基于衰减全反射傅里叶变换红外光谱技术监测职业重量级拳击手赛前减量期血浆生化变化的探索性研究

《Frontiers in Physiology》：Application of FTIR to detect changes in blood plasma during a pre-competition period in a professional heavyweight boxer

　　

摘要 目的与研究设计： 本探索性单例研究考察了在短期赛前减量期内，对血浆进行重复衰减全反射傅里叶变换红外光谱（ATR-FTIR）测量在技术上是否可行，以及光谱区域是否与常规测定的生化标志物存在协同变化。 方法： 研究人员对一名职业重量级拳击手在为期13天的赛前减量期（训练负荷降低）内进行监测。于2024年5月10日、13日、17日、20日和23日共五个时间点采集晨起空腹血液，注入锂肝素管并离心获得血浆。采用常规实验室检测法测定肌酸激酶（CK）、C反应蛋白（CRP）、葡萄糖、皮质醇、睾酮、总谷胱甘肽及还原型谷胱甘肽、丙二醛和锌；同时从相同血浆等分试样中分别采集ATR-FTIR光谱，且未用于定量上述任何分析物。每个血浆样本测量八次，共获得来自五次生物观测的40张光谱；技术重复用于展示样本内的视觉一致性。采用皮尔逊相关分析探索22个光谱峰强度与12项生化变量之间的关联。 结果： 赛前减量期血浆生化参数发生变化，包括CK和CRP水平下降，谷胱甘肽和睾酮水平升高，而皮质醇保持相对稳定。FTIR光谱显示出一致的振动谱型，选定谱带强度随时间发生变化。线性回归分析发现，谷胱甘肽水平与671、699和721 cm?1处的FTIR谱带之间存在强关联（R2 = 0.80–0.92），皮质醇与3,009 cm?1谱带之间亦存在关联（R2 = 0.77）。由于观测数量有限（n = 5），这些发现属于初步结果，需在更大规模队列中验证。 结论： 在受试运动员的短期赛前减量期内，采用ATR-FTIR进行重复血浆测量在技术上可行，光谱显示出视觉一致性，并识别出值得进一步研究的潜在光谱区域。所得结果应视为初步发现。然而，这些结果并不能证明ATR-FTIR能够定量测定谷胱甘肽或皮质醇，也不能证明其可用于评估运动员的竞技准备状态。确认此类能力需要纳入足够大且多样化的受试人群进行研究。

论文解读：基于ATR-FTIR光谱技术监测职业重量级拳击手赛前减量期血浆生化变化的探索性研究

一、研究背景与问题

竞技运动员赛前准备阶段的生化监测对评估运动负荷耐受性具有重要意义。运动引起的肌肉损伤可通过血液中胞浆酶水平升高来体现，其中肌酸激酶（CK）被认为是肌肉损伤最敏感的标志物。运动后炎症反应可通过C反应蛋白（CRP）等促炎细胞因子变化来评估。此外，皮质醇（C）和睾酮（T）作为类固醇激素，其水平及T/C比值常被用于评估合成代谢-分解代谢平衡状态及赛前心理情绪状态。氧化应激指标如谷胱甘肽和丙二醛（MDA）则反映抗氧化防御系统功能。然而，上述参数的传统检测方法成本高昂且耗时。衰减全反射傅里叶变换红外光谱（ATR-FTIR）作为一种生物流体"指纹"技术，有望实现多种标志物的平行快速评估。本研究旨在探索该技术在赛前减量期监测中的技术可行性，并考察光谱变化与常规生化指标之间是否存在协同关系。

二、研究设计与方法

本研究为前瞻性探索性单例研究（n=1），对一名38岁、身高186 cm、体重103.7 kg、具有11年职业拳击经验的重量级拳击手在13天赛前减量期进行监测。研究人员于2024年5月10日、13日、17日、20日和23日共五个时间点采集晨起空腹血液样本。主要关键技术方法包括：常规实验室生化检测法测定CK、CRP、葡萄糖、皮质醇、睾酮、总谷胱甘肽（TGlu）、还原型谷胱甘肽（RGlu）、丙二醛和锌；ATR-FTIR光谱技术采集血浆红外光谱，每个样本测量八次获得40张光谱；皮尔逊相关分析探索22个光谱峰与12项生化变量之间的关联；线性回归模型拟合光谱-生化关联关系；Benjamini–Hochberg错误发现率校正控制多重检验假阳性。

