知识 | 肌氧饱和度，新指标or大玩具？
运动健康领域的科技应用在近年来可谓卷出了新高度，各种过去借助高精度仪器才能监测到的数据下沉到可穿戴设备上，就是表现之一。曾几何时手表只能记录配速和心率，如今从血氧饱和度到HRV，甚至是血糖，都有望通过无创的方式进行检测。 就在今年举行的美国运动医学院峰会ACSM上，来自耐克“破2挑战”计划的科学家们又给我们带来了新的发现，这次他们把目光瞄向了——肌氧饱和度(%SmO2,下文统称为此缩写) 01 ｜“新指标” 肌氧饱和度（Muscle oxygen saturation）又有什么意义呢？ 我们知道在有氧供能为主导的耐力运动中，心率实际上衡量的是人体供氧的能力。然而，从氧气摄入到转化为能量用于运动，实际上还有一个复杂的过程，涉及心脏、呼吸、肌肉等多个系统。 如果说摄氧量是从“入口”测量人体摄入氧气的含量，那么%SmO2则测量实际供给到具体肌肉中的氧气量。 %SmO2的采集原理和血氧、血糖相似，也是借助近红外光，测量肌肉中氧合血红蛋白的浓度，不同的是，它同时还需要测量肌红蛋白的浓度。因此，肌氧饱和度可以说是站在氧气输送的“终端”，监测具体到某块肌肉附近氧气的供给和需求状况。 对于跑步和骑行运动，通常需要把设备绑定在股四头肌上；游泳的话则多绑定在上臂；将%SmO2与心率、输血量、摄氧量等指标结合，可以更精确地反映出，从氧气摄入到肌肉募集各个环节对运动表现的影响。 图1：骑行选手使用肌氧饱和度测量仪 02 ｜“大玩具” 由于测量技术更加精细复杂，能够测量%SmO2的设备肯定造价不菲。目前市面上肌氧饱和度测量仪厂家屈指可数，其中最知名的是一家名为Moxy的厂家，一个传感器的售价为879美元。出于好奇小编在淘宝上搜索了一下，竟然也找到了一个在售商家，他们的售价是...... 图2：夸张的定价 即使是原厂接近900美元的售价，显然也高出了普通跑者能够接受的范畴，但是科技发展的速度是指数级的，几年之后当你的运动手表里开始出现%SmO2这个指标时，千万不要感到奇怪。 说的这么玄乎，那么这个指标在实际运动中究竟能提供什么信息呢？让我们跟着Nike的科研团队们一起看一下。 03 ｜“摄氧量 + 无氧储备” 资深跑者对这两个概念肯定不陌生。在过去的文章中我们也有所介绍。 延伸阅读：无氧速度储备(上) 延伸阅读：无氧速度储备(下) 简单来说，摄氧量是一个和运动强度高度相关的指标，配速越快、强度越高，摄氧量越大；而无氧储备则更像是一个“油箱”，根据你当前的配速，可以预测你还能够跑多久 (Time to exhaustion, 力竭时间）。 上面提到的Nike团队，实际上从2021年开始就陆续发表关于运动过程中%SmO2指标的相关学术文章。这些文章总结起来就是，%SmO2既可以反映运动强度，又可以预测力竭时间。下图展示了一组实验中，被试者分别用中强度（moderate）、中高强度（heavy）和高强度（severe）进行骑行台力竭测试过程中，%SmO2随时间的走势： 图3：不同强度力竭运动过程中%SmO2走势图 （图片来源：kirby et. al.1） 可以看到，在运动的起步阶段，肌肉消耗氧气要大于静止状态下的肌肉氧气供应量，因此%SmO2有个急剧下降的过程（红色箭头）；不同的是，在中等和中高强度下，氧气的供给迅速跟上，供求关系达到了一个平衡状态，其中，中高强度下的肌氧饱和度要高于中等强度。而在高强度运动时，氧气的供给已经跟不上需求，运动员也迅速进入力竭状态。 大家是不是觉得这个图似曾相识？把它的y轴翻转过来，是不是和不同强度下的需氧量颇有些相似？ 图4：不同强度下摄氧量变化 图片来源于网络 相对于心率和摄氧量，%SmO2可以更精确地告诉运动员一个强度阈值，超过该阈值之后，身体难以供给肌肉所需氧气，运动难以持续。这个概念又和乳酸阈值异曲同工。 看完力竭运动，我们再来看看间歇运动中%SmO2的走势。下图是今年ACSM峰会上Nike科研团队的研究结果展示： 图5：不同强度力竭运动过程中%SmO2走势图 （图片来源：kirby et. al.2） 读过了上文图3，聪明的读者也可以轻松解读这张图里%SmO2的意义了： 不同于力竭运动，间歇运动有一个休息恢复的过程。图中的运动员用相同的强度进行多次间歇运动，在这里%SmO2需要分为三部分解读： 01 黑色圆点没有标线的部分说明运动员在进行恢复，此时氧气供给远大于需求，%SmO2迅速上升； 02 红线标出部分属于运动的起步阶段，这部分和图一的起步阶段相同，%SmO2急剧下降； 03 黄线是运动的主体部分，也是研究的重点。可以看出，尽管运动强度始终相同，但是在前三组，氧气的供给是可以满足需求的，此时%SmO2甚至略微有所提升，在休息阶段可以恢复到正常水平；从第四组开始，氧气的供给已经无法满足需求，而且跟之前力竭研究的高强度运动一样，迅速的下降，因此这是一个“无氧储备”阈值，告诉我们从第四组开始，无氧储备消耗大于补充，此时如果要恢复到原来的水平，需要增长恢复时间。 ｜结语 探索运动指标是个持续更新的过程，从“乳酸阈值”到“无氧储备”，不同的科学家一直尝试根据自己的理解，构造运动科学理论体系。 从功能上讲，%SmO2似乎并无革新，更像是对过去的理论进行融合，并更加直接地进行测量和展示。如果在未来能够实现更加低成本的精确测量，对于严肃跑者而言未尝不是一个有用的指标。
文/RQ运科研究组
参考文献 1. Coyle EF, Coggan AR, Hemmert MK, Ivy JL. Muscle glycogen utilization during prolonged strenuous exercise when fed carbohydrate. J Appl Physiol (1985). 1986 Jul;61(1):165-72. 2.Bergstrom J, Hultman E. A study of the glycogen metabolism during exercise in man. Scand J Clin Lab Invest. 1967;19: 218–28 3. Cermak NM, van Loon LJ. The use of carbohydrates during exercise as an ergogenic aid. Sports Med. 2013 Nov;43(11):1139-55.
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