Name: Uso de dispositivos portátiles de espectroscopia de infrarrojo cercano para identificar las limitaciones centrales frente a las periféricas durante el ejercicio (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2024-12-19T13:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 33 s
Description: Aprenda a usar espectroscopia de infrarrojo cercano portátil para identificar limitaciones centrales y periféricas durante pruebas de ejercicio cardiopulmonar. Este método no invasivo evalúa la oxigenación cerebral y muscular.

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<table><tbody><tr><td>Báscula de columna</td><td>SECA</td><td>711</td><td>Existen numerosas alternativas a este artículo</td></tr><tr><td>Estadiómetro portátil&nbsp;</td><td>SECA</td><td>217</td><td>Existen numerosas alternativas a este artículo</td></tr><tr><td>ECG de 12 derivaciones</td><td>COSMED</td><td>Quark T12x</td><td>Un ECG de 12 derivaciones proporciona una mejor comprensión de la FC durante el ejercicio y facilita la detección de arritmias.</td></tr><tr><td>Oxímetro de pulso</td><td>COSMED</td><td></td><td>Oxímetro de pulso integrado</td></tr><tr><td>Ergoespirómetro</td><td>COSMED</td><td>Quark-CPET</td><td>Los gases de calibración y la jeringa de calibración están incluidos</td></tr><tr><td>Cicloergómetro</td><td>Ergoline GmH</td><td>ViaSprint 150P</td><td>Existen numerosas alternativas a este artículo. Debe garantizar la compatibilidad con el software proporcionado</td></tr><tr><td>NIRS weareable</td><td>Artinis Medical</td><td>Systems Portalite</td><td>Articulated NIRS weareable se adapta a la superficie donde se coloca.&nbsp;</td></tr><tr><td>El dispositivo</td><td>Portamon</td><td>Portamon de Artinis Medical Systems</td> portátil NIRS <td>proporciona mejores resultados en superficies de tejido adiposo alto.</td></tr><tr><td>Software de gestión de datos metabólicos (OMNIA)</td><td>El software COSMED</td><td></td><td>variará según la elección del sistema</td></tr><tr><td>Software de gestión de datos NIRS (Oxysoft)</td>El software de <td>Artinis Medical Systems</td><td></td><td>variará según la elección del dispositivo</td></tr><tr><td>Escáner de ultrasonido tipo sonda inalámbrica</td><td>SONUS</td><td>Duo LC</td><td>Existen numerosas alternativas a este artículo</td></tr></tbody></table>

uso de dispositivos portátiles de espectroscopia de infrarrojo cercano para identificar las limitaciones centrales frente a las periféricas durante el ejercicio

Using Near-Infrared Spectroscopy Wearable Devices to Identify Central Versus Peripheral Limitations During Exercise

