后步的12个步态参数作为因变量(DV)。由于违反假设，我们使用Pillai的痕量结果进行多变量测试。

大多数变量不符合夏皮罗-威尔克检验检验的正态分布假设。采用Mann-Whitney U检验比较在BrAC为0.00%和0.11%的数据收集过程中，男女在向前和向后行走时的差异，并比较参与者的特征。使用Wilcoxon符号秩检验来比较清醒(0.00% BrAC)和醉酒(0.11% BrAC)条件之间的差异。Bonferroni校正(α_好= 0.0042)适用于总体α水平为0.05，以避免第一类错误。

为了降低第一类误差的风险，我们进一步计算了效应量指数r，它反映了真实人群效应的经验基础^30.,31．效应量指数r的大小可以解释为小效应(r = 0.1)、中等效应(r = 0.3)或大效应(r = 0.5)。^30.．SPSS统计(IBM公司发布2021年。IBM SPSS统计视窗，版本28.0。Armonk, NY: IBM Corp)用于统计分析。

在BrAC为0.00%和BrAC为0.11%时，通过Spearman 's Rho测试了主观醉酒评分与步态参数差异之间的关系。

伦理批准并同意参与

本研究根据《赫尔辛基宣言》指南进行，并获得了马萨里克大学研究伦理委员会(EKV-2021-007)的批准。所有参与研究的受试者均获得知情同意。

Anthropometrical特点

体重和身高在女性和男性之间有显著差异(p = 0.001)。仅在清醒时向前步态中，人类学特征与步态参数之间存在中度相关性。在女性中，身高与步长呈中度相关(rho = 0.429, p = 0.002;Ci 0.163, 0.637)。在男性中，体重与步幅时间(rho = 0.410, p = 0.003, CI 0.140, 0.623)和节奏(rho =−0.416,p = 0.003, CI−0.628，−0.148)中度相关。

审计分数

AUDIT评分在女性和男性之间有显著差异(p = 0.026)。在BrAC为0.00%和BrAC为0.11%时，AUDIT评分与步态参数之间没有中度或强相关性。对女性而言,弱相关观察了步态行走时0.00% BrAC审计分数和跨步之间时间(ρ= 0.281,p = 0.048, CI−0.006,0.525)和节奏(ρ=−0.289,p = 0.041, CI−0.532−0.004)和0.11% BrAC审计分数和跨步时间(ρ= 0.292,p = 0.040, 0.006 CI, 0.534)和节奏(ρ=−0.283,p = 0.046, CI−0.527,0.003)。在男性中没有观察到统计学意义上的相关性。AUDIT评分与后向步态参数之间无相关性。

多变量分析

双向MANOVA结果见表3.．对于正向步态，MANOVA在性别上差异有统计学意义(F (11,185) = 12.70, Pillai 's Trace = 0.43, partial η)²= 0.430)，表明43.0%的步态参数方差可以由性别解释。在BrAC和性别与BrAC合并的情况下，差异无统计学意义。

误差方差相等性的Levene检验表明，对于大多数因变量，不能假设方差的同质性。因此，按照Allen和Bennett的建议，在评估单变量方差分析时，α水平为0.001³²．单变量检验结果见补充材料(S1)．步宽、足旋转、节奏和步幅对因变量方差的解释分别为18.2%、17.4%、9.5%和7.9%。

对于后向步态，MANOVA的性别差异有统计学意义(F (11,186) = 5.70, Pillai 's trace = 0.25，部分η²= 0.251)，表明25.1%的步态参数方差可以由性别解释。BrAC与性别与BrAC合并的差异无统计学意义(表2)4)．后向步态单变量检验结果见补充材料(S2)．脚旋转和步宽分别解释了8.2%和7.2%的因变量方差。

两个样本测试

前进的步伐

女性和男性在清醒行走和酒精中毒后向前步态的中值、最小值和最大值见表5．前向步态的统计分析结果见补充资料(S3)．

性别差异

向前行走时，清醒时(0.00% BrAC)和醉酒时(0.11% BrAC)， Bonferroni校正后性别差异有统计学意义。与男性相比，女性的足旋转更小(在0.00% BrAC时p = < 0.001，在0.11% BrAC时p = < 0.001)，步宽更短(在0.00% BrAC时p = < 0.001，在0.11% BrAC时p = < 0.001)，步幅更短(在0.00% BrAC时p = 0.002，在0.11% BrAC时p = < 0.001)，节奏更高(在0.00% BrAC时p = 0.002，在0.11% BrAC时p = < 0.001)。女性似乎以较高的节奏补偿较短的步长，以达到与男性(4.14±0.48)相同的自我选择的步态速度(4.17±0.65)。

