Name: Utilizzo di dispositivi indossabili per spettroscopia nel vicino infrarosso per identificare le limitazioni centrali rispetto a quelle periferiche durante lesercizio (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2024-12-19T13:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 33 s
Description: Scopri come utilizzare la spettroscopia nel vicino infrarosso per identificare i fattori centrali e periferici che limitano le prestazioni durante l'esercizio fisico. Questo metodo non invasivo analizza l'ossigenazione cerebrale e muscolare.

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<table><tbody><tr><td>Bilancia a colonna</td><td>SECA</td><td>711</td><td>Ci sono numerose alternative a questo articolo</td></tr><tr><td>Stadiometro portatile&nbsp;</td><td>SECA</td><td>217</td><td>Esistono numerose alternative a questo</td></tr><tr><td>elettrocardiogramma a 12 derivazioni</td><td>COSMED</td><td>Quark T12x</td><td>Un ECG a 12 derivazioni fornisce una migliore comprensione della FC durante l'esercizio e facilita il rilevamento delle aritmie.</td></tr><tr><td>Pulsossimetro</td><td>COSMED</td><td></td><td>Pulsossimetro integrato</td></tr><tr><td>Ergoespirometro</td><td>COSMED</td><td>Quark-CPET</td><td>I gas di calibrazione e la siringa di calibrazione sono inclusi</td></tr><tr><td>Cicloergometro</td><td>Ergoline GmH</td><td>ViaSprint 150P</td><td>Ci sono numerose alternative a questo articolo. Deve garantire la compatibilità con il software NIRS indossabile</td></tr><tr><td></td><td>Artinis Medical Systems</td><td>Portalite</td><td>Articulated NIRS indossabile si adatta alla superficie su cui è posizionato.</td></tr><tr><td>Il dispositivo portamon indossabile NIRS</td><td>Artinis Medical Systems</td><td>Portamon</td><td>offre risultati migliori su superfici ad alto contenuto di tessuto adiposo.</td></tr><tr><td>Software per la gestione dei dati metabolici (OMNIA)</td><td>Il software COSMED</td><td></td><td>varia in base alla scelta del sistema</td></tr><tr><td>Software di gestione dei dati NIRS (Oxysoft)</td><td>Il software Artinis Medical Systems</td><td></td><td>varia in base alla scelta del dispositivo</td></tr><tr><td>Scanner a ultrasuoni a sonda wireless</td><td>SONUS</td><td>Duo LC</td><td>Ci sono numerose alternative a questo articolo</td></tr></tbody></table>

utilizzo di dispositivi indossabili per spettroscopia nel vicino infrarosso per identificare le limitazioni centrali rispetto a quelle periferiche durante l'esercizio

