2024年7月15日，一项题名为《石墨烯远红外疗法通过调节肠道稳态促进运动能力及葡萄糖代谢》的研究发表在《Scientific Reports》杂志（doi: 10.1038/s41598-024-67220-5.）。

研究通过石墨烯-FIR（远红外）治疗效果的新发现表明：石墨烯-FIR热疗能够提升机体运动能力，并调节能量代谢，未来可能成为临床治疗代谢紊乱的一种新型疗法。

研究发现：

“石墨烯-FIR热疗通过激活AMPK活性，调节肠道微生物群稳态，增强肌肉葡萄糖摄取和血流量，从而达到模拟或增强运动的效果。”

运动训练和体育锻炼能增强心血管系统和调节新陈代谢，对人体健康大有裨益。

诸如肥胖、糖尿病、癌症和心脏病等代谢和心脑血管问题多与久坐不动的生活方式有关。因此人们希望找到新的方法来模拟或增强运动的效果，以治疗代谢疾病。

将小鼠放在试验箱中（40 厘米×25 厘米×20 厘米），采用发热器件装置进行远红外照射，对小鼠进行运动耐力测试、运动活动测试、小鼠体表温度测试、血流测量/激光斑点对比成像等分析。

对照组：采用碳纤维发热器件远红外照射

试验组：采用烯旺石墨烯发热膜器件远红外照射

石墨烯基器件的FIR射线发射光谱更优异

根据科学研究证实，远红外能量能引起细胞分子的旋转和振动运动，特别是影响水分子。

人体皮肤能有效吸收由远红外发射器产生的高效红外辐射，从而与人体产生共鸣，加速新陈代谢和血液流动。未被吸收的红外线辐射可能会在人体表面积聚，造成皮肤磨损。

因此，如何在治疗效率和减少不良反应之间取得最佳平衡，就要寻找到一种安全的红外辐射源，其发射光谱与组织吸附的光谱相匹配。

研究组选用碳基纳米材料石墨烯和碳纤维材料进行对比分析，做了电镜测试和电热特性检测：

研究分析：

1.通过扫描电镜图像显示：烯旺石墨烯发热薄膜为二维结构，而碳纤维则以纤维状石墨化结构存在。

2.在电热特性检测中：与碳纤维基器件相比，石墨烯基器件的功率更稳定，在相同功率条件下加热速度更快。

研究组评估了人体的吸收光谱，发现石墨烯器件的发射峰位置与人体表面的特征吸收峰位置相吻合。这些数据表明，石墨烯产生的 FIR 可能更有效地与表皮分子产生共振。

石墨烯-FIR热疗可更好提高小鼠的运动耐力

为了检验石墨烯和碳纤维热疗后小鼠的运动能力差异，研究组分别测试了两组在低强度（最大有氧能力的50%）和高强度（最大有氧能力的100%）不同方案下的跑步机运动表现。

