OmegaWave近紅外血氧儀在評估腓腸肌電刺激反應中的肌肉血氧飽和度監測應用

2025年7月新潟醫療福祉大學的Hajime Tamiya研究團隊在期刊《Microvascular Research》發表了一篇題為“Acute effects of belt electrode-skeletal muscle electrical stimulation on microvascular responsiveness of the gastrocnemius muscle in healthy young men”的文獻，該研究聚焦腰帶電極骨骼肌電刺激（B-SES）的生理作用，探究了單次B-SES干預對健康年輕男性腓腸肌微血管反應性的急性影響，同時分析了腓腸肌代謝率與微血管再灌注率之間的關聯。

摘要

研究目的：腰帶電極骨骼肌電刺激（B-SES）可改善肌肉力量、肌肉量及運動耐量，但其對骨骼肌微血管反應性的影響尚未明確。本研究旨在探究單次B-SES干預對健康年輕男性腓腸肌微血管反應性的急性作用。

研究方法：本研究為隨機交叉試驗，選取12名健康年輕男性（平均年齡20.8±1.0歲），設置兩種20分鐘干預條件：感覺閾值電刺激（假刺激組，n=12）和無不適感的強度電刺激MAX（B-SES組，n=12）。采用近紅外光譜技術結合血管閉塞試驗，評估腓腸肌代謝率（組織氧飽和度[StO?]下降斜率）和微血管再灌注率（StO?上升斜率）。

研究結果：B-SES組中，StO?下降斜率明顯增大（干預前：-0.15±0.03%·s?1，干預后：-0.20±0.03%·s?1，p=0.002），StO?上升斜率也明顯增大（干預前：1.58±0.52%·s?1，干預后：2.56±0.71%·s?1，p<0.001）；StO?下降斜率與上升斜率之間存在強負相關（r=-0.581，p=0.047）。假刺激組未觀察到明顯指標變化。

研究結論：對下肢實施單次B-SES干預可提高健康年輕男性的腓腸肌代謝率，且與微血管再灌注能力增強相關。該研究結果表明，B-SES或可作為改善微血管反應性的有效手段，尤其適用于運動能力受限人群。

實驗材料與使用儀器

實驗材料

腰段、雙側大腿遠端、雙側踝關節專用腰帶式電極、單氣囊止血帶、定制橡膠固定架、黑色乙烯基膠帶、彈性綁帶。

實驗儀器

ZB-SES、OmegaWave BOM-L1TR近紅外組織血氧儀、多普勒B型超聲儀、數字評分量表、SPSS 30.0。

OmegaWave BOM-L1TR近紅外組織血氧儀

實驗過程

受試者篩選與基本信息收集

選取12名18-29歲健康年輕男性，納入標準為身體質量指數（BMI）在18.5-24.9 kg/m2（亞洲肥胖標準），排除吸煙史、代謝疾病、心血管疾病病史，以及使用可能影響微血管功能的藥物/補充劑、有規律運動習慣的人群。采用國際體力活動問卷簡表（IPAQ-short form）評估受試者體力活動水平，收集受試者年齡、身高、體重、局部脂肪厚度、血壓、心率等基礎指標。

實驗前準備

受試者需在實驗前2小時進食清淡飲食，實驗前24小時避免攝入咖啡\、酒精及進行劇烈運動；受試者于早8:00-10:00到達實驗室，仰臥休息30分鐘后再進行各項檢測。

實驗分組與干預

設置兩種20分鐘干預條件，采用計算機隨機分配干預順序，組間設置1周洗脫期以消除前次實驗的血流動力學和骨骼肌微血管功能影響：

1. 假刺激組（Sham）：對下肢施加感覺閾值強度的電刺激；

2. B-SES組：對下肢施加受試者無不適感可耐受的強度電刺激MAX。

采用電刺激儀輸出250μs指數遞增波，頻率4Hz，所有肌肉群同步收縮；通過數字評分量表（NRS）記錄受試者疼痛強度，同時記錄兩組的峰值刺激電流。

指標檢測

1. 腓腸肌微血管反應性檢測：將OmegaWave BOM-L1TR近紅外組織血氧儀探頭置于右側腓腸肌內側頭，通過PowerLab以1Hz采樣頻率記錄數據；采用血管閉塞試驗，將止血帶置于大腿遠端，充氣至250mmHg并維持5分鐘，分別在干預前、干預后立即檢測。計算StO?下降斜率（袖帶充氣后30-150s，反映肌肉代謝率）、StO?上升斜率（袖帶放氣后首10s，反映微血管再灌注率），同時記錄StO?最小值、StO?峰值、StO?曲線下面積等指標。為減少皮膚和脂肪組織干擾，采用雙探測器（間距15mm）采集深淺層信號并做減法處理，且通過超聲檢測脂肪厚度確保干擾排除。

血管閉塞試驗期間近紅外光譜法測定的組織氧飽和度曲線

2. 下肢傳導動脈血流動力學檢測：采用超聲儀檢測股淺動脈的血管直徑、平均血流速度、平均血流量、剪切率等指標，數據包含前期研究的9名受試者及本次新增3名受試者。

統計分析

采用雙向重復測量方差分析（ANOVA）分析時間和干預條件對指標的影響，若存在顯著交互作用，采用Tukey誠實顯著差異檢驗進行事后比較；計算偏eta平方（ηp2）評估效應量；采用皮爾遜積矩相關系數分析B-SES組干預后StO?下降斜率與上升斜率的相關性；顯著性水平設為5%，所有數據以“均數±標準差”表示。

結論

1. 單次下肢B-SES干預可提高健康年輕男性腓腸肌的代謝率，同時提升微血管再灌注率，且假刺激組無明顯指標變化，證明B-SES對腓腸肌代謝及微血管反應性的急性改善作用具有特異性。

2. B-SES干預后，腓腸肌StO?下降斜率與StO?上升斜率呈強負相關，表明B-SES誘導的肌肉代謝率提升是微血管再灌注能力增強的重要原因，代謝率升高引發的缺血性血管舒張、代謝產物清除需求增加，共同促進了微血管再灌注的加速。

B-SES可增加股淺動脈的血管直徑、平均血流速度、平均血流量及剪切率，剪切率升高可能通過促進血管內皮一氧化氮合酶活性，進一步參與微血管再灌注率的提升；同時B-SES激活腓腸肌Ⅱ型乳酸糖酵解纖維，導致乳酸積累，也成為微血管再氧合速率增強的因素。