基于近红外光谱静息骨骼肌闭塞测试预测有氧能力的动力学模型优化研究

这篇研究通过结合超声检查和近红外光谱（NIRS）技术，开发了一种非侵入性、非力竭性的骨骼肌血流动力学评估方法，用于预测最大摄氧量（VO2max）。研究发现，3分钟300 mmHg的肢体缺血后，峰值血流（RH）和NIRS再氧合动力学与VO2max显著相关，且肌肉缺血期间的氧脱饱和程度是预测有氧能力的关键指标。该成果为运动员和临床患者提供了便捷的体能监测工具。

　　

引言

运动训练通过增强心输出量、血浆容量和红细胞质量等中枢适应机制提升氧运输能力，同时外周适应如毛细血管密度和线粒体效率的改善也至关重要。最大摄氧量（VO₂max）是评估有氧能力的核心指标，但传统测试需力竭运动且无法区分中枢与外周适应。因此，开发基于静息状态的非力竭性替代方法成为研究热点。

方法

研究采用两阶段设计：

1. 1.

   试点研究：8名健康成人完成跑步机测试和5分钟220 mmHg大腿缺血试验，同步超声和NIRS监测股浅动脉血流及肌肉氧饱和度（SmO₂）。

2. 2.

   验证研究：30名参与者进行自行车测力计测试和3分钟300 mmHg缺血试验，优化预测方程。

关键技术包括：

• •

  超声检查：测量峰值血流（RH）和基线-峰值差值（ΔsFBF）。

• •

  NIRS：计算再氧合速率（Rep 10 s）、相对峰值再氧合率（R_peak）及缺血期氧脱饱和斜率。

结果

1. 1.

   血流动力学相关性：

   • •

     峰值血流与VO₂max显著相关（r=0.57–0.84），验证研究中绝对VO₂max（VO₂abs）相关性更强（r=0.73）。

   • •

     NIRS再氧合指标（如R_peak和Rep 10 s）与VO₂max的相关系数达0.61–0.77（P<0.001）。

2. 2.

   缺血期氧脱饱和：

   • •

     氧脱饱和斜率与VO₂abs呈负相关（r=?0.74），表明缺氧应激程度越高，有氧能力越强。

   • •

     脱饱和速率与再氧合速率（r=?0.73）及峰值血流（r=?0.76）显著关联，提示缺血应激驱动下游血管扩张。

3. 3.

   预测方程：

   • •

     基于RH峰值血流的VO₂abs预测模型R²=0.64，标准误差（SEE）=551 mL/min。

   • •

     NIRS脱饱和斜率模型R²=0.54，SEE=623 mL/min，适用于便携式评估。

讨论

1. 1.

   生理学机制：

   缺血通过一氧化氮和前列腺素等介导血管扩张，训练者因更高的微血管密度和氧化能力表现出更强的血流响应和再氧合速率。

2. 2.

   技术优势：

   NIRS无需复杂校准，且脱饱和斜率测量窗口宽（3分钟），规避了超声瞬时采样的误差风险。

3. 3.

   局限性：

   • •

     样本局限于健康人群，未涵盖心血管疾病患者。

   • •

     设备特异性（Hamamatsu NIRO 200）可能限制结果普适性。

结论

静息缺血测试结合NIRS动力学可有效预测VO₂max，为运动员远程监测和临床康复评估提供了创新工具。未来需扩展人群验证并探索跨设备兼容性。