Summary
Formålet med denne undersøgelse var at vurdere, om der ved hjælp af en infrarød termisk kamera er et brugbart redskab til at afsløre og kvantificere de muskelømhed efter træning.
Abstract
Forsinket indtræden muskel ømhed (DOMS), også kendt som motion inducerede muskelskader (EIMD), er almindeligvis opleves hos personer, som har været fysisk inaktiv i længere tid, og begynde med en uventet anfald af motion 1-4, men kan også optræder i atleter, der udøver ud over deres normale grænser for uddannelse 5. De symptomer forbundet med denne smertefulde fænomen kan variere fra let muskelømhed, til svære invaliderende smerter 1,3,5. Intensiteten af disse symptomer og de relaterede ubehag øges inden for de første 24 timer efter afslutningen af øvelsen, og toppe mellem 24 til 72 timer efter motion 1,3. Af denne grund er DOMS en af de mest almindelige tilbagevendende former for sports skade, som kan påvirke den enkeltes præstation, og blive skræmmende for mange 1,4.
For de sidste 3 årtier har DOMS fænomenet fået en betydelig mængdeaf interessen blandt forskere og specialister inden for motion fysiologi, sport og genoptræning felterne 6. Der har været en række offentliggjorte undersøgelser af denne smertefulde forekomst i forhold til de underliggende mekanismer, behandling interventioner og forebyggende strategier 1-5,7-12. Men det fremgår af litteraturen, at DOMS ikke er en nem patologi at kvantificere, da der er en bred mængde af variation mellem de måleredskaber og metoder til at kvantificere denne betingelse 6. Det er indlysende, at der ikke er indgået aftale om en bedste vurdering foranstaltning for DOMS, hvilket gør det vanskeligt at kontrollere, om en specifik intervention virkelig hjælper med at reducere symptomer forbundet med denne form for ømhed eller ej. Således kan DOMS ses som noget tvetydig, fordi mange undersøgelser er afhængige af at måle ømhed ved hjælp af en visuel analog skala (VAS) 10,13-15, som er en subjektiv snarere end et objektivt mål. Selvom nålbiopsier af musklen, og blodets indhold af myofibre proteiner kan anses for en guldstandard til omkring 6, store variationer i nogle af disse blodets proteiner er blevet dokumenteret 6,16, i tillæg til den høje risiko, undertiden forbundet med invasive teknikker.
Derfor, i den aktuelle undersøgelse, testede vi en termisk infrarød (IR) til billeddannelse teknik af huden over udøves muskel til at opdage de tilknyttede muskelømhed. Infrarød termografi er blevet brugt, og fundet at få succes med at opdage forskellige typer af sygdomme og infektioner siden 1950'erne 17. Men overraskende nok, er tæt på intet blevet gjort på DOMS og ændringer i hudens temperatur. Hovedformålet med denne undersøgelse var at undersøge ændringer i DOMS bruge denne sikker og non-invasiv teknik.
Protocol
1. Udnyttelsesperioden
- Musklen af interesse for dette eksperiment var det albuen flexors (biceps brachii).
- Muskelstyrke blev målt for hver deltager at være i stand til at give hver enkelt en passende modstand. Dette blev bestemt ved at teste hver enkelt deltager for deres modstand maksimum (RM).
- For at teste RM, brugte vi en strain gauge enhed tilsluttes en computer via en BioPac (DA-100C) bioelektrisk forstærker modul (BioPac Systems, Goleta, CA) til at måle muskelstyrke. Modulet var forbundet med en MP-100 analog til digital konverter prøveudtagning med en frekvens på 1.000 hertz per sekund, og med en opløsning på 24 bit (Fig. 10).
- Den strain gauge enhed var fastgjort til en bænk i en 45 ° vinkel. Forsøgspersonerne blev instrueret i at sidde bag enheden og hviler deres albuer på det polstrede området, således at den anstrengelse kraft er gennem deres håndled. Det var den bedste måde at sikre, at emnet vil der ikket rekruttere nogen muskler end biceps (Fig. 11).
