Medicine

热红外成像来检测迟发性肌肉酸痛

Published: January 22, 2012 doi: 10.3791/3551

Hani H. Al-Nakhli¹, Jerrold S. Petrofsky^1,2, Michael S. Laymon², Lee S. Berk¹

¹Loma Linda University, ²Azusa Pacific University

Summary

本次调查的目的是评估是否使用红外热成像摄像机是一个有效的检测和定量运动后肌肉酸痛工具。

Abstract

迟发性肌肉酸痛（DOMS），又称运动引起的肌肉损伤（EIMD），通常是曾长时间的身体活动，并^开始练习1-4意外回合的个人经历，但也可以发生在运动员超出正常范围内行使他们的培训^5。痛苦的现象与此相关的症状范围从轻微的肌肉压痛，严重衰弱^疼痛 1,3,5 。这些症状和相关的不适，增加第一个24小时内终止行使，及24至72小时后练习^1,3之间的峰的强度。出于这个原因，DOMS的是经常运动损伤最常见的形式，可以影响一个人的表现，并成为许多^1,4恐吓之一。

在过去的三十年，DOMS的现象已经获得了相当数量的其中包括研究人员和专家，在运动生理学，体育，和康复^领域 6的兴趣。已有各种调查这种痛苦发生在其潜在的机制，治疗干预，并^1-5,7-12预防战略方面的研究发表。然而，这是显而易见的，从文学，DOMS不是一件容易的的病理量化，因为有一个变异之间的测量工具和方法，用来^量化这种情况下6。这是显而易见的，一个最好的评价措施DOMS的，这使得它难以核实是否在一个特定的干预确实有助于减少这种类型的疼痛或不相关的症状一直没有达成协议。因此，可以看出DOMS的有点含糊，因为许多研究取决于测量疼痛采用视觉模拟评分^{（VAS）10,13-15，}这是一种主观的，而不是一个客观的衡量。即使针肌肉活检，myofibre蛋白质的血药浓度可能会考虑一些大的变化，在这些血^蛋白 6金标准已记录^在 6,16，除了有时与微创技术相关的高风险。

因此，在目前的调查中，我们测试了皮肤的热红外（IR）成像行使肌肉以上技术检测相关的肌肉酸痛。红外热成像已被使用，被发现在自1950年的^17个不同类型的疾病和感染检测成功。但令人惊讶的是，附近没有完成DOMS和皮肤温度的变化。本次调查的主要目的是使用这种安全和非侵入性技术研究在DOMS的变化。

Protocol

1。演习

本实验的兴趣肌肘屈肌（肱二头肌）。
肌力测定每个参与者能够给每一个人一个合适的电阻。这是由测试其电阻最大（RM）的每个参与者。
为了测试的RM，我们用应变仪与计算机通过一个BIOPAC（DA - 100C）生物电放大器模块（BIOPAC系统，Goleta，CA）来衡量肌肉力量接口设备。该模块连接到MP - 100的模拟数字转换器的采样频率为1000赫兹每秒，分辨率24位（图10）。
应变计装置固定在45度角的长椅。受试者被指示坐在后面的设备和休息，他们的胳膊肘上填充区域，使劳累的力量通过手腕。这是最好的方式，以确保这个问题不会吨招聘二头肌（图11）以外的任何肌肉。
强度测定3次，每次收缩持续时间3秒分开约45秒的收缩。平均3个测量的RM。
后，决定为每个参与者的二头肌的RM，旨在锻炼会议进行了35％的RM。
所有科目都经历了同样的锻炼，使用适当的加权哑铃来诱导肌肉酸痛（DOMS）。这是做4套25重复二头肌浓度卷发，坐在椅子上，肘部与支持他们的大腿上（图12）。
每个主题是每套之间休息90秒的时期。主题或全套25重复，或奉命停止，如果他们没有稳定控制在演习中的重量。

2。红外线钙梅拉的制备及安装

房间里的红外线成像发生在一个恒定的温度，以尽量减少任何在室温下的差异，这可能导致虚假的热读数的外部偏置。对于这个实验的目的，我们有一个控制房间温度保持在约23 ° C（+ / - 0.5 ° C）。
相机被设置在1米以上的距离的距离，并在一个垂直的角度来看，皮肤被测量（图9A）*
成立所需的距离后，受试者被告知，直到图像已采取停滞不前。这不应该超过几秒钟，但它是非常关键的，以尽量减少运动，以确保拍摄的图像的准确性。
这是最好的，房间里有较深颜色的油漆，而不是浅色，最大限度地减少任何红外线的干扰。
照明也是很关键的处理与红外线图像，贝科时使用光源发出，像荧光灯或钨照明的红外线波可以提供虚假的高读数。最佳的照明选择是将一个房间配备了统一的LED灯，LED灯几乎不产生任何红外线的干扰（图9B）*.

