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方法文章

使用可吞服遥测温度胶囊评估运动期间的胃肠道温度

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DOI：

10.3791/53258

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2015年10月7日

 ,  , 
1Radboud Institute for Health Sciences, Department of Physiology, Radboud University Medical Center

本文内容

摘要

本研究介绍了一种准确、可靠且无创的技术，可用于在运动过程中连续测量胃肠道温度。这种可吞服的遥测温度胶囊适用于在实验室环境以及基于现场的环境中测量胃肠道温度。

摘要

运动会导致核心体温（Tc）升高，这可能会降低运动表现，并最终可能导致热相关疾病的发生。因此，在运动过程中准确测量核心体温尤为重要，特别是对于那些需要在严苛环境条件下进行运动的运动员而言。目前文献中已描述了多种测量核心体温的方法（如食管、外耳道鼓膜、口腔或直肠测温）。然而，这些方法在运动过程中测量核心体温时存在局限性，因其具有侵入性、响应速度慢，或易受环境条件影响。已有研究指出，使用可吞服遥测温度胶囊是一种可靠且有效的评估胃肠道温度（Tgi）的方法，而胃肠道温度可作为核心体温的代表性指标。因此，本研究旨在详细描述使用可吞服遥测温度胶囊测量胃肠道温度的方法。本研究涵盖了为实现准确测量所必须考虑的重要方法学因素。建议仔细阅读使用说明，以确保可吞服遥测温度胶囊在静息状态和运动过程中对胃肠道温度的测量具有可靠性。

引言

肌肉收缩过程中底物的氧化为运动和体力活动提供了必要能量，这一过程显著影响人体的体温调节系统，因为仅有20%的能量用于肌肉做功1，而大部分能量则以热能形式释放（占80%）2,3。因此，体力活动和运动期间升高的代谢产热通常超过机体的散热能力4,5，导致核心体温（Tc）升高。相应地，Tc会超过下丘脑调定点，这种情况被称为高热症6，并可能导致运动表现下降5,7,8和/或出现热相关疾病4,6。因此，在长时间运动尤其是严酷环境条件下，准确测量核心体温（Tc）显得尤为重要。

文献指出，理想的体温核心（Tc）测量方法应具备以下特点：1）易于应用；2）不受环境条件影响；3）具有高时间分辨率，能够快速监测Tc的变化；4）能够检测到微小的体温变化（Δ0.1°C）9,10。国际标准化组织（ISO 9886）11概述了多种测量Tc的方法，其中指出，位于左心房水平的食管温度与中心血液温度的一致性最高，且该方法能够快速检测体温的（微小）变化12。尽管食管温度测量通常被视为记录Tc的金标准，但其侵入性限制了该方法的实际应用。其他用于监测Tc的替代方法依赖于外耳道鼓膜、口腔或直肠的温度记录12。然而，由于这些测量部位具有侵入性、方法学上的困难和/或易受环境条件影响的潜在偏差9,12-14（表1），并非测量Tc的理想选择。这凸显了探索监测（Tc）变化的替代策略的必要性。

先前的研究已描述了可摄入式遥测温度胶囊的使用，该方法简便、可靠且有效，可用于测量Tgi，而Tgi是Tc的一个代表性估算指标9,15。温度胶囊另一个重要的优势是适用于实地环境，这一点尤为重要，因为在运动引起的Tc升高通常在实地环境中高于实验室环境16。目前，温度胶囊能够每10秒测量一次Tgi ，精度为±0.1°C，这使得该技术非常适合在运动过程或重要比赛中监测Tgi。此外，Stevens 等.17的一项研究表明，遥测温度胶囊还可用于监测胃内温度。可摄入式温度胶囊最早于1961年被描述18，随后由约翰斯·霍普金斯大学（美国巴尔的摩）与美国国家航空航天局应用物理实验室合作进一步开发。最终研制出一种尺寸为20 × 10 mm的胶囊，内含遥测系统、微型电池和石英晶体温度传感器。该晶体传感器以与周围物质温度相关的频率振动，温度无线电信号通过人体传输，可由外部记录仪接收测量（图1）。每粒温度胶囊均具有唯一的序列号和校准编号，记录仪可利用该编号将无线电信号转换为对应的Tgi数值。

