基于红外热成像的活化穿支血管域模式检测及其与递增骑行运动中急性内负荷参数的相关性分析

《European Journal of Applied Physiology》：Detection of activated perforasome patterns and the correlation with acute internal load parameters during and following incremental cycling

本研究针对热调节动力学监测需求，通过红外热成像技术(IRT)首次系统量化热对比指数(TCI)在递增负荷骑行运动中的动态变化。研究人员发现TCI较皮肤温度(Tsk)能更敏感地反映运动负荷变化，且与心率(HR)、血乳酸、摄氧量(VO2)等内负荷参数呈现更强相关性(r=0.48-0.72)。该成果为运动生理监测提供了新型无创指标，对精准化训练及热应激管理具有重要应用价值。

　　

随着气候变化加剧，热调节生理研究的重要性日益凸显。特别是在运动人群中，活跃骨骼肌产生的热量会给人体带来额外的热调节挑战。长时间或高强度运动会导致体温升高，需要有效的生理反应来维持稳态。然而，传统监测方法在实时评估热调节动力学方面存在局限，这促使研究人员探索新的技术手段。

红外热成像技术(IRT)作为一种非侵入性工具，能够量化皮肤温度(T_sk)并可视化表面热模式，近年来在运动医学领域受到广泛关注。除了测量皮肤温度，IRT还能捕捉到代表活化穿支血管域的热模式变化——这些血管区域由单个穿支血管供血，可能通过将血液从深层肌肉输送至皮肤表面来促进散热。目前，对热对比指数(TCI)动力学及其与心血管、代谢和主观参数的相关性尚未有系统研究。

为填补这一空白，Lukas Masur等研究人员在《European Journal of Applied Physiology》上发表了一项创新研究，探讨了在递增骑行运动中活化穿支血管域模式的检测及其与急性内负荷参数的相关性。

研究团队采用了交叉-sectional设计，招募21名训练有素的男性自行车运动员进行递增负荷测试。运动员在完成5分钟热身运动后，以每5分钟增加50瓦的强度进行骑行测试，直至力竭，随后进行15分钟被动恢复。研究人员持续监测血乳酸、心率、能量消耗、摄氧量和主观疲劳感评分，并按照TISEM检查表要求每5分钟采集一次大腿前侧和后侧的皮肤温度和TCI数据。TCI的计算基于感兴趣区域内10%最热像素和10%最冷像素之间的温度差。

主要研究结果

TCI和T_sk在递增运动测试和急性恢复期间的动力学

研究发现，从静息状态到力竭运动，TCI在36对连续运动增量比较中有27对显示显著增加(Δ2.95°C)，而T_sk在20对比较中显示显著下降(Δ1.85°C)。在恢复期间，TCI在运动后5分钟显著下降(400W:4.33°C vs. 后5:2.93°C)，而T_sk在运动后10分钟才显著增加(400W:30.10°C vs. 后10:31.33°C)。这些结果表明TCI对负荷变化的敏感性高于T_sk。

选定心血管、代谢和主观参数在递增运动测试和急性恢复期间的动力学

所有内负荷参数(血乳酸、心率、VO₂、能量消耗和RPE)均随运动强度增加而显著变化，并在恢复期逐渐恢复至基线水平。这些参数的变化模式为分析热调节参数与内负荷参数的相关性提供了基础。

TCI和T_sk之间的关系及其与选定心血管、代谢和主观参数的相关性

TCI与T_sk呈中等负相关(r=-0.44)。更重要的是，TCI与所有内负荷参数均呈显著正相关(r=0.48-0.72)，相关性强度明显高于T_sk与这些参数的负相关性(r=-0.27至-0.41)。特别值得注意的是，TCI与心率的相关性最强(r=0.72)，表明其主要反映心血管负荷。

讨论与意义

本研究首次系统量化了TCI在递增运动中的动力学特征，并建立了其与内负荷参数的定量关系。TCI的敏感性优于传统T_sk测量，主要体现在三个方面：对连续负荷变化的检测能力更强、对运动终止的反应更迅速、与生理参数的相关性更密切。

从生理机制角度，TCI增加可能反映了穿支血管的活化过程，这些血管通过将血液从深层肌肉导向皮肤表面来促进散热。而T_sk下降则主要归因于运动引起的皮肤血管收缩，这是血液重新分配至活动肌肉以满足氧气需求的结果。两种参数呈现的相反变化趋势正好体现了热调节过程中血管收缩和血管舒张竞争的生理现象。

研究的创新性在于首次提供了TCI作为热调节监测指标的定量证据，为运动生理监测开辟了新途径。在实践应用中，TCI有望成为评估心血管和代谢负荷的无创替代指标，特别适用于高温环境下的训练监控和热应激管理。

局限与展望

本研究在室内受控环境下进行，未来研究需要验证TCI在户外真实训练环境中的可靠性。此外，较高强度下的结果可能受到测试持续时间的影响，需要谨慎解读。未来研究还应探讨TCI与核心体温的关系，并考虑将温度熵计算等其他IRT参数与TCI结合使用，以更全面地理解穿支血管域模式与生理参数之间的关系。

结论

这项研究证实了TCI在监测递增骑行运动负荷变化方面比传统T_sk测量更为敏感，且与心血管、代谢和主观参数有更强相关性。虽然需要进一步研究，但TCI展示出作为实时负荷监测指标的潜力，对个性化训练计划和热安全策略制定具有重要意义。在气候变化背景下，这种无创热调节监测方法对保障运动人群健康和安全具有广阔应用前景。