- Styrke blev bestemt på 3 lejligheder med hver sammentrækning er 3 sekunders varighed med 45 sekunder adskiller sammentrækninger. Gennemsnittet af de 3 målinger var RM.
- Efter fastlæggelse af RM for biceps muskel i hver enkelt deltager, blev den påtænkte samling, der blev gennemført med 35% af RM.
- Alle emner gennemgik den samme øvelse med passende vægtet håndvægte til at inducere den muskel ømhed (DOMS). Dette blev udført ved at lave 4 sæt af 25 gentagelser af biceps koncentration krøller, mens siddende på en stol, og med albuerne støttet på deres lår (Fig. 12).
- Hvert emne fik en 90 sekunder hvileperiode mellem hvert sæt. Emner enten ikke gav det fulde sæt af 25 gentagelser, eller blev instrueret i at stoppe, hvis de undlod at støt kontrollere vægten under øvelsen.
2. Infra-Red CaMera Forberedelse og opsætning
- Det rum, hvor den infrarøde imaging foregår blev sat ved en konstant temperatur for at minimere eventuelle eksterne bias fra forskelle i stuetemperatur, hvilket kunne føre til forkerte termiske behandlinger. I forbindelse med dette forsøg havde vi en temperaturkontrolleret rum, som blev fastholdt på cirka 23 ° C (+ / - 0,5 ° C).
- Kameraet blev sat i en afstand af 1 meter væk, og i en lodret vinkel til huden, der måles (Fig. 9a) *.
- Efter den nødvendige afstand, blev oprettet, blev de emner rådet til at stå stille, indtil billedet er taget. Dette bør ikke tage mere end et par sekunder, men det er meget afgørende for at minimere bevægelse for at sikre nøjagtigheden af de trufne billedet.
- Det er at foretrække, at rummet har mørkere farvet maling, snarere end lysere farver, for at minimere eventuelle infrarøde indblanding.
- Belysning er også kritisk, når der beskæftiger sig med infrarød billeder, becabruge lyskilde, der udsender infrarøde bølger som fluorescerende eller wolfram belysning kan give falske høje målinger. Den bedste belysning løsning ville være et rum udstyret med ensartede LED-lys, som LED-lys næppe har nogen infra-rød interferens (fig. 9b) *.
* En række forsøg blev gjort på vores laboratorier ved hjælp af FLIR 660 IR kamera (Fig. 8), hvor vi sammenlignet billeder af huden på forskellige vinkler (0 (lodret), 15, 30, 45 og 60 grader), og på forskellige afstande (1, 2 og 5 meter) fra huden, for nøjagtigt at registrere temperaturen i huden. Alle billeder blev sammenlignet med kalibreret termoelementer, og den bedste sammenhæng mellem billederne og termoelementet aflæsninger var på en lodret vinkel og i en afstand af 1 meter væk fra huden (r = 0,93). De forskellige vinkler og afstande forårsagede en pixilation tab, og faldt den overordnede sammenhæng mellem billeder og termoelement aflæsninger.
3. Billede Acquirement
- Med henblik på dette eksperiment, var billedet af de udnyttede musklen træffes før motion, og 24, og 48 timer efter motion.
- Kropsvarme fra andre kilder end målet kan forstyrre de termiske image og give falske aflæsninger. Af denne grund bør ingen stå ved siden af eller bag det tilsigtede mål.
- I denne undersøgelse, var billeder af både de udnyttede og ikke-udnyttede arm taget for sammenligning. Vi har udnyttet en af de våben, som blev nævnt tidligere, og den anden arm blev brugt som en kontrol (Fig. 4 og 5).
- Billede numre fra IR-kameraet blev registreret øjeblikkeligt på et separat regneark, som det kunne være svært at identificere, hvilke billeder tilhører hvem.
4. Image Processing & Analyser
- De tilkøbte IR-billeder blev behandlet ved hjælp af "ThermoVision ExaminIR" Software Version: 1.10.2.
- Når du har valgt det ønskede billede forr analyse, fire regioner af interesse blev identificeret på erhvervet billedet af armen ved hjælp af statistiske bokse på software-interface (Fig.6).
