《Frontiers in Physiology》：Effects of intermittent pneumatic compression device on the improvement of tissue oxygen saturation and fluid clearance at the compression site
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本文研究了30分钟间歇性气压压缩（IPCD）干预对健康成年人下肢肌肉组织氧饱和度（rSO2）和组织液含量的影响。研究结果表明，IPCD在仰卧位使用可有效提高肌肉组织的氧饱和度，并促进局部液体的清除，为IPCD用于运动后恢复和缓解日常活动疲劳提供了生理学依据。
1 引言
间歇性气压压缩装置（IPCDs）通过周期性充气和放气的气囊对肢体肌肉施加压力。这种压缩-减压循环可以促进包括静脉血和组织间液在内的体液流动，从而影响血流和液体代谢。在医学领域，IPCDs通常以较低压力长时间使用，以预防深静脉血栓或治疗淋巴水肿。在运动场景中，则通常以较高压力、较短时间使用，以促进恢复、减轻运动性水肿和缓解肌肉疲劳。
骨骼肌中的氧运输由血红蛋白介导，其存在氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白两种形式。通过近红外光谱（NIRS）测量的局部组织氧饱和度（rSO2）反映了氧合血红蛋白相对于总血红蛋白的比例，可作为测量部位动脉流入和静脉流出之间平衡的指标。理论上，rSO2的增加可能有助于ATP的再合成，并促进乳酸、氢离子等代谢副产物的氧化清除，从而有助于运动后恢复。IPCD的使用还能清除运动后积聚的多余组织间液，这可能反过来降低肌肉内压力、改善力量输出并促进代谢物的对流清除。
为了阐明其生理机制并优化治疗方案，本研究旨在探究IPCD使用对下肢rSO2和液体含量的影响，并监测这些生理反应在干预期间的时间进程变化。
2 材料与方法
2.1 研究对象
本研究共纳入59名健康成年志愿者（37名男性，22名女性；平均年龄23.2±5.5岁）。排除标准包括：有下肢损伤或疼痛可能干扰IPCD使用者；患有心血管、皮肤、神经或代谢疾病（包括糖尿病）者；过去6个月内有深静脉血栓病史者；体内有起搏器等金属植入物者；以及通过T2加权磁共振成像（MRI）测量发现小腿皮下脂肪厚度大于2厘米者。
2.2 研究流程
本研究为单臂试验，无对照组。参与者首先接受基线评估和MRI扫描，随后仰卧位休息5分钟。之后，对其右腿进行为期30分钟的IPCD干预。干预结束后，参与者再次接受MRI扫描。实验室环境温度约为24°C，湿度约为45%。
2.3 干预方案
参与者使用Doctor Medomer DM-4S设备在仰卧位接受IPCD干预。腿套包含四个气囊，覆盖从脚趾到大腿的整个腿部。所有气囊同时充气20-30秒，直至设备主单元监测到的内部压力达到90 mmHg，然后自动切换到减压，定义为一个循环。此充气-放气循环持续重复30分钟。
2.4 测量指标
2.4.1 最大小腿围度
使用卷尺在IPCD干预前后测量右小腿最大围度。
2.4.2 腿部主观疲劳度
采用11点数字评分量表（0-10分）评估右腿的主观疲劳水平，0分表示“无疲劳”，10分表示“可想象的最严重疲劳”。
2.4.3 T2加权磁共振成像
使用0.3-T MRI系统进行T2加权成像以评估组织液体含量。T2值的升高或降低分别代表水含量的增加或减少。在IPCD干预前后，获取右小腿最大围度的轴向图像，并计算整个横截面积（脂肪组织除外）的T2值。
2.4.4 组织氧饱和度（rSO2）
使用INVOS 5100C?设备，将传感器置于右腿腓肠肌最大围度处，连续监测30分钟干预期间内肌肉约2-3厘米深处的rSO2，数据每5-6秒记录一次。rSO2计算公式为：rSO2= 氧合血红蛋白 / 总血红蛋白。为进行分析，将30分钟干预分为基线期和四个时段：0.5-3.5分钟（时段1）、10-13分钟（时段2）、20-23分钟（时段3）和27-30分钟（时段4）。计算每个时段内多个压缩-减压循环中rSO2的最大值和最小值的平均值。
2.4.5 界面压力
使用压力测量设备记录IPCD干预期间右下肢四个部位（小腿后侧rSO2传感器旁、前踝中部、腘窝、大腿内侧）的界面压力。每秒记录一次，分析中使用峰值压力。
2.4.6 脉搏波检测
使用脉搏血氧仪监测第二足趾的脉搏波，以评估IPCD对外周血流的影响。每4秒记录一次，超过4秒未检测到脉搏波被归类为脉搏波缺失。
2.4.7 不良反应
监测IPCD干预期间右下肢出现的任何不良反应，如疼痛、麻木或发冷。在干预期间每5分钟询问参与者一次，并告知其在干预后24小时内报告任何反应。
