Anvendelse af termiske Infra-Red Imaging til at opdage forsinket start muskelømhed

1. Udnyttelsesperioden

1. Musklen af ​​interesse for dette eksperiment var det albuen flexors (biceps brachii).
2. Muskelstyrke blev målt for hver deltager at være i stand til at give hver enkelt en passende modstand. Dette blev bestemt ved at teste hver enkelt deltager for deres modstand maksimum (RM).
3. For at teste RM, brugte vi en strain gauge enhed tilsluttes en computer via en BioPac (DA-100C) bioelektrisk forstærker modul (BioPac Systems, Goleta, CA) til at måle muskelstyrke. Modulet var forbundet med en MP-100 analog til digital konverter prøveudtagning med en frekvens på 1.000 hertz per sekund, og med en opløsning på 24 bit (Fig. 10).
4. Den strain gauge enhed var fastgjort til en bænk i en 45 ° vinkel. Forsøgspersonerne blev instrueret i at sidde bag enheden og hviler deres albuer på det polstrede området, således at den anstrengelse kraft er gennem deres håndled. Det var den bedste måde at sikre, at emnet vil der ikket rekruttere nogen muskler end biceps (Fig. 11).
5. Styrke blev bestemt på 3 lejligheder med hver sammentrækning er 3 sekunders varighed med 45 sekunder adskiller sammentrækninger. Gennemsnittet af de 3 målinger var RM.
6. Efter fastlæggelse af RM for biceps muskel i hver enkelt deltager, blev den påtænkte samling, der blev gennemført med 35% af RM.
7. Alle emner gennemgik den samme øvelse med passende vægtet håndvægte til at inducere den muskel ømhed (DOMS). Dette blev udført ved at lave 4 sæt af 25 gentagelser af biceps koncentration krøller, mens siddende på en stol, og med albuerne støttet på deres lår (Fig. 12).
8. Hvert emne fik en 90 sekunder hvileperiode mellem hvert sæt. Emner enten ikke gav det fulde sæt af 25 gentagelser, eller blev instrueret i at stoppe, hvis de undlod at støt kontrollere vægten under øvelsen.

2. Infra-Red CaMera Forberedelse og opsætning

1. Det rum, hvor den infrarøde imaging foregår blev sat ved en konstant temperatur for at minimere eventuelle eksterne bias fra forskelle i stuetemperatur, hvilket kunne føre til forkerte termiske behandlinger. I forbindelse med dette forsøg havde vi en temperaturkontrolleret rum, som blev fastholdt på cirka 23 ° C (+ / - 0,5 ° C).
2. Kameraet blev sat i en afstand af 1 meter væk, og i en lodret vinkel til huden, der måles (Fig. 9a) *.
3. Efter den nødvendige afstand, blev oprettet, blev de emner rådet til at stå stille, indtil billedet er taget. Dette bør ikke tage mere end et par sekunder, men det er meget afgørende for at minimere bevægelse for at sikre nøjagtigheden af ​​de trufne billedet.
4. Det er at foretrække, at rummet har mørkere farvet maling, snarere end lysere farver, for at minimere eventuelle infrarøde indblanding.
5. Belysning er også kritisk, når der beskæftiger sig med infrarød billeder, becabruge lyskilde, der udsender infrarøde bølger som fluorescerende eller wolfram belysning kan give falske høje målinger. Den bedste belysning løsning ville være et rum udstyret med ensartede LED-lys, som LED-lys næppe har nogen infra-rød interferens (fig. 9b) *.

* En række forsøg blev gjort på vores laboratorier ved hjælp af FLIR 660 IR kamera (Fig. 8), hvor vi sammenlignet billeder af huden på forskellige vinkler (0 (lodret), 15, 30, 45 og 60 grader), og på forskellige afstande (1, 2 og 5 meter) fra huden, for nøjagtigt at registrere temperaturen i huden. Alle billeder blev sammenlignet med kalibreret termoelementer, og den bedste sammenhæng mellem billederne og termoelementet aflæsninger var på en lodret vinkel og i en afstand af 1 meter væk fra huden (r = 0,93). De forskellige vinkler og afstande forårsagede en pixilation tab, og faldt den overordnede sammenhæng mellem billeder og termoelement aflæsninger.