*使用FLIR 660红外摄像机（图8），在这里我们比较在不同的角度（0（垂直），15，30，45和60度）的皮肤图像在我们的实验室进行了一系列测试，并从皮肤（1，2，5米）在不同的距离，准确地检测皮肤的温度。所有的图像进行了比较，校准的热电偶，并在垂直角度和距离在1米距离的皮肤（R = 0.93）的图像和热电偶读数之间的相关性最好。不同的角度和距离造成的损失点阵化，减少之间的图像和热电偶读数的整体相关。

3。图片阿奎rement

这个实验的目的，行使肌肉的形象是之前的练习，并在24和48小时后行使。
目标比其他来源的身体热量可能会破坏热图像和提供虚假的读数。出于这个原因，任何人都不应站在旁边或背后的预定目标。
在本次调查中，行使及非行使ARM的照片作比较。我们实行的武器之一，如前面提到的，和另一只手臂作为对照（图4和5）。
从红外摄像机的图像数字被立即记录在一个单独的电子表格，因为它可能是难以确定属于谁的形象。

4。图像处理与分析

收购的红外图像处理使用“ThermoVision ExaminIR”软件版本：1.10.2。
在选择所需的图像R分析，确定了四个地区的利益上获得的图像的手臂上使用的软件界面（图6）统计箱。
当整个手臂已经找到所需的地区，该软件显示每个选定区域的温度的方法和标准偏差。然后，我们可以比较每个地区，无论是跨单独或获取整个手臂的平均气温（图7）。

5。视觉类比量表及血液分析

视觉模拟评分（VAS）来评估主观酸痛的手臂。规模（100毫米）一个10厘米长的行标“无痛苦”的一端，并在另一端的“非常疮”。每一名学员都沿10厘米的线的一个标志，以表明他们的反应，以酸胀。
输精管的管理运动，运动后24小时，并在48小时前的科目。
外周血是COL从学科lected，测量血液中的肌红蛋白的浓度水平。
从受试者肘静脉血液是制定演习前，运动后30分钟结束，并在48小时内。
血液离心10分钟4000转，从细胞中分离血清。样品随后被保存于-80℃直至做了肌红蛋白的分析。
肌红蛋白测定采用一个TOSOH“友邦- 360”自动酶免疫分析仪（TOSOH公司，日本东京）。根据制造商的说明使用的肌红蛋白检测试剂盒（MYO 025297，ST友邦PACK肌红蛋白）。

6。代表性的成果

在本次调查采取的红外热图像的结果清楚地表示在图1。在3个时间段的41个科目的行使武器（运动前，运动后24小时，运动后48小时），拍摄的图像显示在温度显着增加，第2天（24小时运动后）时相比，运动前的温度，并在48小时内采取温度。正如图1所示，平均皮肤温度是32.80 + / - 1.03 ° C为1天（运动前）和33.96 + / - 1.46 ° C为2天（运动后24小时），32.82 + / - 第3天1.29（运动后48小时内）。这从1天到第2天皮肤温度差异有显着性意义（方差分析P <0.01）。

然而，对于未行使的手臂，其中包括3个时间段的变化并不明显。图1显示，皮肤的平均温度是33.08 + / - 0.83 ° C为1天（运动前）和32.79 + / - 1.42 °彗星第2天（24小时运动后）和33.17 + / - 0.95第3天（运动后48小时内）。这在皮肤温度超过3天的差异不显著（方差分析P = 0.38）。

从VAS疼痛读数结果如图2所示。图图2，报告的疼痛已对2和第3天的急剧增加。行使的肌肉疼痛程度增加，从3.6 + / - 6.1第1天，36.3 + / - 2天的22.8和37.5 + / - 25.3 3天。从第1天的增加有显着性意义（方差分析P <0.01）。

肌红蛋白的浓度水平的结果如图3所示。这个数字可以看出，第1天2肌红蛋白浓度（前，及30分钟后行使）之间几乎没有任何改变。但在第3天，在肌红蛋白的增加是非常大的。这3天增加约147微克每毫升血液（毫微克/毫升），较第1天第2浓度。肌红蛋白浓度分别为30.12 + / - 7.66 ng / mL的基线时，31.66 + / - 11.89 ng / mL的30分钟的运动后，和178.96 + / - 3天249.51纳克/毫升。这3天增加非常显著（方差分析P <0.01）。

皮肤温度之间的相关分析得到的红外图像，与VAS疼痛水平。结果发现，有相当的相关性之间的第2天VAS读数，第2天皮肤温度测量。这种相关性是显着性（R = 0.312，P <0.05）。然而，有没有明显的相关性之间的增值服务的读数，并在第3天的皮肤温度。这种相关性无显着相关（r = 0.047，P = 0.77）。

