急性低氧運(yùn)動(dòng)對(duì)肌氧飽和度的影響

急性低氧運(yùn)動(dòng)對(duì)肌氧飽和度的影響

近紅外光譜技術(shù)（nips）是一種穿過身體組織的連續(xù)光譜。根據(jù)氧化血紅蛋白（hbo2）、還原血紅蛋白（hb）、肌酰磷白等藥物的不同吸收特性，我們可以監(jiān)測(cè)組織中的氧含量或相對(duì)氧含量。信號(hào)能反映組織攝取氧氣的動(dòng)態(tài)變化及氧供需的平衡情況,反映不同性別、不同年齡人群以不同強(qiáng)度、不同方式運(yùn)動(dòng)時(shí)骨骼肌氧攝取與利用的過程,在實(shí)際應(yīng)用中具備有效性。人體組織血氧參數(shù)包括血紅蛋白濃度及血氧飽和度兩類,組織血氧飽和度(RegionalTissueOxygenSaturation,rSO2)計(jì)算公式:。肌氧飽和度(muscleregionalTissueOxygenSaturation,M-rSO2),主要指肌組織動(dòng)脈、靜脈和毛細(xì)血管中氧供給、消耗的動(dòng)態(tài)平衡和肌紅蛋白氧含量的總體效應(yīng)。骨骼肌對(duì)氧利用能力是有氧能力的重要決定因素,運(yùn)時(shí)機(jī)體會(huì)出現(xiàn)氧供給和氧消耗的失衡,進(jìn)而導(dǎo)致肌氧飽和發(fā)生變化,監(jiān)控運(yùn)動(dòng)時(shí)肌氧飽和度變化對(duì)于了解運(yùn)動(dòng)時(shí)身機(jī)能狀況、科學(xué)指導(dǎo)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練有重要參考價(jià)值。本研究42名普通健康男性大學(xué)生為實(shí)驗(yàn)對(duì)象,觀察急性低氧暴期間運(yùn)動(dòng)對(duì)肌氧飽和度的影響,了解低氧暴露過程中骨骼機(jī)能的變化特點(diǎn)及適應(yīng)過程,從分子學(xué)水平研究和揭示低環(huán)境下生物體特征性變化,選取肌氧飽和度這一無侵襲、損傷指標(biāo)實(shí)現(xiàn)對(duì)肌組織有氧代謝能力的評(píng)估,為科學(xué)運(yùn)用氧訓(xùn)練提高運(yùn)動(dòng)能力提供新的預(yù)測(cè)及評(píng)價(jià)指標(biāo)。1研究對(duì)象和方法1.1知情同意書的簽署42名北京體育大學(xué)健康男性大學(xué)生,所有受試者身體健康,世居平原,實(shí)驗(yàn)前6個(gè)月未經(jīng)高原或低氧暴露(海拔≥1500m);受試者被明確告知本實(shí)驗(yàn)的具體流程和要求,實(shí)驗(yàn)可能造成的低氧不適反應(yīng),簽署知情同意書。受試者基本情況見表1。1.2實(shí)驗(yàn)步驟1.2.1m-rs2、sp低氧暴露前進(jìn)行常氧基礎(chǔ)值測(cè)試,測(cè)試前48h避免劇烈運(yùn)動(dòng)。測(cè)試環(huán)境:溫度20~24℃,相對(duì)濕度46~67%,氣壓為1014~1021hPa。測(cè)試安靜時(shí)M-rSO2、SpO2;然后進(jìn)行30min運(yùn)動(dòng)測(cè)試:在臥式功率車(USA)上仰臥休息5min后,進(jìn)行恒定負(fù)荷(80W,60rpm)仰臥蹬車20min,恢復(fù)5min,運(yùn)動(dòng)期間每5min記錄M-rSO2、SpO2。1.2.2低氧艙運(yùn)動(dòng)測(cè)試受試者于常壓低氧艙(模擬海拔4800m,FIO2為10.4~10.8%)暴露6h。進(jìn)艙后休息30min然后進(jìn)行上述恒定負(fù)荷運(yùn)動(dòng)測(cè)試,記錄相應(yīng)指標(biāo);30min運(yùn)動(dòng)測(cè)試后,低氧艙內(nèi)再暴露5h(靜止休息)。實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)設(shè)在北京體育大學(xué)低氧訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)室。