3. Billede Acquirement

1. Med henblik på dette eksperiment, var billedet af de udnyttede musklen træffes før motion, og 24, og 48 timer efter motion.
2. Kropsvarme fra andre kilder end målet kan forstyrre de termiske image og give falske aflæsninger. Af denne grund bør ingen stå ved siden af ​​eller bag det tilsigtede mål.
3. I denne undersøgelse, var billeder af både de udnyttede og ikke-udnyttede arm taget for sammenligning. Vi har udnyttet en af ​​de våben, som blev nævnt tidligere, og den anden arm blev brugt som en kontrol (Fig. 4 og 5).
4. Billede numre fra IR-kameraet blev registreret øjeblikkeligt på et separat regneark, som det kunne være svært at identificere, hvilke billeder tilhører hvem.

4. Image Processing & Analyser

1. De tilkøbte IR-billeder blev behandlet ved hjælp af "ThermoVision ExaminIR" Software Version: 1.10.2.
2. Når du har valgt det ønskede billede forr analyse, fire regioner af interesse blev identificeret på erhvervet billedet af armen ved hjælp af statistiske bokse på software-interface (Fig.6).
3. Når det ønskede regioner i hele armen er blevet placeret, softwaren viser Midler og standardafvigelser af temperaturer for hver af de udvalgte regioner. Vi kan så enten krydse sammenligne de enkelte regioner hver for sig eller få en gennemsnitlig temperatur på hele armen (fig. 7).

5. Visuel Analog Skala & Blood Analysis

1. En visuel analog skala (VAS) blev anvendt til at vurdere subjektive ømhed af armen. Skalaen havde en 10 cm (100mm) lang linie mærket "ingen smerter" i den ene ende, og "ekstremt ømme" i den modsatte ende. Hver deltager blev rettet til at gøre et mærke langs de 10 cm linien for at indikere deres reaktion på ømhed.
2. VAS er blevet givet til de emner, før øvelsen, 24 timer efter motion, og ved 48 timer.
3. Perifere blod var Colvalgt ud fra de emner, til at måle myoglobin koncentration i blodet.
4. Blodet blev trukket fra de emner antecubital vene før motion, 30 minutter efter øvelsen var overstået, og ved 48 timer.
5. Blodet blev centrifugeret ved 4000 rpm i 10 min til adskille serum fra cellerne. Prøverne blev derefter opbevaret ved -80 ° C indtil analyser af myoglobin blev gjort.
6. Myoglobin blev målt ved hjælp af en Tosoh "AIA-360" Automated Enzymimmunoassay Analyzer (Tosoh Corp, Tokyo, Japan). Den myoglobin Assay kits (Myo 025297, ST AIA-PACK Myoglobin) blev anvendt i henhold til fremstiller instruktioner.

6. Repræsentative resultater

Resultaterne af IR termiske billeder taget i løbet af denne undersøgelse er klart repræsenteret i figur 1. Billeder, der tages på de 3 perioder (præ-øvelse, 24 timer efter motion, og 48 timer efter motion) for de udnyttede armene på de 41 emner, visteen mærkbar stigning i temperaturen på dag 2 (24 timer efter træning) i forhold til at pre-motion temperaturer, og temperaturer taget på 48 timer. Som det fremgår af figur 1, er den gennemsnitlige hudtemperatur var 32,80 + / - 1,03 ° C i dag 1 (præ-motion), og 33,96 + / - 1,46 ° C for dag 2 (24 timer efter motion), og 32,82 + / - 1,29 for 3. dag (48 timer efter motion). Denne forskel i hudens temperatur fra dag 1 til dag 2 var signifikant (ANOVA p <0,01).

