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 JoVE Clinical and Translational Medicine

O Uso de Imagens Infra-Vermelho térmico para detectar dor muscular de início retardado

1, 1,2, 2, 1

1Loma Linda University, 2Azusa Pacific University

Article
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    Summary

    O objetivo desta pesquisa foi avaliar se usando uma câmera infra-vermelha térmica é uma ferramenta válida para detectar e quantificar a dor muscular após o exercício.

    Date Published: 1/22/2012, Issue 59; doi: 10.3791/3551

    Cite this Article

    Al-Nakhli, H. H., Petrofsky, J. S., Laymon, M. S., Berk, L. S. The Use of Thermal Infra-Red Imaging to Detect Delayed Onset Muscle Soreness. J. Vis. Exp. (59), e3551, doi:10.3791/3551 (2012).

    Abstract

    Dor muscular de início retardado (DOMS), também conhecido como exercício lesão muscular induzida (EIMD), é comumente experimentada em indivíduos que tenham sido fisicamente inativos por períodos prolongados de tempo, e começar com um ataque inesperado de exercício 1-4, mas também pode ocorrer em atletas que se exercitam além dos seus limites normais de treinamento 5. Os sintomas associados a este fenômeno doloroso pode variar de sensibilidade muscular leve, a dor debilitante severa 1,3,5. A intensidade desses sintomas e os aumentos desconforto relacionado nas primeiras 24 horas após o término do exercício, e picos entre 24-72 horas pós-exercício 1,3. Por esta razão, DOMS é uma das formas mais comuns recorrentes de lesões esportivas que podem afetar o desempenho de um indivíduo, e se tornar intimidante para 1,4 muitos.

    Para as últimas 3 décadas, o fenômeno DOMS ganhou uma quantidade considerávelde interesse entre os pesquisadores e especialistas em fisiologia do exercício, esportes e campos de reabilitação 6. Tem havido uma série de estudos publicados investigando esta ocorrência dolorosa no que diz respeito a seus mecanismos subjacentes, intervenções terapêuticas e estratégias preventivas 1-5,7-12. No entanto, é evidente a partir da literatura que DOMS não é uma patologia fácil de quantificar, como há uma enorme quantidade de variabilidade entre as ferramentas de medição e os métodos utilizados para quantificar esta condição 6. É óbvio que nenhum acordo foi feito em uma melhor medida de avaliação para DOMS, o que torna difícil verificar se uma intervenção específica realmente ajuda a diminuir os sintomas associados a este tipo de dor ou não. Assim, a dor tardia pode ser visto como algo ambíguo, porque muitos estudos dependem de medição dor usando uma escala visual analógica (VAS) 10,13-15, que é uma medida subjetiva, em vez de um objetivo. Mesmo que a agulhabiópsias do músculo, e os níveis sanguíneos de proteínas myofibre pode ser considerado um padrão-ouro para cerca de 6, grandes variações em algumas dessas proteínas do sangue têm sido documentados 6,16, além dos altos riscos, por vezes, associada a técnicas invasivas.

    Portanto, no presente inquérito, testamos uma térmica infra-vermelha técnica de imagem (IR) da pele acima do músculo exercitado para detectar a dor muscular associada. Infra-vermelho termografia tem sido usada, e encontraram para ser bem sucedido na detecção de diferentes tipos de doenças e infecções desde 1950, 17. Mas, surpreendentemente, quase nada tem sido feito em DOMS e mudanças na temperatura da pele. O principal objectivo desta investigação era examinar mudanças nos DOMS usando esta técnica segura e não invasiva.

