急性低氧运动对肌氧饱和度的影响

急性低氧运动对肌氧饱和度的影响

近红外光谱技术（nips）是一种穿过身体组织的连续光谱。根据氧化血红蛋白（hbo2）、还原血红蛋白（hb）、肌酰磷白等药物的不同吸收特性，我们可以监测组织中的氧含量或相对氧含量。信号能反映组织摄取氧气的动态变化及氧供需的平衡情况,反映不同性别、不同年龄人群以不同强度、不同方式运动时骨骼肌氧摄取与利用的过程,在实际应用中具备有效性。人体组织血氧参数包括血红蛋白浓度及血氧饱和度两类,组织血氧饱和度(RegionalTissueOxygenSaturation,rSO2)计算公式:。肌氧饱和度(muscleregionalTissueOxygenSaturation,M-rSO2),主要指肌组织动脉、静脉和毛细血管中氧供给、消耗的动态平衡和肌红蛋白氧含量的总体效应。骨骼肌对氧利用能力是有氧能力的重要决定因素,运时机体会出现氧供给和氧消耗的失衡,进而导致肌氧饱和发生变化,监控运动时肌氧饱和度变化对于了解运动时身机能状况、科学指导运动训练有重要参考价值。本研究42名普通健康男性大学生为实验对象,观察急性低氧暴期间运动对肌氧饱和度的影响,了解低氧暴露过程中骨骼机能的变化特点及适应过程,从分子学水平研究和揭示低环境下生物体特征性变化,选取肌氧饱和度这一无侵袭、损伤指标实现对肌组织有氧代谢能力的评估,为科学运用氧训练提高运动能力提供新的预测及评价指标。1研究对象和方法1.1知情同意书的签署42名北京体育大学健康男性大学生,所有受试者身体健康,世居平原,实验前6个月未经高原或低氧暴露(海拔≥1500m);受试者被明确告知本实验的具体流程和要求,实验可能造成的低氧不适反应,签署知情同意书。受试者基本情况见表1。1.2实验步骤1.2.1m-rs2、sp低氧暴露前进行常氧基础值测试,测试前48h避免剧烈运动。测试环境:温度20~24℃,相对湿度46~67%,气压为1014~1021hPa。测试安静时M-rSO2、SpO2;然后进行30min运动测试:在卧式功率车(USA)上仰卧休息5min后,进行恒定负荷(80W,60rpm)仰卧蹬车20min,恢复5min,运动期间每5min记录M-rSO2、SpO2。1.2.2低氧舱运动测试受试者于常压低氧舱(模拟海拔4800m,FIO2为10.4~10.8%)暴露6h。进舱后休息30min然后进行上述恒定负荷运动测试,记录相应指标;30min运动测试后,低氧舱内再暴露5h(静止休息)。实验地点设在北京体育大学低氧训练实验室。1.3指标测试和方法1.3.1脉搏血氧饱和度Nonin3100型血氧饱和度仪(USA)测试SpO2,传感器统一夹在左手食指,数据稳定后读数并记录。1.3.2测量结果分析采用TSAH-100型近红外组织血氧参数无损监测仪连续检测。测量时选择体积最大的股四头肌外侧头为检测点,因为股四头肌是该运动的主要原动肌(主动肌);其次在研究运动与肌氧饱和度变化的文献中,股四头肌是最常用部位,选用股四头肌作为检测点有利于同前人研究结果做比较分析。将传感器探头纵向放置在左侧大腿髌骨中点上10~12cm股外侧肌肌腹的纵向平面上,探头的纵轴平行于大腿,为防止汗水浸入检测器影响检测精度,在探头与大腿皮肤之间贴一层透光塑料薄膜,用内衬黑色布料的弹性绷带固定探头,防止漏光,黑色布料也有利于减少环境光产生的噪声,提高仪器采集的信噪比。