Name: Wykorzystanie urządzeń ubieralnych do spektroskopii bliskiej podczerwieni w celu identyfikacji ograniczeń centralnych i obwodowych podczas ćwiczeń (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2024-12-19T13:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 33 s
Description: Poznaj zastosowanie spektroskopii bliskiej podczerwieni do identyfikacji ograniczeń centralnych i obwodowych podczas wysiłku fizycznego. Metoda umożliwia nieinwazyjną ocenę utlenowania mózgu i mięśni.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Dziękujemy wszystkim uczestnikom tego badania oraz personelowi laboratorium technicznego za wsparcie w pomiarach wykonanych w Laboratorium Fizjologii Wysiłku Fizycznego. Autorzy FC-B i ME-R byli częściowo wspierani przez III, IV i V Konkurs Badań i Innowacji Szkoły Nauk o Zdrowiu (Wydział Lekarski, Pontificia Universidad Católica de Chile). Autor RC-C został sfinansowany przez Projekt wspierany przez Competition for Research Regular Projects, rok 2023, kod LPR23-17, Universidad Tecnológica Metropolitana.

Protokół został zatwierdzony przez Institutional Review Board of the Pontificia Universidad Católica de Chile (projekty nr 210525001 i 220608010), a badanie zostało przeprowadzone zgodnie z Deklaracją Helsińską. Wszyscy uczestnicy wyrazili pisemną świadomą zgodę przed wzięciem udziału w opisanych testach.
1. Rozmieszczenie i konfiguracja urządzeń do noszenia NIRS
UWAGA: Można korzystać z różnych urządzeń do noszenia NIRS i oprogramowania do akwizycji danych. Badacze powinni dokładnie zapoznać się z instrukcjami i wytycznymi producenta, aby zapewnić prawidłową konfigurację i użytkowanie. W tym badaniu wykorzystano urządzenia wykorzystujące ciągły rejestr falowy sygnału NIRS. Te komercyjne urządzenia są łatwe w użyciu, ale mogą wykrywać tylko zmiany tłumienia światła w stosunku do fazy odniesienia lub podstawowej i nie mogą wykrywać stężeń bezwzględnych, jak inne urządzenia, które wykorzystują rejestr NIRS w dziedzinie czasu.