三、研究结果

3.1 生化参数变化特征：血浆生化参数在减量期呈现波动，部分呈方向性变化。对比首次（5月10日）与末次（5月23日）采集，葡萄糖、TGlu、RGlu、睾酮及T/C比值在期末升高，而CK和CRP水平降低。CK从495 U/L降至183 U/L，降幅达63%；CRP从0.27降至0.13 mg/dL。皮质醇保持相对稳定（426–481 nmol/L，CV%=4.4%）。TGlu的斜率具有统计学意义（41.0 μmol·L^-1·day^-1，95% CI 1.2至80.8，p=0.046，R²=0.78）。日间变异系数最大的为RGlu/OxGlu比值（133.9%）、OxGlu（56.9%）、CRP（43.3%）、CK（37.6%）和RGlu（36.4%），最小的为皮质醇（4.4%）和葡萄糖（6.4%）。

3.2 生化参数间相关性：生化参数间最强的关联包括睾酮与MDA（r=0.886，p=0.045）、CRP与睾酮（r=?0.877，p=0.051）、CRP与MDA（r=?0.866，p=0.058）、CRP与葡萄糖（r=?0.803，p=0.102）、CRP与RGlu/OxGlu比值（r=0.769，p=0.128）以及CRP与CK（r=0.741，p=0.152）。经Benjamini–Hochberg校正后，无任何关联达到q<0.05水平。

3.3 FTIR光谱特征：所有血浆样本均显示相同的振动谱型。671和699 cm^?1峰对应芳香环C–H面外弯曲振动；721和797 cm^?1为胸腺嘧啶N–H基团振动；846和929 cm^?1源自核酸C–C伸缩振动；1,024和1,260 cm^?1为PO₂^?基团伸缩振动；1,164 cm^?1源自多糖CC–OC振动；酰胺振动位于1,376、1,542、1,642和3,272 cm^?1；蛋白质和脂质的CH₂和CH₃振动位于1,415和1,458 cm^?1；脂质C=O、CH₂和CH₃振动位于1,711、1,738、2,853、2,922、2,957、3,009和3,065 cm^?1。样本间吸收差异最大的谱带为1,024 cm^?1，3,272 cm^?1处亦存在明显差异。

3.4 光谱-生化关联：皮尔逊相关分析显示，仅皮质醇与3,009 cm^?1峰、TGlu与671、699和721 cm^?1峰、RGlu与671和699 cm^?1峰存在名义相关。TGlu和RGlu与FTIR数据呈负相关，皮质醇与3,009 cm^?1峰呈正相关。TGlu的R²值为0.92（721 cm^?1）、0.86（671 cm^?1）和0.82（699 cm^?1）；RGlu的R²值为0.82（699 cm^?1）和0.80（671 cm^?1）；皮质醇的R²值为0.77（3,009 cm^?1）。

四、讨论与结论

讨论部分指出，CK水平下降与减量期肌肉细胞损伤减少和细胞膜修复过程一致，但因果归因需多运动员重复观测。CRP降低是积极指标，CRP与CK的正相关（r=0.741）与炎症状态和机械性肌肉损伤之间的关联相容，但不能排除独立波动。皮质醇稳定可能是赛前预期性应激的表现，而非恢复不良。睾酮升高符合减量后HPG轴功能恢复方向，但数据不能证明超补偿。MDA稳定表明抗氧化能力足以实时中和自由基。FTIR光谱中皮质醇与3,009 cm^?1的正相关可能反映皮质醇刺激脂解与循环不饱和脂肪酸池变化的间接关系，但未经验证。谷胱甘肽与671、699和721 cm^?1的负相关可能涉及蛋白质S-谷胱甘肽化/去谷胱甘肽化过程，但该假设未直接验证，且这三个谱带信号弱、信噪比最低。

研究结论为：在职业重量级拳击手13天赛前减量期内，重复ATR-FTIR血浆测量在技术上可行，每个血浆样本采集的八张技术重复光谱视觉一致，仅用4 μL样本体积即完成测量，这是本研究的主要贡献。筛选分析识别出四个光谱区域：671、699和721 cm^?1与TGlu和RGlu协同变化，3,009 cm^?1与皮质醇协同变化。这些区域仅用于引导后续假设检验研究聚焦特定光谱区域。研究结果不能证明ATR-FTIR能够定量测定谷胱甘肽或皮质醇，也不能证明其可用于评估运动员竞技准备状态，确认此类能力需在足够大且多样化的受试人群中开展研究。