- Når det ønskede regioner i hele armen er blevet placeret, softwaren viser Midler og standardafvigelser af temperaturer for hver af de udvalgte regioner. Vi kan så enten krydse sammenligne de enkelte regioner hver for sig eller få en gennemsnitlig temperatur på hele armen (fig. 7).
5. Visuel Analog Skala & Blood Analysis
- En visuel analog skala (VAS) blev anvendt til at vurdere subjektive ømhed af armen. Skalaen havde en 10 cm (100mm) lang linie mærket "ingen smerter" i den ene ende, og "ekstremt ømme" i den modsatte ende. Hver deltager blev rettet til at gøre et mærke langs de 10 cm linien for at indikere deres reaktion på ømhed.
- VAS er blevet givet til de emner, før øvelsen, 24 timer efter motion, og ved 48 timer.
- Perifere blod var Colvalgt ud fra de emner, til at måle myoglobin koncentration i blodet.
- Blodet blev trukket fra de emner antecubital vene før motion, 30 minutter efter øvelsen var overstået, og ved 48 timer.
- Blodet blev centrifugeret ved 4000 rpm i 10 min til adskille serum fra cellerne. Prøverne blev derefter opbevaret ved -80 ° C indtil analyser af myoglobin blev gjort.
- Myoglobin blev målt ved hjælp af en Tosoh "AIA-360" Automated Enzymimmunoassay Analyzer (Tosoh Corp, Tokyo, Japan). Den myoglobin Assay kits (Myo 025297, ST AIA-PACK Myoglobin) blev anvendt i henhold til fremstiller instruktioner.
6. Repræsentative resultater
Resultaterne af IR termiske billeder taget i løbet af denne undersøgelse er klart repræsenteret i figur 1. Billeder, der tages på de 3 perioder (præ-øvelse, 24 timer efter motion, og 48 timer efter motion) for de udnyttede armene på de 41 emner, visteen mærkbar stigning i temperaturen på dag 2 (24 timer efter træning) i forhold til at pre-motion temperaturer, og temperaturer taget på 48 timer. Som det fremgår af figur 1, er den gennemsnitlige hudtemperatur var 32,80 + / - 1,03 ° C i dag 1 (præ-motion), og 33,96 + / - 1,46 ° C for dag 2 (24 timer efter motion), og 32,82 + / - 1,29 for 3. dag (48 timer efter motion). Denne forskel i hudens temperatur fra dag 1 til dag 2 var signifikant (ANOVA p <0,01).
Men for un-udnyttede armen, blev ændringer blandt de 3 perioder ikke indlysende. Figur 1 viser, at den gennemsnitlige hudtemperatur var 33,08 + / - 0,83 ° C i dag 1 (præ-motion), og 32,79 + / - 1,42 ° C for dag 2 (24 timer efter motion), og 33,17 + / - 0,95 for 3. dag (48 timer efter motion). Denne forskel i hudens temperatur over de 3 dage var ikke signifikant (ANOVA p = 0,38).
Resultaterne af smerter aflæsninger fra VAS er vist i figur 2. Som det ses i figURE 2, rapporterede smerte var en dramatisk stigning på dag 2 og 3. Smerter niveauer for de udnyttede musklen steget fra 3,6 + / - 6,1 på dag 1, til 36,3 + / - 22,8 på dag 2, og 37,5 + / - 25,3 på dag 3. Denne stigning fra dag 1 var signifikant (ANOVA p <0,01).
Resultaterne af myoglobin koncentrationsniveauer er vist i figur 3. Som det ses i dette tal, var der næsten ingen ændring mellem de 2 myoglobin koncentrationen på dag 1 (pre, og 30 minutter efter motion). Men på dag 3, var stigningen i myoglobin meget store. Denne stigning på dag 3 blev cirka 147 nanogram per milliliter (ng / ml) blod i forhold til de første 2-koncentrationer på dag 1. Myoglobin koncentrationer var 30,12 + / - 7,66 ng / ml ved baseline, 31,66 + / - 11,89 ng / ml 30 minutter efter træning, og 178,96 + / - 249,51 ng / ml på dag 3. Denne stigning på dag 3 var meget signifikant (ANOVA p <0,01).