Durante la realización de una CPET, se informaron los síntomas de disnea, fatiga de las piernas y tasa de esfuerzo percibido (EPR) en todos los sujetos. El uso complementario de los dispositivos NIRS no añadió ninguna molestia a la evaluación de la sensación de los sujetos. Además, no detuvimos las evaluaciones de CPET por ningún evento de riesgo asociado con estrés fisiológico excesivo.
Estudiamos a dos ciclistas masculinos competitivos reclutados de un club nacional de ciclismo. Los criterios de inclusión para este estudio fueron participantes físicamente activos (≥150 min de actividad física moderada o ≥75 min de actividad física vigorosa por semana) con un índice de masa corporal normal (20-25 kg·m-2). Los criterios de exclusión para este estudio fueron antecedentes de enfermedad respiratoria, cardiovascular, metabólica, musculoesquelética o neoplásica o un proceso infeccioso o inflamatorio al menos 2 semanas antes de las evaluaciones del estudio.
La realización de una CPET, acompañada de un registro no invasivo de los cambios hemodinámicos y de oxigenación tisular resultantes de los cambios metabólicos inducidos por el aumento de la intensidad del ejercicio utilizando dispositivos equipados con tecnología NIRS, permite identificar los factores limitantes centrales asociados a los cambios en las áreas cerebrales frente a los factores limitantes periféricos relacionados con las respuestas respiratorias o musculoesqueléticas al aumento de la intensidad del ejercicio. El protocolo de prueba abarca una serie de pasos, incluida la preparación del participante, la ejecución de la prueba de esfuerzo y la recopilación de datos fisiológicos relevantes.
La ejecución exitosa del protocolo CPET-NIRS se demuestra mediante datos claros y consistentes en varios parámetros. Durante la etapa de descanso inicial, se registran mediciones como la frecuencia cardíaca (FC), la saturación de oxígeno en pulso (SpO2) y las lecturas de NIRS para establecer una línea de base. La fase de calentamiento, caracterizada por un pedaleo de baja carga de trabajo, prepara al participante para la fase de ejercicio incremental, donde la carga de trabajo aumenta progresivamente (ver Figura 1).
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67609/67609fig1.jpg"> Figura 1: Diseño experimental del esquema del protocolo de ejercicios. Representación esquemática de las etapas del protocolo de ejercicio utilizado en el estudio, destacando eventos clave como descanso (R), calentamiento (W), ejercicio (E), finalización (F) y parada (S), que corresponden al flujo del protocolo de prueba de esfuerzo cardiopulmonar. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67609/67609fig1large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
Se muestran los resultados representativos de los datos del CPET (Figura 2) y NIRS (Figura 3 y Figura 4) de dos atletas masculinos evaluados en condiciones ambientales controladas de laboratorio (temperatura del aire ~20 ± 2 °C; humedad relativa ~40% ± 5 %): (i) Participante 1 (Figura 2A y Figura 3) (edad: 33 años, peso: 80 kg, altura: 178 cm, carga de trabajo máxima: 300 W, VO2-max: 46 mL·kg-1·min-1, VE: 177 L·min-1, HR-max (%previsto, 220 años): 100%, PetCO2: 27 mmHg); y (ii) Participante 2 (Figura 2B y Figura 4) (edad: 26 años, peso: 67 kg, estatura: 178 cm, carga de trabajo máx.: 300 W, VO2-máx.: 51 mL·kg-1·min-1, VE: 131 L·min-1, FC-máx (% predicho, 220 años): 93%, PetCO2: 33 mmHg).
En ambos participantes, el VO2 (consumo de oxígeno), VCO2 (producción de dióxido de carbono), RQ (cociente respiratorio, VCO2· VO 2-1), HR, VE (ventilación pulmonar) y RR (frecuencia respiratoria) presentan un aumento continuo a medida que aumenta la intensidad del ejercicio hasta alcanzar el valor máximo de VO 2 (ver Figura 2).
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67609/67609fig2.jpg"> Figura 2: Cambios en las variables fisiológicas evaluadas durante la CPET. Se muestra la progresión de las variables fisiológicas medidas durante la prueba de esfuerzo cardiopulmonar, incluyendo el consumo de oxígeno (VO2), la ventilación minuto (VE), la presión de CO2 al final del espiramiento (PetCO2) y la potencia de salida (vatios). Las transiciones entre los umbrales ventilatorios 1 y 2 (VT1 y VT2) se indican dentro de las etapas de ejercicio. a) Participante 1 y b) Participante 2. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67609/67609fig2large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