<ol>
	<li>Przygotowanie urządzeń ubieralnych NIRS i ogólne wytyczne dotyczące rozmieszczenia
	<ol>
		<li>Przed umieszczeniem urządzeń i rozpoczęciem pomiarów upewnij się, że wszystkie urządzenia do noszenia są w pełni naładowane. 
		UWAGA: W przypadku urządzeń użytych w tym badaniu producent podaje, że bateria przy pełnym naładowaniu może rejestrować 6–8 godzin bez przerwy.</li>
		<li>Nałóż dwustronną taśmę klejącą na wszystkie urządzenia do noszenia, aby przymocować je do skóry uczestnika, upewniając się, że taśma nie zasłania emiterów światła i detektorów.</li>
		<li>Przykryj wszystkie urządzenia do noszenia warstwą folii spożywczej, a następnie warstwą wodoodpornego opatrunku samoprzylepnego, aby chronić je przed potem.</li>
		<li>Przed umieszczeniem urządzeń należy oczyścić obszar docelowy wacikiem nasączonym alkoholem, aby usunąć wszelkie pozostałości, które mogą zakłócać rejestr (np. kremy, kosmetyki itp.). W razie potrzeby ogol obszar wokół miejsca docelowego, ponieważ włosy mogą zakłócać sygnały NIRS. 
		UWAGA: Zaleca się dokładne umycie rąk przed umieszczeniem jakiegokolwiek urządzenia na skórze uczestnika, aby zapobiec potencjalnemu zanieczyszczeniu. Zaleca się noszenie rękawiczek, ponieważ może to jeszcze bardziej zmniejszyć ryzyko zanieczyszczenia.</li>
		<li>Po prawidłowym umieszczeniu wszystkich wearables na skórze uczestnika (patrz punkt 1.2), zabezpiecz je warstwą elastycznej taśmy terapeutycznej. Jeśli potrzebne jest dodatkowe mocowanie, użyj elastycznego bandaża w ciemnym kolorze, upewniając się, że nadmierna kompresja nie zmieni pomiarów (mniej niż ciśnienie okluzji kapilarnej 25 mm Hg mierzone konwencjonalnym ciśnieniomierzem).</li>
		<li>Umieść czarną szmatkę na wszystkich urządzeniach do noszenia, aby zapobiec przenikaniu światła z otoczenia. Jeśli zakrycie obszaru szmatką nie jest możliwe (około 6cm2), użyj czarnej elastycznej taśmy terapeutycznej, aby zablokować światło otoczenia.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Rozmieszczenie urządzenia NIRS 
	UWAGA: Upewnij się, że urządzenia ubieralne NIRS są umieszczone tak, aby przyciski włączania/wyłączania i ustawień były łatwo dostępne.
	<ol>
		<li>Kora przedczołowa: Umieść sondę NIRS na lewej lub prawej grzbietowo-bocznej korze przedczołowej, około 10 mm powyżej łuku rzęskowego uczestnika, podobnie jak w przypadku umieszczenia elektrody Fp1 zgodnie ze zmodyfikowanym międzynarodowym systemem EEG 10-2021.</li>
		<li>m.Intercostales: Umieść sondę NIRS nad 7. przestrzenią międzyżebrową na prawej przedniej linii pachowej22,23,24. Jeśli z jakiegoś powodu nie jest umieszczony nad prawym półklatkiem piersiowym, umieść go nad lewym półtułowiem, ale sygnał z tętna może być wyraźniejszy po lewej stronie.
		<ol>
			<li>Aby potwierdzić głębokość penetracji NIRS, użyj ultradźwięków w trybie B, aby sprawdzić odległość od tkanki podskórnej do zewnętrznej granicy m. Intercostales. W przypadku pomiarów w m. Intercostales należy upewnić się, że odległość między skórą a mięśniami jest mniejsza niż 15 mm.</li>
		</ol>
		</li>
		<li>m.Vastus Lateralis: Umieść sondę NIRS 5 cm w bok od punktu środkowego wyimaginowanej linii, łącząc górną krawędź rzepki i większy krętarz kości udowej24,25,26.
		<ol>
			<li>Aby upewnić się, że grubość tkanki tłuszczowej (ATT) nie zmienia rejestru sygnału NIRS, zmierz grubość fałdu skórnego, aby potwierdzić głębokość penetracji NIRS27. W przypadku pomiarów w m.Vastus Lateralis upewnij się, że ATT jest mniejszy niż 20 mm.</li>
		</ol>
		</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Konfiguracja oprogramowania NIRS
	<ol>
		<li>Po prawidłowym umieszczeniu wszystkich urządzeń do noszenia NIRS (patrz sekcja 1.2), włącz je przed rozpoczęciem pomiaru.</li>
		<li>Uruchom oprogramowanie do akwizycji danych dostarczone przez producenta, utwórz nowy plik i połącz urządzenia ubieralne NIRS.</li>
		<li>Po pomyślnym połączeniu wszystkich urządzeń ubieralnych NIRS ustaw częstotliwość próbkowania na 10 Hz w celu akwizycji danych i konwersji analogowo-cyfrowej dla ocenianych tkanek. W przypadku pomiarów kory przedczołowej dostosuj współczynnik różnicowej długości ścieżki (DPF) zgodnie z zależnym od wieku DPF dla każdego uczestnika28. W przypadku pomiaru mięśni ustaw DPF na 4, tak jak w poprzednich protokołach ze sportowcami jako obiektami badania29,30.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. Kalibracja i konfiguracja ergospirometru 
<ol>
	<li>Kalibracja objętości
	<ol>
		<li>Otwórz oprogramowanie ergospirometru dostarczone przez producenta, aby rozpocząć proces kalibracji.</li>
		<li>Przymocuj przepływomierz do turbiny 28 mm za pomocą adaptera strzykawki. Podłącz jedną rurkę karbowaną do adaptera strzykawki, a drugą do strzykawki kalibracyjnej o pojemności 3 l.</li>
		<li>Wykonaj sześć manewrów pobierania/wstrzykiwania, utrzymując stałe natężenie przepływu. Po zakończeniu oprogramowanie automatycznie potwierdzi, czy test kalibracyjny zakończył się pomyślnie.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Kalibracja gazu 
	UWAGA: Upewnij się, że kalibracja przepływu została wykonana przed rozpoczęciem kalibracji gazu.
	<ol>
		<li>Kalibracja powietrza
		<ol>
			<li>Upewnij się, że przewód próbkowania z analizatora gazu jest odłączony od portu kalibracyjnego i swobodnie zwisa. Następnie zainicjuj proces kalibracji.</li>
			<li>Podczas kalibracji obserwuje się stabilną płaską linię, ponieważ stężenia tlenu (O2) i dwutlenku węgla (CO2) nie różnią się znacząco (mniej niż 5%). Po pomyślnym zakończeniu kalibracji powietrza przejdź do kalibracji gazów metabolicznych.</li>
		</ol>
		</li>
		<li>Kalibracja gazów metabolicznych
		<ol>
			<li>Otwórz zawory gazowe i sprawdź, czy do układu dostarczane jest odpowiednie ciśnienie, sprawdzając manometr (szczegółowe instrukcje należy skonsultować z producentem).</li>
			<li>Podłącz linię próbkowania do portu kalibracji i zainicjuj proces kalibracji. Przed rozpoczęciem kalibracji wykonaj 3-minutowe podgrzewanie, zgodnie z zaleceniami producenta.</li>
			<li>Przy prawidłowym przebiegu, po 3-minutowym okresie wstępnego nagrzewania należy zwrócić uwagę na dwie płaskie linie: jedną wahającą się między powietrzem w pomieszczeniu (około 21,00%O2 i 0,04%CO2), a drugą między gazem kalibracyjnym (16,00%O2 i 5,00%CO2</li>).
			<li>Na koniec odłącz przewód próbkowania od portu kalibracyjnego i podłącz go do ustnika, który będzie używany do nadchodzącego testu.</li>
		</ol>
		</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
3. Umieszczenie elektrody EKG (12 odprowadzeń)
<ol>
	<li>Przygotuj skórę, złuszczając skórę kremem i/lub goląc włosy z miejsc umieszczenia elektrod, jeśli to konieczne. Oczyść te obszary wacikiem nasączonym alkoholem, aby usunąć wszelkie powierzchowne pozostałości tkanek.</li>
	<li>Umieść elektrody EKG w następujący sposób31:
	<ol>
		<li>Umieść przewody bipolarne (elektrody odprowadzające kończyny) w następujący sposób: Lewe ramię (LA): lewa strona dołu podobojczykowego; Prawe ramię (RA): prawa strona dołu podobojczykowego; Lewa noga (LL): przedni występ lewej głowy kości udowej; Prawa noga (RL): przedni występ prawej głowy kości udowej.</li>
		<li>Umieść elektrody ołowiane przedsercowe w następujący sposób: V1: 4. przestrzeń międzyżebrowa po prawej stronie mostka; V2: 4.przestrzeń międzyżebrowa na lewo od mostka (w linii z V1); V3: W połowie drogi między V2 i V4; V4: 5.przestrzeń międzyżebrowa na linii środkowej obojczyka; V5: przednia linia pachowa na tym samym poziomie co V4; V6: linia środkowa pachy na tym samym poziomie co V4 i V5.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
4. Przyrostowy test wysiłkowy (test wysiłkowy krążeniowo-oddechowy, CPET)
<ol>
	<li>Poproś uczestnika, aby usiadł na rowerze, upewniając się, że siodełko i kierownica są dostosowane do jego wysokości, aby zapewnić optymalny komfort i pozycję. 
	UWAGA: Zaleca się ustawienie wysokości siedziska tak, aby kolano było lekko zgięte przy pełnym wyprostowaniu32. Kierownica powinna być ustawiona tak, aby umożliwić lekkie zgięcie łokci.</li>
	<li>Przymocuj pulsoksymetr do płatka ucha uczestnika, upewniając się, że miejsce jest czyste, przecierając je wacikiem nasączonym alkoholem.</li>
	<li>Wyjaśnij protokół i poinstruuj uczestnika, aby oddychał przez maskę przed, w trakcie i po teście. 
	UWAGA: Uczestnik musi unikać mówienia lub gwizdania podczas noszenia maski, ponieważ może to wpłynąć na odczyty ergospirometru 33.</li>
	<li>Gdy uczestnik jest już ustawiony i przygotowany, poproś uczestnika, aby wyprostował prawą nogę i odczekał 2 minuty na instrukcję startową (początkowy etap odpoczynku). Pozwól, aby uczestnik pedałował z częstotliwością 80–100 obr./min przez 6 minut przy 0,6 W·kg-1 i 0,8 W·kg-1 odpowiednio dla kobiet/mężczyzn (faza rozgrzewki). Następnie zwiększaj obciążenie pracą w tempie 20 W·min-¹ dla kobiet i 25 W·min-¹ dla mężczyzn, aż uczestnik osiągnie wyczerpanie (faza ćwiczeń).</li>
	<li>Po zakończeniu fazy ćwiczeń poinstruuj uczestnika, aby pozostał nieruchomy i kontynuował oddychanie do maski przez 3 minuty (faza schładzania lub regeneracji).</li>
	<li>Po zakończeniu protokołu ćwiczeń ostrożnie wyjmij pulsoksymetr z płatka ucha, maskę, wszystkie trzy urządzenia do noszenia NIRS i elektrody EKG. 
	UWAGA: Aby utrzymać laboratoryjne warunki otoczenia (np. temperatura powietrza ~20 ± 2 °C, wilgotność względna ~40% ± 5%), jest to kluczowe kryterium. Niektórzy uczestnicy mogą wykazywać wysoką szybkość pocenia się, co zakłóca mocowanie urządzeń na skórze i wpływa na rejestrację danych NIRS. Zastosowanie wentylatorów może pomóc w zmniejszeniu termoregulacji ciepła przez pocenie się.</li>
</ol>

Autorzy deklarują brak konfliktu interesów.

