Summary
Hensikten med denne undersøkelsen var å vurdere om bruk av en infrarød termiske kameraet er en gyldig verktøy for å oppdage og kvantifisere de stølhet etter trening.
Abstract
Forsinket start stølhet (DOMS), også kjent som mosjon induced muskelskade (EIMD), er ofte oppleves i personer som har vært fysisk inaktive over lengre perioder, og begynne med en uventet anfall av trening 1-4, men kan også forekomme i utøvere som trener utover sine normale grenser for trening 5. Symptomene knyttet til denne smertefulle fenomenet kan variere fra liten muskel ømhet, til alvorlige svekkende smerter 1,3,5. Intensiteten av disse symptomene og de relaterte ubehag øker innenfor de første 24 timer etter opphør av øvelsen, og topper mellom 24 til 72 timer etter trening 1,3. Av denne grunn er DOMS en av de vanligste tilbakevendende former for sport skader som kan påvirke et individs prestasjoner, og bli skremmende for mange 1,4.
For de siste tre tiårene har DOMS fenomenet fått et betydelig beløpav interesse blant forskere og spesialister innen treningsfysiologi, sport og rehabilitering felt 6. Det har vært en rekke publiserte studier undersøke denne smertefulle forekomst i forhold til de underliggende mekanismene, behandlingstiltak og forebyggende strategier 1-5,7-12. Men det er tydelig fra litteraturen at DOMS er ikke en enkel patologi å kvantifisere, da det er et stort antall variasjoner mellom måleverktøy og metoder som brukes for å kvantifisere denne tilstanden 6. Det er åpenbart at ingen avtale er gjort på en best mulig evaluering tiltak for DOMS, noe som gjør det vanskelig å verifisere om en spesifikk intervensjon virkelig hjelper på å redusere symptomer forbundet med denne type sårhet eller ikke. Dermed kan DOMS sees som noe tvetydig, fordi mange studier avhenge måle sårhet ved hjelp av en visuell analog skala (VAS) 10,13-15, som er en subjektiv snarere enn et objektivt mål. Selv om nålbiopsier av muskel og blod nivåer av myofibre proteiner kan betraktes som en gullstandard for noen 6, store variasjoner i noen av disse blodproteiner er dokumentert 6,16, i tillegg til høy risiko ofte forbundet med invasive teknikker.
Derfor, i den nåværende etterforskningen, testet vi en termisk infrarødt (IR) avbildningsteknikk av huden ovenfor utøves muskler til å oppdage de tilknyttede stølhet. Infrarød termografi er blitt brukt, og funnet å være vellykket i å oppdage ulike typer sykdommer og infeksjoner siden 1950-tallet 17. Men overraskende, har nær ingenting blitt gjort på DOMS og endringer i huden temperatur. Hovedformålet med denne undersøkelsen var å undersøke endringer i DOMS bruker dette trygt og ikke-invasiv teknikk.
Protocol
1. Exercise
- Den muskelen av interesse for dette eksperimentet var albuen flexors (Biceps brachii).
- Muskelstyrke ble målt for hver deltaker skal kunne gi hver enkelt en passende motstand. Dette ble bestemt ved å teste hver enkelt deltaker for sin motstand maksimum (RM).
- For testing av RM, brukte vi en påkjenning måle-enhet integrert med en datamaskin via en BioPac (DA-100C) bioelectric forsterker modul (BioPac Systems, Goleta, CA) for å måle muskelstyrke. Modulen ble koblet til en MP-100 analog til digital omformer prøvetaking på en frekvens på 1000 hertz per sekund, og med en oppløsning på 24 bit (Fig. 10).
- Presset gauge enheten ble festet til en benk i 45 ° vinkel. Testpersonene ble bedt om å sitte bak enheten og hvile albuene på det polstrede området, slik at anstrengelse kraften er gjennom sine håndledd. Dette var den beste måten å sikre at motivet vil ingent rekruttere noen muskel enn biceps (Fig. 11).
- Strength ble bestemt på tre anledninger med hver sammentrekning være 3 sekunder i varighet med ca 45 sekunder skiller sammentrekningene. Gjennomsnittet av de tre målingene var RM.
- Etter fastsettelse av RM for biceps muskelen av hver deltaker, var ment sesjon av øvelsen gjennomføres med 35% av RM sine.
- Alle fag gjennomgikk den samme øvelsen med passende vektet dumbbells å indusere stølhet (DOMS). Dette ble gjennomført ved å gjøre 4 sett på 25 repetisjoner på biceps konsentrasjon krøller mens du sitter på en stol, og med albuene støttes på lårene (Fig. 12).
- Hver gjenstand ble gitt en 90 andre hvileperioden mellom hvert sett. Emner enten gjorde komplett sett med 25 repetisjoner, eller ble bedt om å slutte hvis de ikke klarte å stadig kontrollere vekten under øvelsen.