1.3指標(biāo)測(cè)試和方法1.3.1脈搏血氧飽和度Nonin3100型血氧飽和度儀(USA)測(cè)試SpO2,傳感器統(tǒng)一夾在左手食指,數(shù)據(jù)穩(wěn)定后讀數(shù)并記錄。1.3.2測(cè)量結(jié)果分析采用TSAH-100型近紅外組織血氧參數(shù)無損監(jiān)測(cè)儀連續(xù)檢測(cè)。測(cè)量時(shí)選擇體積最大的股四頭肌外側(cè)頭為檢測(cè)點(diǎn),因?yàn)楣伤念^肌是該運(yùn)動(dòng)的主要原動(dòng)肌(主動(dòng)肌);其次在研究運(yùn)動(dòng)與肌氧飽和度變化的文獻(xiàn)中,股四頭肌是最常用部位,選用股四頭肌作為檢測(cè)點(diǎn)有利于同前人研究結(jié)果做比較分析。將傳感器探頭縱向放置在左側(cè)大腿髕骨中點(diǎn)上10~12cm股外側(cè)肌肌腹的縱向平面上,探頭的縱軸平行于大腿,為防止汗水浸入檢測(cè)器影響檢測(cè)精度,在探頭與大腿皮膚之間貼一層透光塑料薄膜,用內(nèi)襯黑色布料的彈性繃帶固定探頭,防止漏光,黑色布料也有利于減少環(huán)境光產(chǎn)生的噪聲,提高儀器采集的信噪比。調(diào)整繃帶固定的松緊度,既要保持探頭與皮膚之間的良好接觸,避免在運(yùn)動(dòng)中探頭移動(dòng)或脫落,又不能壓迫肢體造成缺血。每次測(cè)試前均需調(diào)好基線,約1分鐘左右穩(wěn)定后出現(xiàn)穩(wěn)定值再開始正式記錄。1.4數(shù)據(jù)分析及處理用Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)采集及整理,SPSS13.0數(shù)據(jù)分析,組間比較采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)。測(cè)量與計(jì)算結(jié)果用(Mean±SD)表示,顯著性差異為P<0.05,非常顯著性差異為P<0.01。2研究結(jié)果2.1肌氧飽和度的變化圖1為1名受試者在常氧常壓下運(yùn)動(dòng)時(shí)肌氧飽和度變化的典型圖例。肌氧飽和度在運(yùn)動(dòng)開始后顯著下降,不同受試者肌氧飽和度下降到最低值的快慢不一樣,繼續(xù)運(yùn)動(dòng)曲線逐漸趨于平緩。隨著運(yùn)動(dòng)繼續(xù)趨向緩慢升高,但升高幅度不大。運(yùn)動(dòng)結(jié)束后肌氧飽和度急劇上升,恢復(fù)至運(yùn)動(dòng)前水平后出現(xiàn)超量恢復(fù)現(xiàn)象,恢復(fù)期與安靜狀態(tài)經(jīng)雙側(cè)t檢驗(yàn),t=7.291,p<0.001,非常顯著性差異。2.2肌氧飽和度變化急性低氧暴露期間安靜時(shí)肌氧飽和度值比常氧常壓狀態(tài)下降,運(yùn)動(dòng)時(shí)肌氧飽和度變化趨勢(shì)與常氧常壓相同。表2為20min運(yùn)動(dòng)過程中各時(shí)間段肌氧飽和度變化的統(tǒng)計(jì)平均值。圖2中2條曲線變化趨勢(shì)基本一致,即運(yùn)動(dòng)開始后肌氧飽和度顯著下降,低氧暴露期間下降的速率比常氧常壓快。運(yùn)動(dòng)期間,肌氧飽和度基本保持平穩(wěn),低氧暴露期間隨運(yùn)動(dòng)時(shí)間延長有下降趨勢(shì)。運(yùn)動(dòng)結(jié)束后出現(xiàn)超量恢復(fù)現(xiàn)象,與運(yùn)動(dòng)前(均為平均值)相比急性低氧暴露與常氧常壓之間(t=3.523,p<0.01),差異有非常顯著性意義。2.3肌氧飽和度變化值的柱狀因檢測(cè)器探頭位置和角度的不可重復(fù)性,本實(shí)驗(yàn)所有肌氧飽和度都用相對(duì)有效下降值(Deff)表示,Deff是指肌氧飽和度從安靜狀態(tài)到濃度最低時(shí)的差值。