    Protocol

    1. O Exercício

    1. O músculo de interesse para este experimento foi os flexores do cotovelo (bíceps braquial).
    2. A força muscular foi medida para cada participante para ser capaz de dar a cada indivíduo uma resistência adequada. Isso foi determinado pelo teste de cada participante para a sua máxima resistência (RM).
    3. Para testar a RM, foi utilizado um dispositivo medidor de tensão a um computador através de um módulo amplificador Biopac (DA-100C) bioelétrica (Biopac Systems, Goleta, CA) para medir a força muscular. O módulo foi conectado a um MP-100 analógico para amostragem conversor digital em uma freqüência de 1.000 hertz por segundo, e com uma resolução de 24 bits (Fig. 10).
    4. O dispositivo medidor de tensão foi fixada a um banco em um ângulo de 45 °. Os sujeitos foram orientados a sentar-se atrás do dispositivo e descansar os cotovelos sobre a área acolchoada, de modo que a força é o esforço através de seus pulsos. Esta foi a melhor maneira de garantir que o assunto não serát recrutar qualquer outro músculo do que o bíceps (Fig. 11).
    5. Força foi determinada em 3 ocasiões, com cada contração sendo 3 segundos de duração, com aproximadamente 45 segundos separando as contrações. A média das três medidas foi a RM.
    6. Após a determinação da RM para o músculo bíceps de cada participante, a sessão destinada do exercício foi realizado com 35% de sua RM.
    7. Todos os sujeitos foram submetidos ao mesmo exercício utilizando halteres ponderada adequada para induzir a dor muscular (DOMS). Este foi realizado, fazendo 4 séries de 25 repetições de bíceps curls concentração enquanto estiver sentado em uma cadeira, e com os cotovelos apoiados nas coxas (Fig. 12).
    8. Cada sujeito foi dado um prazo de 90 segundo de descanso entre cada série. Assuntos tanto fez todo o conjunto de 25 repetições, ou foram instruídos a parar se eles não conseguiram controlar o peso de forma constante durante o exercício.

    2. Infra-Red Camera preparação e Setup

    1. A sala onde a imagem infra-vermelha tem lugar foi fixado em uma temperatura constante para minimizar qualquer viés externo de diferenças na temperatura ambiente, o que poderia levar a falsas leituras térmicas. Para o propósito desta experiência que tivemos uma sala com temperatura controlada, que foi mantida em aproximadamente 23 ° C (+ / - 0,5 ° C).
    2. A câmera foi fixada em uma distância de 1 metro de distância, e em um ângulo perpendicular à pele que está sendo medido (Fig. 9a) *.
    3. Após a distância necessária foi criada, os indivíduos foram aconselhados a ficar parado até que a imagem tenha sido tomada. Isto não deve levar mais de um par de segundos, mas é muito crítico para minimizar o movimento para assegurar a precisão da imagem obtida.
    4. É preferível que o quarto tem mais escura tinta colorida, ao invés de cores mais claras, para minimizar qualquer interferência infra-vermelho.
    5. Iluminação também é fundamental quando se lida com infra-vermelho imagens, because fonte de luz que emitem infra-vermelho ondas como iluminação fluorescente ou tungstênio poderia dar falsas leituras de altura. A melhor opção de iluminação seria uma sala equipada com uniforme luzes LED, como luzes LED dificilmente produzirá qualquer interferência infra-vermelho (Fig. 9b) *.

    * Uma série de testes foram feitos em nossos laboratórios usando o FLIR 660 IR Camera (Fig. 8), onde compararam as imagens da pele em diferentes ângulos (0 (perpendicular), 15, 30, 45 e 60 graus), e a distâncias diferentes (1, 2 e 5 metros) a partir da pele, para detectar com precisão a temperatura da pele. Todas as imagens foram comparados com termopares calibrados, ea melhor correlação entre as imagens e as leituras termopar foi em um ângulo perpendicular ea uma distância de 1 metro de distância da pele (r = 0,93). Os ângulos e distâncias diferentes causou uma perda de pixilation, e diminuiu a correlação geral entre as imagens e as leituras do termopar.

    3. Imagem Acquirement

    1. Para efeitos do presente experimento, a imagem do músculo exercitado foi tomada antes do exercício, e em 24, e 48 horas pós-exercício.
    2. O calor do corpo de outras fontes que o alvo poderia perturbar a imagem térmica e dar leituras falsas. Por esta razão, ninguém deve estar de pé ao lado ou atrás do alvo pretendido.
    3. Nesta investigação, as imagens de ambos os braço do exercido e não exercidas foram tomadas para fins de comparação. Nós exercido um dos braços, como foi mencionado anteriormente, e outro braço foi utilizado como controle (Fig. 4 e 5).
    4. Números das imagens da câmera de infravermelho foram registrados imediatamente em uma planilha separada, como poderia ser difícil identificar qual a imagem pertence a quem.