2. Infra-Red CaMera Forberedelser og klargjøring
- Rommet der den infra-røde bildebehandling foregår ble satt til en konstant temperatur for å minimere eventuelle eksterne partiskhet fra forskjeller i romtemperatur, noe som kan føre til falske termisk avlesninger. For hensikten med dette eksperimentet hadde vi en temperaturkontrollert rom som ble opprettholdt på ca 23 ° C (+ / - 0.5 ° C).
- Kameraet ble satt på en avstand av 1 meter unna, og på en vinkelrett vinkel til huden blir målt (Fig. 9a) *.
- Etter den nødvendige distansen ble satt opp, ble fagene rådet til å stå stille til bildet er tatt. Dette bør ikke ta mer enn et par sekunder, men det er svært viktig å minimere bevegelse for å sikre nøyaktigheten av tatt bildet.
- Det er ønskelig at rommet har mørkere farget maling, snarere enn lysere farger, for å minimere eventuelle infra-rød innblanding.
- Belysning er også viktig når du arbeider med infrarøde bilder, becabruke lyskilde som sender ut infrarøde bølger som fluorescerende eller tungsten belysning kan gi falske høye målinger. Det beste belysningen alternativet ville være et rom utstyrt med uniform LED lys, som LED-lys neppe gi noen infra-rødt forstyrrelse (Fig. 9b) *.
* En rekke tester ble gjort ved våre laboratorier bruker FLIR 660 IR Kamera (Fig. 8), der vi sammenlignet bilder av huden på forskjellige vinkler (0 (vinkelrett), 15, 30, 45 og 60 grader), og på ulike avstander (1, 2 og 5 meter) fra huden, til nøyaktig oppdage temperaturen i huden. Alle bildene ble sammenlignet med kalibrert termoelementer, og den beste korrelasjon mellom bildene og termoelementet målingene var på en vinkelrett vinkel og på en avstand av 1 meter vekk fra huden (r = 0,93). De ulike vinkler og avstander forårsaket et pixilation tap, og redusert den generelle sammenhengen mellom bildene og termoelementet avlesninger.
3. Bilde Acquirement
- For hensikten med dette eksperimentet, var bildet av den utøves muskel tas før trening, og ved 24 og 48 timer etter trening.
- Kroppsvarme fra andre kilder enn målet kunne forstyrre den termiske bildet og gi falske avlesninger. Av denne grunn bør ingen bli stående ved siden av eller bak det tiltenkte målet.
- I denne undersøkelsen, var bilder av både utøves og ikke-utøvde arm tatt for sammenligning. Vi utøvde en av armer, som ble nevnt tidligere, og den andre armen ble brukt som en kontroll (Fig. 4 og 5).
- Bilde tall fra IR-kamera ble registrert umiddelbart på et eget regneark, som det kunne være vanskelig å identifisere hvilke image tilhører hvem.
Fire. Bildebehandling og Analyser
- De oppkjøpte IR-bilder ble behandlet med "ThermoVision ExaminIR" software Versjon: 1.10.2.
- Når du har valgt ønsket bilde forr analyse, fire regioner av interesse ble identifisert på den ervervede bilde av armen hjelp av statistiske bokser på programvare grensesnitt (figur 6).
- Når ønsket regioner over hele armen har blitt lokalisert, viser programvaren Betyr og standardavvik av temperaturer for hver av de utvalgte regioner. Vi kan da enten krysse sammenligne hver region enkeltvis eller få en gjennomsnittlig temperatur i hele armen (Fig. 7).
5. Visual Analog Scale & Blood Analysis
- En visuell analog skala (VAS) ble brukt til å vurdere subjektive sårhet i armen. Skalaen hadde en 10 cm (100mm) lang linje merket "ingen smerter" i den ene enden og "svært sår" i motsatt ende. Hver deltaker ble rettet å lage et merke langs den 10 cm linje for å indikere deres respons til sårhet.
- VAS er ble gitt til fagene før øvelsen, 24 timer etter trening, og på 48 timer.
- Perifert blod var coltes fra fagene for å måle myoglobin konsentrasjonen i blodet.
- Blodet ble trukket fra fagene antecubital venen før øvelsen, var 30 minutter etter trening over, og på 48 timer.
- Blodet ble sentrifugert ved 4000 rpm i 10 min å skille serum fra cellene. Prøvene ble deretter lagret ved -80 ° C til analysene av myoglobin ble gjort.
- Myoglobin ble målt ved hjelp av en Tosoh "AIA-360" Automated enzym immunoassay Analyzer (Tosoh Corp, Tokyo, Japan). Den myoglobin Assay kits (Myo 025297, ST AIA-PACK Myoglobin) ble brukt i henhold til de produserer instruksjoner.