Istnieje znaczny potencjał w wykorzystaniu urządzeń do noszenia NIRS jako narzędzia uzupełniającego CPET do oceny wyników sportowych i identyfikacji czynników ograniczających ćwiczenia centralne i obwodowe u sportowców aerobowych lub wytrzymałościowych, biorąc pod uwagę, że technologia NIRS udowodniła swoją ważność i niezawodność w ocenie hemodynamiki mikronaczyniowej zarówno w obszarach mózgowych, jak i mięśniowych37,38. Jednak, aby zmaksymalizować korzyści płynące z tej technologii, należy wziąć pod uwagę kilka kwestii, aby zapewnić dokładne pomiary.
Ogólne wytyczne dotyczące umieszczania urządzeń noszonych na ciele NIRS obejmują dostosowanie pozycji do tkanki docelowej i zapewnienie bezpiecznego mocowania do skóry uczestnika, ponieważ ruch podczas ćwiczeń może wpływać na sygnały NIRS (artefakty)7. Aby to osiągnąć, urządzenie powinno być w pełnym kontakcie ze skórą i przymocowane za pomocą dwustronnej taśmy klejącej, zapewniając, że emitery światła i detektory są drożne. Aby zwiększyć stabilność, na urządzenie można nałożyć elastyczną taśmę terapeutyczną. Po umieszczeniu urządzenia na kończynie, która będzie aktywnie zaangażowana podczas ćwiczeń, takiej jak m.Vastus Lateralis, elastyczna owijka bandażowa może być użyta w celu zwiększenia stabilności podczas jazdy na rowerze. Jednak unikanie nadmiernej kompresji wokół optod NIRS jest kluczowe, ponieważ może to zmienić miejscowy przepływ krwi i potencjalnie wpłynąć na dokładność pomiarów NIRS (ciśnienie nie może być wyższe niż ciśnienie perfuzji kapilarnej, ~25 mm Hg)7. Zaleca się, aby wszelka taśma lub bandaż używany na urządzeniu NIRS był, aby zapobiec zakłóceniom powodowanym przez światło otoczenia39,40. Ponadto przyciemnione oświetlenie w środowisku testowym może zminimalizować potencjalne zakłócenia dokładności sygnału NIRS.
Podczas gdy prawidłowe umieszczenie i zabezpieczenie urządzeń jest niezbędne, równie ważne jest uwzględnienie indywidualnych cech anatomicznych, które mogą mieć wpływ na pomiary NIRS. Jednym z głównych ograniczeń jest to, że na dokładność pomiarów NIRS mogą mieć wpływ takie czynniki, jak grubość tkanki tłuszczowej (ATT)41,42. Maksymalna głębokość penetracji dla NIRS wynosi w przybliżeniu połowę odległości między źródłem światła a detektorem43. Wraz ze wzrostem ATT zmniejsza się proporcja sygnału NIRS pochodzącego z leżącego pod spodem mięśnia szkieletowego11. To zmniejszenie wkładu sygnału skutkuje niższymi poziomamiO2-Hb i H-Hb, wśród innych chromoforów42. Dlatego zaleca się pomiar ATT, aby zapewnić prawidłową penetrację światła do mięśni. W tym celu można użyć suwmiarki lub ultradźwięków, ponieważ obie metody dokładnie oceniają skład ciała u sportowców; Jednak ten ostatni zapewnia lepszą dokładność i może być preferowany44.
Oprócz ATT, na dokładność pomiarów NIRS wpływa również różnicowy współczynnik długości ścieżki (DPF), który służy do obliczania stężeń O2–Hb i H–Hb za pomocą zmodyfikowanego prawa Beera-Lamberta45. Większość komercyjnych urządzeń NIRS wykorzystuje systemy fal ciągłych, które emitują światło o stałym natężeniu i przyjmują stały DPF11. Jednak DPF nie jest stałą wartością, ponieważ różni się w zależności od indywidualnych różnic anatomicznych, w tym czaszki i ATT41,46. Co więcej, zmienność DPF wśród osób oraz różnice w cechach anatomicznych między płciami, takie jak różnice w kościach, masie mięśniowej i rozmieszczeniu tkanki tłuszczowej – mogą również wpływać na dokładność pomiarów28. Ze względu na założenie stałego DPF, urządzenia te mogą mierzyć tylko względne zmiany O2-Hb i H-Hb od linii bazowej, a nie podawać wartości bezwzględnych11. Dlatego, chociaż technologia NIRS jest cenna w monitorowaniu trendów natlenienia tkanek, należy zachować ostrożność podczas interpretacji tych pomiarów. Dalsze badania powinny koncentrować się na opracowaniu metod dokładnego szacowania DPF w tkankach mózgowych i mięśniowych. W międzyczasie zaleca się dokumentowanie wartości DPF stosowanych w badaniach w celu poprawy odtwarzalności wyników.
Inną cechą anatomiczną, która może wpływać na pomiary NIRS, jest stężenie melaniny w skórze. Melanina, wraz z hemoglobiną, jest podstawowym chromoforem w skórze47. Osoby z ciemniejszą pigmentacją skóry mają większe i bardziej skoncentrowane melanosomy, co może prowadzić do większego tłumienia sygnału ze względu na zwiększoną absorpcję światła7. Siła wykrywanego sygnału zależy od światła pochłanianego przez chromofory, właściwości rozpraszania światła w tkankach oraz odległości między źródłem światła a detektorem47. W związku z tym wyższe stężenia melaniny mogą zakłócać jakość sygnału NIRS, prowadząc do osłabionych odczytów nasycenia tkanki tlenowej, głównie na poziomie mięśniowym48,49. Aby uwzględnić te różnice i zwiększyć interpretację danych NIRS w różnych populacjach, zaleca się, aby pigmentacja skóry była zgłaszana przy użyciu skali klasyfikacji typów skóry Fitzpatricka7.
Jeśli chodzi o możliwość zastosowania tego protokołu w przepisywaniu ćwiczeń, technologia NIRS była wykorzystywana przede wszystkim do oceny metabolizmu mięśni podczas ćwiczeń wytrzymałościowych, szczególnie w protokołach, w których utlenianie substratu służy jako główne źródło energii do resyntezy ATP. Dostępne są ograniczone dowody dotyczące jego zastosowania w treningu oporowym, ale przegląd literatury sugeruje, że ostry wpływ treningu siłowego na TSI zależy od składu włókien mięśniowych. W szczególności mięśnie o wyższym udziale włókien typu I, takie jak m. Vastus Lateralis , wykazują większe ΔTSI w porównaniu z innymi grupami mięśni trenowanymi z tą samą intensywnością. Niemniej jednak znaczna niejednorodność metodologii badań nadal ogranicza uogólnianie zgłaszanych wyników. Wstępne wyniki tego badania, wraz z przyszłymi publikacjami znormalizowanych protokołów, będą wspierać szersze zastosowania tej technologii do przepisywania intensywności ćwiczeń w różnych kontekstach50.
Podsumowując, urządzenia ubieralne NIRS stanowią znaczący postęp w nieinwazyjnym monitorowaniu odpowiedzi hemodynamicznych na poziomie mikrokrążenia podczas ćwiczeń, uzupełniając zmienne krążeniowo-oddechowe oceniane za pomocą CPET. W przeciwieństwie do metod inwazyjnych, NIRS dostarcza w czasie rzeczywistym dane na temat równowagi między dostarczaniem a zużyciem tlenu bez zakłócania naturalnego ruchu sportowca. Technologia ta skutecznie identyfikuje centralne i obwodowe czynniki ograniczające wysiłek fizyczny, wykrywając zmiany wO2-Hb, H-Hb i TSI w różnych tkankach i intensywnościach ćwiczeń. Szczegółowe informacje na temat zmian w popycie metabolicznym i reakcjach fizjologicznych podkreślają potencjał NIRS w zakresie optymalizacji programów treningowych i poprawy wyników sportowych. Ponadto zdolność NIRS do oceny hemodynamiki mikronaczyniowej mózgu i mięśni oferuje nowe możliwości badania reakcji fizjologicznych na różne modalności i intensywności ćwiczeń. Ogólnie rzecz biorąc, technologia NIRS jest bardzo obiecująca, jeśli chodzi o pogłębienie naszej wiedzy na temat fizjologii człowieka i przyczynienie się do badań w dziedzinie nauki o ćwiczeniach, dostarczając cennego narzędzia do poprawy wyników sportowych i udoskonalania strategii treningowych.

