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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