试验将对照组和石墨烯FIR试验组小鼠运动能力的差异进行了测试。对小鼠每天40分钟的红外线辐射，持续14天，第 15 天进行耐力测试。

对比发现：在低强度运动方案中，石墨烯组比对照组小鼠表现出更强的跑步耐力；在高强度运动方案中，石墨烯组的跑步距离明显高于碳纤维组。

石墨烯-FIR热疗改善了小鼠的体温和血流量

为了测试石墨烯FIR能量是否能更有效地改善小鼠体温，试验采用了体温胶囊记录了两组小鼠的核心温度。

对比发现，在红外热疗过程中，石墨烯组的核心温度显著高于碳纤维组。同时石墨烯-FIR明显改善了小鼠的血流量。

图中显示：石墨烯组的核心温度比碳纤维组明显升高。

石墨烯-FIR热疗改变了肠道微生物群的结构

肠道菌群是科研界研究的热点，现有数据证明，运动能力、减肥、癌症治疗都被证明跟它有关系。

《自然医学》发表了一项最新研究：优秀马拉松运动员肠道微生物组成更为丰富，其中有一类特殊的菌，可以帮助他们提高运动成绩。

为了研究石墨烯-FIR 热疗是否会改变微生物群的组成，该试验对耐力测试后结肠中的微生物群进行了16S 核糖体DNA分析。

测试结果表明：

石墨烯-FIR 热疗改变了肠道微生物群的结构，且增加了肠道微生物群落的多样性。另外，石墨烯-FIR热疗改变了肠道微生物组的代谢组学特征。

肠道微生物群与运动、体能、代谢关系紧密，而试验表明石墨烯热疗可促进肠道的微生物群共生平衡，验证了其通过调节肠道稳态提升运动能力的作用。

石墨烯-FIR热疗通过GPR 43增加了AMPK的磷酸化

AMPK磷酸化，是其被激活的显著特征。

为了阐明微生物代谢在骨骼肌功能和运动能力中的潜在作用，该试验测定了GPR43和 p-AMPK Thr172的蛋白表达。

数据结果表明：

数据结果表明：石墨烯-FIR处理后小鼠静息和运动状态下GPR43 蛋白表达均明显增加，而碳纤维组则不明显。这说明石墨烯-FIR激活的AMPK可能是SCFAs改变骨骼肌代谢的一个关键机制。

说明石墨烯-FIR热疗可通过激活AMPK调节骨骼肌代谢，提升运动能力。

图中可见与碳纤维组相比，石墨烯-FIR组的AMP水平和AMP/ATP比值均有所提高。

石墨烯-FIR热疗通过AMPK增强肌肉葡萄糖摄取和血流量，从而模拟运动效果

为了验证石墨烯-FIR对糖代谢的影响，研究人员采用荧光成像技术评估了腹部和骨骼肌对葡萄糖的吸收。

数据结果表明：

与碳纤维组相比，石墨烯组在运动状态下，可显著增加肌肉和腹部的葡萄糖积累。

另外，试验中AMPK抑制剂可以阻断石墨烯-FIR 诱导的葡萄糖摄取增加，这说明石墨烯-FIR热疗增强葡萄糖摄取的作用与激活AMPK有关。

图为小鼠骨骼腹部和肌肉的血液灌注定量，可见石墨烯-FIR可增强小鼠肌肉血流量模拟运动。

石墨烯-FIR热疗改变了骨骼肌的代谢组学特征

为了探索石墨烯-FIR对骨骼肌代谢的潜在调控作用，试验采用非靶向代谢组学分析了小鼠的骨骼肌样本。

数据结果表明：石墨烯组的代谢物发生了显著变化，其中23种增加（如肌酐和磷酸盐），4种减少（如乳酸）。这说明石墨烯-FIR热疗改变了骨骼肌的代谢组学特征。

石墨烯-FIR热疗可挽救ABX小鼠的跑步耐力

为了进一步证明微生物群在石墨烯-FIR热疗促进运动能力中的作用。

研究团队检测发现：

石墨烯-FIR明显减少了ABX小鼠小肠的长度，并降低了粪便颗粒的重量。组织学分析表明，石墨烯-FIR热疗可部分改善受损的肠道形态。

此外，石墨烯-FIR热疗显著增加了小鼠跑步时间，石墨烯-FIR高热对运动耐力的影响可能是由于挽救了肠道微生物群消耗和 AMPK 活性。

图为石墨烯-FIR热疗改善了受损的肠道形态。

“石墨烯-红外辐射产生的共振效应提高了体温和葡萄糖摄取量，从而促进了新陈代谢。我们认为，石墨烯-FIR应用通过肠道与肌肉的相互作用，刺激了与代谢平衡相关的 AMPK/GLUT4 信号通路。”

“本研究的结果为利用石墨烯-FIR热疗作为运动模拟物改善体力活动和新陈代谢提供了证据，其未来在医疗领域的应用前景十分广阔。”

——摘自论文原文