在温度药丸的外部附有一个小型磁条，该磁条可使电池处于失活状态。当移除该磁条后，药丸立即被激活，并开始测量核心体温（图2）。Casa 及其同事19采用了六种不同的方法（胃肠道、直肠、耳道、颞部、腋下和前额）来测量核心体温，其中以直肠温度作为参考标准值。他们证明，使用温度药丸进行胃肠道温度测量是唯一一种与参考核心体温具有良好一致性的技术。其他研究者也探讨了胃肠道温度（Tgi）与直肠温度之间的关系，并发现两者之间存在微小但具有显著性的偏差，范围为 0.07°C 至 0.20°C9,15,20,21。尽管不同研究中偏差的方向和程度有所不同，但 Bland 和 Altman 法计算的 95% 一致性限度为 ±0.4°C，这一结果在可接受范围内9,22。此外，Byrne 等9在一篇综述中将 Tgi 与直肠温度和食管温度（金标准）作为核心体温的测量方法进行了比较。他们指出，基于胃肠道温度与食管温度之间良好的一致性，使用温度药丸测得的 Tgi 是评估核心体温的有效指标。进一步地，Bland 和 Altman 的 95% 一致性限度被限制在 ±0.4°C22，且两种测量方法之间未发现显著性偏差9,20,21。这些结果表明，Tgi 是评估核心体温的有效指标。

良好的直肠/胃内温度（Tc/Tgi）测量技术的另一个重要方面是具有高时间分辨率，以便快速监测 Tc 的变化。先前的研究表明，与食管测温法相比，使用测温胶囊测量的 Tgi 对 Tc 变化的响应较慢15,20,23，这可归因于食管的热容量较低以及其与心脏的邻近关系10。在食管温度测量中，热敏电阻被放置在左心房水平10。在此水平，肺动脉与食管相互接触并处于热平衡状态24，从而促使食管温度测量对温度变化具有快速响应时间。相比之下，肠道和直肠的血流灌注较食管少，导致在这些解剖位置测量温度变化时存在延迟。然而，可吞服的遥测温度胶囊具有 ±0.1°C 的测量精度，并能每 10 秒测量一次 Tgi。先前一项研究报道，在运动过程中若不散热，核心体温每 5 分钟最多可升高 1°C25。因此，温度胶囊的时间分辨率足以适用于测量运动期间 Tgi 的变化。基于这些研究结果，可以得出结论：温度胶囊是一种可靠且有效的 Tgi 测量技术。尽管遥测温度胶囊已在大量研究中被使用，但目前仍缺乏关于如何使用该胶囊的明确操作说明。

因此，本研究的目的是提供使用可吞服遥测温度胶囊的测量方案的详细描述。其次，介绍了遥测温度胶囊在两种不同研究方案中的应用，其中一种采用横断面设计（每5公里使用不同的记录仪进行测量），另一种方案则对个体的胃肠道温度（Tgi）进行连续记录。

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方案

下述步骤符合荷兰奈梅亨拉德堡德大学医学中心医学伦理委员会的规定并获得其批准。据我们所知，目前研究人员可使用的商用可吞服温度胶囊系统有3种。可吞服温度胶囊的用户手册因品牌而异（特定材料表），但所有系统均适用于运动状态和静息状态下的测量。

1. 排除标准与受试者指导

  1. 以书面或口头形式询问受试者是否符合使用遥测体温胶囊的排除标准：1）体重低于 36.5 kg；2）存在胃肠道梗阻性疾病；3）有胃肠道手术史；4）体内植入有医疗设备；5）实验期间已安排磁共振成像（MRI）检查。
  2. 记录体温胶囊的序列号和校准编号。
  3. 向受试者说明体温胶囊的使用方法（参见第 2 节）。
  4. 将胶囊与一份简要使用说明书一并交给受试者，说明书中应包含第 2 节所示信息。若受试者在实验前较长时间已领取体温胶囊，则应在实验前一天提醒其服用该胶囊。

