肌氧含量評(píng)價(jià)運(yùn)動(dòng)能力的應(yīng)用進(jìn)展概述
相關(guān)鏈接： 中國(guó)安全網(wǎng) 中國(guó)質(zhì)量網(wǎng) 中國(guó)論文網(wǎng) 中國(guó)資訊網(wǎng)
摘要：肌氧含量是利用近紅外光譜技術(shù)（NIRS）進(jìn)行檢測(cè)，用來評(píng)估骨骼肌組織中血容量的變化以及氧傳遞與氧消耗之間的平衡，并用于反應(yīng)運(yùn)動(dòng)時(shí)機(jī)體組織的有氧和無氧代謝狀態(tài)的生理學(xué)指標(biāo)。本文通過綜述肌氧含量作為一項(xiàng)無損測(cè)定的、敏感的指標(biāo)在運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域中的應(yīng)用情況，分析其測(cè)定的實(shí)際意義，為評(píng)定運(yùn)動(dòng)員的生理機(jī)能狀況、掌握訓(xùn)練強(qiáng)度和評(píng)價(jià)訓(xùn)練效果引入新的生物學(xué)監(jiān)測(cè)指標(biāo)提供理論依據(jù)。
論文關(guān)鍵詞：肌氧含量,NIRS,最大攝氧量,乳酸閾
隨著研究的發(fā)展，證實(shí)了乳酸的生成與氧的供給和利用之間有著密切的關(guān)系，而氧的運(yùn)輸又是由血紅蛋白完成的，因此，如果能夠監(jiān)測(cè)到運(yùn)動(dòng)時(shí)骨骼肌組織中氧合血紅蛋白(HbO2)的變化，對(duì)了解運(yùn)動(dòng)時(shí)人體的身體機(jī)能狀況、對(duì)不同強(qiáng)度負(fù)荷的適應(yīng)、掌握訓(xùn)練強(qiáng)度和評(píng)價(jià)訓(xùn)練效果以及判斷運(yùn)動(dòng)性疲勞等有著重要的參考價(jià)值。隨著NIRS的發(fā)展，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)組織中氧的供應(yīng)狀況成為可能[1-4]。這一技術(shù)能夠無損傷的監(jiān)測(cè)體內(nèi)HbO2和還原血紅蛋白的變化，由于是在體監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)性和動(dòng)態(tài)性較好[5-7]。這種技術(shù)可用來評(píng)估骨骼肌組織中血容量的變化和氧傳遞與氧消耗之間的平衡，并用于反應(yīng)運(yùn)動(dòng)時(shí)機(jī)體組織的有氧和無氧代謝狀態(tài)[8-11]。
1 近紅外線光譜技術(shù)監(jiān)測(cè)肌氧含量的原理
NIRS是以氧合血紅蛋白、還原血紅蛋白、細(xì)胞色素氧化酶等的吸收光譜為基礎(chǔ)，結(jié)合光在組織中的傳播規(guī)律，利用近紅外光對(duì)組織的良好穿透能力，研究光在組織中歷經(jīng)一系列吸收、散射后反射光攜帶的與吸收譜相關(guān)的組織生化信息。
機(jī)體在不同狀態(tài)下血紅蛋白攜氧量會(huì)發(fā)生變化，從而對(duì)近紅外光(600～1000nm)呈現(xiàn)出不同的吸收譜來確定氧代謝狀態(tài)。光在組織中傳播，部分被血紅蛋白吸收，部分被散射，吸收的信號(hào)在接收器可以獲得，經(jīng)過解算處理便可得到氧合血紅蛋白、還原血紅蛋白百分比濃度的變化以及血容量的變化，從而了解肌肉組織氧供和氧需之間的平衡情況。
2 肌氧含量監(jiān)測(cè)方法的應(yīng)用
1977年，Jobsis首次將近紅外光譜測(cè)量技術(shù)(NIRS)應(yīng)用于研究人腦組織氧代謝[12]。20世紀(jì)90年代美國(guó)科學(xué)院院士，賓夕法尼亞大學(xué)醫(yī)學(xué)院的Britton Chance 教授率先推出了肌肉組織氧飽和度無損檢測(cè)的技術(shù)，并于1992年已提出NIRS能反映運(yùn)動(dòng)時(shí)機(jī)體組織的有氧與無氧代謝狀態(tài)，評(píng)定運(yùn)動(dòng)后的恢復(fù)速度和有氧能力[13]。我國(guó)學(xué)者蘇暢[14]等人在1998年將其用于肌肉組織的測(cè)量。目前，國(guó)際上已有研究者把近紅外光譜測(cè)量用于胸部組織和肝臟、腎臟等器官組織的研究。我國(guó)已有眾多學(xué)者將肌氧含量的近紅外無損檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用于賽艇、中長(zhǎng)跑等運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目來評(píng)定機(jī)體的運(yùn)動(dòng)能力[15,16]。另外有研究證實(shí)，在不同運(yùn)動(dòng)負(fù)荷下測(cè)定的肌氧含量與肌電圖、最大攝氧量、血乳酸、心率等指標(biāo)有高度相關(guān)性[17,18,19,20,21]，使得肌氧含量的監(jiān)測(cè)技術(shù)愈加成熟，從而將科研技術(shù)與運(yùn)動(dòng)實(shí)踐緊密結(jié)合，為運(yùn)動(dòng)員競(jìng)技能力的提高提供了新思路。
2.1肌氧含量的監(jiān)測(cè)與肌肉疲勞
以往判斷肌肉疲勞的方法主要是通過肌電圖。有學(xué)者將肌肉氧含量與肌電信號(hào)結(jié)合起來，發(fā)現(xiàn)隨著運(yùn)動(dòng)負(fù)荷的增加其肌氧含量下降，同時(shí)積分肌電（IEMG）升高，肌氧含量與 IEMG 的變化呈線性負(fù)相關(guān)，該研究證明了肌氧含量與肌電信號(hào)一樣，可以反映運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的肌肉活動(dòng)。我國(guó)李秀榮[22]等人通過實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，在遞增負(fù)荷運(yùn)動(dòng)中，肌氧含量隨負(fù)荷增加而下降，且與 IEMG 顯著負(fù)相關(guān)關(guān)( r=-0.852～-0.986 )，進(jìn)一步提示了肌肉活動(dòng)對(duì)氧的依賴，說明缺氧可能是導(dǎo)致肌肉疲勞的主要因素，同時(shí)也說明了肌氧含量可能是肌肉疲勞的又一檢測(cè)指標(biāo)。