Los datos de NIRS proporcionaron información sobre la demanda metabólica local durante la CPET. Los cambios inducidos por el ejercicio observados en el tejido diana (muscular frente a cerebral) varían en función del tejido específico y de la intensidad del ejercicio analizado. Por lo tanto, un marco fisiológico útil para interpretar los datos de NIRS inducidos por el ejercicio es el modelo trifásico de intensidad de ejercicio propuesto por Skinner y McLellan34. En este modelo, los autores delinean tres zonas definidas por las VT: Fase I o aeróbica, (ii) Fase II o transición aeróbico-anaerobio, y (ii) Fase III o "inestabilidad metabólica".
A intensidades de ejercicio por debajo de VT2 (Fases I y II), se producirá una disminución deO2-Hb y un aumento de H-Hb a nivel muscular, si no hay una variación significativa de T-Hb como parámetro del flujo sanguíneo local. Nuestro protocolo CPET-NIRS consiste en ejercicios cíclicos con contracciones/relajaciones musculares repetitivas, por lo que se espera una variación mínima en la T-Hb. Sin embargo, los cambios inducidos por el ejercicio varían según el tejido muscular objetivo que se esté evaluando. En los músculos locomotores, como el m.Vastus Lateralis, el aumento progresivo de la intensidad del ejercicio, induce cambios en los datos NIRS concomitantes con la carga de trabajo (ver Figura 3A). Por el contrario, en los músculos respiratorios accesorios, como los m.intercostales, los cambios son concurrentes con los cambios ventilatorios más que con la carga de trabajo (véase la figura 3B). En la CPF se observa un aumento deO2-Hb, H-Hb y T-Hb debido a que el flujo sanguíneo supera la demanda local inducida por el ejercicio; asimismo, se pudo observar una ligera disminución de la ETI (véase la figura 3C). En todos los tejidos evaluados, el parámetro TSI disminuye a medida que aumenta la intensidad del ejercicio, lo que hace que los cambios en el m. Vastus Lateralis sean más notorios que en el m. Intercostales y el PFC (ver Figura 3D).
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67609/67609fig3.jpg"> Figura 3: Ejemplo de limitación central (Participante 1). Datos NIRS durante el protocolo CPET (Eventos: W = Calentamiento, E = Ejercicio, VT1 = Umbral ventilatorio 1 o umbral ventilatorio aeróbico, VT2 = Umbral ventilatorio 2 o umbral ventilatorio anaeróbico, F = Ejercicio finalizado o VO2-max). (a) m.vasto lateral, (b) m.intercostales, y (c) corteza prefrontal (CPF).   <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67609/67609fig3large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
A medida que aumenta la demanda metabólica inducida por el ejercicio, particularmente a intensidades superiores a VT2 (Fase III o "inestabilidad metabólica"), se producen respuestas fisiológicas interesantes que deben estudiarse tanto a nivel muscular (músculos locomotores y respiratorios) como a nivel de PFC. Estos consisten en una marcada disminución deO2-Hb y tHb, junto con un notable aumento de H-Hb, aspectos que apoyan la pronunciada disminución de la TSI.
En sujetos con alta demanda ventilatoria durante el ejercicio de alta intensidad, el aumento exponencial de la EV y la RR provoca una hiperventilación elevada debido al aumento de CO2 de "origen metabólico". Esta hiperventilación puede inducir una vasoconstricción cerebral pronunciada, limitando así el rendimiento por limitación central, como se observa en este sujeto representativo. Teóricamente, los cambios observados en los datos de NIRS son el resultado de la vasoconstricción cerebral inducida por la hipocapnia inferida a partir de la disminución brusca de la presión al final de la espiración de CO2 (PetCO2) registrada en el CPET (ver Figura 2). Se ha demostrado que estos cambios fisiológicos tienen una alta relación con el aumento de la disnea inducida por el ejercicio, registrada mediante la escala de Borg modificada35,36.
Por otro lado, los sujetos con alta demanda locomotora pero no alta demanda respiratoria no presentan vasoconstricción cerebral por hipocapnia. En consecuencia, los datos de NIRS pueden seguir reflejando cambios similares a los observados a intensidades de ejercicio moderadas. En estos sujetos, el rendimiento del ejercicio está limitado por factores limitantes periféricos más que centrales (véase la figura 4). Se ha demostrado que estos cambios fisiológicos tienen una alta relación con el aumento de la fatiga de las piernas inducida por el ejercicio.
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67609/67609fig4.jpg"> Figura 4: Ejemplo de limitación periférica (Participante 2). Datos NIRS durante el protocolo CPET (Eventos: W = Calentamiento, E = Ejercicio, VT1 = Umbral ventilatorio 1 o umbral ventilatorio aeróbico, VT2 = Umbral ventilatorio 2 o umbral ventilatorio anaeróbico, F = Ejercicio finalizado o VO2-max). (a) m.vasto lateral, (b) m.intercostales, y (c) corteza prefrontal (CPF). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67609/67609fig4large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>