由于需要更多能量維持運(yùn)動(dòng),氧氣消耗增加,導(dǎo)致局部肌肉組織脫氧,肌氧飽和度下降,與安靜狀態(tài)相比形成一個(gè)相對(duì)有效下降值,它反映了運(yùn)動(dòng)過程中組織動(dòng)員和利用氧氣的情況,可用來評(píng)定運(yùn)動(dòng)肌肉的氧化代謝能力。圖3為運(yùn)動(dòng)中肌氧飽和度相對(duì)有效下降值的柱狀圖。結(jié)果提示:急性低氧暴露對(duì)骨骼肌有氧代謝能力產(chǎn)生效應(yīng)。2.4肌肉氧飽和度與sp2的關(guān)系統(tǒng)計(jì)學(xué)分析結(jié)果表明低氧運(yùn)動(dòng)中肌氧飽和度與SpO2密切相關(guān),直線相關(guān)系數(shù)為r=0.949,P<0.01實(shí)驗(yàn)測(cè)試指標(biāo)相關(guān)關(guān)系圖見圖4。3分析與討論3.1肌肉氧相關(guān)變化研究證實(shí)肌肉和血液中氧含量的變化對(duì)工作肌有極大影響,當(dāng)肌肉氧含量供給不足時(shí)會(huì)加速疲勞的產(chǎn)生從而導(dǎo)致肌肉工作能力下降。肌氧飽和度反映肌組織氧代謝變化情況,在運(yùn)動(dòng)的開始階段機(jī)體對(duì)氧氣的需求增加,肌肉組織脫氧使肌氧飽和度顯著下降,消耗的氧氣用來產(chǎn)生維持運(yùn)動(dòng)的能量。運(yùn)動(dòng)中肌氧飽和度下降受多種因素影響,如肌肉內(nèi)氧分壓下降;肌組織中pH值下降;二氧化碳分壓升高;各種代謝產(chǎn)物堆積等。本研究中肌氧飽和度下降可能由氧分壓下降引起,由于運(yùn)動(dòng)引起肌肉耗氧量增加或內(nèi)臟器官生理惰性,機(jī)體攝氧量不能滿足需要,引起氧分壓降低;運(yùn)動(dòng)使肌肉毛細(xì)血管受擠壓,肌肉血供受到嚴(yán)重阻礙,肌毛細(xì)血管內(nèi)氧離加速,還原Hb和還原Mb含量增加,導(dǎo)致局部肌肉氧攝取-灌注率升高。肌氧飽和度在運(yùn)動(dòng)起始階段出現(xiàn)下降后逐漸平穩(wěn)并略有回升,分析出現(xiàn)這種變化的原因是隨著運(yùn)動(dòng)的進(jìn)行,持續(xù)進(jìn)行同一強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)時(shí)肌肉收縮對(duì)這一強(qiáng)度產(chǎn)生適應(yīng),出現(xiàn)適應(yīng)性氧耗量減少,導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)中肌肉組織氧含量恢復(fù)。由于在一定強(qiáng)度范圍內(nèi)肌肉組織能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)氧供需的平衡,使肌氧飽和度保持在一定水平。攝氧量達(dá)到穩(wěn)定階段,肌紅蛋白在運(yùn)動(dòng)起始階段發(fā)生了氧離,在隨后的穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)重新氧合,使肌氧飽和度回升。本研究表明肌氧飽和度的變化與肌肉內(nèi)氧化代謝水平有密切關(guān)系,進(jìn)一步提示了氧供需對(duì)肌肉活動(dòng)的影響。低氧作為一種強(qiáng)烈環(huán)境應(yīng)激,對(duì)人體生理功能產(chǎn)生顯著影響。低氧運(yùn)動(dòng)時(shí),以相同強(qiáng)度進(jìn)行運(yùn)動(dòng)時(shí)其血液攜氧量(表現(xiàn)為SpO2顯著下降)顯著下降,造成相對(duì)運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度顯著增加;而造成相對(duì)強(qiáng)度顯著提高的主要是因?yàn)榈脱醐h(huán)境下無氧閾和最大攝氧量的降低,二者的顯著降低意味著有氧運(yùn)動(dòng)能力的顯著下降;骨骼肌組織有極強(qiáng)的可塑性,當(dāng)環(huán)境條件改變時(shí)會(huì)隨之發(fā)生適應(yīng)性改變,從而產(chǎn)生對(duì)環(huán)境變化的適應(yīng)。