2. 体温胶囊使用说明

  1. 指导受试者至少在6小时前吞服测温胶囊 实验前应避免摄入任何液体，以防干扰。请按以下步骤正确吞服测温胶囊。
  2. 指导受试者从药丸中取出磁条，以激活电池并启动测量功能。
  3. 指导受试者最好用一杯水送服体温胶囊，以促进吞服。
  4. 要求受试者将药片包装材料交还给研究团队，以便在实验开始前核对序列号和校准编号。
  5. 告知受试者，体温胶囊将通过自然途径（粪便）排出体外，可直接冲入马桶。

3. 实验方案一：横断面模式

注意：在横截面模式下，可同时测量多达 99 名受试者。

  1. 在进行横截面测量之前，将记录仪调整至所需的设置。
    1. 打开记录仪，使用传输线缆将记录仪与计算机连接，然后按下“F2-PC Link”按钮，使记录仪与计算机建立连接。
    2. 在计算机上打开Tc软件，该软件可用于设定正确的参数。注意：软件由公司随温度胶囊和记录仪的订购一同提供。
    3. 要调整设置，请点击软件主界面上的“Program”，然后使用“open PC link”按钮与记录仪建立连接，并选择正确的设置。
      1. 通过选择“运动模式开启”来选定横截面测量模式。
      2. 选择正确的温度测量单位（摄氏度或华氏度）。使用“将配置写入记录仪”按钮将设置保存至记录仪。
      3. 将所有受试者的序列号和校准编号添加至外部记录仪，以便在实验过程中切换用户。在软件中按下“传感器/条形码显示”按钮，并输入所有序列号和校准编号。按下“写入传感器至记录仪”按钮，将数据复制到记录仪中。
      4. 在测量前检查记录仪的电池电量，以避免测量过程中电池耗尽导致数据丢失。注意：通常情况下，电池电量在75%以上即可满足测量需求。 >10 小时
  2. 所有准备工作完成并检查预设参数后，开始实验。操作方法为：返回记录仪的主界面，按下“F2-Sport”按钮以启动数据采集。
  3. 当 Player XX 出现在屏幕上时，按下“Read”按钮以测量 Tgi。再次按下“Read”按钮可进行一次额外的 Tgi 测量。
  4. 切换用户时，按下记录仪上的相应编号，然后通过按下“Read”按钮测量 Tc。
  5. 单击“停止”按钮以结束数据采集。
  6. 测量结束后，应以正确方式关闭记录仪，以防数据丢失。操作方法为：按下“Enter”按钮，主屏幕上将显示“Exit”；然后按下“F1-Exit”按钮，记录仪将显示“turn of recorder”；随后使用电源开关关闭记录仪。
  7. 将外部记录仪的原始数据导出并存储至计算机（参见第5节；数据处理）。

4. 实验方案二：连续模式

注意：连续模式可对单个受试者的Tgi进行连续测量，并按预设的固定时间间隔（例如每20秒）保存数据。下一节将描述执行此类测量所用的步骤序列。

  1. 在测量前，将记录仪调整至连续测量模式的正确设置（参见第3节，步骤3.1.1-3.1.3）。
  2. 通过选择“运动模式关闭”来启用连续测量模式。
  3. 通过将“读取间隔”调整为合适的固定时间间隔（hh:mm:ss）来选择测量频率，最小采样间隔为10秒。
  4. 选择正确的温度测量单位（摄氏度或华氏度）。点击“将配置写入记录仪”按钮，将设置保存至记录仪。
  5. 在测量前检查记录仪电池电量，以避免测量过程中电池耗尽导致数据丢失。注意：通常情况下，电池电量保持在75%以上即可完成24小时 的测量。
  6. 完成所有准备工作并确认预设参数后，开始实验。在记录仪主界面上按下“运行”按钮以开始数据采集。
  7. 随后将记录仪放置于靠近受试者腹部区域的腰包中（腹部与记录仪之间的最大距离为30-40 cm），以避免测量误差。
    注意：实验开始后，系统将按预设的时间间隔自动采集核心温度（Tc）数据。可通过按下“读取”按钮增加额外的采样点。
  8. 按下“停止”按钮以结束Tc测量。
  9. 使用“F1-退出”按钮显示“关闭设备”提示，然后使用电源开关关闭记录仪。
  10. 将外部记录仪中的原始数据导出并存储至计算机（参见第5节：数据提取）。

