灌注依赖性肌肉收缩力调节：为疲劳与血流关系提供新视角

本综述创新性地提出骨骼肌收缩力受灌注水平（血流供应）双向调节的观点，系统回顾了跨越50年的四项关键研究，揭示了灌注压力变化可通过氧（O2）依赖机制快速可逆地影响肌肉收缩功能（contractility）。这一发现为理解运动时心血管调节、体位对运动表现的影响以及外周动脉疾病（PAD）等病理状态提供了全新框架，对临床运动不耐受和高血压机制研究具有重要启示。

　　

引言

心血管系统在运动期间的调整是支持肌肉工作的整合性生理反应的重要组成部分。抗疲劳能力和运动耐受力受到血流（灌注）与收缩肌肉代谢需求匹配程度的影响。在健康个体中，肌肉灌注的急性减少会损害肌肉耐力、抗疲劳能力和运动耐受性。这些表现在外周动脉疾病患者中严重受损，因其肌肉充血反应减弱。尽管已有关于骨骼肌疲劳的优秀综述聚焦于细胞内、神经和心血管机制，但它们并未关注灌注本身的影响。

收缩力是指在给定肌肉激活水平下的力输出。与疲劳（重复收缩过程中力输出的下降）不同，收缩力可以增加或减少，是双向的。1962年至2013年间发表的四项研究探讨了灌注对收缩力的影响，并提供了一致的证据表明其具有可逆性。正如本视角文章所探讨的，这些证据表明肌肉收缩力受到灌注的强大调节，这对理解运动时的心血管调整、体位对表现的影响以及运动相关心血管病理学具有重要意义。

灌注-收缩力研究

Hirvonen和Sonnenschein首次证明了灌注对肌肉力影响的可逆性。在猫后肢原位制备中，他们将股动脉血流隔离至腓肠肌-比目鱼肌，并间歇刺激肌肉长达30分钟。在力和灌注稳定后，他们使用四种独立技术减少灌注。逐步减少灌注导致收缩力成比例下降。灌注-力关系不受所使用技术的影响。这些研究者的记录显示，通过将灌注恢复至基线水平，这些效应可以迅速逆转。

1987年，Hobbs和McCloskey也使用猫后肢制备证实了这些发现。他们对三块分离的肌肉进行了研究，在长时间间歇刺激期间，通过动脉夹闭或抽血逐步减少肌肉血流。对于比目鱼肌和内侧腓肠肌，灌注的突然减少导致力的快速下降，最终稳定在较低值。通过将灌注恢复至基线水平，这些对力的影响被逆转。灌注与力之间存在正的线性关系，这些肌肉之间没有差异。在所研究的第三块肌肉——尾股肌中未观察到此类效应，但应注意的是，该肌肉高度易疲劳，且在实验期间未能达到恒定的基线力。

Hobbs和McCloskey还研究了灌注压力对五名人类志愿者腓肠肌外侧肌电图（EMG）活动的影响，这些志愿者在进行轻度自主收缩时接受全身头低位倾斜。在仰卧位进行10-20次收缩后，脚向上倾斜30°和60°导致EMG活动快速增加，这与倾斜角度和估计的灌注压力减少成反比。通过返回仰卧位，这些对EMG活动的影响被逆转。在力可能恒定的情况下，EMG活动的这种变化表明收缩力随肌肉灌注压力和血流的变化而成比例变化。

十年后，Fitzpatrick等人探讨了灌注压力对六名志愿者拇内收肌力输出的影响。通过电刺激诱发该手部肌肉的间歇收缩，开始时手位于心脏水平（基线），然后被动抬高或降低45°，再返回心脏水平。与基线力相比，抬手使收缩力减少约20%，而放手使力增加约8%。这种差异归因于抬手和放手之间灌注（静脉）压力的不同变化。这些效应的 onset 很快，发生在手部位置变化后的1-2秒内。将手返回心脏水平导致力轨迹快速逆转，并在几分钟后达到基线力。还测试了收缩强度对手抬手力反应的影响，表明该操作的效果与收缩强度成正比。