    4. Processamento de Imagem & Análises

    1. As imagens adquiridas IR foram processadas utilizando o "ThermoVision ExaminIR" Versão do software: 1.10.2.
    2. Após selecionar a imagem necessária parar análise, quatro regiões de interesse foram identificadas na imagem adquirida do braço usando caixas de estatísticas sobre a interface de software (Fig.6).
    3. Quando as regiões necessárias em todo o braço ter sido localizado, o software mostra as médias e desvios padrão das temperaturas para cada uma das regiões selecionadas. Podemos, então, se cruzam comparar cada região individualmente ou obter uma temperatura média de todo o braço (Fig. 7).

    5. Escala Analógica Visual e Análise de sangue

    1. A escala visual analógica (EVA) foi utilizada para avaliar a dor subjetiva do braço. A escala teve a 10 cm (100mm) longa linha marcada "nenhuma dor" em uma extremidade, e "extremamente doloridos" na extremidade oposta. Cada participante foi orientado a fazer uma marca ao longo da linha de 10 cm para indicar a sua resposta à dor.
    2. O VAS foram administrados aos sujeitos antes do exercício, 24 horas após o exercício, e em 48 horas.
    3. Sangue periférico foi colselecionado dos sujeitos para medir os níveis de concentração de mioglobina no sangue.
    4. O sangue foi retirado da veia antecubital assuntos antes do exercício, a 30 minutos após o exercício foi superior, e em 48 horas.
    5. O sangue foi centrifugado a 4000 rpm por 10 min para separar o soro das células. As amostras foram então armazenadas a -80 ° C até as análises de mioglobina foi feito.
    6. Mioglobina foi medida usando um TOSOH "AIA-360" Analyzer Imunoensaio automatizado enzima (TOSOH Corp, Tokyo, Japão). Os kits de mioglobina Assay (Myo 025297, ST AIA-PACK mioglobina) foram utilizados de acordo com a fabrica instruções.

    6. Resultados representante

    Os resultados do IR imagens térmicas tomadas durante esta investigação estão claramente representados na figura 1. Imagens tiradas nos 3 períodos de tempo (pré-exercício, 24 horas pós-exercício, e 48 horas pós-exercício) para os braços exercida dos 41 indivíduos, mostrouum notável aumento de temperatura no dia 2 (24 horas pós-exercício) quando comparado ao pré-exercício temperaturas, e as temperaturas tomadas em 48 horas. Como mostrado na figura 1, a temperatura média foi de 32,80 pele + / - 1,03 ° C para o dia 1 (pré-exercício), e 33,96 + / - 1,46 ° C para o dia 2 (24 horas pós-exercício), e 32,82 + / - 1,29 para o dia 3 (48 horas pós-exercício). Esta diferença na temperatura da pele do dia 1 ao dia 2 foi significativa (ANOVA p <0,01).

    No entanto, para o braço não-exercido, as mudanças entre os três períodos de tempo não eram evidentes. A Figura 1 mostra que a temperatura média foi de 33,08 pele + / - 0,83 ° C para o dia 1 (pré-exercício), e 32,79 + / - 1,42 ° C para o dia 2 (24 horas pós-exercício), e 33,17 + / - 0,95 para o dia 3 (48 horas pós-exercício). Esta diferença na temperatura da pele durante os 3 dias não foi significativa (ANOVA p = 0,38).

    Os resultados das leituras dor da VAS são mostrados na figura 2. Como visto na figA Figura 2, a dor relatada teve um aumento dramático nos dias 2 e 3. Níveis de dor do músculo exercitado aumentou de 3.6 + / - 6,1 no dia 1, para 36,3 + / - 22,8 no dia 2, e 37,5 + / - 25,3 no dia 3. Este aumento desde o dia 1 foi significativa (ANOVA p <0,01).