Sportowcy wytrzymałościowi polegają na efektywnej równowadze między dostarczaniem i pobieraniem tlenu, aby utrzymać intensywne ćwiczenia i poprawić swoje wyniki sportowe1,2. Test maksymalnego poboru tlenu (VO2-max) jest istotną oceną fizjologiczną, która określa wyniki sportowe poprzez analizę gazów wydychanych i zmiennych krążeniowo-oddechowych podczas przyrostowej intensywności ćwiczeń1. Ta ocena, znana jako ergospirometria lub testy wysiłkowe krążeniowo-oddechowe (CPET), odzwierciedla reakcję wysiłkową układu sercowo-naczyniowego, oddechowego i mięśniowego3. W związku z tym zwiększony koszt energii związany z oddychaniem, określany jako koszt oddychania (COB), zwiększa zapotrzebowanie na składniki odżywcze i tlen w otaczających tkankach. Udokumentowano, że zjawisko to potencjalnie zmniejsza przepływ krwi do mięśni zaangażowanych w aktywne ruchy, co skutkuje zmniejszoną tolerancją na wysiłek fizyczny i wczesnym zaprzestaniem progresji ćwiczeń z powodu odruchu metabolicznego4.
Podczas testu VO2–max możliwe jest również zidentyfikowanie progów wentylacyjnych (VT), które odpowiadają określonym intensywnościom ćwiczeń oznaczającym przejście z metabolizmu tlenowego do beztlenowego (próg tlenowy lub próg wentylacji 1 [VT1] oraz próg beztlenowy lub punkt kompensacji oddechu [RCP] lub próg wentylacji 2 [VT2])5. VT odzwierciedlają reakcje oddechowe, które kompensują zmiany metaboliczne podczas ćwiczeń przyrostowych6. Identyfikując te progi, CPET oferuje kompleksową ocenę poprzez integrację odpowiedzi wielu systemów biologicznych krytycznie zaangażowanych podczas ćwiczeń o wysokiej intensywności.
Jednakże, chociaż ergospirometria jest powszechnie uważana za złoty standard oceny CPET, nie rejestruje zmian metabolicznych zachodzących na poziomie mięśniowym. Zmiany te mają kluczowe znaczenie dla zrozumienia fizjologicznych czynników ograniczających związanych z brakiem progresji podczas ćwiczeń o wysokiej intensywności u sportowców wytrzymałościowych. W tym kontekście technologia NIRS stała się cennym narzędziem w nauce o ćwiczeniach, pomagając w analizie zmiennych hemodynamicznych na poziomie mięśni mikronaczyniowych7.
W ostatnich latach profesjonaliści sportowi i badacze korzystali z szerokiej gamy komercyjnych urządzeń do noszenia wyposażonych w technologię NIRS do badania nieinwazyjnych zmian mięśniowych podczas ćwiczeń, dając możliwość określenia VT1 i VT2 za pomocą tej technologii8. W ten sposób integracyjna analiza danych z NIRS i CPET oferuje kompleksowe zrozumienie fizjologicznych reakcji na ćwiczenia.
Technologia NIRS wykorzystuje zmodyfikowane prawo Beera-Lamberta do ilościowego określania zmian (D) w stężeniach oksyhemoglobiny (O2-Hb) i deoksyhemoglobiny (H-Hb) podczas ćwiczeń7. Na poziomie tkanek lokalnych spadekO2-Hb odzwierciedla wzrost miejscowego zapotrzebowania metabolicznego, podczas gdy wzrost H-Hb odzwierciedla wzrost ekstrakcji tlenu. Całkowita hemoglobina (tHb), suma O, 2-Hb i H-Hb, jest używana jako wskaźnik lokalnego przepływu krwi w tkankach. I odwrotnie, różnica między O2-Hb i H-Hb (różnica Hb) zapewnia indeks ekstrakcji tlenu w tkankach9. Wskaźnik wysycenia tissular (TSI), obliczany jako stosunek O2-Hb do tHb, odzwierciedla poziom nasycenia tkanek tlenem i wskazuje równowagę między miejscowym dostarczaniem tlenu a wychwytem tlenu10,11. W ten sposób dane NIRS dają krytyczny wgląd w stan fizjologiczny na poziomie mikrokrążenia, zapewniając szczegółowe zrozumienie natlenienia tkanek i hemodynamiki, które uzupełnia informacje uzyskane z CPET.
To szczegółowe zrozumienie dostarczane przez technologię NIRS rozciąga się na wiele praktycznych zastosowań. Ostatnie badania podkreślają wszechstronność NIRS i demonstrują jego praktyczne zastosowanie w monitorowaniu układu oddechowego12,13 i mięśni lokomotorycznych7, a także regionów mózgu zaangażowanych w ideację aktów motorycznych, takich jak kora przedczołowa (PFC)14,15. To szerokie zastosowanie podkreśla zdolność NIRS do dostarczania kompleksowego wglądu w reakcje fizjologiczne na różne rodzaje skurczów mięśni (skurcze koncentryczne lub ekscentryczne lub izometryczne) i ćwiczeń.
Analizując DTSI wywołane wysiłkiem fizycznym zarówno na poziomie mięśniowym, jak i mózgowym, NIRS dostarcza cennego potencjału do identyfikacji powiązań między obwodowymi i centralnymi czynnikami ograniczającymi, które wpływają na postęp ćwiczeń16,17. Na przykład, wśród centralnych czynników ograniczających, zmniejszony przepływ krwi wynikający ze zwężenia naczyń mózgowych spowodowanego kompensacyjną hiperwentylacją spowodowaną podwyższonym poziomem wodoru z metabolizmu beztlenowego i zwiększony poziom mleczanu we krwi podczas ćwiczeń o wysokiej intensywności jest istotnym czynnikiem przyczyniającym się do zmniejszenia TSI w korze przedczołowej17,18. Natomiast obwodowe czynniki ograniczające charakteryzują się brakiem równowagi między podażą a popytem na tlen w ćwiczących mięśniach19. Zmniejszone miejscowe dostarczanie tlenu i zwiększone zużycie tlenu może prowadzić do odtlenienia tkanek, o czym świadczy zmniejszony TSI20. To rozróżnienie podkreśla wieloaspektowy charakter ograniczeń wydajności podczas ćwiczeń o wysokiej intensywności, gdzie kluczowe znaczenie mają zarówno mechanizmy centralne, jak i obwodowe. To zrozumienie sugeruje, że opóźnienie wystąpienia tych czynników ograniczających podczas ćwiczeń może przyczynić się do poprawy wyników sportowych.
Aby w pełni wykorzystać potencjał technologii NIRS w identyfikowaniu tych ograniczeń, niezbędne są standardowe procedury zapewniające wysokiej jakości gromadzenie i analizę danych. Niniejszy dokument przedstawia metody przeprowadzania testów wysiłkowych o maksymalnej wytrzymałości przy użyciu technologii NIRS w celu zbierania danych fizjologicznych i wyjaśnienia związku między centralnymi i obwodowymi czynnikami ograniczającymi podczas ćwiczeń o wysokiej intensywności u sportowców wytrzymałościowych. Proponowany protokół zapewnia ustandaryzowane podejście w celu zapewnienia spójności i dokładności w ocenie zjawisk fizjologicznych leżących u podstaw tych czynników ograniczających.

<table><tbody><tr><td>Waga kolumnowa</td><td>SECA</td><td>711</td><td>Istnieje wiele alternatyw dla tego elementu</td></tr><tr><td>Przenośny stadiometr&nbsp;</td><td>SECA</td><td>217</td><td>Istnieje wiele alternatyw dla tego elementu</td></tr><tr><td>12-odprowadzeniowe EKG</td><td>COSMED</td><td>Quark T12x</td><td>A 12-odprowadzeniowe EKG zapewnia lepsze zrozumienie tętna podczas ćwiczeń i ułatwia wykrywanie arytmii.</td></tr><tr><td>Pulsoksymetr</td><td>COSMED</td><td></td><td>Zintegrowany pulsoksymetr</td></tr><tr><td>Ergoespirometr</td><td>COSMED</td><td>Quark-CPET</td><td>W zestawie gazy kalibracyjne i strzykawka kalibracyjna</td></tr><tr><td>Ergometr rowerowy</td><td>Ergoline GmH</td><td>ViaSprint 150P</td><td>Istnieje wiele alternatyw dla tego elementu. Musi zapewniać kompatybilność z dostarczonym oprogramowaniem</td></tr><tr><td>NIRS weareable</td><td>Artinis Medical Systems</td><td>Portalite Articulated</td><td>NIRS weareable dopasowuje się do powierzchni, na której jest umieszczony.&nbsp;</td></tr><tr><td>Ubieralne urządzenie</td><td>NIRS Artinis Medical Systems</td><td>Portamon</td><td>zapewnia lepsze wyniki na powierzchniach o wysokiej zawartości tkanki tłuszczowej.</td></tr><tr><td>Oprogramowanie do zarządzania danymi metabolicznymi (OMNIA)</td>Oprogramowanie <td>COSMED</td><td></td><td>będzie się różnić w zależności od wyboru systemu</td></tr><tr><td>Oprogramowanie do zarządzania danymi NIRS (Oxysoft)</td><td>Oprogramowanie Artinis Medical Systems</td><td></td><td>będzie się różnić w zależności od wyboru urządzenia</td></tr><tr><td>Bezprzewodowy ultrasonograf typu sonda</td><td>SONUS</td><td>Duo LC</td><td>Istnieje wiele alternatyw dla tego elementu</td></tr></tbody></table>

wykorzystanie urządzeń ubieralnych do spektroskopii bliskiej podczerwieni w celu identyfikacji ograniczeń centralnych i obwodowych podczas ćwiczeń