Uso de dispositivos portátiles de espectroscopia de infrarrojo cercano para identificar las limitaciones centrales frente a las periféricas durante el ejercicio

The gold standard to assess the aerobic capacity in physically active subjects and athletes is the maximal oxygen consumption test (VO2&#8211;max), which ...

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La monitorización de la actividad cerebral durante las tareas motoras verticales es de gran valor cuando se investiga la fuente neural de los trastornos del movimiento. Aquí, demostramos un protocolo que combina la espectroscopia funcional de infrarrojo cercano con el monitoreo continuo de la actividad muscular y cinemática durante 4 tipos de tareas motoras.

Funcional Espectroscopia de Infrarrojo Cercano de las Regiones sensoriales y motoras del cerebro con simultánea cinemática y EMG Supervisión Durante las tareas motoras

Monitoreo de la actividad cerebral fuera del laboratorio, sin limitaciones físicas presenta retos metodológicos. Un sin fibras, se utilizó el sistema portátil funcional Espectroscopia de Infrarrojo Cercano (fNIRS) para medir la actividad cerebral durante una tarea de memoria prospectiva ecológica. Se demostró que este sistema podría ser usado para monitorear la actividad cerebral durante los experimentos no basados ​​en laboratorio.

El uso sin fibras, fNIRS Wearable para monitorear la actividad cerebral en tareas cognitivas del mundo real

Aquí, describimos un enfoque simple y no invasor usando la espectroscopia de infrarrojo cercano para evaluar hiperemia reactiva, acoplamiento neurovascular y capacidad oxidativa del músculo esquelético en una sola visita de clínica o de laboratorio.

Músculo esquelético Neurovascular acoplamiento, capacidad oxidativa y la función Microvascular con espectroscopia del infrarrojo cercano "Una parada tienda"

Este protocolo integró la espectroscopia infrarroja cercana en las pruebas de ejercicio cardiopulmonar convencionales para identificar la implicación de la respuesta hemodinámica cerebral en la intolerancia al ejercicio en pacientes con insuficiencia cardíaca.

Integración de la monitorización de la saturación del tejido cerebral en las pruebas de ejercicio cardiopulmonar en pacientes con insuficiencia cardíaca

Describimos un protocolo para medir de forma no invasiva y continua el índice de flujo sanguíneo microvascular absoluto y la saturación de oxígeno en sangre utilizando un dispositivo multimodal basado en óptica difusa de infrarrojo cercano. A continuación, evaluamos la tasa metabólica del consumo de oxígeno y la hiperemia reactiva mediante una prueba de oclusión vascular.

Monitorización no invasiva de la oxigenación microvascular y la hiperemia reactiva mediante espectroscopia óptica difusa híbrida de infrarrojo cercano para cuidados intensivos

En este trabajo describimos un enfoque no invasivo que utiliza espectroscopia de infrarrojo cercano para evaluar la hiperemia reactiva en el miembro inferior. Este protocolo proporciona una evaluación estandarizada de la capacidad de respuesta vascular y microvascular que puede utilizarse para determinar la presencia de disfunción vascular, así como la eficacia de las intervenciones terapéuticas.

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La rehabilitación pulmonar es ampliamente reconocido en la gestión de las enfermedades respiratorias. Un componente clave de la rehabilitación pulmonar con éxito es la adherencia a la práctica de ejercicio recomendado. El objetivo del presente protocolo es describir cómo la tecnología de seguimiento continuo de datos se puede utilizar para medir con precisión la adhesión a una intensidad de entrenamiento aeróbico prescrito.

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Aprenda a usar espectroscopia de infrarrojo cercano portátil para identificar limitaciones centrales y periféricas durante pruebas de ejercicio cardiopulmonar. Este método no invasivo evalúa la oxigenación cerebral y muscular.

Uso de dispositivos portátiles de espectroscopia de infrarrojo cercano para identificar las limitaciones centrales frente a las periféricas durante el ejercicio (Video) | JoVE Journal

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