调整绷带固定的松紧度,既要保持探头与皮肤之间的良好接触,避免在运动中探头移动或脱落,又不能压迫肢体造成缺血。每次测试前均需调好基线,约1分钟左右稳定后出现稳定值再开始正式记录。1.4数据分析及处理用Excel进行数据采集及整理,SPSS13.0数据分析,组间比较采用独立样本t检验。测量与计算结果用(Mean±SD)表示,显著性差异为P<0.05,非常显著性差异为P<0.01。2研究结果2.1肌氧饱和度的变化图1为1名受试者在常氧常压下运动时肌氧饱和度变化的典型图例。肌氧饱和度在运动开始后显著下降,不同受试者肌氧饱和度下降到最低值的快慢不一样,继续运动曲线逐渐趋于平缓。随着运动继续趋向缓慢升高,但升高幅度不大。运动结束后肌氧饱和度急剧上升,恢复至运动前水平后出现超量恢复现象,恢复期与安静状态经双侧t检验,t=7.291,p<0.001,非常显著性差异。2.2肌氧饱和度变化急性低氧暴露期间安静时肌氧饱和度值比常氧常压状态下降,运动时肌氧饱和度变化趋势与常氧常压相同。表2为20min运动过程中各时间段肌氧饱和度变化的统计平均值。图2中2条曲线变化趋势基本一致,即运动开始后肌氧饱和度显著下降,低氧暴露期间下降的速率比常氧常压快。运动期间,肌氧饱和度基本保持平稳,低氧暴露期间随运动时间延长有下降趋势。运动结束后出现超量恢复现象,与运动前(均为平均值)相比急性低氧暴露与常氧常压之间(t=3.523,p<0.01),差异有非常显著性意义。2.3肌氧饱和度变化值的柱状因检测器探头位置和角度的不可重复性,本实验所有肌氧饱和度都用相对有效下降值(Deff)表示,Deff是指肌氧饱和度从安静状态到浓度最低时的差值。由于需要更多能量维持运动,氧气消耗增加,导致局部肌肉组织脱氧,肌氧饱和度下降,与安静状态相比形成一个相对有效下降值,它反映了运动过程中组织动员和利用氧气的情况,可用来评定运动肌肉的氧化代谢能力。图3为运动中肌氧饱和度相对有效下降值的柱状图。结果提示:急性低氧暴露对骨骼肌有氧代谢能力产生效应。2.4肌肉氧饱和度与sp2的关系统计学分析结果表明低氧运动中肌氧饱和度与SpO2密切相关,直线相关系数为r=0.949,P<0.01实验测试指标相关关系图见图4。3分析与讨论3.1肌肉氧相关变化研究证实肌肉和血液中氧含量的变化对工作肌有极大影响,当肌肉氧含量供给不足时会加速疲劳的产生从而导致肌肉工作能力下降。肌氧饱和度反映肌组织氧代谢变化情况,在运动的开始阶段机体对氧气的需求增加,肌肉组织脱氧使肌氧饱和度显著下降,消耗的氧气用来产生维持运动的能量。运动中肌氧饱和度下降受多种因素影响,如肌肉内氧分压下降;肌组织中pH值下降;二氧化碳分压升高;各种代谢产物堆积等。本研究中肌氧饱和度下降可能由氧分压下降引起,由于运动引起肌肉耗氧量增加或内脏器官生理惰性,机体摄氧量不能满足需要,引起氧分压降低;运动使肌肉毛细血管受挤压,肌肉血供受到严重阻碍,肌毛细血管内氧离加速,还原Hb和还原Mb含量增加,导致局部肌肉氧摄取-灌注率升高。肌氧饱和度在运动起始阶段出现下降后逐渐平稳并略有回升,分析出现这种变化的原因是随着运动的进行,持续进行同一强度运动时肌肉收缩对这一强度产生适应,出现适应性氧耗量减少,导致运动中肌肉组织氧含量恢复。