Men for un-udnyttede armen, blev ændringer blandt de 3 perioder ikke indlysende. Figur 1 viser, at den gennemsnitlige hudtemperatur var 33,08 + / - 0,83 ° C i dag 1 (præ-motion), og 32,79 + / - 1,42 ° C for dag 2 (24 timer efter motion), og 33,17 + / - 0,95 for 3. dag (48 timer efter motion). Denne forskel i hudens temperatur over de 3 dage var ikke signifikant (ANOVA p = 0,38).

Resultaterne af smerter aflæsninger fra VAS er vist i figur 2. Som det ses i figURE 2, rapporterede smerte var en dramatisk stigning på dag 2 og 3. Smerter niveauer for de udnyttede musklen steget fra 3,6 + / - 6,1 på dag 1, til 36,3 + / - 22,8 på dag 2, og 37,5 + / - 25,3 på dag 3. Denne stigning fra dag 1 var signifikant (ANOVA p <0,01).

Resultaterne af myoglobin koncentrationsniveauer er vist i figur 3. Som det ses i dette tal, var der næsten ingen ændring mellem de 2 myoglobin koncentrationen på dag 1 (pre, og 30 minutter efter motion). Men på dag 3, var stigningen i myoglobin meget store. Denne stigning på dag 3 blev cirka 147 nanogram per milliliter (ng / ml) blod i forhold til de første 2-koncentrationer på dag 1. Myoglobin koncentrationer var 30,12 + / - 7,66 ng / ml ved baseline, 31,66 + / - 11,89 ng / ml 30 minutter efter træning, og 178,96 + / - 249,51 ng / ml på dag 3. Denne stigning på dag 3 var meget signifikant (ANOVA p <0,01).

En korrelationsanalyse blev udført mellem huden temperatureropnået fra IR-billeder, og VAS ømhed niveauer. Det blev konstateret, at der var en betydelig sammenhæng mellem VAS-målingerne på dag 2, og huden temperaturmåling på dag 2. Denne sammenhæng var signifikant (r = 0,312, p <0,05). Men der var ingen tydelig sammenhæng mellem VAS-målingerne og huden temperaturer på dag 3. Denne sammenhæng var ubetydelig (r = 0,047, p = 0,77).

Figur 1. En repræsentant grafisk fremstilling af forskelle i hudens temperatur i de udnyttede armene (ruder), og un-udnyttede våben (Kvadrater) af de 41 forsøgspersoner over de 3 dage periode.

Figur 2. En repræsentant graf af forskellene i opfattelsen af muskelømhed målt med VAS over de 3 dage periode for alle de 41 fag.

Figur 3. En repræsentant graf over forskellene i myoglobin koncentrationer for alle de 41 forsøgspersoner over de 3 perioder.

Figur 4. A), en typisk IR-billede af et motiv er udnyttet arm, før øvelsen. B) en IR-billede af de samme emner armen 24 timer efter øvelsen.

Figur 5. A), en typisk IR-billede af et emne i FN-udnyttede arm, før øvelsen. B) en IR-billede af de samme emner armen 24 timer efter øvelsen.

Figur 6. En illustration af de 4 områder af interesse for at analysere thermAl billede af armen.

Figur 7. Software interface til "ThermoVision ExaminIR", der viser de 4 kasser af renter på en IR-billede af en udøvet arm. Også vist er de statistiske tolkninger for hver boks.

Figur 8. IR termisk kamera, der anvendes til denne undersøgelse (FLIR 660).

Figur 9. A) Opsætning af IR kamera 1 meter væk fra fagene armen. B) LED-lys bruges i laboratoriet, hvor billederne blev taget.

Figur 10. A) BioPac Moduler bruges til måling af muskelstyrke. B) De strain gauge enhed fastgjort til en 45 ° vinklet bænk og hooked på BioPac systemet.

Figur 11. Et typisk emne kræfter på strain gauge enhed.

Figur 12. Et emne under udøvelsen protokol for formå muskelømhed.