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

Durante il completamento di un CPET, in tutti i soggetti sono stati riportati i sintomi di dispnea, affaticamento delle gambe e tasso di sforzo percepito (RPE). L'uso complementare dei dispositivi NIRS non ha aggiunto alcun disagio alla valutazione della sensazione dei soggetti. Inoltre, non abbiamo interrotto le valutazioni CPET per alcun evento di rischio associato a un eccessivo stress fisiologico.
Abbiamo studiato due ciclisti maschi competitivi reclutati da un club ciclistico nazionale. I criteri di inclusione per questo studio erano partecipanti fisicamente attivi (≥150 minuti di attività fisica moderata o ≥75 minuti di attività fisica vigorosa a settimana) con un indice di massa corporea normale (20-25 kg·m-2). I criteri di esclusione per questo studio erano una storia di malattie respiratorie, cardiovascolari, metaboliche, muscoloscheletriche o neoplastiche o un processo infettivo o infiammatorio almeno 2 settimane prima delle valutazioni dello studio.
Il completamento di un CPET, accompagnato dalla registrazione non invasiva delle variazioni emodinamiche e di ossigenazione dei tessuti derivanti da cambiamenti metabolici indotti dall'aumento dell'intensità dell'esercizio utilizzando dispositivi dotati di tecnologia NIRS, consente l'identificazione dei fattori limitanti centrali associati ai cambiamenti nelle aree cerebrali rispetto ai fattori limitanti periferici correlati alle risposte respiratorie o muscoloscheletriche all'aumento dell'intensità dell'esercizio. Il protocollo di test comprende una serie di fasi, tra cui la preparazione del partecipante, l'esecuzione del test da sforzo e la raccolta di dati fisiologici rilevanti.
Il successo dell'esecuzione del protocollo CPET-NIRS è dimostrato da dati chiari e coerenti su diversi parametri. Durante la fase iniziale di riposo, vengono registrate misurazioni come la frequenza cardiaca (FC), la saturazione di ossigeno del polso (SpO2) e le letture NIRS per stabilire una linea di base. La fase di riscaldamento, caratterizzata da un basso carico di lavoro in pedalata, prepara il partecipante alla fase di esercizio incrementale, dove il carico di lavoro aumenta progressivamente (vedi Figura 1).
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67609/67609fig1.jpg"> Figura 1: Disegno sperimentale dello schema del protocollo di esercizio. Rappresentazione schematica delle fasi del protocollo di esercizio utilizzato nello studio, evidenziando eventi chiave come il riposo (R), il riscaldamento (W), l'esercizio (E), la finalizzazione (F) e l'arresto (S), che corrispondono al flusso del protocollo di test da sforzo cardiopolmonare. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67609/67609fig1large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
Sono mostrati i risultati rappresentativi dei dati CPET (Figura 2) e NIRS (Figura 3 e Figura 4) di due atleti maschi valutati in condizioni ambientali di laboratorio controllate (temperatura dell'aria ~20 ± 2 °C; umidità relativa ~40% ± 5 %): (i) Partecipante 1 (Figura 2A e Figura 3) (età: 33 anni, peso: 80 kg, altezza: 178 cm, carico di lavoro max: 300 W, VO2-max: 46 mL·kg-1·min-1, VE: 177 L·min-1, HR-max (%previsto, 220 anni): 100%, PetCO2: 27 mmHg); e (ii) Partecipante 2 (Figura 2B e Figura 4) (età: 26 anni, peso: 67 kg, altezza: 178 cm, carico di lavoro max: 300 W, VO2-max: 51 mL·kg-1·min-1, VE: 131 L·min-1, HR-max (% prevista, 220 anni): 93%, PetCO2: 33 mmHg).
In entrambi i partecipanti, il VO2 (consumo di ossigeno), VCO2 (produzione di anidride carbonica), RQ (quoziente respiratorio, VCO2· VO 2-1), HR, VE (ventilazione polmonare) e RR (frequenza respiratoria) mostrano un aumento continuo all'aumentare dell'intensità dell'esercizio fino al raggiungimento del valore massimo di VO2 (vedi Figura 2).
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67609/67609fig2.jpg"> Figura 2: Cambiamenti nelle variabili fisiologiche valutate durante la CPET. Viene mostrata la progressione delle variabili fisiologiche misurate durante i test da sforzo cardiopolmonare, tra cui il consumo di ossigeno (VO2), la ventilazione al minuto (VE), la pressione di CO2 di fine espirazione (PetCO2) e la potenza erogata (Watt). Le transizioni tra le soglie ventilatorie 1 e 2 (VT1 e VT2) sono indicate all'interno delle fasi dell'esercizio. a) partecipante 1 e b) partecipante 2. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67609/67609fig2large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
I dati NIRS hanno fornito informazioni sulla domanda metabolica locale durante la CPET. I cambiamenti indotti dall'esercizio osservati nel tessuto bersaglio (muscolare o cerebrale) variano a seconda del tessuto specifico e dell'intensità dell'esercizio analizzato. Pertanto, un quadro fisiologico utile per interpretare i dati NIRS indotti dall'esercizio è il modello trifasico dell'intensità dell'esercizio proposto da Skinner e McLellan34. In questo modello, gli autori delineano tre zone definite dalle TV: Fase I o aerobica, (ii) Fase II o transizione aerobico-anerobica e (ii) Fase III o "instabilità metabolica".
A intensità di esercizio inferiori a VT2 (Fasi I e II), si verificherà una diminuzione di O 2-Hb e un aumento di H-Hb a livello muscolare, se non vi è alcuna variazione significativa di T-Hb come parametro del flusso sanguigno locale. Il nostro protocollo CPET-NIRS consiste in esercizi ciclici con contrazioni/rilassamenti muscolari ripetitivi, quindi è prevista una variazione minima di T-Hb. Tuttavia, i cambiamenti indotti dall'esercizio variano a seconda del tessuto muscolare bersaglio da valutare. Nei muscoli locomotori, come il m.Vastus Lateralis, il progressivo aumento dell'intensità dell'esercizio, induce variazioni dei dati NIRS concomitanti con il carico di lavoro (vedi Figura 3A). Al contrario, nei muscoli respiratori accessori, come i m.intercostali, le alterazioni sono concomitanti con le alterazioni ventilatorie piuttosto che con il carico di lavoro (vedi Figura 3B). Nella PFC, si osserva un aumento di O 2-Hb, H-Hb e T-Hb perché il flusso sanguigno supera la domanda locale indotta dall'esercizio; inoltre, si è osservata una leggera diminuzione della TSI (cfr. figura 3C). In tutti i tessuti valutati, il parametro TSI diminuisce all'aumentare dell'intensità dell'esercizio, rendendo le variazioni di m.Vasto laterale più note rispetto a m.Intercostales e PFC (vedi Figura 3D).
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67609/67609fig3.jpg"> Figura 3: Esempio di limitazione centrale (Partecipante 1). Dati NIRS durante il protocollo CPET (Eventi: W = Riscaldamento, E = Esercizio, VT1 = Soglia ventilatoria 1 o soglia ventilatoria aerobica, VT2 = Soglia ventilatoria 2 o soglia ventilatoria anaerobica, F = Esercizio finalizzato o VO2-max). (A) m.Vasto laterale, (B) m.Intercostale e (C) Corteccia prefrontale (PFC).   <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67609/67609fig3large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
All'aumentare della domanda metabolica indotta dall'esercizio, in particolare a intensità superiori a VT2 (Fase III o "instabilità metabolica"), si verificano interessanti risposte fisiologiche da studiare sia a livello muscolare (muscoli locomotori e respiratori) che a livello di PFC. Questi consistono in una marcata diminuzione di O 2-Hb e tHb, insieme a un notevole aumento di H-Hb, aspetti che sostengono il pronunciato declino della TSI.
Nei soggetti con elevata richiesta ventilatoria durante l'esercizio ad alta intensità, l'aumento esponenziale di VE e RR provoca un'elevata iperventilazione a causa dell'aumento di CO2 di "origine metabolica". Questa iperventilazione può indurre una pronunciata vasocostrizione cerebrale, limitando così le prestazioni per limitazione centrale, come si è visto in questo soggetto rappresentativo. In teoria, i cambiamenti osservati nei dati NIRS derivano dalla vasocostrizione cerebrale indotta dall'ipocapnia dedotta dalla brusca diminuzione della pressione di fine espirazione di CO2 (PetCO2) registrata nel CPET (vedi Figura 2). È stato dimostrato che questi cambiamenti fisiologici hanno un'elevata relazione con l'aumento della dispnea indotta dall'esercizio, registrata utilizzando la scala di Borg modificata35,36.
D'altra parte, i soggetti con elevata richiesta locomotoria ma non alta richiesta respiratoria non presentano vasocostrizione cerebrale da ipocapnia. Di conseguenza, i dati NIRS possono continuare a riflettere cambiamenti come quelli osservati a intensità di esercizio moderate. In questi soggetti, le prestazioni fisiche sono limitate da fattori limitanti periferici piuttosto che centrali (vedi Figura 4). È stato dimostrato che questi cambiamenti fisiologici hanno un'elevata relazione con l'aumento dell'affaticamento delle gambe indotto dall'esercizio.
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67609/67609fig4.jpg"> Figura 4: Esempio di limitazione periferica (Partecipante 2). Dati NIRS durante il protocollo CPET (Eventi: W = Riscaldamento, E = Esercizio, VT1 = Soglia ventilatoria 1 o soglia ventilatoria aerobica, VT2 = Soglia ventilatoria 2 o soglia ventilatoria anaerobica, F = Esercizio finalizzato o VO2–max). (A) m.Vasto laterale, (B) m.Intercostale e (C) Corteccia prefrontale (PFC). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67609/67609fig4large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>