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

Złotym standardem do oceny wydolności tlenowej u osób aktywnych fizycznie i sportowców jest test maksymalnego zużycia tlenu (VO2–max), który obejmuje analizę wydychanych gazów i zmiennych krążeniowo-oddechowych uzyskanych metodą oddech po oddechu w ergospirometrze podczas ćwiczeń przyrostowych. Jednak ta metoda nie może wyjaśnić zmian metabolicznych na poziomie mięśniowym. Spektroskopia bliskiej podczerwieni (NIRS) stała się cenną technologią do oceny lokalnych poziomów tlenu (Tissular Saturation Index, TSI) poprzez ilościowe określanie stężeń hemoglobiny natlenionej (O2-Hb) i odtlenionej (H-Hb) w mikrokrążeniu tkanek. Zastosowania NIRS obejmują mięśnie oddechowe i ruchowe, oceniając zmiany metaboliczne związane odpowiednio z kosztem oddychania (COB) i obciążeniem obwodowym. Ponadto obszary mózgu, takie jak kora przedczołowa, zostały zbadane za pomocą technologii NIRS w celu oceny zmian fizjologicznych związanych z popytem poznawczym związanym z planowaniem lub ideacją zadań motorycznych związanych z wynikami sportowymi. Tak więc, analizując zmiany wywołane wysiłkiem fizycznym (D) wO2-Hb, H-Hb i TSI, możliwe jest zidentyfikowanie centralnych i obwodowych ograniczeń ćwiczeń, szczególnie gdy trening wytrzymałościowy jest głównym składnikiem sprawności fizycznej (np. bieganie, jazda na rowerze, triathlon itp.). Zajęcie się tymi czynnikami ma kluczowe znaczenie dla trenerów i fizjologów ćwiczeń, aby zoptymalizować wyniki sportowe, włączając strategie treningowe skoncentrowane na podstawowych czynnikach ograniczających wysiłek. Badanie to przedstawia protokół wykorzystania urządzeń ubieralnych wyposażonych w technologię NIRS do analizy zmian wysiłkowych w TSI, O2-Hb i H-Hb, wraz ze zmiennymi krążeniowo-oddechowymi zwykle rejestrowanymi u sportowców podczas testów VO2-max. Podejście to oferuje kompleksową metodę identyfikacji podstawowych systemów zaangażowanych w zatrzymywanie progresji ćwiczeń i poprawę wyników sportowych.