En korrelationsanalyse blev udført mellem huden temperatureropnået fra IR-billeder, og VAS ømhed niveauer. Det blev konstateret, at der var en betydelig sammenhæng mellem VAS-målingerne på dag 2, og huden temperaturmåling på dag 2. Denne sammenhæng var signifikant (r = 0,312, p <0,05). Men der var ingen tydelig sammenhæng mellem VAS-målingerne og huden temperaturer på dag 3. Denne sammenhæng var ubetydelig (r = 0,047, p = 0,77).
Figur 1. En repræsentant grafisk fremstilling af forskelle i hudens temperatur i de udnyttede armene (ruder), og un-udnyttede våben (Kvadrater) af de 41 forsøgspersoner over de 3 dage periode.
Figur 2. En repræsentant graf af forskellene i opfattelsen af muskelømhed målt med VAS over de 3 dage periode for alle de 41 fag.
Figur 3. En repræsentant graf over forskellene i myoglobin koncentrationer for alle de 41 forsøgspersoner over de 3 perioder.
Figur 4. A), en typisk IR-billede af et motiv er udnyttet arm, før øvelsen. B) en IR-billede af de samme emner armen 24 timer efter øvelsen.
Figur 5. A), en typisk IR-billede af et emne i FN-udnyttede arm, før øvelsen. B) en IR-billede af de samme emner armen 24 timer efter øvelsen.
Figur 6. En illustration af de 4 områder af interesse for at analysere thermAl billede af armen.
Figur 7. Software interface til "ThermoVision ExaminIR", der viser de 4 kasser af renter på en IR-billede af en udøvet arm. Også vist er de statistiske tolkninger for hver boks.
Figur 8. IR termisk kamera, der anvendes til denne undersøgelse (FLIR 660).
Figur 9. A) Opsætning af IR kamera 1 meter væk fra fagene armen. B) LED-lys bruges i laboratoriet, hvor billederne blev taget.
Figur 10. A) BioPac Moduler bruges til måling af muskelstyrke. B) De strain gauge enhed fastgjort til en 45 ° vinklet bænk og hooked på BioPac systemet.
Figur 11. Et typisk emne kræfter på strain gauge enhed.
Figur 12. Et emne under udøvelsen protokol for formå muskelømhed.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Det primære formål med denne undersøgelse var at vurdere nytten af termisk IR-billeddannelse i detektering og måling af muskelømhed efter anstrengende motion, og vores resultater tyder på, at IR-billeddannelse kunne være en brugbar metode til påvisning af DOMS, især inden for de første 24 timer efter motion. Dette er ikke overraskende, eftersom Pennes 18, såfremt en meget detaljeret model af varmestrøm fra muskel til huden i lemmerne. Denne model forudsiger, at varmen i dybere væv som muskler kan spredes i blodet og ind i huden gennem ledende varmeveksling. Når musklerne motion, naturligvis, er enorm varme, der udvikles i musklen som følge af friktionskræfter af muskelfibre og på grund af den øgede stofskifte. Øget blod strømmer til musklen vil også bidrage til den øgede varme i musklen efter træning. Fordi musklen er en shell væv, temperaturen er normalt 32 til 33 ° C, men når blodtilførslen øges til de udnyttede muscle den nærmer temperaturen i kernen væv, der er 37 ° C 18,19. Denne øgede blodgennemstrømning skulle gå tilbage til det normale inden for et par timer efter motion opsigelsen. Men når temperaturerne er stadig forhøjet 24 timer efter motion, viser dette, at skaden er sket med udøves muskel. Denne skade i musklen medfører yderligere varmeoverførsel fra musklen til den overliggende hud, hvilket medfører en påviselig hot spot under huden.