缺氧和運(yùn)動(dòng)都會(huì)增加肌氧飽和度下降的幅度,本實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步說明了急性低氧暴露改變了運(yùn)動(dòng)時(shí)肌氧飽和度的應(yīng)答。3.2deff相對(duì)飽和度變化運(yùn)動(dòng)時(shí)由于需要更多能量維持運(yùn)動(dòng),氧氣消耗增加導(dǎo)致局部肌肉組織脫氧,肌氧飽和度下降,與安靜狀態(tài)相比形成一個(gè)相對(duì)有效下降值(Deff)。不同人從安靜狀態(tài)到運(yùn)動(dòng)狀態(tài),肌氧飽和度下降幅度不一樣,同一個(gè)體在不同狀態(tài)下進(jìn)行相同負(fù)荷強(qiáng)度運(yùn)動(dòng),肌氧飽和度下降幅度也不一樣。局部組織脫氧程度取決于運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度等因素,低氧期間運(yùn)動(dòng)時(shí),因相對(duì)強(qiáng)度增大,局部肌組織缺氧與常氧狀態(tài)相比更為嚴(yán)重,Deff比常氧更低,Deff絕對(duì)值越大,下降幅度越高,表明組織耗氧越多。所以Deff反應(yīng)的是運(yùn)動(dòng)過程中組織動(dòng)員和利用氧氣情況,可評(píng)定人體運(yùn)動(dòng)過程中肌肉的氧化代謝能力。在完成相同運(yùn)動(dòng)負(fù)荷強(qiáng)度時(shí),Deff越大,表明機(jī)體動(dòng)員和利用氧氣的能力越強(qiáng),有氧代謝能力越好,以確保局部組織能在一個(gè)更低的水平維持氧供應(yīng)和氧消耗的平衡。相反,Deff值越小說明組織消耗氧氣越少,機(jī)體的代謝能力越差。綜上分析,肌氧飽和度相對(duì)有效下降值(Deff)可以反映有機(jī)體動(dòng)員和利用氧氣能力,評(píng)價(jià)運(yùn)動(dòng)中肌肉組織的氧化代謝能力,利用這一信息可以作為增加訓(xùn)練強(qiáng)度、減小疲勞和改進(jìn)訓(xùn)練效果的一個(gè)評(píng)定依據(jù)。3.3sp0的測(cè)量低氧運(yùn)動(dòng)中肌氧飽和度與SpO2存在相關(guān)性,兩者均是反映機(jī)體供氧程度的重要指標(biāo)。動(dòng)脈血氧飽和度(SaO2)反映Hb與氧結(jié)合的能力,根據(jù)氧離曲線可知它與血液氧分壓相關(guān)。脈搏血氧飽和度(SpO2)與SaO2顯著相關(guān)(相關(guān)系數(shù)為0.90~0.98),SpO2可以真實(shí)反映動(dòng)脈血液中的血氧飽和度,監(jiān)測(cè)SpO2可以反映血液的氧合程度。肌氧飽和度是肌組織中各種微血管血氧飽和度的加權(quán)平均值,由于微靜脈血流速比微動(dòng)脈血慢,因此微靜脈血在肌氧飽和度中占主要地位,即肌氧飽和度主要代表靜脈成分。SpO2是動(dòng)脈血的氧飽和度,只要人體指端動(dòng)脈供氧正常,它一般范圍在95%~100%。通過SpO2的測(cè)試值,能及時(shí)評(píng)價(jià)血氧飽和情況,了解機(jī)體氧合功能。SpO2與肌氧飽和度的生理意義不同,如果動(dòng)脈血液循環(huán)正常,而局部肌組織缺氧,則SpO2仍維持正常,但肌氧飽和度降低。低氧運(yùn)動(dòng)二者相關(guān)系數(shù)為0.949(P<0.01)。SpO2只能在少數(shù)部位進(jìn)行測(cè)量,不能實(shí)現(xiàn)體表大多數(shù)部位供血供氧狀態(tài)的無損傷監(jiān)測(cè),從這些部位測(cè)得的參數(shù)能反映全身動(dòng)脈血氧飽和度的變化情況,卻無法反映肌組織血氧飽和度的變化情況。由此提示肌氧飽和度與SpO2一樣,可以反映個(gè)體對(duì)低氧的適應(yīng)