图1：一个代表在行使武器（钻石）的差异，在皮肤的温度，和行使联合国武器超过3天的时间内的41个科目（正方形）图。

图2：感知肌肉酸痛的测量差异与超过3天的时间内，所有的41个科目的的VAS的代表图。

图3一个代表超过3个时间段的所有41个科目中的肌红蛋白浓度差异图。

图4一）典型的一个主体行使 ARM的红外图像，然后再行使。 b）对同一科目手臂运动后24小时的红外图像。

图5一）典型的一个主题的联合国行使 ARM的红外图像，然后再行使。 b）对同一科目手臂运动后24小时的红外图像。

图6的4个地区的利益分析的THERM插图。人的手臂的形象。

图7。“ThermoVision ExaminIR”4箱利益行使手臂上显示红外图像化的软件界面。同时显示每个方块的统计解释。

图8。红外热成像摄像机，用于本次调查（FLIR 660）。

图9）安装红外摄像机1米距离科目ARM。 B）的LED灯用于图像被送往实验室。

图10
图10。）BIOPAC使用的模块，用于测量肌肉的力量。二）应变计装置固定到45 °角度工作台和挂接到BIOPAC系统。

图11
图11：一个典型的主题上的应变计设备施加力。

图12
图12：一个主题，接受诱导肌肉酸痛的运动协议。

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Discussion

本次调查的主要目的是评估的热红外成像检测和测量，剧烈运动后肌肉酸痛的实用性，而且，我们的结果表明，红外成像可以为检测DOMS的有效技术，特别是在第一次24小时行使，。这并不奇怪，Pennes ¹⁸提供了一个非常详细的模型热流从肌肉四肢皮肤。该模型预测，在深层组织如肌肉的热量可以通过导电的热交换进入血液和皮肤进入消退。当肌肉运动，显然，巨大的热量是在肌肉中的肌纤维，因为增加代谢的摩擦力由于。增加血液流向肌肉，也将有助于运动后的肌肉增加热量。因为肌肉是一个空壳组织，温度通常在32至33 ° C，血流增加行使米uscle它的方法的核心组织的温度是^37℃18,19 。这增加的血流量应该在几个小时内恢复正常后终止行使。但是，当温度仍然在运动后24小时升高，这表明，损害发生在行使的肌肉。这在肌肉损伤，导致额外的肌肉传热覆皮肤，导致皮肤下可检测的热点。

红外成像已被用于检测和诊断许多疾病^17,19-24。在人体温度的变化一直功能障碍的指标，增加热量的主要是与某种炎症^或感染17。因此，皮肤温度升高，发现24小时内所有科目的演习可能是肌肉中的血流量较高，因炎症^和组织损伤修复2的结果。此外，没有明显的INCR在联合国行使手臂的皮肤温度，减轻发生在3天的研究。因此，如果在行使手臂肌肉的血流量仍升高，温暖的血液，保持肌肉温暖，从而覆皮肤保持温暖。因此，妇女的乳腺肿瘤和皮肤癌，可以很容易地通过红外成像检测，因为增加血液流量^受影响的病变部位20,21。

一天2和3，增加3天的肌红蛋白浓度升高酸痛水平（VAS），DOMS的这两个指标。这表明，受试者没有疼痛运动后会。正如看到的结果，是在同一天，第2天增加皮肤的温度，和增加疼痛水平之间的关系。肌红蛋白浓度升高，在第3天，而皮肤温度回到正常。这肌红蛋白进入血液的延迟释放，可能是由于肌肉小号^25,26运动后的肌肉纤维发生炎症和损伤的反应较慢。

然而，3至5天以后，仍然可以是轻微的组织修复和重建，即使血流量可能接近正常。这是为什么^路 3天，我们没有看到一个皮肤温度和疼痛水平之间的相关性，因为损害已经完成。因此，我们认为，这是预测酸胀的，因为它表明，如果你持续24小时增加组织血流量，那么你知道你有损害组织。这种损害是验证增值的读数，并在血液中的肌红蛋白浓度。因此，较高的皮肤温度的读数运动后24小时，sorer的主题将是以后。

因此，红外热成像有很大的价值在其早期阶段检测DOMS的。它也将是有趣的，无痛的方式，looki吴已行使及酸痛的肌肉，运动后小时。在运动设置，这DOMS的早期发现可能有助于降低伤害的发生率从过度锻炼肌肉酸痛天以下的初步行使。

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Disclosures

没有利益冲突的声明。

Acknowledgments

我们要感谢来自辉瑞制药支持这项工作的合同（WS1763368）。我们还要感谢他们的支持沙特高等教育部（漠河）。

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.