    Os resultados dos níveis de concentração de mioglobina são mostrados na figura 3. Como pode ser visto nesta figura, não havia quase nenhuma mudança entre as duas concentrações de mioglobina no dia 1 (pré, pós-exercício e 30 minutos). Mas no dia 3, o aumento da mioglobina foi muito grande. Este aumento no dia 3 foi de cerca de 147 nanogramas por mililitro (ng / mL) de sangue quando comparado com os 2 primeiros concentrações no dia 1. Concentrações de mioglobina foram 30,12 + / - 7,66 ng / mL no início do estudo, 31,66 + / - 11,89 ng / mL 30 minutos pós-exercício, e 178,96 + / - 249,51 ng / mL no dia 3. Este aumento no dia 3 foi altamente significativa (ANOVA p <0,01).

    A análise de correlação foi feita entre as temperaturas da peleobtidos a partir das imagens IR, e os níveis de VAS dor. Verificou-se que havia uma correlação significativa entre as leituras de VAS no dia 2, ea medição da temperatura da pele no dia 2. Essa correlação foi significativa (r = 0,312, p <0,05). No entanto, não houve correlação evidente entre as leituras VAS e as temperaturas da pele no dia 3. Essa correlação foi insignificante (r = 0,047, p = 0,77).

    Figura 1
    Figura 1. Um gráfico representativo das diferenças de temperatura da pele nos braços exercidas (Diamonds), e não-exercido braços (quadrados) dos 41 temas ao longo do período de 3 dias.

    Figura 2
    Figura 2. Um gráfico representativo das diferenças de dor muscular percebido medida com o VAS durante o período de tempo três dias para todos os 41 indivíduos.


    Figura 3. Um gráfico representativo das diferenças nas concentrações de mioglobina para todos os 41 temas ao longo dos três períodos de tempo.

    Figura 4
    Figura 4. A) imagem de um típico IR do braço exercido um sujeito antes do exercício. B) uma imagem IR do braço mesmos assuntos 24 horas após o exercício.

    Figura 5
    Figura 5. A) imagem de um típico IR no braço de um sujeito não-exercidos antes do exercício. B) uma imagem IR do braço mesmos assuntos 24 horas após o exercício.

    Figura 6
    Figura 6. Uma ilustração das 4 regiões de interesse para a análise da thermal imagem do braço.

    Figura 7
    Figura 7. Interface Software para o "ThermoVision ExaminIR" mostrando as quatro caixas de juros sobre uma imagem IR de um braço exercido. Também são mostradas as interpretações estatísticas para cada caixa.

    Figura 8
    Figura 8. A câmera IR térmico utilizado para esta investigação (FLIR 660).

    Figura 9
    Figura 9. A) A instalação da Câmara IR 1 metro de distância do braço assuntos. B) As luzes LED usada no laboratório onde as imagens foram tiradas.

    Figura 10
    Figura 10. A) Os Módulos Biopac utilizado para medir a força muscular. B) O dispositivo medidor de tensão fixa para a 45 ° banco inclinado e ligado ao sistema Biopac.

    Figura 11
    Figura 11. Um exemplo de tema exercer força no dispositivo medidor de tensão.

    Figura 12
    Figura 12. Um assunto submetidos ao protocolo de exercícios para induzir a dor muscular.

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    Discussion

    O objetivo principal desta investigação foi avaliar a utilidade da imagem IR térmico em detectar e medir a dor muscular após o exercício extenuante, e nossos resultados sugerem que IR imagem poderia ser uma técnica válida para detectar DOMS, especialmente nas primeiras 24 horas de exercício. Isto não é surpreendente, como Pennes 18 forneceu um modelo muito detalhado do fluxo de calor dos músculos para a pele nos membros. Este modelo prevê que o calor em tecidos mais profundos, como músculos pode ser dissipada em sangue e na pele através da troca de calor condutiva. Quando os músculos exercício, obviamente, tremendo calor é desenvolvido no músculo devido a forças de atrito das fibras musculares e por causa do aumento do metabolismo. Fluxos de sangue aumentada para o músculo também contribuir para o aumento de calor no músculo após o exercício. Porque o músculo é um tecido shell, a temperatura é geralmente 32 a 33 ° C, no entanto, quando o fluxo sanguíneo é aumentado para o m exercidouscle que se aproxima a temperatura dos tecidos núcleo que é de 37 ° C 18,19. Este aumento do fluxo sanguíneo deve voltar ao normal dentro de algumas horas após o término do exercício. Mas quando as temperaturas ainda estão elevadas em 24 horas após o exercício, isso mostra que os danos que aconteceu com o músculo exercitado. Este dano no músculo faz com que a transferência de calor adicional do músculo para a pele sobrejacente, o que provoca um ponto quente detectável sob a pele.