由于在一定强度范围内肌肉组织能够自动调节氧供需的平衡,使肌氧饱和度保持在一定水平。摄氧量达到稳定阶段,肌红蛋白在运动起始阶段发生了氧离,在随后的稳定运动状态时重新氧合,使肌氧饱和度回升。本研究表明肌氧饱和度的变化与肌肉内氧化代谢水平有密切关系,进一步提示了氧供需对肌肉活动的影响。低氧作为一种强烈环境应激,对人体生理功能产生显著影响。低氧运动时,以相同强度进行运动时其血液携氧量(表现为SpO2显著下降)显著下降,造成相对运动强度显著增加;而造成相对强度显著提高的主要是因为低氧环境下无氧阈和最大摄氧量的降低,二者的显著降低意味着有氧运动能力的显著下降;骨骼肌组织有极强的可塑性,当环境条件改变时会随之发生适应性改变,从而产生对环境变化的适应。缺氧和运动都会增加肌氧饱和度下降的幅度,本实验进一步说明了急性低氧暴露改变了运动时肌氧饱和度的应答。3.2deff相对饱和度变化运动时由于需要更多能量维持运动,氧气消耗增加导致局部肌肉组织脱氧,肌氧饱和度下降,与安静状态相比形成一个相对有效下降值(Deff)。不同人从安静状态到运动状态,肌氧饱和度下降幅度不一样,同一个体在不同状态下进行相同负荷强度运动,肌氧饱和度下降幅度也不一样。局部组织脱氧程度取决于运动强度等因素,低氧期间运动时,因相对强度增大,局部肌组织缺氧与常氧状态相比更为严重,Deff比常氧更低,Deff绝对值越大,下降幅度越高,表明组织耗氧越多。所以Deff反应的是运动过程中组织动员和利用氧气情况,可评定人体运动过程中肌肉的氧化代谢能力。在完成相同运动负荷强度时,Deff越大,表明机体动员和利用氧气的能力越强,有氧代谢能力越好,以确保局部组织能在一个更低的水平维持氧供应和氧消耗的平衡。相反,Deff值越小说明组织消耗氧气越少,机体的代谢能力越差。综上分析,肌氧饱和度相对有效下降值(Deff)可以反映有机体动员和利用氧气能力,评价运动中肌肉组织的氧化代谢能力,利用这一信息可以作为增加训练强度、减小疲劳和改进训练效果的一个评定依据。3.3sp0的测量低氧运动中肌氧饱和度与SpO2存在相关性,两者均是反映机体供氧程度的重要指标。动脉血氧饱和度(SaO2)反映Hb与氧结合的能力,根据氧离曲线可知它与血液氧分压相关。脉搏血氧饱和度(SpO2)与SaO2显著相关(相关系数为0.90~0.98),SpO2可以真实反映动脉血液中的血氧饱和度,监测SpO2可以反映血液的氧合程度。肌氧饱和度是肌组织中各种微血管血氧饱和度的加权平均值,由于微静脉血流速比微动脉血慢,因此微静脉血在肌氧饱和度中占主要地位,即肌氧饱和度主要代表静脉成分。SpO2是动脉血的氧饱和度,只要人体指端动脉供氧正常,它一般范围在95%~100%。通过SpO2的测试值,能及时评价血氧饱和情况,了解机体氧合功能。SpO2与肌氧饱和度的生理意义不同,如果动脉血液循环正常,而局部肌组织缺氧,则SpO2仍维持正常,但肌氧饱和度降低。低氧运动二者相关系数为0.949(P<0.01)。SpO2只能在少数部位进行测量,不能实现体表大多数部位供血供氧状态的无损伤监测,从这些部位测得的参数能反映全身动脉血氧饱和度的变化情况,却无法反映肌组织血氧饱和度的变化情况。由此提示肌氧饱和度与SpO2一样,可以反映个体对低氧的适应