IR-billeddannelse har været brugt til at opdage og diagnosticere mange sygdomme 17,19-24. Ændringer i den menneskelige krops temperatur har altid været indikatorer for dysfunktion, hvor øget varme er primært forbundet med en vis form for betændelse eller infektion 17. Således forhøjede hudtemperatur fundet 24 timer efter motion i alle fag er muligvis et resultat af højere blod flyder i musklerne på grund af betændelse, og vævsskader reparation 2. Det er heller ikke mærkbar Incrletter i huden temperatur af FN-udnyttede arm fundet sted i løbet af de 3 dage af undersøgelsen. Derfor, hvis muskel blodgennemstrømningen forblev forhøjede i de udnyttede armen, ville de varmere blodet holde musklerne varme og dermed den overliggende hud ville holde varmen. Som et resultat, kan bryst tumorer hos kvinder, og hudkræft kan let afsløres ved IR-billeddannelse på grund af den øgede blodet strømmer til de berørte læsion site til 20,21.
Den forhøjede ømhed niveauer (VAS) på dag 2 og 3, og den øgede myoglobin koncentrationer på dag 3 er begge indikatorer for DOMS. Dette viser, at de emner fik ondt efter træning. Som det sås i de resultater, der var en sammenhæng mellem den øgede hudtemperatur på dag 2, og det øgede ømhed niveauer på samme dag. Myoglobin koncentrationer var stadig forhøjet på dag 3, mens huden temperaturer blev vender tilbage til normal. Dette forsinkede frigivelse af myoglobin i blodet, kan skyldes, at musklens langsommere reaktion på betændelse og skader, der opstår i muskelfibrene efter træningen 25,26.
Men 3 til 5 dage senere, kan der stadig være mindre væv reparation og genopbygning, selvom blodgennemstrømningen måske tæt på normal. Det er derfor på den 3. dag vi ikke ser en sammenhæng mellem hudtemperatur og ømhed niveauer, fordi skaden allerede var sket. Derfor mener vi, at dette er prædiktive for ømhed, fordi det viser, at hvis du får vedvarende 24 timer stigning i væv blodgennemstrømning, så ved du, at du har fået skader på væv. Denne skade blev verificeret af VAS behandlinger, og det myoglobin koncentrationer i blodet. Således, at jo højere huden temperaturmålinger 24 timer efter motion, sorer emnet ville blive senere.
Derfor ville IR termografi være af stor værdi i at afsløre DOMS i sin vorden. Det ville også være en interessant og smertefri måde at looking på muskler, der er blevet udnyttet, og er ømme, timer efter øvelsen er slut. I en sport indstilling, kunne denne tidlige påvisning af DOMS medvirke til at nedsætte forekomsten af skader fra over-udøve ømme muskler på dage, efter den første øvelse.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Ingen interessekonflikter erklæret.
Acknowledgments
Vi ønsker at anerkende en kontrakt (WS1763368) fra Pfizer Pharmaceuticals for støtte i dette arbejde. Vi vil også gerne takke de saudiarabiske Ministeriet for Videregående Uddannelser (Mohe) for deres støtte.
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
- Cheung, K., Hume, P. A., Maxwell, L. Delayed Onset Muscle Soreness: Treatment strategies and Performance Factors. Sports. Med. 33, 145-164 (2003).
- MacIntyre, D. L., Reid, W. D., McKenzie, D. C. Delayed Muscle Soreness: The Inflammatory Response to Muscle Injury and its Clinical Implications. Sports. Med. 20, 24-40 (1995).
- Armstrong, R. B. Mechanisms of exercise-induced delayed onset muscular soreness: a brief review. Medicine and Science in Sports and Exercise. 16, 529-538 (1984).
- Howatson, G., Someren, K. A. V. The Prevention and Treatment of Exercise-Induced Muscle Damage. Sports. Med. 38, 483-503 (2008).
- Petrofsky, J. Comparison of Different Heat Modalities for Treating Delayed-Onset Muscle Soreness in People with Diabetes. Diabetes Technology & Therapeutics. 13, 645-655 (2011).
- Warren, G. L., Lowe, D. A., Armstrong, R. B. Measurement Tools Used in the Study of Eccentric Contraction-Induced Injury. Sports. Med. 27, 43-59 (1999).
- Hilbert, J. E., Sforzo, G. A., Swensen, T. The Effects of Massage on Delayed Onset Muscle Soreness. Br. J. Sports. Med. 37, 72-75 (2003).