女性

在女性中，0.00% BrAC和0.11% BrAC向前步态的差异无统计学意义。

男性

在男性中，0.00% BrAC和0.11% BrAC的前向步态进行比较时，足旋转在酒精中毒期间下降，观察到有统计学意义的差异(p = 0.001)。

落后的步态

女性和男性在清醒行走和酒精中毒后后退步态时的中值、最小值、最大值及统计分析结果见表6．后向步态的统计分析结果见补充资料(S4)．

性别差异

清醒状态下后退行走Bonferroni矫正后，性别差异有统计学意义(0.00% BrAC)。与男性相比，女性的足旋转较小(p = < 0.001)和步宽较窄(p = < 0.001)。与女性相比，在BrAC为0.11%时，男性的足部旋转度更高(p = 0.002)。

女性

当比较0.00% BrAC和0.11% BrAC女性的后向步态时，在0.11% BrAC数据收集期间，观察到步幅(p = < 0.001)增加，双站立相位(p = 0.002)减少，速度(p = < 0.001)增加，有统计学差异。

男性

男性在0.00% BrAC和0.11% BrAC时向后步态比较，差异无统计学意义。

女性和男性在向前和向后步态中0.00%和0.11% BrAC差异的效应大小指数r的总结见补充材料(S5)．效应量指数r的大小在微不足道(r =−0.01)到较大(r =−0.52)效应的范围内。中等和较大的影响反映了所分析变量的统计显著性。

醉酒的主观评分

女性醉酒主观得分为54.20±18.91分(5 ~ 90分)，男性为46.52±15.97分(5 ~ 80分)。主观醉酒得分在女性和男性之间有显著差异(p = 0.024)。

醉酒的主观评分与0.00%和0.11% BrAC数据收集之间每个步态参数的差异(dif.)相关;然而，仅观察到微弱的相关性。

向前行走时，醉酒主观评分与足部旋转差异有统计学意义。(rho = 0.317, p = 0.025)。在男性中，醉酒的主观评分与向前步态参数之间没有相关性。

倒走时，醉酒主观评分与步幅差异有统计学意义。(rho =−0.345,p = 0.014)，姿态相位dif.;(rho = 0.297, p = 0.036)，摆动前dif。(rho = 0.377, p = 0.007)，摆动相位dif。(rho =−0.296,p = 0.037)，双站立相位dif。(rho = 0.346, p = 0.014)和速度差。(rho =−0.389,p = 0.005)。醉酒主观评分与负荷响应差异有统计学意义。(rho = 0.332, p = 0.018)。

主要结果如图所示。2．数字2步态参数与人体测量特征、AUDIT评分和主观醉酒之间存在相关性，主要差异存在于步态(0.00%和0.11% BrAC)和性别差异。

我们的研究分析了100名参与者(50名女性和50名男性)清醒时和BrAC为0.11%时向前和向后步态的性别差异。我们的研究还调查了人体测量特征和AUDIT评分是否与BrAC为0.00%和0.11%时的步态相关，以及醉酒的主观评分是否与BrAC为0.00%和0.11%时的步态参数差异相关。我们的研究结果表明，酒精中毒对女性步态的影响更大，她们往往随着醉酒主观评分的增加而表现出与平衡相关的变量的增加。先前已经观察到雌性对乙醇的行为影响更敏感³³由于男性和女性皮层灰质灌注受到的影响不同，可能是由于激素、代谢和血流动力学自动调节系统的差异³⁴．作者还不知道先前关于酒精中毒对步态影响的性别差异的研究。

人体测量特征

人体测量特征已被描述为影响时间-空间步态参数和姿势控制^35,36,37,38．在以往的大多数研究中，步幅长度和步态速度分别与身高和体重相关^35,36．然而，一些先前的研究表明，人体测量参数对女性和男性步态的影响是不同的(例如:³⁷)，因为性别的解剖尺寸不同³⁹．我们的研究结果证实，在清醒时，女性的身高与步幅之间存在相关性，而男性的体重与步幅时间和节奏之间存在相关性。然而，本研究中并未观察到酒精中毒后人体测量特征与步态之间的显著相关性，这表明在BrAC为0.11%时，酒精中毒比人体测量特征对步态损害的影响更大。

审计分数

AUDIT评分监测有害使用酒精、依赖症状和有害使用酒精的情况²⁴．有害酒精消费是年轻人中最普遍的公共卫生问题⁴⁰据报道，青年人酒精紊乱和有害酒精消费的患病率最高^40,41,42,43．酒精使用障碍已被发现影响姿势稳定性和步态^44,45由于酒精引起的小脑萎缩与步态和平衡障碍密切相关⁴⁶．没有酒精使用障碍的健康参与者被纳入我们的研究。在BrAC为0.00%和0.11%的女性中，AUDIT评分与步幅时间和节奏之间存在弱相关性，这表明女性可能对习惯性饮酒的不良影响更敏感。在青年成人中，与女性相比，男性的饮酒量和危险饮酒更高⁴⁷．据此，在我们的研究中，与女性参与者相比，男性参与者的AUDIT得分更高。