Podczas zakończenia badania CPET u wszystkich badanych wystąpiły objawy duszności, zmęczenia kończyn dolnych oraz określony poziom subiektywnego odczucia wysiłku (RPE). Równoległe zastosowanie urządzeń NIRS nie spowodowało dodatkowego dyskomfortu w ocenie doznań badanych. Ponadto nie przerwaliśmy badań CPET z powodu żadnego zdarzenia ryzyka związanego z nadmiernym stresem fizjologicznym.
Zbadaliśmy dwóch mężczyzn będących kolarzami wyczynowymi, zrekrutowanych z krajowego klubu kolarskiego. Kryteria włączenia do badania obejmowały aktywność fizyczną uczestników (≥150 min umiarkowanej lub ≥75 min intensywnej aktywności fizycznej tygodniowo) oraz prawidłowy wskaźnik masy ciała (20–25 kg·m-2). Kryteria wykluczenia z badania obejmowały historię chorób układu oddechowego, sercowo-naczyniowego, metabolicznych, mięśniowo-szkieletowych lub nowotworowych, a także procesy infekcyjne lub zapalne w okresie co najmniej 2 tygodni przed ocenami w badaniu.
Zakończenie badania CPET, połączone z nieinwazyjnym zapisem zmian hemodynamicznych i natlenienia tkanek wynikających ze zmian metabolicznych wywołanych zwiększoną intensywnością wysiłku przy użyciu urządzeń wyposażonych w technologię NIRS, pozwala na identyfikację centralnych czynników ograniczających związanych ze zmianami w obszarach mózgu w przeciwieństwie do obwodowych czynników ograniczających związanych z odpowiedziami układu oddechowego lub mięśniowo-szkieletowego na zwiększoną intensywność wysiłku. Protokół testowy obejmuje szereg etapów, w tym przygotowanie uczestnika, przeprowadzenie testu wysiłkowego oraz gromadzenie odpowiednich danych fizjologicznych.
Prawidłowe wykonanie protokołu CPET–NIRS objawia się uzyskaniem jasnych i spójnych danych w obrębie kilku parametrów. Podczas początkowej fazy spoczynku rejestrowane są takie pomiary jak tętno (HR), saturacja tlenem w krwi tętniczej (SpO2) oraz odczyty NIRS w celu ustalenia wartości bazowych. Faza rozgrzewki, charakteryzująca się pedałowaniem przy niskim obciążeniu, przygotowuje uczestnika do fazy wysiłku inkrementalnego, w której obciążenie jest stopniowo zwiększane (patrz Rysunek 1).
<img alt="Schemat protokołu ergometrycznego; zbieranie danych NIRS, fazy wysiłku od synchronizacji do schładzania." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67609/67609fig1.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Rycina 1"> 
Rycina 1: Projekt eksperymentalny schematu protokołu wysiłkowego. Schematyczne przedstawienie etapów protokołu wysiłkowego zastosowanego w badaniu, z wyróżnieniem kluczowych zdarzeń, takich jak odpoczynek (R), rozgrzewka (W), wysiłek (E), finalizacja (F) oraz stop (S), które odpowiadają przebiegowi protokołu testu wysiłkowego z pomiarem parametrów sercowo-oddechowych. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67609/67609fig1large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.</a>
Przedstawiono reprezentatywne wyniki danych z CPET (Rycina 2) i NIRS (Rycina 3 oraz Rycina 4) dla dwóch sportowców płci męskiej, ocenianych w kontrolowanych warunkach laboratoryjnych (temperatura powietrza ~20 ± 2 °C; wilgotność względna ~40% ± 5 %): (i) Uczestnik 1 (Rycina 2A i Rycina 3) (wiek: 33 lata, masa ciała: 80 kg, wzrost: 178 cm, Workload max: 300 W, VO2-max: 46 mL·kg-1·min-1, VE: 177 L·min-1, HR-max (%przewidywane, 220-wiek): 100%, PetCO2: 27 mmHg); oraz (ii) Uczestnik 2 (Rycina 2B i Rycina 4) (wiek: 26 lat, masa ciała: 67 kg, wzrost: 178 cm, Workload max: 300 W, VO2-max: 51 mL·kg-1·min-1, VE: 131 L·min-1, HR-max (% przewidywane, 220-wiek): 93%, PetCO2: 33 mmHg).
U obu uczestników VO2 (zużycie tlenu), VCO2 (produkcja dwutlenku węgla), RQ (iloraz oddechowy, VCO2·VO2-1), HR (tętno), VE (wentylacja płuc) oraz RR (częstość oddechów) wykazują ciągły wzrost wraz ze wzrostem intensywności wysiłku, aż do osiągnięcia maksymalnej wartości VO2 (patrz Rysunek 2).
<img alt="Wykres sprawności krążeniowo-oddechowej porównujący progi VT1 i VT2, z wyróżnieniem stref tlenowych." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67609/67609fig2.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Rysunek 2"> 
Rysunek 2: Zmiany zmiennych fizjologicznych ocenianych podczas CPET. Przedstawiono progresję zmiennych fizjologicznych mierzonych podczas ergospirometrii (CPET), w tym poboru tlenu (VO2), wentylacji minutowej (VE), ciśnienia końcowowydechowego CO2 (PetCO2) oraz mocy (Watts). Przejścia między pierwszym a drugim progiem wentylacyjnym (VT1 i VT2) są zaznaczone w etapach wysiłku. (A) Uczestnik 1 oraz (B) Uczestnik 2. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67609/67609fig2large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.</a>
Dane NIRS dostarczyły informacji na temat lokalnego zapotrzebowania metabolicznego podczas CPET. Zmiany wywołane wysiłkiem zaobserwowane w tkance docelowej (mięśniowej w porównaniu z mózgiem) różnią się w zależności od konkretnej tkanki i analizowanej intensywności wysiłku. Dlatego przydatnymi ramami fizjologicznymi do interpretacji danych NIRS wywołanych wysiłkiem jest trójfazowy model intensywności wysiłku zaproponowany przez Skinnera i McLellana34. W modelu tym autorzy wyróżniają trzy strefy zdefiniowane przez VTs: (i) fazę I lub tlenową, (ii) fazę II lub przejście tlenowo-beztlenowe oraz (iii) fazę III lub „niestabilność metaboliczną”.
Przy intensywnościach ćwiczeń poniżej VT2 (Fazy I i II), na poziomie mięśni wystąpi spadek O2-Hb i wzrost H-Hb – pod warunkiem, że nie wystąpią istotne zmiany T-Hb jako parametru miejscowego przepływu krwi. Nasz protokół CPET-NIRS składa się z ćwiczeń cyklicznych z powtarzającymi się skurczami i rozkurczami mięśni, dlatego spodziewane są minimalne zmiany T-Hb. Jednak zmiany wywołane wysiłkiem różnią się w zależności od ocenianej tkanki mięśniowej. W mięśniach lokomocyjnych, takich jak m.Vastus Lateralis, progresywny wzrost intensywności ćwiczeń indukuje zmiany w danych NIRS współbieżne z obciążeniem (patrz Rycina 3A). W przeciwieństwie do nich, w dodatkowych mięśniach oddechowych, takich jak m.Intercostales, zmiany korelują z parametrami wentylacyjnymi, a nie z obciążeniem (patrz Rycina 3B). W PFC obserwuje się wzrost O2-Hb, H-Hb oraz T-Hb, ponieważ przepływ krwi przekracza miejscowe zapotrzebowanie wywołane wysiłkiem; może być również widoczny niewielki spadek TSI (patrz Rycina 3C). We wszystkich ocenianych tkankach parametr TSI spada wraz ze wzrostem intensywności ćwiczeń, przy czym zmiany w m.Vastus Lateralis są bardziej wyraźne niż w m.Intercostales i PFC (patrz Rycina 3D).
<img alt="Wykresy stężenia hemoglobiny w funkcji czasu; zmiany fizjologiczne podczas wysiłku; wykresy A-D." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67609/67609fig3.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Rysunek 3"> 
Rysunek 3: Przykład ograniczenia centralnego (Uczestnik 1). Dane NIRS podczas protokołu CPET (Zdarzenia: W = Rozgrzewka, E = Wysiłek, VT1 = Pierwszy próg wentylacyjny lub tlenowy próg wentylacyjny, VT2 = Drugi próg wentylacyjny lub beztlenowy próg wentylacyjny, F = Zakończenie wysiłku lub VO2-max). (A) m.Vastus Lateralis, (B) m.Intercostales oraz (C) Kora przedczołowa (PFC).   <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67609/67609fig3large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.</a>
Wraz ze wzrostem zapotrzebowania metabolicznego indukowanego wysiłkiem, szczególnie przy intensywnościach powyżej VT2 (faza III lub „niestabilność metaboliczna”), występują interesujące odpowiedzi fizjologiczne do zbadania, zarówno na poziomie mięśniowym (mięśnie lokomocyjne i oddechowe), jak i na poziomie PFC. Polegają one na wyraźnym spadku O2-Hb i tHb, przy jednoczesnym znacznym wzroście H-Hb, co przekłada się na wyraźny spadek TSI.
U osób z wysokim zapotrzebowaniem wentylacyjnym podczas wysiłku o wysokiej intensywności, wykładniczy wzrost VE i RR powoduje nasiloną hiperwentylację ze względu na wzrost CO2 o „pochodzeniu metabolicznym”. Hiperwentylacja ta może indukować wyraźny skurcz naczyń mózgowych, ograniczając tym samym wydolność poprzez ograniczenie ośrodkowe, co zaobserwowano u tego reprezentatywnego badanego. Teoretycznie zmiany widoczne w danych NIRS wynikają ze skurczu naczyń mózgowych wywołanego hipokapnią, wnioskowaną z gwałtownego spadku ciśnienia końcowowydechowego CO2 (PetCO2) zarejestrowanego podczas CPET (patrz Rysunek 2). Wykazano, że zmiany fizjologiczne te wykazują silny związek ze zwiększoną dusznością wywołaną wysiłkiem, zarejestrowaną przy użyciu zmodyfikowanej skali Borga35,36.
Z drugiej strony, u osób o dużym zapotrzebowaniu ruchowym, ale bez wysokiego zapotrzebowania oddechowego, nie występuje skurcz naczyń mózgowych wywołany hipokapnią. W konsekwencji dane NIRS mogą nadal odzwierciedlać zmiany podobne do tych obserwowanych przy umiarkowanej intensywności ćwiczeń. U tych osób wydolność wysiłkowa jest ograniczona przez czynniki obwodowe, a nie ośrodkowe (patrz Rysunek 4). Wykazano, że zmiany fizjologiczne te są ściśle powiązane ze zwiększonym zmęczeniem kończyn dolnych wywołanym wysiłkiem.
<img alt="Wykres natlenienia krwi i poziomu hemoglobiny; analiza spektroskopowa podczas faz ćwiczeń (W, E, VT1, VT2, F)." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67609/67609fig4.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Rysunek 4"> 
Rysunek 4: Przykład ograniczenia obwodowego (Uczestnik 2). Dane NIRS podczas protokołu CPET (Zdarzenia: W = rozgrzewka, E = ćwiczenia, VT1 = pierwszy próg wentylacyjny lub tlenowy próg wentylacyjny, VT2 = drugi próg wentylacyjny lub beztlenowy próg wentylacyjny, F = zakończenie ćwiczeń lub VO2–max). (A) m.Vastus Lateralis, (B) m.Intercostales oraz (C) kora przedczołowa (PFC). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67609/67609fig4large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.</a>

Ten protokół integruje technologię bliskiej spektroskopii w podczerwieni (NIRS) do oceny miejscowych zmian hematologicznych i tlenowych w korze przedczołowej, mięśniach oddechowych (m.Intercostales) i lokomotorycznych (m.Vastus Lateralis) podczas testów wysiłkowych krążeniowo-oddechowych, umożliwiając identyfikację centralnych i obwodowych czynników ograniczających wpływających na wydajność ćwiczeń.

