肌氧作为近10年来新兴的生理指标，可以综合反映氧供给能力和氧消耗能力，是评价有氧能力的核心指标。由于研究级设备的微型化趋势，许多便携式可穿戴的肌氧监测传感器诞生，这些传感器能在户外运动中实时反馈和监测运动员每块目标肌肉的肌肉氧合变化。这些数据变化对身体机能状态、机体有氧代谢能力和运动负荷强度评估具有重要的参考价值。
尽管如此，我们对于肌氧及其与运动生理反应的相关性仍然知之甚少。因此，今天的推送我们便为大家分享一篇于近日发表在《Frontiers》杂志上，关于肌氧及其与运动生理反应相关性的研究综述。这篇文章详细描述了利用近红外技术测量肌肉生理状态并确定运动中肌肉如何发挥作用的益处，同时还进一步探讨了由NIRS衍生的血流动力学变量是否能够描述不同运动的负荷强度，最后提出了肌氧监测技术当前的挑战和应用前景。
希望通过此次推送，能进一步加深大家对肌氧的认识，并为大家的科研方向带来新思考和助益！
肌氧概述
几十年来，我们对运动人体生理学的理解落后于对人类行为的理解。近年来，用于监测生理功能和评估各种训练相关参数的可用技术不断涌现，为了最大限度地提高运动成绩，减轻疲劳，并将受伤风险降至最低，教练和相关从业者需要理解外部工作输出及其生理影响与其他成绩决定因素之间关系（Vallance 等人，2020）。
量化肌肉如何以足够的准确度和反应时间对体育锻炼条件做出反应，对于以动态方式揭示运动员对训练周期的适应性和运动表现的潜在限制因素非常重要。因此，部分研究人员提出对工作肌肉进行监测，以跟踪运动期间的肌肉生理适应性。
肌肉激活(通过表面肌电记录)和肌肉氧合(通过近红外光谱,NIRS评估)被认为是监测肌肉工作的主要方法(Ferrari等人，2011年)。肌电技术代表了肌肉纤维中产生的电活动，而近红外光谱的目的是在骨骼肌微血管水平上评估局部氧合变化，反映出氧气供给和消耗的平衡关系。
2019年，Barstow对NIRS技术提出了深入的生理学解释，并描述了其优点、局限性以及在常见运动模式(即增量运动、方波转换)中在骨骼肌研究中的几个应用。近红外光谱技术是基于组织中氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白对不同波长的近红外光吸收程度的不同形成的。它可以测量运动过程中骨骼肌中氧合血红蛋白(O2Hb)、脱氧血红蛋白(HHb)、总血红蛋白和组织饱和指数(StO2)的变化。
近红外光谱技术为连续、实时、非侵入性地测量人体生理指标提供了有效的解决方案，在过去的几年里，小型无线和便携式近红外设备已经为体育应用而研发（如Portamon、PortaLite、Octamon+ M等）。
便携式近红外肌氧测试系统PortaMon
为制定计划和控制运动强度提供更多可能性
全身反应指标，如VO2和血乳酸，与肌肉内的变化有关，通常被用作对不同运动强度反应的动态平衡和紊乱的指标。研究观察到近红外光谱断点（NIRS breakpoints ）与传统阈值检测方法(即气体交换、第一和第二乳酸阈值或呼吸阈值)之间存在高度的相关性。
一方面，这些断点可以作为呼吸和乳酸阈值的有效替代，同时根据训练阶段定期进行评估。气体交换测量的数据采集需要繁琐而独特的实验室设备，而多份血样提取乳酸阈值对运动员和工作人员来说相当不便，尤其是检测的运动员数量较多的情况下。因此，为了监测在整个训练中在不同阈值下工作负荷的变化，教练和研究员应使用这种便携式传感器进一步记录肌肉氧合作用(Driller等人，2016)。
另一方面，基于更局部的生理学方法（如纤维类型分布），应该根据物理任务需求来考虑不同肌肉位置（上半身和下半身，运动和非运动肌肉以及运动肌肉之间）的预期反应轮廓的异质性。在短耐力项目中，二头肌、背阔肌和股外侧肌的氧合被证明比最大摄氧量更能预测皮划艇的成绩(Paquette等人，2018年)。
运动强度区域的划分可以通过其他指标来评估，例如从功率-持续时间关系得出的临界功率/速度。对于恒定负荷的大负荷运动，通过测量脱氧血红蛋白或组织饱和指数的水平可以确定最大乳酸的稳定状态和临界功率/速度。由于关键功率是通过氧化途径获得的最大代谢率，受工作肌肉中氧输送和利用平衡的影响，肌肉氧合可以用来实时检测近似功率-持续时间关系。
更好地评估运动负荷强度
体育训练的目标是提供适当的生理刺激(体积*强度*频率)来确定运动员的适应性。因此，准确评估和监测训练负荷至关重要。传统体现训练负荷的生理指标是血乳酸和心率。其中，心率变化有一定迟滞性，往往会在运动状态发生变化后的一段时间后才随之变化。并且，心率容易受情绪状态和水合程度以及环境条件(温度、湿度、一天中的时间、咖啡因、海拔等)等有关因素的影响。
最近的实地研究表明，在不同的测试环境下，肌肉近红外光谱测量可以比心率更好地体现运动强度。近红外光谱可以提供一种可靠的方法来跟踪不同运动条件下肌肉激活及其代谢状态的快速变化(例如海拔和运动速度变化的相关性)，以及通过识别上半身和下半身肌肉的参与度来更详细地了解训练潜力。
对不同的肌肉群使用多个近红外传感器，比较每块肌肉对运动能量需求的局部代谢反应是可能的，这有助于在量身定制的训练方法中发现运动员的缺点和强项。此外，近红外设备允许在极端环境中进行测量，这表示可以在各种具有挑战性的甚至极端运动中使用，如速度滑冰(Hesford等人，2013年)、游泳(Jones等人，2018年)和皮划艇(Paquette等人，2018-2020)。
当前的挑战和前景
为了在户外运动期间持续监测肌肉的氧合情况，已经研发出多种小型便携式NIRS设备。尽管运动员监测技术取得了重要进展，但目前在体育环境中的广泛应用仍然存在部分阻碍，包括使用方法和各项指标的理解等。
NIRS能够评估运动能力的两个主要决定因素：氧气供给和氧气消耗，以及无线NIRS设备的便携性，小而轻等特点，表明它对测量不同运动环境中局部微血管氧合的变化是非常有效且便捷的。
便携式NIRS设备可以提供运动员内部负荷数据的集合，教练和相关从业者可以使用各种衍生的氧合指标来监测、评估和制定训练方针。除了最常用的方法（HR，RPE）外，现在是时候整合肌肉氧合指标来量化训练负荷了。
原文链接： https://doi.org/10.3389/fspor.2022.864825
