递增运动中器官系统相互作用的网络整合与演变

《European Journal of Applied Physiology》：Network integration and evolution of organ systems interactions during incremental exercise

　　

摘要

目的

人体功能源于各生理系统之间的动态交互作用。尽管数十年的研究使我们对单个系统的理解有所深入，但在运动过程中，运动骨骼系统、心血管系统和呼吸系统如何作为一个整合网络协同运作仍不明确。我们刻画了递增式自行车运动心肺功能测试（CPET）期间的多系统协调情况。

方法

26名青年成年人进行递增式自行车测试直至力竭（递增幅度为25 W/min）。连续同步记录的数据包括双侧股外侧肌（腿部）和竖脊肌（背部）的肌电图、三导联心电图以及通过胸带获取的呼吸波形。采用幅-幅跨频段耦合（ACFC）来评估多系统协调性，该方法可量化信号幅度的动态协同调制。ACFC产生了三个基于网络的指标：肌间耦合、心-肌耦合和呼吸-肌耦合。分析比较了测试的起始阶段（前三分之一）和结束阶段（后三分之一）。

结果

在测试起始阶段，肌间耦合在腿-腿子网络中最强。到测试结束时，腿-腿耦合降低了约30%（p < 0.05），而腿-背和背-背耦合则增加了约100–300%（p < 0.05）。心-肌耦合和呼吸-肌耦合也有所增加，其中心-腿增加了约30%，呼吸-腿增加了约50–75%，且心-背和呼吸-背子网络中的增幅更大且具有统计学意义（p < 0.05）。

结论

递增式自行车运动重新组织了多系统协调模式，随着疲劳的发生，从以腿部为主导的模式转变为分布式的肌肉-心脏-肺部网络。因此，运动反应不仅源于单个系统，还源于它们作为整合网络的动态耦合。这些网络指标为评估运动中的整合生理功能提供了一个新颖且互补的维度。