Seks. Representant Resultater
Resultatene av IR termiske bilder tatt i løpet av denne etterforskningen er tydelig representert i figur 1. Bilder tatt på tre tidsperioder (før trening, 24 timer etter trening, og 48 timer etter trening) for utøvde armer av de 41 fagene, visteen merkbar økning i temperaturen på dag 2 (24 timer etter trening) sammenlignet med pre-trening temperaturer, og temperaturene tatt på 48 timer. Som vist i figur 1, var gjennomsnittlig hudtemperatur 32.80 + / - 1,03 ° C for dag 1 (pre-øvelse) og 33.96 + / - 1,46 ° C for dag 2 (24 timer etter trening), og 32,82 + / - 1,29 for dag 3 (48 timer etter trening). Denne forskjellen i huden temperaturen fra dag 1 til dag 2 var signifikant (ANOVA p <0,01).
Men for de un-utøvd arm ble endringer blant de tre tidsperioder ikke tydelig. Figur 1 viser at den gjennomsnittlige huden temperaturen var 33,08 + / - 0,83 ° C for dag 1 (pre-øvelse) og 32.79 + / - 1,42 ° C for dag 2 (24 timer etter trening), og 33.17 + / - 0.95 for dag 3 (48 timer etter trening). Denne forskjellen i hudtemperatur over 3 dager var ikke signifikant (ANOVA p = 0,38).
Resultatene av smerte avlesninger fra VAS er vist i figur 2. Som sett i figure 2, hadde de rapporterte smerter en dramatisk økning på dag 2 og 3. Pain nivåer av utøvd muskel økt fra 3,6 + / - 6,1 på dag 1, til 36,3 + / - 22,8 på dag 2, og 37,5 + / - 25,3 på dag tre. Denne økningen fra dag 1 var signifikant (ANOVA p <0,01).
Resultatene av myoglobin konsentrasjonsnivåer er vist i figur 3. Som vist i denne figuren, var det knapt noen endring mellom de to myoglobin konsentrasjoner på dag 1 (pre, og 30 minutter etter trening). Men på dag 3, var økningen i myoglobin svært store. Denne økningen på dag 3 var omtrent 147 nanogram per milliliter (ng / ml) av blod sammenlignet med de første 2 konsentrasjoner på dag en. Myoglobin konsentrasjonen var 30,12 + / - 7,66 ng / ml ved baseline, 31.66 + / - 11,89 ng / ml 30 minutter etter trening, og 178,96 + / - 249,51 ng / ml på dag tre. Denne økningen på dag 3 ble svært signifikant (ANOVA p <0,01).
En korrelasjonsanalyse ble gjort mellom huden temperaturerhentet fra IR-bilder, og VAS sårhet nivåer. Det ble funnet at det var en betydelig sammenheng mellom VAS målingene på dag 2, og huden temperaturmåling på dag to. Denne sammenhengen var signifikant (r = 0,312, p <0,05). Men det var ingen tydelig sammenheng mellom VAS avlesninger og huden temperaturer på dag tre. Denne sammenhengen var ubetydelig (r = 0,047, p = 0,77).
Figur 1. En representant graf av forskjellene i huden temperaturen i utøvd armer (Diamonds), og un-utøvd armer (ruter) av de 41 fagene over 3 dagers perioden.
Figur 2. En representant graf av forskjellene i opplevd stølhet målt med VAS over 3 dagers tidsperiode for alle de 41 fagene.
Figur 3. En representant graf av forskjellene i myoglobin konsentrasjoner for alle de 41 fagene over tre tidsperioder.
Figur 4. A) en typisk IR bilde av et motiv er utøvd arm før øvelsen. B) en IR bilde av de samme fagene arm 24 timer etter trening.
Figur 5. A) en typisk IR bilde av et motiv i un-utøvd arm før øvelsen. B) en IR bilde av de samme fagene arm 24 timer etter trening.
Figur 6. En illustrasjon av de 4 regioner av interesse for å analysere thermal bilde av armen.
Figur 7.. Software grensesnitt for "ThermoVision ExaminIR" viser fire bokser av interesse på et IR bilde av en utøvd arm. Også vist er den statistiske tolkninger for hver boks.
Figur 8. IR termiske kamera som brukes for denne undersøkelsen (FLIR 660).
Figur 9. A) oppsettet av IR Kamera 1 meter vekk fra fagene arm. B) Den LED-lamper som brukes i laboratoriet hvor bildene ble tatt.
Figur 10. A) BioPac Moduler brukes for måling av muskelstyrke. B) Den belastningen måle-enhet festet til en 45 ° vinklet benk og koples til BioPac systemet.