Utilizzo di dispositivi indossabili per spettroscopia nel vicino infrarosso per identificare le limitazioni centrali rispetto a quelle periferiche durante l'esercizio

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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Il monitoraggio dell'attività cerebrale durante i compiti motori in posizione eretta è di grande valore quando si indaga la fonte neurale dei disturbi del movimento. Qui, dimostriamo un protocollo che combina la spettroscopia funzionale nel vicino infrarosso con il monitoraggio continuo dell'attività muscolare e cinematica durante 4 tipi di compiti motori.

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Monitorare l'attività cerebrale di fuori del laboratorio, senza vincoli fisici presenta sfide metodologiche. Un fiberless, sistema indossabile funzionale Near Infrared Spectroscopy (fNIRS) è stato utilizzato per misurare l'attività cerebrale durante un compito di memoria prospettica ecologica. E 'stato dimostrato che questo sistema potrebbe essere usato per monitorare l'attività cerebrale durante gli esperimenti non basati laboratorio.

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Scopri come utilizzare la spettroscopia nel vicino infrarosso per identificare i fattori centrali e periferici che limitano le prestazioni durante l'esercizio fisico. Questo metodo non invasivo analizza l'ossigenazione cerebrale e muscolare.

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Utilizzo di dispositivi indossabili per spettroscopia nel vicino infrarosso per identificare le limitazioni centrali rispetto a quelle periferiche durante l'esercizio

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