BrAC为0.00%和0.11%之间的差异

足位是步态稳定控制的主要机制⁴⁸台阶宽度的增加和脚旋转的增加可以在极具挑战性的条件下保持稳定性⁴⁹．当男性向前走以保持步态稳定时，BrAC为0.11%时，足部旋转增加。在我们的研究中，没有在女性饮酒时观察到类似的增加稳定性的机制。在我们的研究中，饮酒的量似乎不足以引起前进步态中的小脑步态共济失调。步态可以自动生成，也可以自动生成。脑干和基底神经节等皮层下结构在自动行走中发挥作用，大脑皮层参与了更高水平的努力⁵⁰．与向前步态相比，向后步态对神经系统的挑战更大。虽然后向步态控制网络更容易受到衰老、智力残疾、帕金森病和双重认知任务的影响，但人们认为前向步态和后向步态具有相同的神经机制，这表明前向步态和后向步态具有独立的控制系统^{13,51,52,53,54,55}．酒精中毒会增加跌倒的风险⁵⁶．此外，很多摔倒发生在后退的时候⁵²．我们的研究评估了后退步态分析，因为后退步的损伤可能会增加酒精中毒时跌倒和相关损伤的风险。

当BrAC为0.00%和0.11%时比较女性的后退步态时，在0.11% BrAC数据收集期间观察到步幅增加，单肢支撑阶段延长，双站立阶段缩短，速度增加。在先前的研究中，站立阶段持续时间的减少和步幅的增加与步态速度的增加有关⁵⁷．步态速度的增加产生了更不稳定的后退步态。在运动决策方面的研究假设，人们以更高的速度产生运动，以获得更多的奖励。运动指令在稳定的步态(缓慢而精确地移动)和最大化奖励的愿望(快速移动并更快获得奖励)之间指导运动的平衡^58,59．当喝醉酒时，女性可能会比清醒时更努力地获得奖励，即完成给定的任务。男性BrAC为0.00%和0.11%，差异无统计学意义。

性别差异

多变量分析显示性别差异有统计学意义，43.0%的正向步态方差和25.1%的反向步态方差可以被性别解释。在正向步态中，足旋转、步宽、步幅和步幅是步态参数变化的主要原因。在后退步态中，大部分步态参数的变化可以用足旋转和步宽来解释。Mann-Whitney检验结果显示，当BrAC分别为0.00%和0.11%时，与男性相比，女性在向前步态中表现出明显更小的足旋转、更小的步宽、更短的步幅时间和更高的节奏。女性似乎用更高的节奏来弥补更短的步长，以达到与男性相同的自然步态速度，这也在之前的一项比较女性和男性步态的研究中观察到^20.．在以往的研究中，与男性相比，女性向前步态的步幅更短，步幅更窄^18,19．然而，当以身高为标准时，步幅的差异似乎没有统计学意义^20.．

当向后行走时，与男性相比，女性的步态速度较慢，步幅较短¹⁹．在我们的研究中，与男性相比，女性的足旋转明显更小(BrAC为0.00%和0.11%)，步宽更窄(BrAC为0.00%)，即与步态稳定性下降有关的差异。

醉酒的主观评分

醉酒的主观评分在女性和男性之间有显著差异。与男性相比，女性的主观中毒程度更高^33,37．然而，在主观上醉酒得分与步态参数之间只观察到弱相关性，主要是在女性中，当主观上感觉更醉时，倾向于增加与平衡相关的步态变量。以往的研究表明，对酒精中毒引起的损伤的预期有助于这些损伤。在人类行为的许多方面都可以观察到酒精效应预期的性别差异^60,61这可能导致酒精中毒对女性步态的影响更大，因此与男性相比，醉酒的主观评分与步态参数变化之间的相关性更强。

局限性和未来工作

我们的研究有几个局限性。尽管我们的研究重点是20至35岁的年轻人，但观察到女性和男性参与者之间的年龄有统计学上的显著差异。此外，我们的研究只包括健康的年轻参与者，因此在老年人和老年人中可能会观察到酒精中毒引起的不同步态障碍。0.00%和0.11% BrAC步态数据收集的顺序可能被认为是混淆的，因为后向步态是一项新任务，在0.00% BrAC数据收集过程中可能有一些学习效果。此外，所有的数据收集都是在赤脚行走的情况下进行的，这可能不能代表年轻人饮酒时的典型日常生活环境，尤其是在习惯于穿着高跟鞋或其他时尚鞋外出饮酒的年轻女性中。鉴于我们的研究结果显示了酒精中毒时步态的性别差异，未来的研究将重点放在女性和鞋类、跌倒史和酒精中毒对可能影响跌倒风险的步态参数的影响上，将为这一主题提供更详细的知识。

总之，我们的研究结果表明，年轻人酒精中毒后，步态的性别差异仍然存在。在女性和男性中观察到不同的保持步态稳定的策略。在之前的一项研究中，血液酒精浓度为0.10%时，稳定性显著下降²⁹．男性在喝醉酒时，会增加向前步态中脚的旋转。当BrAC为0.11%时，女性的平衡相关变量下降，但在男性中没有观察到统计学上的显著变化。此外，当主观上感觉更醉时，女性倾向于在向前和向后步态中表现出与平衡相关的步态变量的增加。