- Symons, T. B., Clasey, J. L., Gater, D. R., Yates, J. W. Effects of Deap Heat as a Preventative Mechanism on Delayed Onset Muscle Soreness. Journal of Strength and Conditioning Research. 18, 155-161 (2004).
- Vaile, J. M., Gill, N. D., Blazevich, A. J. The Effect of Contrast Water Therapy on Symptoms of Delayed Onset Muscle Soreness. Journal of Strength and Conditioning Research. 21, 697-702 (2007).
- Stone, M. B., Merrick, M. A., Ingersoll, C. D., Edwards, J. E. Preliminary Comparison of Bromelain and Ibuprofen for Delayed Onset Muscle Soreness Management. Clinical Journal of Sports Medicine. 12, 373-378 (2002).
- Barlas, P. Managing Delayed-Onset Muscle Soreness: Lack of Effect of Selected Oral Systemic Analgesics. Arch. Phys. Med. Rehabil. 81, 966-972 (2000).
- Jackman, S. R., Witard, O. C., Jeukendrup, A. E., Tipton, K. D. Branched-Chain Amino Acid Ingestion Can Ameliorate Soreness from Eccentric Exercise. Medicine & Science in Sports & Exercise. 42, 962-970 (2010).
- Law, F. rey, A, L. Massage Reduces Pain Perception and Hyperalgesia in Experimental Muscle Pain: A Randomized, Controlled Trial. The Journal of Pain. 9, 714-721 (2008).
- Vaile, J., Halson, S., Gill, N., Dawson, B. Effect of hydrotherapy on the signs and symptoms of delayed onset muscle soreness. European Journal of Applied Physiology. 102, 447-455 (2007).
- Vinck, E., Cagnie, B., Coorevits, P., Vanderstraeten, G., Cambier, D. Pain reduction by infrared light-emitting diode irradiation: a pilot study on experimentally induced delayed-onset muscle soreness in humans. Lasers in Medical Science. 21, 11-18 (2006).
- Clarkson, P. M., Ebbeling, C. Investigation of Serum Creatine Kinase Variability after Muscle-Damaging Exercise. Clin. Sci. 75, 257-261 (1988).
- Jiang, L. J. A perspective on medical infrared imaging. Journal of Medical Engineering & Technology. 29, 257-267 (2005).
- Pennes, H. H. Analysis of Tissue and Arterial Blood Temperatures in the Resting Human Forearm. J. Appl. Physiol. 1, 93-122 (1948).
- Ivanitsky, G. R., Khizhnyak, E. P., Deev, A. A., Khizhnyak, L. N. Thermal imaging in medicine: A comparative study of infrared systems operating in wavelength ranges of 3–5 and 8-12 μm as applied to diagnosis. Doklady Biochemistry and Biophysics. 407, 59-63 (2006).
- Herman, C., Cetingul, M. P. Quantitative Visualization and Detection of Skin Cancer Using Dynamic Thermal Imaging. J. Vis. Exp. (51), e2679-e2679 (2011).
- Wang, J. Evaluation of the diagnostic performance of infrared imaging of the breast: a preliminary study. BioMedical Engineering OnLine. 9, 3-3 (2010).
- Murray, A. K. Noninvasive imaging techniques in the assessment of scleroderma spectrum disorders. Arthritis & Rheumatism. 61, 1103-1111 (2009).
- Zaproudina, N., Ming, Z., Hanninen, O. O. P. Plantar Infrared Thermography Measurements and Low Back Pain Intensity. Journal of Manipulative and Physiological Therapeutics. 29, 219-223 (2006).
- Kim, Y. -C., Bahk, J. -H., Lee, S. -C., Lee, Y. -W. Infrared Thermographic Imaging in the Assessment of Successful Block on Lumbar Sympathetic Ganglion. Yonsei Medical Journal. 44, 119-124 (2003).
- Brancaccio, P., Lippi, G., Maffulli, N.
- Neubauer, O., König, D., Wagner, K. -H. Recovery after an Ironman triathlon: sustained inflammatory responses and muscular stress. European Journal of Applied Physiology. 104, 417-426 (2008).
