BOM-L1TR近紅外組織血氧儀在監(jiān)測(cè)二氧化碳足浴下骨骼肌氧合變化中的應(yīng)用

同志社大學(xué)的Miho Yoshimura研究團(tuán)隊(duì)在期刊PeerJ上發(fā)表了題為“Application of carbon dioxide to the skin and muscle oxygenation of human lower-limb muscle sites during cold water immersion” 的研究文獻(xiàn)，該研究旨在探究人工二氧化碳冷水浸泡（CCWI）對(duì)人體下肢肌肉皮膚氧合、肌肉氧合以及浸泡皮膚溫度的影響，試圖解決冷療引發(fā)動(dòng)靜脈毛細(xì)血管血管收縮的弊端，驗(yàn)證二氧化碳能否抵消低溫刺激帶來(lái)的血管收縮效應(yīng)。

摘要

背景：冷療存在引發(fā)動(dòng)靜脈毛細(xì)血管血管收縮的弊端，二氧化碳熱水的作用主要體現(xiàn)在皮膚血管舒張和肌肉血管舒張兩方面。本研究探究了人工二氧化碳冷水浸泡對(duì)皮膚氧合、肌肉氧合以及浸泡皮膚溫度的影響。

研究對(duì)象與方法：15名健康年輕男性，利用微氣泡裝置制備出二氧化碳濃度高于1150ppm的富二氧化碳水，將受試者單腿浸入20℃的富二氧化碳水中至膝蓋處，持續(xù)15分鐘，隨后設(shè)置20分鐘恢復(fù)期；以受試者單腿浸入20℃的普通冷水作為對(duì)照實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)全程監(jiān)測(cè)受試者水下小腿皮膚溫度以及浸泡側(cè)和非浸泡側(cè)小腿的熱感覺(jué)，同時(shí)利用近紅外光譜法，測(cè)定靜息狀態(tài)下脛骨前肌和腓腸肌兩個(gè)區(qū)域與基礎(chǔ)值相比的局部肌肉氧合/脫氧合相對(duì)變化，該指標(biāo)可反映肌肉血流量，此外還測(cè)定了組織氧飽和度。

結(jié)果：與普通冷水浸泡相比，二氧化碳冷水浸泡下脛骨前肌的氧合血紅蛋白+肌紅蛋白和總血紅蛋白+肌紅蛋白水平升高，且在恢復(fù)期維持穩(wěn)定狀態(tài)；腓腸肌的總血紅蛋白+肌紅蛋白和脫氧合血紅蛋白+肌紅蛋白水平在二氧化碳冷水浸泡過(guò)程中升高。值得注意的是，兩種肌肉的組織氧飽和度在二氧化碳冷水浸泡時(shí)均顯著高于普通冷水浸泡。此外，與普通冷水浸泡相比，二氧化碳冷水浸泡后浸泡側(cè)小腿的皮膚溫度顯著降低，且該降低狀態(tài)持續(xù)至20分鐘恢復(fù)期結(jié)束。

討論：二氧化碳與冷水的結(jié)合，能在恢復(fù)期進(jìn)一步增加肌肉的血液流入量，并引發(fā)脫氧合血紅蛋白+肌紅蛋白的體積相關(guān)（總血紅素濃度）變化。二氧化碳冷水浸泡下的水下小腿皮膚溫度低于普通冷水浸泡，這一現(xiàn)象與二氧化碳引發(fā)的血管舒張作用相關(guān)。

實(shí)驗(yàn)材料與儀器

實(shí)驗(yàn)材料

1. 實(shí)驗(yàn)對(duì)象：15名健康年輕男性（年齡23.1±0.4歲，體重61.4±1.8kg，身高171±1.4cm，身體質(zhì)量指數(shù)20.8±0.5，體脂率15.7±1.1%），無(wú)心血管異常和皮膚損傷；

2. 實(shí)驗(yàn)用水：濃度＞1150ppm的富二氧化碳水、普通自來(lái)水，均維持20℃恒溫；

3. 二氧化碳相關(guān)：74g小型二氧化碳?xì)夤蓿糜谥苽涓欢趸妓?/span>

實(shí)驗(yàn)儀器

雙室/雙渦旋高速旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)、等溫冷卻系統(tǒng)、電子體溫計(jì)、商用熱敏電阻、自動(dòng)張力計(jì)、

超聲設(shè)備、OmegaWave BOM-L1TR近紅外組織血氧儀。

實(shí)驗(yàn)環(huán)境：氣候室，維持環(huán)境溫度25.0±0.5℃、相對(duì)濕度55±3%；47L水容器，用于腿部浸泡。

OmegaWave BOM-L1TR近紅外組織血氧儀

實(shí)驗(yàn)過(guò)程

本研究為對(duì)照實(shí)驗(yàn)，采用雙盲設(shè)計(jì)，所有實(shí)驗(yàn)均在同一時(shí)間的氣候室內(nèi)進(jìn)行，具體流程如下：

1. 靜息準(zhǔn)備：受試者進(jìn)入氣候室后，靜坐10分鐘作為靜息階段，測(cè)定各項(xiàng)基礎(chǔ)生理指標(biāo)，包括核心溫度、皮膚溫度、血壓、心率、肌肉氧合基礎(chǔ)值等。