Wykorzystanie urządzeń ubieralnych do spektroskopii bliskiej podczerwieni w celu identyfikacji ograniczeń centralnych i obwodowych podczas ćwiczeń

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

Celem jest ocena, czy odczuwanie wydolności wysiłkowej wynika z uwarunkowań centralnych czy obwodowych. Badani reagują w różny sposób na realne warunki środowiskowe i czynniki inwazyjne. Zostanie to zrobione przy użyciu nieinwazyjnej metody.Jest to spektroskopia bliskiej podczerwieni. Nowe badania w tej dziedzinie chirurgii w podczerwieni, wykorzystujące nową technologię, koncentrują się na analizie mózgu i masywnych tkanek zaangażowanych w zadania motoryczne, oddychanie i lokomocję. Identyfikacja kluczowych obszarów związanych z tłuszczem wywołanym wysiłkiem fizycznym.Podstawową technologią zastosowaną w naszym badaniu jest spektroskopia bliskiej podczerwieni (NIS), która umożliwia nieinwazyjną ocenę zmiennych hematologicznych, w tym oksymioglobiny i deoksymioglobiny, oraz regulację wskaźnika wysycenia tkanek. Takie podejście zapewnia bardziej kompleksowe zrozumienie wykorzystania tlenu w tkankach. Jednym z wyzwań jest zminimalizowanie zewnętrznych zakłóceń związanych z nowymi rejestracjami, takich jak światło otoczenia i artefakty ruchu, przy jednoczesnym zapewnieniu bieżącego rozmieszczenia i kalibracji sprzętu.Innym mogą być różnice w anatomii uczestników, takie jak ATT lub pigmentacja skóry, które mogą wpływać na dokładność pomiaru, jeśli chodzi o standaryzację i korekty podczas zbierania danych. Nasze wyniki pokazują, że lustra mogą skutecznie identyfikować centralne i peryferyjne ograniczenia ćwiczeń, analizując zmiany w dotlenieniu tkanek podczas ćwiczeń. Podejście to podkreśla, jak reakcje mózgu i mięśni zmieniają się w zależności od intensywności ćwiczeń i oferuje nowe sposoby optymalizacji treningu i wydajności.Aby rozpocząć, upewnij się, że wszystkie urządzenia ubieralne są w pełni naładowane przed rozpoczęciem umieszczania i pomiarów. Nałóż dwustronną taśmę klejącą na wszystkie urządzenia ubieralne, aby przymocować je do skóry uczestnika. Przykryj każde urządzenie do noszenia warstwą folii spożywczej, a następnie warstwą wodoodpornego opatrunku samoprzylepnego, aby chronić urządzenia przed potem.Następnie wyczyść obszar docelowy za pomocą wacika nasączonego alkoholem, aby usunąć pozostałości, które mogą zakłócać rejestrację sygnału. Zabezpiecz prawidłowo umieszczone urządzenia do noszenia warstwą elastycznej taśmy terapeutycznej. Umieść czarną szmatkę na wszystkich urządzeniach do noszenia, aby zapobiec przenikaniu światła z otoczenia.Umieść sondę NIRS na grzbietowej bocznej korze przedczołowej, około 10 milimetrów powyżej łuku rzęskowego uczestnika. Teraz użyj ultradźwięków w trybie B, aby potwierdzić głębokość penetracji NIRS, sprawdzając odległość od tkanki podskórnej do zewnętrznej granicy międzyostrolistu M. Następnie umieść sondę NIRS nad siódmą przestrzenią międzyżebrową na prawej przedniej linii pachowej.Jeśli nie można go umieścić na prawej półpiersiowej, umieść ją na lewej półpiersiowej, ale sygnał tętna może być wyraźniejszy po lewej stronie. Zmierz grubość fałdu skórnego za pomocą suwmiarki, aby potwierdzić, że grubość tkanki tłuszczowej nie przekracza 20 milimetrów, zapewniając dokładną głębokość penetracji NIRS. Umieść sondę NIRS na mięśniu obszernym bocznym, umieszczonym pięć centymetrów bocznie do środka wyimaginowanej linii, łączącej górną krawędź rzepki i krętarz większy kości udowej.Po prawidłowym umieszczeniu wszystkich urządzeń do noszenia NIRS włącz je przed rozpoczęciem pomiaru. Uruchom oprogramowanie do akwizycji danych dostarczone przez producenta. Utwórz nowy plik do rejestrowania danych i połącz wszystkie urządzenia ubieralne NIRS.W przypadku pomiarów mięśni ustaw współczynnik różnicowej długości ścieżki na cztery. Ustaw częstotliwość próbkowania na 10 Hz w celu akwizycji danych i konwersji analogowo-cyfrowej dla ocenianych tkanek. Dostosuj współczynnik różnicowej długości ścieżki dla pomiarów kory przedczołowej, zgodnie z czynnikiem zależnym od wieku uczestnika.Aby rozpocząć, otwórz oprogramowanie spirometru ergo, dostarczone przez producenta, aby rozpocząć proces kalibracji. Za pomocą adaptera strzykawki przymocuj przepływomierz do turbiny o średnicy 28 milimetrów. Podłącz jedną rurkę karbowaną do adaptera strzykawki, a drugą do trzylitrowej strzykawki kalibracyjnej.Następnie wykonaj sześć manewrów pobierania i wstrzykiwania, zapewniając stałe natężenie przepływu. Po zakończeniu oprogramowanie automatycznie potwierdzi, czy test kalibracyjny zakończył się pomyślnie. W przypadku kalibracji powietrza upewnij się, że przewód próbki z analizatora gazu jest odłączony od portu kalibracji i swobodnie zwisa przed zainicjowaniem procesu kalibracji.Podczas kalibracji obserwuj stabilną płaską linię, wskazującą minimalne zmiany stężeń tlenu i dwutlenku węgla. Otwórz zawory gazowe i sprawdź manometr, aby upewnić się, że do systemu dostarczane jest odpowiednie ciśnienie. Podłącz linię próbkowania do portu kalibracji i zainicjuj proces kalibracji.Następnie wykonaj trzyminutowe podgrzewanie zgodnie z zaleceniami producenta przed przystąpieniem do kalibracji. Po trzyminutowym okresie podgrzewania upewnij się, że zaobserwowano dwie płaskie linie, z których jedna reprezentuje wahania powietrza w pomieszczeniu, a druga poziomy gazu kalibracyjnego. Na koniec odłącz przewód próbki od portu kalibracyjnego i przymocuj go do ustnika na nadchodzący test.Przygotuj skórę uczestnika, złuszczając miejsca umieszczenia elektrod kremem i/lub goląc włosy, jeśli to konieczne. Oczyść te obszary wacikiem nasączonym alkoholem, aby usunąć wszelkie powierzchowne pozostałości tkanek. Ustaw bipolarne elektrody ołowiane kończyny, a następnie umieść elektrody ołowiane przedsercowe.Po ustawieniu urządzeń NIRS i skalibrowaniu ergo spirometru poproś uczestnika, aby usiadł na rowerze, upewniając się, że siodełko i kierownica są dostosowane do ich wysokości w celu zapewnienia optymalnego komfortu i pozycji. Wyjaśnij uczestnikowi protokół testu i poinstruuj uczestnika, aby konsekwentnie oddychał przez maskę przed, w trakcie i po teście. Przymocuj pulsoksymetr na palec uczestnika.Gdy uczestnik zostanie ustawiony i przygotowany, poinstruuj go, aby wyprostował prawą nogę i odczekał dwie minuty na początkowym etapie odpoczynku. Rozpocznij fazę rozgrzewki, zmuszając uczestnika do pedałowania z prędkością od 80 do 100 obr./min przez sześć minut. Stopniowo zwiększaj obciążenie pracą w tempie 20 watów na minutę dla kobiet i 25 watów na minutę dla mężczyzn, aż uczestnik osiągnie wyczerpanie.Po zakończeniu fazy ćwiczeń poinstruuj uczestnika, aby pozostał nieruchomy i kontynuował oddychanie do maski przez trzy minuty podczas fazy schładzania lub regeneracji. Po zakończeniu protokołu ćwiczeń ostrożnie zdejmij pulsoksymetr z palca uczestnika, a następnie maskę wszystkich trzech urządzeń do noszenia NIRS i elektrody EKG. U osób z zapotrzebowaniem na wentylację podczas intensywnego wysiłku fizyczna szybka wentylacja płuc i częstość oddechów prowadzą do hiperwentylacji, powodując zwężenie naczyń krwionośnych mózgu, a tym samym ograniczenie wydajności przez ograniczenie ośrodkowe.I odwrotnie, u osób z wysokim zapotrzebowaniem ruchowym, ale nie oddechowym, zwężenie naczyń krwionośnych mózgu nie występuje. W związku z tym dane NIRS odzwierciedlają umiarkowaną intensywność, wzorce ćwiczeń. W tych przypadkach wydajność ćwiczeń jest ograniczona przez obwodowe, a nie centralne czynniki ograniczające.