Figur 11.. Et typisk emne utøve makt på den belastningen gauge enheten.
Figur 12. En gjenstand som gjennomgår øvelsen protokollen for å indusere stølhet.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Den primære hensikten med denne undersøkelsen var å vurdere nytten av termisk IR bildebehandling i å oppdage og måle stølhet etter anstrengende trening, og våre resultater tyder på at IR-avbildning kan være en gyldig teknikk for å oppdage DOMS, spesielt innen de første 24 timer trening. Dette er ikke overraskende, ettersom Pennes 18 ga en meget detaljert modell av varmestrømmen fra muskler til huden i lemmene. Denne modellen spår at varmen i dypere vev som muskler kan være utsvevende inn i blodet og inn i huden gjennom ledende varmeveksling. Når muskler trening, selvsagt, er enorm varme utviklet i muskelen pga friksjonskrefter av muskelfibre og på grunn av den økte metabolismen. Økt blod strømmer til muskelen vil også bidra til den økte varmen i musklene etter trening. Fordi muskelen er et skall vev, er temperaturen vanligvis 32-33 ° C, men når blodstrømmen er økt til utøvd muscle det nærmer temperaturen i kjernen vev som er 37 ° C 18,19. Denne økte blodstrømmen bør gå tilbake til normalen innen et par timer etter trening oppsigelsen. Men når temperaturen er fortsatt forhøyet i 24 timer etter treningen viser dette at skaden har skjedd med utøvd muskelen. Dette skader i muskelen forårsaker ekstra varmeoverføring fra muskel til den overliggende huden, noe som fører til en synlig hot spot under huden.
IR fotografering har blitt brukt til å oppdage og diagnostisere mange sykdommer 17,19-24. Endringer i menneskekroppens temperaturer har alltid vært indikatorer på dysfunksjon, hvor økt varme er i hovedsak forbundet med noen form for betennelse eller infeksjon 17. Dermed fant forhøyede huden temperaturene 24 timer etter trening i alle fag er muligens et resultat av høyere blodet flyter i muskel på grunn av betennelse og vevsskade reparasjon 2. Dessuten, ingen merkbar INCRletter i huden temperaturen i un-utøvd arm skjedde under 3 dager av studien. Derfor, hvis muskel blodstrøm forble forhøyet i utøvd arm, ville varmere blodet holde muskelen varm og dermed den overliggende huden ville holde meg varm. Som et resultat, kan brystkreft svulster hos kvinner og hudkreft lett oppdages av IR-avbildning på grunn av den økt blod strømmer til de berørte lesjon på 20,21.
Den forhøyede sårhet nivåer (VAS) på dag 2 og 3, og den økte myoglobin konsentrasjoner på dag 3 er begge indikatorer på DOMS. Dette viser at fagene fikk sår etter treningsøkten. Som ble sett på resultatene, var det en sammenheng mellom den økte huden temperaturen på dag 2, og den økte sårhet nivåer på samme dag. Myoglobin konsentrasjoner var fortsatt forhøyede på dag 3, mens huden temperaturen var på vei tilbake til det normale. Dette forsinket utgivelsen av myoglobin i blodet, kan skyldes muskeler tregere respons på betennelser og skader som skjer i muskelfibrene etter trening 25,26.
Men 3 til 5 dager senere, kan det fortsatt være mindre vev reparasjon og gjenoppbygging, selv om blodstrømmen kanskje nær normal. Det er derfor på den 3. dagen vi ikke ser en sammenheng mellom hud temperatur og sårhet nivåer, fordi skaden var allerede gjort. Derfor tror vi at dette er prediktiv av sårhet, fordi det viser at hvis du får vedvarende 24 timer økning i vev blodstrømmen, så vet du at du har fått skade på vevet. Denne skaden ble verifisert av VAS avlesninger, og myoglobin konsentrasjoner i blodet. Dermed blir høyere hudtemperatur målingene 24 timer etter trening, det sorer temaet ville bli senere.
Derfor ville IR termografi være av stor verdi i å oppdage DOMS i en tidlig fase. Det ville også være en interessant, og smertefri måte looking på muskler som har vært utøvd, og er sår, er timer etter øvelsen over. I en sports setting, kan dette tidlig påvisning av DOMS hjelp i å senke forekomsten av skader fra over-trener såre muskler på dager etter den første øvelsen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Ingen interessekonflikter erklært.
Acknowledgments
Vi ønsker å anerkjenne en kontrakt (WS1763368) fra Pfizer Pharmaceuticals for støtte i dette arbeidet. Vi vil også takke Saudi Arabian Ministry of Higher Education (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. Biochemical markers of muscular damage. Clinical Chemistry and Laboratory Medicine. 48, 757-767 (2010).
- 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).
