肢体肌肉代谢反射激活通过压力反应增强人类肋间肌血流指数而无局部血管收缩证据

本研究发现，通过上肢运动后缺血（PEMI）激活肢体肌肉代谢反射，可显著提升平均动脉压（MAP）和肋间肌血流指数（BFI），但未引起局部血管阻力指数（VRI）的显著变化。该研究首次揭示，肢体源性代谢反射可通过系统性升压反应增强呼吸肌灌注，为高强度运动时心血管系统优先保障呼吸肌氧供的整合机制提供了新见解。

　　

引言

运动压力反射由骨骼肌中的III和IV组传入神经介导，在体力活动期间的心血管调节中发挥关键作用。其组成部分肌肉代谢反射已被充分证明能够增加交感神经活动、升高动脉血压并保障重要器官的灌注。尽管肌肉代谢反射对系统性心血管调节的影响已得到广泛研究，但其对呼吸肌血流的影响仍 largely 未知。

呼吸肌包括膈肌和肋间肌，在运动中尤其在中高强度时变得高度活跃。呼吸的氧气消耗可占健康个体总耗氧量的10%–15%。因此，呼吸肌需要充足且及时的血流增加以维持其功能并延缓疲劳。

在剧烈全身运动期间，对有限心输出量的竞争可能导致血流在呼吸肌和 locomotor 肌之间的重新分配。一些研究提出，在此类条件下，血流可能会按比例重新分配至呼吸肌以满足其增加的代谢需求，这可能以 locomotor 肌灌注为代价。这种现象被描述为“血流竞争”，可能导致肢体早期疲劳。然而，交感缩血管活动可同时由呼吸肌和 locomotor 肌的代谢反射引发，这被称为双向交感神经活动。在这种情况下，来自代谢活跃的呼吸肌和肢体肌肉的竞争性传入输入都可能贡献于系统性交感神经输出，使运动期间的血流重新分配和血管控制模式复杂化。这种反射的相互作用突显了高代谢应激下整合循环调节的复杂性。

尽管有这些重要见解，关于肢体肌肉代谢反射激活如何影响呼吸肌血流的直接证据仍然缺乏。为填补这一空白，本研究调查了前臂肌肉代谢反射激活是否会改变肋间肌的血流。我们使用弥散相关光谱（DCS）——一种评估微血管血流的无创光学方法——来评估在运动后肌肉缺血（PEMI）方案中肋间肌血流指数（BFI）的变化。

方法

研究对象为16名健康年轻男性志愿者。选择男性是为了尽量减少潜在的性别相关混杂因素。所有参与者均未服用任何药物，且均为非吸烟者。实验前至少12小时被要求避免摄入咖啡因、酒精和剧烈体力活动。

所有实验在25°C的房间内进行。受试者采用半卧位。使用右手进行三次最大等长握力收缩以确定最大自愿收缩（MVC），并据此计算30% MVC。一个可快速充气的袖带置于右上臂用于动脉闭塞。仪器安装完成后，允许至少15分钟的休息期再开始数据收集。

每个受试者经历两种随机实验条件：对照条件和肌肉代谢反射激活（MMA）条件。两种方案均以2分钟静息基线开始，随后进行2分钟30% MVC的等长握力练习。在MMA条件下，袖带在握力练习结束前5秒充气至超收缩压（>240 mmHg）并保持充气2分钟以诱导PEMI。在对照条件下，袖带不充气，受试者在运动后相应2分钟内休息。两种方案均在袖带放气（或对照条件下的相应时间点）时开始3分钟的恢复期。

为控制呼吸变化对肋间肌血流的独立影响，在静息基线、PEMI（或对照条件下的相应运动后期）和恢复期实施了呼吸控制。呼吸频率（RR）和每分钟通气量（V?_E）通过视觉反馈给受试者，并指示他们以15次/分钟的节拍器同步呼吸。由于握力练习期间通气驱动通常升高，在此期间实施控制呼吸不切实际。

为进一歩分离肌肉代谢反射与呼吸影响，在静息时和PEMI期间（或对照条件下的相应时期）进行了15秒的屏气操作。具体来说，在最初的2分钟休息后，受试者在实验者口头提示下于自发吸气末屏气15秒。另一次15秒屏气在握力练习结束后105秒进行，对应于PEMI期的最后15秒。

测量指标包括通过三导联心电图（ECG）监测心率（HR），通过手指光电体积描记法（Finometer）评估逐搏动脉血压变化。通气变量包括V?_E、RR、潮气量（TV）和呼气末二氧化碳分压（P_ETCO₂）通过连接至电气体流量计和气体分析器的面罩进行测量。

使用实验室开发的DCS系统评估肋间肌的微血管血流动力学。该系统包括一个长相干连续波激光器（785 nm, 100 mW）和一个光子计数雪崩光电二极管探测器。BFI以1秒间隔计算。源-探测器间距为3 cm，对应的估计穿透深度约为1.5 cm。探头用医用胶带固定于左侧第七肋间中腋线上的皮肤。在探头放置前通过超声成像确认肋间肌位置。

