OmegaWave近红外血氧仪在评估腓肠肌电刺激反应中的肌肉血氧饱和度监测应用

2025年7月新潟医疗福祉大学的Hajime Tamiya研究团队在期刊《Microvascular Research》发表了一篇题为“Acute effects of belt electrode-skeletal muscle electrical stimulation on microvascular responsiveness of the gastrocnemius muscle in healthy young men"的文献，该研究聚焦腰带电极骨骼肌电刺激（B-SES）的生理作用，探究了单次B-SES干预对健康年轻男性腓肠肌微血管反应性的急性影响，同时分析了腓肠肌代谢率与微血管再灌注率之间的关联。

摘要

研究目的：腰带电极骨骼肌电刺激（B-SES）可改善肌肉力量、肌肉量及运动耐量，但其对骨骼肌微血管反应性的影响尚未明确。本研究旨在探究单次B-SES干预对健康年轻男性腓肠肌微血管反应性的急性作用。

研究方法：本研究为随机交叉试验，选取12名健康年轻男性（平均年龄20.8±1.0岁），设置两种20分钟干预条件：感觉阈值电刺激（假刺激组，n=12）和无不适感的强度电刺激MAX（B-SES组，n=12）。采用近红外光谱技术结合血管闭塞试验，评估腓肠肌代谢率（组织氧饱和度[StO₂]下降斜率）和微血管再灌注率（StO₂上升斜率）。

研究结果：B-SES组中，StO₂下降斜率明显增大（干预前：-0.15±0.03%·s⁻¹，干预后：-0.20±0.03%·s⁻¹，p=0.002），StO₂上升斜率也明显增大（干预前：1.58±0.52%·s⁻¹，干预后：2.56±0.71%·s⁻¹，p<0.001）；StO₂下降斜率与上升斜率之间存在强负相关（r=-0.581，p=0.047）。假刺激组未观察到明显指标变化。

研究结论：对下肢实施单次B-SES干预可提高健康年轻男性的腓肠肌代谢率，且与微血管再灌注能力增强相关。该研究结果表明，B-SES或可作为改善微血管反应性的有效手段，尤其适用于运动能力受限人群。

实验材料与使用仪器

实验材料

腰段、双侧大腿远端、双侧踝关节专用腰带式电极、单气囊止血带、定制橡胶固定架、黑色乙烯基胶带、弹性绑带。

实验仪器

ZB-SES、OmegaWave BOM-L1TR近红外组织血氧仪、多普勒B型超声仪、数字评分量表、SPSS 30.0。

OmegaWave BOM-L1TR近红外组织血氧仪

实验过程

受试者筛选与基本信息收集

选取12名18-29岁健康年轻男性，纳入标准为身体质量指数（BMI）在18.5-24.9 kg/m²（亚洲肥胖标准），排除吸烟史、代谢疾病、心血管疾病病史，以及使用可能影响微血管功能的药物/补充剂、有规律运动习惯的人群。采用国际体力活动问卷简表（IPAQ-short form）评估受试者体力活动水平，收集受试者年龄、身高、体重、局部脂肪厚度、血压、心率等基础指标。

实验前准备

受试者需在实验前2小时进食清淡饮食，实验前24小时避免摄入咖啡\、酒精及进行剧烈运动；受试者于早8:00-10:00到达实验室，仰卧休息30分钟后再进行各项检测。

实验分组与干预

设置两种20分钟干预条件，采用计算机随机分配干预顺序，组间设置1周洗脱期以消除前次实验的血流动力学和骨骼肌微血管功能影响：

1. 假刺激组（Sham）：对下肢施加感觉阈值强度的电刺激；

2. B-SES组：对下肢施加受试者无不适感可耐受的强度电刺激MAX。

采用电刺激仪输出250μs指数递增波，频率4Hz，所有肌肉群同步收缩；通过数字评分量表（NRS）记录受试者疼痛强度，同时记录两组的峰值刺激电流。

指标检测

1. 腓肠肌微血管反应性检测：将OmegaWave BOM-L1TR近红外组织血氧仪探头置于右侧腓肠肌内侧头，通过PowerLab以1Hz采样频率记录数据；采用血管闭塞试验，将止血带置于大腿远端，充气至250mmHg并维持5分钟，分别在干预前、干预后立即检测。计算StO₂下降斜率（袖带充气后30-150s，反映肌肉代谢率）、StO₂上升斜率（袖带放气后首10s，反映微血管再灌注率），同时记录StO₂最小值、StO₂峰值、StO₂曲线下面积等指标。为减少皮肤和脂肪组织干扰，采用双探测器（间距15mm）采集深浅层信号并做减法处理，且通过超声检测脂肪厚度确保干扰排除。

血管闭塞试验期间近红外光谱法测定的组织氧饱和度曲线

2. 下肢传导动脉血流动力学检测：采用超声仪检测股浅动脉的血管直径、平均血流速度、平均血流量、剪切率等指标，数据包含前期研究的9名受试者及本次新增3名受试者。

统计分析

采用双向重复测量方差分析（ANOVA）分析时间和干预条件对指标的影响，若存在显著交互作用，采用Tukey诚实显著差异检验进行事后比较；计算偏eta平方（ηp²）评估效应量；采用皮尔逊积矩相关系数分析B-SES组干预后StO₂下降斜率与上升斜率的相关性；显著性水平设为5%，所有数据以“均数±标准差"表示。

结论

1. 单次下肢B-SES干预可提高健康年轻男性腓肠肌的代谢率，同时提升微血管再灌注率，且假刺激组无明显指标变化，证明B-SES对腓肠肌代谢及微血管反应性的急性改善作用具有特异性。

2. B-SES干预后，腓肠肌StO₂下降斜率与StO₂上升斜率呈强负相关，表明B-SES诱导的肌肉代谢率提升是微血管再灌注能力增强的重要原因，代谢率升高引发的缺血性血管舒张、代谢产物清除需求增加，共同促进了微血管再灌注的加速。

B-SES可增加股浅动脉的血管直径、平均血流速度、平均血流量及剪切率，剪切率升高可能通过促进血管内皮一氧化氮合酶活性，进一步参与微血管再灌注率的提升；同时B-SES激活腓肠肌Ⅱ型乳酸糖酵解纤维，导致乳酸积累，也成为微血管再氧合速率增强的因素。