2.2肌氧含量的監(jiān)測(cè)與無氧閾
無氧閾(Anaerobic Threshold,AT)是指人體在逐級(jí)遞增負(fù)荷運(yùn)動(dòng)中，開始大量動(dòng)用無氧代謝供能的臨界點(diǎn)，常以血乳酸水平達(dá)到4mmol/L時(shí)所對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度或功率來表示[23]。
Belardinelli等通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在負(fù)荷低于乳酸無氧閾時(shí)肌氧含量下降緩慢，達(dá)到乳酸無氧閾時(shí)肌氧含量下降加速，即出現(xiàn)明顯的拐點(diǎn)。同時(shí)也發(fā)現(xiàn)肌氧含量下降與乳酸的升高相關(guān)[24]。曹建民等研究也發(fā)現(xiàn)，遞增負(fù)荷運(yùn)動(dòng)時(shí)肌氧含量的下降與乳酸的升高二者高度相關(guān)[25]。上述均說明肌氧含量出現(xiàn)拐點(diǎn)可以用乳酸的變化解釋，肌氧含量可以用來推測(cè)無氧閾。另外，徐國(guó)棟[19]等利用NIRS監(jiān)測(cè)氣體交換率的實(shí)驗(yàn)中也發(fā)現(xiàn)，運(yùn)動(dòng)過程中骨骼肌組織內(nèi)氧含量隨著運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的增加呈現(xiàn)出規(guī)律性的變化，ΔHbO2與VO2max和無氧閾間具有高度的相關(guān)性。
2.3肌氧含量的監(jiān)測(cè)與最大攝氧量
最大攝氧量(VO2max)是指人體進(jìn)行有大量肌肉群參加的長(zhǎng)時(shí)間劇烈運(yùn)動(dòng)中，當(dāng)心肺功能和肌肉利用氧的能力達(dá)到本人極限水平時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)所能攝取的氧量。它反映了機(jī)體吸入氧、運(yùn)輸氧合利用氧的能力，是評(píng)定人體有氧工作能力的重要指標(biāo)之一。
我國(guó)學(xué)者沈友清等通過實(shí)驗(yàn)研究，認(rèn)為肌氧含量的相對(duì)有效下降值(Deff)和最大攝氧量(VO2max)存在相關(guān)性，兩者均與機(jī)體有氧代謝能力密切相關(guān)[20]。肌氧含量的相對(duì)有效下降值(Deff)是肌氧含量從安靜狀態(tài)到濃度達(dá)到最低的差值。運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于需要更多能量維持運(yùn)動(dòng)，氧氣的消耗增加，導(dǎo)致局部肌肉組織脫氧，使肌氧含量下降，與安靜狀態(tài)時(shí)相比形成一個(gè)相對(duì)有效下降值。它反映運(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[26]。相同負(fù)荷時(shí)，肌氧下降深度越深，表明局部肌肉對(duì)氧的需求和消耗量愈大。運(yùn)動(dòng)至力竭時(shí)組織動(dòng)員和利用氧氣的能力已經(jīng)達(dá)到最高水平，Deff反映組織消耗氧氣的相對(duì)變化量。
由此推測(cè)，運(yùn)動(dòng)過程中肌氧含量的相對(duì)有效下降值越大，肌肉對(duì)氧的代謝能力越強(qiáng)，局部氧的動(dòng)員和利用越充分，有利于VO2max的提高。反過來，局部肌肉對(duì)氧的利用率愈低，在進(jìn)行遞增負(fù)荷運(yùn)動(dòng)時(shí)糖酵解供能出現(xiàn)的越早，不利于運(yùn)動(dòng)的持續(xù)進(jìn)行。
3 結(jié)論
肌氧含量作為反映運(yùn)動(dòng)能力差異的一項(xiàng)無損測(cè)定的、敏感的指標(biāo)，直觀、形象地揭示了運(yùn)動(dòng)時(shí)肌氧輸送與消耗利用的關(guān)系。同時(shí)，眾多研究表明，肌氧含量與血乳酸、無氧閾、最大攝氧量等指標(biāo)之間存在著高度相關(guān)關(guān)系，證明了采用肌氧含量測(cè)定能作為監(jiān)測(cè)和評(píng)定人體最大有氧能力的有效方法，為運(yùn)動(dòng)員的生理機(jī)能評(píng)定和運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練效果的生理評(píng)價(jià)引入了新的測(cè)試技術(shù)和評(píng)價(jià)指標(biāo)。
參考文獻(xiàn)：
[1] De Blasi RA,Cope M,Elwell C,et al.Noninvasive measurement of human forearm oxygen consumption by near infrared spectroscopy[J].Eur J Appl Physiol Occup Physiol,1993,67(1):20-25.
[2] De Blasi RA,Fantini S, Franceschini MA,et al.Cerebral and muscle oxygen saturation measurement by frequency–domain near–infrared spectrometer[J].Med Biol Eng Comput,1995,33(2):