2. 浸泡處理：將受試者右腿浸入47L水容器中至膝蓋處，分為兩組處理：一組為二氧化碳冷水浸泡（CCWI），使用濃度1150ppm的20℃富二氧化碳水；另一組為普通冷水浸泡（CWI），使用20℃普通自來(lái)水，浸泡時(shí)長(zhǎng)均為15分鐘。

3. 恢復(fù)期監(jiān)測(cè)：浸泡結(jié)束后，受試者將腿移出水面，進(jìn)入20分鐘恢復(fù)期，持續(xù)監(jiān)測(cè)各項(xiàng)生理指標(biāo)。

4. 指標(biāo)測(cè)定頻率

皮膚溫度、肌肉氧合相關(guān)指標(biāo)：使用OmegaWave BOM-L1TR近紅外組織血氧儀

每3分鐘取30秒平均值，監(jiān)測(cè)浸泡期（3、6、12、15分鐘）和恢復(fù)期（3、6、12、15、18分鐘）；

脛骨前肌中氧合、脫氧及總血紅蛋白的動(dòng)態(tài)變化。

脛骨前肌（TA）淺層（A–C）與肌肉層（D–F）內(nèi)，相對(duì)于基線水平的氧合血紅蛋白 + 肌紅蛋白（oxy [Hb+Mb]）、脫氧血紅蛋白 + 肌紅蛋白（Deoxy [Hb+Mb]）以及 ** 總血紅蛋白（total [Hb+Mb]）** 的動(dòng)態(tài)變化。

與基線相比的時(shí)間效應(yīng)：*p?<?0.05，**p?<?0.01（相較于 BL）簡(jiǎn)單主效應(yīng)：?p?<?0.05，??p?<?0.01（同一時(shí)間點(diǎn) CCWI 與 CWI 組間比較）

心血管指標(biāo)（血壓、心率、平均動(dòng)脈壓）、溫度、熱感覺(jué)：每5分鐘取30秒平均值，監(jiān)測(cè)靜息基線、浸泡期（5、10、15分鐘）和恢復(fù)期（5、10、15、20分鐘）；

熱感覺(jué)采用7分制評(píng)分量表，僅記錄-3至0區(qū)間的冷覺(jué)相關(guān)評(píng)分。

5. 數(shù)據(jù)處理：利用SPSS軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用雙因素方差分析比較水條件（CCWI、CWI）和時(shí)間階段的差異，差異后進(jìn)行Bonferroni事后檢驗(yàn)，Dunnett檢驗(yàn)用于與基線的多重比較，明顯性水平設(shè)為5%；樣本量檢驗(yàn)采用PS Power and Sample Size Calculations，確保實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)效能為0.941。

結(jié)論

1. 二氧化碳冷水浸泡（CCWI）能在脛骨前肌和腓腸肌引發(fā)更強(qiáng)的血管舒張效應(yīng)，表現(xiàn)為浸泡過(guò)程中脛骨前肌氧合血紅蛋白+肌紅蛋白、腓腸肌總血紅蛋白+肌紅蛋白和脫氧合血紅蛋白+肌紅蛋白水平明顯升高，且脛骨前肌的氧合相關(guān)指標(biāo)在恢復(fù)期仍維持穩(wěn)定，兩種肌肉的組織氧飽和度在CCWI下均高于普通冷水浸泡（CWI），說(shuō)明肌肉組織中動(dòng)脈化氧含量更豐富。

2. 20℃的冷水刺激不會(huì)抑制二氧化碳冷水浸泡過(guò)程中的局部代謝需求，實(shí)驗(yàn)中肌肉脫氧合血紅蛋白+肌紅蛋白未出現(xiàn)降低，證實(shí)了這一結(jié)論。

3. 二氧化碳冷水浸泡下，浸泡側(cè)小腿的皮膚溫度明顯低于普通冷水浸泡，且該低溫狀態(tài)持續(xù)至20分鐘恢復(fù)期結(jié)束，這一現(xiàn)象與二氧化碳引發(fā)的血管舒張相關(guān)，血管舒張促進(jìn)了身體向水中的熱傳遞，且該熱傳遞效應(yīng)在浸泡結(jié)束后仍能持續(xù)≤20分鐘。

4. 二氧化碳冷水浸泡對(duì)受試者的心血管指標(biāo)（平均動(dòng)脈壓、心率）和溫度無(wú)明顯影響，僅單腿浸泡未引發(fā)心率的潛水反射，且20℃的浸泡溫度不會(huì)引發(fā)受試者明顯的寒顫反應(yīng)，提升了冷療的耐受性。

5. 二氧化碳對(duì)不同下肢肌肉的氧合影響存在差異，脛骨前肌的組織氧飽和度提升幅度在皮膚層和肌肉層相近，而腓腸肌肌肉層的組織氧飽和度提升幅度僅為皮膚層的一半，推測(cè)與脛骨前肌以慢肌纖維為主、毛細(xì)血管更豐富，利于二氧化碳的擴(kuò)散和血管舒張效應(yīng)發(fā)揮相關(guān)。