逐搏HR和MAP被插值并重采样至1 Hz以匹配BFI的时间分辨率。血管阻力指数（VRI）计算为MAP除以BFI。

数据分析包括计算各时期血流动力学和呼吸变量的平均值。为尽量减少呼吸运动伪影对DCS信号的影响，BFI和VRI主要在屏气期间进行分析。具体而言，BFI和VRI的值通过平均静息时和PEMI期间（或对照条件下相应运动后期）每次15秒屏气的最后10秒来计算。

使用非参数统计方法进行所有比较。数据以中位数和四分位数范围表示。

结果

代表性时间过程响应显示，与对照条件相比，MMA条件在PEMI期间引起更大且更持久的MAP和BFI增加。

组数据显示，两种条件下的静息呼吸或心血管变量无显著差异。等长握力练习期间，两种条件下的MAP和HR均较静息值显著增加，且条件间无显著差异。

在对照条件下，运动后的MAP和HR与基线相比无显著变化。相反，在MMA条件下，PEMI期间的MAP显著高于静息值，并且显著高于对照条件。HR在PEMI期间与基线无显著差异，且条件间无差异。

恢复期，MMA条件下的MAP在第二和第三分钟仍显著高于基线，但条件间无显著差异。HR在条件间可比，且与静息水平无差异。

为尽量减少呼吸运动伪影，在屏气期间定量分析了肋间肌BFI和VRI。所有心血管变量在静息屏气时条件间无显著差异。然而，在运动后期屏气期间，MMA条件下的MAP和BFI显著高于对照条件，而HR和VRI相当。此外，在MMA条件下，PEMI屏气期间的MAP和BFI显著高于静息时，而HR和VRI无显著变化。在对照条件下，所有心血管变量在静息和运动后期屏气期间相似。

讨论

本研究首次调查了通过PEMI在肢体肌肉中诱导的肌肉代谢反射激活期间的肋间肌BFI和血管反应。主要新发现是，前臂肌肉代谢反射的激活增加了MAP和肋间肌BFI，而没有显著局部血管收缩的证据。这些结果表明，当在肢体骨骼肌中被激活时，肌肉代谢反射通过系统性升压反应促进肋间肌灌注。

先前的研究主要关注肌肉代谢反射对系统性心血管调节的影响，而其對肋間肌灌注的影響仍不清楚。本研究提供了第一个直接证据，表明由前臂肌肉收缩诱导并通过PEMI分离的代谢反射激活通过灌注压的增加增强了肋间肌BFI，而没有局部血管收缩的明确证据。

尽管肌肉代谢反射激活通常在非运动血管床诱导交感血管收缩，但基于VRI没有增加，在肋间肌中没有明显这种反应。这尤其值得注意，因为在PEMI期间，动脉压的增加已知主要源于全身血管阻力的增加。相应地，肋间VRI没有相应增加表明区域性的独特血管反应。

一个可能的解释是肋间肌可能表现出对交感刺激的缩血管反应性降低。另一个潜在的贡献者是β₂-肾上腺素能受体介导的血管舒张。功能性交感溶解的作用也值得考虑。

本研究的方法学局限性包括DCS检测到的信号可能包含来自皮肤和皮下脂肪等表层组织的贡献。另一个方法学考虑是呼吸诱导的运动伪影对肋间肌DCS信号的潜在影响。我们通过屏气操作来尽量减少这种混淆因素。另一个局限性是我们没有直接评估肋间肌活动，例如通过表面肌电图（EMG）。进一步的局限性涉及VRI的解释。

观点与意义

本研究首次调查了由运动压力反射介导的心血管调节——特别是通过来自肢体的III和IV组肌肉传入神经在PEMI期间——如何影响肋间肌的血流和血管控制。研究结果表明，反射机制——特别是肌肉代谢反射——也起着重要作用。

从方法学角度来看，这是首次将DCS应用扩展到肋间肌，并且是第一个独立研究——由原始开发者以外的团队——使用DCS评估呼吸肌灌注。与近红外光谱结合吲哚菁绿染料（NIRS-ICG）相比，DCS提供了一种无创且连续的手段来测量深层组织的微血管灌注。

除了方法学贡献外，本研究可能还具有重要的临床和生理学意义。受损的呼吸肌灌注与呼吸肌疲劳的发展有关，这可能限制运动耐受性并导致健康个体在高强度运动期间以及心血管或肺部疾病患者的呼吸困难。

结论

本研究提供了第一个证据，表明通过PEMI分离的前臂肌肉代谢反射激活通过动脉压升高增加了肋间肌的BFI，而没有局部血管收缩的明确证据。这些发现为了解肋间肌循环的神经调节提供了初步见解，并为未来研究运动和生理应激期间肌肉灌注的整合控制奠定了基础。