Det primære formål med denne undersøgelse var at vurdere nytten af ​​termisk IR-billeddannelse i detektering og måling af muskelømhed efter anstrengende motion, og vores resultater tyder på, at IR-billeddannelse kunne være en brugbar metode til påvisning af DOMS, især inden for de første 24 timer efter motion. Dette er ikke overraskende, eftersom Pennes ^{18, såfremt} en meget detaljeret model af varmestrøm fra muskel til huden i lemmerne. Denne model forudsiger, at varmen i dybere væv som muskler kan spredes i blodet og ind i huden gennem ledende varmeveksling. Når musklerne motion, naturligvis, er enorm varme, der udvikles i musklen som følge af friktionskræfter af muskelfibre og på grund af den øgede stofskifte. Øget blod strømmer til musklen vil også bidrage til den øgede varme i musklen efter træning. Fordi musklen er en shell væv, temperaturen er normalt 32 til 33 ° C, men når blodtilførslen øges til de udnyttede muscle den nærmer temperaturen i kernen væv, der er 37 ° C ^18,19. Denne øgede blodgennemstrømning skulle gå tilbage til det normale inden for et par timer efter motion opsigelsen. Men når temperaturerne er stadig forhøjet 24 timer efter motion, viser dette, at skaden er sket med udøves muskel. Denne skade i musklen medfører yderligere varmeoverførsel fra musklen til den overliggende hud, hvilket medfører en påviselig hot spot under huden.

IR-billeddannelse har været brugt til at opdage og diagnosticere mange sygdomme ^17,19-24. Ændringer i den menneskelige krops temperatur har altid været indikatorer for dysfunktion, hvor øget varme er primært forbundet med en vis form for betændelse eller infektion ^17. Således forhøjede hudtemperatur fundet 24 timer efter motion i alle fag er muligvis et resultat af højere blod flyder i musklerne på grund af betændelse, og vævsskader reparation ^2. Det er heller ikke mærkbar Incrletter i huden temperatur af FN-udnyttede arm fundet sted i løbet af de 3 dage af undersøgelsen. Derfor, hvis muskel blodgennemstrømningen forblev forhøjede i de udnyttede armen, ville de varmere blodet holde musklerne varme og dermed den overliggende hud ville holde varmen. Som et resultat, kan bryst tumorer hos kvinder, og hudkræft kan let afsløres ved IR-billeddannelse på grund af den øgede blodet strømmer til de berørte læsion site til ^20,21.

Den forhøjede ømhed niveauer (VAS) på dag 2 og 3, og den øgede myoglobin koncentrationer på dag 3 er begge indikatorer for DOMS. Dette viser, at de emner fik ondt efter træning. Som det sås i de resultater, der var en sammenhæng mellem den øgede hudtemperatur på dag 2, og det øgede ømhed niveauer på samme dag. Myoglobin koncentrationer var stadig forhøjet på dag 3, mens huden temperaturer blev vender tilbage til normal. Dette forsinkede frigivelse af myoglobin i blodet, kan skyldes, at musklens langsommere reaktion på betændelse og skader, der opstår i muskelfibrene efter træningen ^25,26.

Men 3 til 5 dage senere, kan der stadig være mindre væv reparation og genopbygning, selvom blodgennemstrømningen måske tæt på normal. Det er derfor på den ^3. dag vi ikke ser en sammenhæng mellem hudtemperatur og ømhed niveauer, fordi skaden allerede var sket. Derfor mener vi, at dette er prædiktive for ømhed, fordi det viser, at hvis du får vedvarende 24 timer stigning i væv blodgennemstrømning, så ved du, at du har fået skader på væv. Denne skade blev verificeret af VAS behandlinger, og det myoglobin koncentrationer i blodet. Således, at jo højere huden temperaturmålinger 24 timer efter motion, sorer emnet ville blive senere.

Derfor ville IR termografi være af stor værdi i at afsløre DOMS i sin vorden. Det ville også være en interessant og smertefri måde at looking på muskler, der er blevet udnyttet, og er ømme, timer efter øvelsen er slut. I en sport indstilling, kunne denne tidlige påvisning af DOMS medvirke til at nedsætte forekomsten af ​​skader fra over-udøve ømme muskler på dage, efter den første øvelse.