using-near-infrared-spectroscopy-wearable-devices-to-identify-central

Research

JoVE Journal

Medicine

Medycyna

Monitorowanie aktywności mózgu podczas wykonywania zadań motorycznych w pozycji pionowej jest bardzo przydatne podczas badania neuronalnego źródła zaburzeń ruchowych. Tutaj demonstrujemy protokół, który łączy funkcjonalną spektroskopię w bliskiej podczerwieni z ciągłym monitorowaniem aktywności mięśniowej i kinematycznej podczas 4 rodzajów zadań motorycznych.

Funkcjonalna spektroskopia w bliskiej podczerwieni czuciowych i ruchowych obszarów mózgu z jednoczesnym monitorowaniem kinematycznym i EMG podczas zadań motorycznych

Monitorowanie aktywności mózgu poza laboratorium bez fizycznych ograniczeń stanowi wyzwanie metodologiczne. Bezwłóknowy, nadający się do noszenia system funkcjonalnej spektroskopii bliskiej podczerwieni (fNIRS) został wykorzystany do pomiaru aktywności mózgu podczas ekologicznego zadania pamięci prospektywnej. Wykazano, że system ten może być wykorzystywany do monitorowania aktywności mózgu podczas eksperymentów nielaboratoryjnych.

Wykorzystanie bezwłóknistego, ubieralnego fNIRS do monitorowania aktywności mózgu w rzeczywistych zadaniach poznawczych

Tutaj opisujemy proste, nieinwazyjne podejście wykorzystujące spektroskopię bliskiej podczerwieni do oceny reaktywnego przekrwienia, sprzężenia nerwowo-naczyniowego i zdolności oksydacyjnej mięśni szkieletowych podczas jednej wizyty klinicznej lub laboratoryjnej.

Sprzężenie nerwowo-naczyniowe mięśni szkieletowych, zdolność oksydacyjna i funkcja mikrokrążenia dzięki spektroskopii bliskiej podczerwieni "One Stop Shop"

Ten protokół zintegrował spektroskopię bliskiej podczerwieni z konwencjonalnymi testami wysiłkowymi krążeniowo-oddechowymi, aby zidentyfikować udział mózgowej odpowiedzi hemodynamicznej w nietolerancji wysiłku u pacjentów z niewydolnością serca.

Integracja monitorowania wysycenia tkanki mózgowej w testach wysiłkowych krążeniowo-oddechowych u pacjentów z niewydolnością serca

Opisujemy protokół do nieinwazyjnego i ciągłego pomiaru bezwzględnego wskaźnika przepływu krwi w mikronaczyniach krwionośnych i nasycenia krwi tlenem za pomocą multimodalnego urządzenia opartego na optyce dyfuzyjnej bliskiej podczerwieni. Następnie oceniamy tempo metabolizmu zużycia tlenu i reaktywnego przekrwienia za pomocą testu okluzji naczyniowej.

Nieinwazyjne monitorowanie utlenowania mikrokrążenia i reaktywnego przekrwienia przy użyciu hybrydowej, rozproszonej spektroskopii optycznej w bliskiej podczerwieni do intensywnej terapii

Tutaj opisujemy nieinwazyjne podejście wykorzystujące spektroskopię bliskiej podczerwieni do oceny reaktywnego przekrwienia kończyny dolnej. Protokół ten zapewnia standaryzowaną ocenę reakcji naczyniowej i mikronaczyniowej, która może być wykorzystana do określenia obecności dysfunkcji naczyniowej, a także skuteczności interwencji terapeutycznych.

Spektroskopia bliskiej podczerwieni podczas przekrwienia reaktywnego w celu oceny funkcji naczyniowej kończyn dolnych

Biomechanika cyklowania opiera się na efektywnej aktywacji mięśni i stabilizacji mięśni głębokich. Termografia w podczerwieni (IRT) umożliwia nieinwazyjne monitorowanie zmęczenia mięśni. Protokół ten ustanawia ustandaryzowaną metodologię integracji IRT z analizą biomechaniczną, mającą na celu optymalizację wydajności i zapobieganie urazom u amatorów rowerzystów poprzez precyzyjne monitorowanie fizjologiczne.

Ustandaryzowany protokół monitorowania zmęczenia mięśni i biomechaniki u amatorskich rowerzystów z wykorzystaniem termografii w podczerwieni

Szczegółowo opisujemy nowy cewnik do fluorescencji w bliskiej podczerwieni (NIRF), służący do dwuwymiarowego wewnątrznaczyniowego obrazowania molekularnego biologii blaszki miażdżycowej in vivo. Cewnik NIRF umożliwia wizualizację kluczowych procesów biologicznych, takich jak zapalenie, poprzez wykrywanie obecności aktywowalnych i celowanych fluorochromów NIR wykazujących powinowactwo do blaszki miażdżycowej. Cewnik spełnia wymogi inżynieryjne i energetyczne stosowane w klinice i jest...

In vivo wewnątrznaczyniowe obrazowanie molekularne blaszek zapalnych z wykorzystaniem fluorescencji w bliskiej podczerwieni (NIRF) – multimodalne podejście do obrazowania miażdżycy

Opisujemy adaptację optycznej tomografii projekcyjnej (OPT)1 do obrazowania w bliskiej podczerwieni oraz implementację szeregu narzędzi obliczeniowych. Protokoły te umożliwiają ocenę masy β komórek trzustki (BCM) w większych próbkach, zwiększają wielokanałowość techniki i poprawiają jakość danych OPT.

Tomografia optyczna w bliskiej podczerwieni do oceny rozkładu masy komórek β w badaniach nad cukrzycą

Rehabilitacja oddechowa jest powszechnie uznawana w leczeniu chorób układu oddechowego. Kluczowym elementem udanej rehabilitacji oddechowej jest przestrzeganie zalecanego treningu fizycznego. Celem niniejszego protokołu jest opisanie sposobu, w jaki technologia ciągłego śledzenia danych może być wykorzystana do precyzyjnego pomiaru przestrzegania zalecanej intensywności treningu aerobowego.

Wykorzystanie technologii ciągłego śledzenia danych do badania przestrzegania zaleceń dotyczących ćwiczeń w rehabilitacji pulmonologicznej

Poznaj zastosowanie spektroskopii bliskiej podczerwieni do identyfikacji ograniczeń centralnych i obwodowych podczas wysiłku fizycznego. Metoda umożliwia nieinwazyjną ocenę utlenowania mózgu i mięśni.

Wykorzystanie urządzeń ubieralnych do spektroskopii bliskiej podczerwieni w celu identyfikacji ograniczeń centralnych i obwodowych podczas ćwiczeń (Wideo) | JoVE Journal

Wykorzystanie urządzeń ubieralnych do spektroskopii bliskiej podczerwieni w celu identyfikacji ograniczeń centralnych i obwodowych podczas ćwiczeń

Przeglądaj więcej filmów