5. 数据提取

  1. 将记录仪连接至计算机以完成数据导出（第3节，步骤3.1.1）。
  2. 打开软件，点击软件主界面上的“下载”按钮。
  3. 输入文件名，然后点击“确定”按钮。注意：数据将被保存为 .cvt 文件格式，可使用电子表格软件打开。
  4. 打开数据文件，目视检查所采集的数据是否存在缺失值或异常值。注意：在短时间内（约±1分钟）Tgi出现大幅下降或上升（≤1 °C）极不现实，可能是由于无线信号受到干扰所致。因此，这些不合理的数据点可在后续分析中予以剔除。
  5. 通过取前后两个有效值的平均值来插补缺失值。注意：连续缺失值最多允许三个，方可进行数据插补。

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结果

下一部分展示了我们先前工作中具有代表性的结果，用以说明这些方法，其中包括一个横截面测量示例（图3A）和一个连续测量示例（图3B）。

Tgi 的横截面测量

横断面测量数据的一个示例如图3A所示。在获得基础体温Tgi后，受试者以自选速度步行30公里。在运动过程中，每步行5公里以及完成30公里行军后立即测量一次Tgi。图3A展示了4名受试者在30公里行军过程中的Tgi结果。该图表明，横断面测量模式能够使用同一设备对一组受试者进行测量。

Tgi 的持续评估

除了横断面设计外，温度胶囊还可用于进行连续的核心温度（Tgi）测量，以高时间分辨率（介于10秒至1小时之间）持续监测Tgi。本文展示的示例中，对4名健康成年人每分钟测量一次Tgi，持续24小时，以评估Tgi的昼夜节律。所有测量均在受试者家...

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讨论

可摄入式遥测温度胶囊能够连续、有效地无创测量胃肠道温度（Tgi）。此外，该温度胶囊的一个优势在于，一旦被摄入，受试者便无法感知胶囊在体内的存在，也无法察觉正在进行的测量过程。因此，该方法不仅适用于静息状态，也适用于运动过程中，对受试者造成的负担极小，可在现场和实验室环境中广泛应用。另一个优势是，仅需一台记录仪即可对大量受试者进行测量。

为了确保使用可吞服胶囊对胃肠道温度（Tgi）进行准确、可靠且安全的评估，必须遵循若干建议。首先，应仔细核对排除标准，以确保温度胶囊不会对受试者造成伤害。其次，应在实验开始前至少6小时吞服温度胶囊，以避免与液体摄入以及胶囊在胃肠道中的位置产生相互影响。文献中报道的开始采集数据前的吞服时间各不相同，范围从2小时20,29到超过10-12小时30,31不等。有趣的是，Sparling 等32发现，在数据采集前3-4小时 吞服胶囊的受试者与在测量前8-9小时 吞服温度胶囊的受试者之间，直肠温度与胶囊测得温度的偏移量在静息和运动状态下均无差异。其他研究提示，...

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致谢

本研究由 STW（项目编号 12864，C.C.W.G.B）和荷兰科学研究组织（Rubicon 资助项目 825.12.016，T.M.H.E）提供支持。

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材料

本文使用的材料清单
姓名公司目录编号评论
CorTemp 数据记录仪CorTemp 系统，HQ Inc.，美国佛罗里达州不适用http://www.hqinc.net/cortemp-data-recorder/
CorTemp 可吞服遥测温度胶囊CorTemp 系统，HQ Inc.，美国佛罗里达州HT150002http://www.hqinc.net/cortemp-sensor-2/
CorTrack II 软件（仅用于 PC 的数据处理）CorTemp 系统，HQ Inc.，美国佛罗里达州不适用http://www.hqinc.net/cortrack-ii-data-graphing-software/

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