2.5 统计分析
采用适当的统计方法（如配对t检验、重复测量方差分析、Wilcoxon符号秩检验等）分析数据。显著性水平设为p < 0.05。
3 结果
3.1 组织氧饱和度（rSO2）的变化
各时段内，rSO2从最小值到最大值均显著增加。与基线（75.7% ± 5.8%）相比，所有时段的rSO2最大值均显著升高（时段1：79.5% ± 4.7%；时段2：80.5% ± 4.7%；时段3：80.8% ± 4.7%；时段4：81.2% ± 4.8%；p < 0.001）。并且，时段2、3、4的rSO2值显著高于时段1（p < 0.001），而时段2、3、4之间的值无显著差异。rSO2最小值的变化趋势与之相似。这表明IPCD干预在10分钟内显著提高了肌肉氧饱和度，并在此后保持稳定。
3.2 T2值、最大围度及主观疲劳度的变化
IPCD干预后，T2值显著降低（干预前中位数39.3，四分位距37.8-40.6；干预后中位数37.9，四分位距37.2-39.1；p < 0.001）。右小腿最大围度显著减小（干预前均值36.7 ± 2.8厘米；干预后均值36.1 ± 2.8厘米；p < 0.001）。主观疲劳水平也显著降低（p < 0.001）。
3.3 IPCD干预期间的界面压力
界面压力在不同测量部位间存在显著差异。腘窝处的压力显著低于踝部、小腿和大腿（p < 0.001）。小腿处的压力也显著低于大腿（p = 0.001）。在26名参与者的踝部、3名参与者的小腿和大腿处，界面压力超过了90 mmHg。界面压力与rSO2值变化或T2值变化之间未发现显著相关性。
3.4 IPCD干预期间的脉搏波检测
在59名参与者中，有32名参与者在压缩阶段间歇性地检测不到足部第二足趾的脉搏波，每次持续4-36秒。在有无脉搏波缺失的参与者之间，各测量部位的峰值界面压力无差异。
3.5 不良反应
两名参与者报告IPCD干预期间右脚趾有短暂的轻微发冷感。这些症状可以耐受，未导致干预中止，症状在干预结束时消失。干预期间或之后未发现其他不良反应。
3.6 基于性别的差异
干预前，女性的T2值和最大小腿围度显著低于男性。在校正基线rSO2后，男性和女性在时段3和时段4的rSO2变化存在显著差异，男性的校正后平均rSO2更高。在界面压力方面，男性踝部的平均压力显著高于女性。然而，在校正基线值后，两性在干预后的T2值、最大小腿围度或疲劳度方面未观察到显著差异。
4 讨论
本研究发现，在仰卧位进行30分钟的IPCD干预显著增加了小腿肌肉的rSO2，并降低了T2值和小腿围度。rSO2的快速增加（干预10分钟内即达到平台）主要归因于IPCD，因为它促进了静脉血液流出，导致脱氧血红蛋白相对减少，从而增加了rSO2。而T2值和围度的降低，则可能是IPCD干预和仰卧姿势共同作用，促进了组织间液的清除。
主观疲劳感的降低可能与组织液清除、肌肉内压力降低以及代谢废物清除相关，从而减少了伤害性输入。然而，本研究无法确定T2值降低和rSO2增加对减轻疲劳的相对贡献。
观察到的rSO2性别差异可能与踝部界面压力的差异有关。女性踝部压力较低，可能影响静脉血液向近端的泵送效率，从而在干预后期阶段减弱了rSO2的增加。尽管如此，在T2值降低和主观疲劳缓解方面未观察到性别差异，这表明较低的踝部压力对液体动力学和疲劳恢复的整体益处影响有限。
尽管IPCD设备旨在提供均匀的内部压力，但实际界面压力因解剖部位和个体差异而不同。踝部压力超过90 mmHg以及脉搏波的短暂缺失，可能与个体肢体形态和组织硬度的差异有关。但这些现象并未导致任何不良反应，对健康个体而言可能无需特别担心。
本研究采用同时压缩模式，旨在提供一个可控条件来研究间歇性压缩的基本生理反应。研究结果主要支持IPCD对健康或经常活动人群的潜在效用。rSO2的即时增加、组织液含量的减少以及疲劳水平的降低表明，IPCD结合仰卧位可用于运动后肌肉恢复以及管理日常活动积累的疲劳。然而，在将此结果推广到精英运动员时需要谨慎，建议进行进一步研究。
本研究存在一些局限性，包括缺乏对照组、未测量T2值和主观疲劳度的时间进程变化、受试者预先的疲劳水平未标准化、近红外光谱信号可能受皮肤血流影响，以及脉搏血氧仪的信号可能受干扰等。
5 结论
本研究表明，对健康个体进行30分钟的仰卧位IPCD干预，可提高肌肉组织氧饱和度并促进液体清除。rSO2水平在最初10分钟内即达到平台，而T2值和小腿围度的降低则在30分钟干预后被观察到。这些发现表明，虽然氧合益处发生较早，但30分钟的IPCD干预可有效同时提供氧合和液体减少效果。需要进一步研究来确定更短的干预时间是否也能提供类似的益处，以开发更高效、省时的IPCD应用方案。