    IR imagem tem sido usado para detectar e diagnosticar muitas doenças 17,19-24. Mudanças na temperatura do corpo humano sempre foram indicadores de disfunção, onde o calor aumentou está associada principalmente com algum tipo de inflamação ou infecção 17. Assim, as temperaturas elevadas da pele encontrados 24 horas após o exercício em todas as disciplinas é possivelmente o resultado de maiores fluxos de sangue no músculo devido à inflamação e reparo tecidual danos 2. Além disso, não perceptível incrfacilita na temperatura da pele do braço não-exercido durante os 3 dias do estudo. Portanto, se o fluxo sanguíneo muscular manteve-se elevada no braço exercida, o aquecedor de sangue seria manter o músculo quente e, portanto, a pele que recobre iria ficar quente. Como resultado, os tumores de mama em mulheres e câncer de pele pode ser facilmente detectada por imagem IR por causa do aumento dos fluxos de sangue para o local da lesão afetada 20,21.

    Os níveis elevados de dor (VAS) no dia 2 e 3, e as concentrações de mioglobina aumentou no dia 3 são indicadores de dor muscular tardia. Isso mostra que os sujeitos fizeram ficar dolorido após a sessão de exercício. Como foi visto nos resultados, houve uma relação entre as temperaturas da pele aumentou no dia 2, e os níveis de dor aumentou no mesmo dia. Concentrações de mioglobina ainda eram elevados no dia 3, quando as temperaturas estavam retornando da pele volta ao normal. Esta liberação retardada de mioglobina no sangue, pode ser devido ao músculos mais lenta resposta à inflamação e dano que ocorre nas fibras musculares após o exercício 25,26.

    No entanto, 3-5 dias depois, ainda pode haver reparação de tecidos leves e de reconstrução, embora o fluxo de sangue, talvez próximo do normal. É por isso que no 3 º dia não víamos uma correlação entre a temperatura da pele e os níveis de dor, porque o estrago já estava feito. Portanto, acreditamos que este é preditiva de dor, porque mostra que se você começar 24 horas sustentado aumento do fluxo sanguíneo do tecido, então você sabe que você tem os danos ao tecido. Este dano foi verificado pelas leituras VAS, e as concentrações de mioglobina no sangue. Assim, quanto maior as leituras de temperatura da pele 24 horas após o exercício, o sorer o assunto seria mais tarde.

    Assim, as imagens térmicas IR seria de grande valor na detecção de DOMS em seus estágios iniciais. Também seria uma maneira interessante e indolor de looking de músculos que foram exercitados e estão doloridos, horas após o exercício é longo. Em um ambiente desportivo, esta detecção precoce de DOMS poderia ajudar na redução da incidência de lesões por excesso de exercício dores musculares nos dias seguintes o exercício inicial.

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    Disclosures

    Não há conflitos de interesses declarados.

    Acknowledgements

    Gostaríamos de agradecer um contrato (WS1763368) da Pfizer Pharmaceuticals para o apoio neste trabalho. Gostaríamos também de agradecer à Arábia Saudita Ministério do Ensino Superior (Mohe) para seu apoio.

    Materials

    Name Company Catalog Number Comments
    Infra-Red Thermal Camera FLIR Systems Inc. FLIR SC660
    Thermal Infra-Red Analysis Software Thermo Fisher Scientific, Inc. Software Version 1.10.2
    Bi–lectric Amplifier Module Biopac Systems, Inc. DA100C The DA100C provides variable gain settings, and adjustable voltage references.
    Analog to Digital Converter Module Biopac Systems, Inc. MP100
    Automated enzyme Immunoassay Analyzer Tosoh Corp. AIA -360 This device was used to analyze the blood samples, and obtain the myoglobin readings.

    References

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