2013年，Luu和Fitzpatrick研究了灌注压力对八名志愿者胫骨前肌（一种下肢姿势肌）收缩力的影响。通过绕骨盆旋转改变下肢相对于躯干（和心脏）的位置来改变灌注压力。通过电刺激诱发间歇收缩，产生站立时预期的轻度力（10%–20% MVC）。在腿部位于心脏水平（基线）收缩几分钟后，将腿部抬高至心脏水平以上30°导致2分钟后力减少21%，而将腿部降低至心脏水平以下30°导致同期力增加15%。将腿部返回心脏水平使力输出恢复至基线水平。

灌注-收缩力关系

总结了这四项研究的数据，其中灌注（或灌注压力）和力反应参考了等同于“心脏水平”的“对照”值。对于位于及低于心脏水平的反应，灌注-收缩力关系的增益接近 unity，且滞后现象较低。当从零接近并随后超过参考水平时，该增益似乎下降。Ega?a和Green研究了头向上倾斜角度对小腿肌肉易疲劳性和肢体血流的影响，其中灌注相对于心脏水平增加。他们的数据表明，在参考水平约50%或更多时，灌注效应存在一个极限。

灌注-收缩力机制

灌注的变化在1-2次收缩内影响收缩力，表明其机制是肌肉固有的。氧气（O₂）很可能参与其中，这体现在与线粒体呼吸和力产生“紧密耦合”相关的观点，以及收缩力的“O₂顺应”行为。Hogan及其同事使用犬腓肠肌原位制备提供了O₂参与灌注-收缩力效应的直接证据。在一段完全缺血后恢复灌注仅当血液氧合（正常水平）时导致力恢复，而如果血液缺氧则尽管灌注正常力仍继续下降，这表明受灌注影响的非O₂依赖性因素（代谢副产物的流出）未参与其中。该效应的O₂依赖性可能涉及影响兴奋-收缩耦合和肌动蛋白-肌球蛋白相互作用的细胞内变化（H⁺、ADP和P_i），和/或影响细胞兴奋性的肌膜离子梯度。纤维类型对灌注影响收缩力及其潜在机制的重要性尚待观察。

灌注、收缩力和血压

主要基于电刺激肌肉的研究。自主运动通常需要维持期望的力，其中任何肌肉收缩力的损失通过增加中枢神经驱动来补偿，但伴随着血压的升高。

Fitzpatrick及其同事的证据表明，在拇内收肌或胫骨前肌自主收缩期间，灌注依赖性肌肉收缩力变化伴随着肌肉激活（EMG）和血压的相互变化。对于这两块肌肉，灌注依赖性的收缩力损失导致血压升高和肌肉灌注压力的部分恢复，该闭环的 calculated gain 约为50%。这意味着血压的升高通过一半的程度纠正了最初的灌注和收缩力损失。灌注初始不足的生理“代价”是更高的血压，且未完全纠正收缩力的损失。这突出了灌注依赖性收缩力调节对运动期间血压调节的重要性，对理解收缩肌肉中血管控制受损如何导致诸如运动性高血压和运动不耐受等临床问题具有启示意义。

未来方向

肌肉收缩力可被灌注强大调节这一新颖观点基于对跨越50年的四项研究中使用优雅实验方案所获证据的新综合。这一观点如何与关于运动期间心血管调整和摄氧量（V?O₂）控制和调节的更既定知识整合，仍有待观察。作为一个新概念，关于灌注-收缩力关系、其机制及其在人类表现中的应用，存在关键问题需要解决。

关于机制，需要使用分离肌肉（不同纤维类型组成）和具有足够时间分辨率以解析与灌注-收缩力效应一样快速起作用的机制的先进技术，进行非人类和人类研究。电刺激获得的收缩力测量的高精度和时间密度在未来的研究中将继续重要。然而，需要描述人类自主收缩的灌注-收缩力关系、其对运动强度的依赖性，以及其在涉及多关节多肌肉的更常见运动中的表现。使用成熟技术测量肢体灌注（多普勒和体积描记法）、收缩力（EMG和力）和氧合（近红外光谱法）的创新性人类研究将是有用的。存在成熟的方法来操纵灌注（肢体/身体位置变化、血管压迫、下体负压/正压和升压反射）和评估人类自主运动期间的收缩力（EMG和力/功率）。灌注-收缩力关系的临床相关性及其对升压反应和运动耐受性的影响也是一个重要的进一步研究主题。