Summary
Syftet med undersökningen var att bedöma om du använder en infraröd värmekamera är ett giltigt verktyg för att upptäcka och kvantifiera träningsvärk efter träningen.
Abstract
Fördröjd debut träningsvärk (DOMS), även kallad ansträngningsutlöst muskelskador (EIMD), är ofta erfarenhet av personer som har varit fysiskt inaktiv under längre perioder, och börjar med ett oväntat anfall av motion 1-4, men kan också förekommer i idrottare som utövar utanför deras normala gränser träning 5. Symptom i samband med denna smärtsamma fenomen kan vara allt från lätt muskelömhet, till svår invalidiserande smärta 1,3,5. Intensiteten av dessa symtom och de ökar obehag inom de första 24 timmarna efter det att uppsägningen av motion, och toppar mellan 24 till 72 timmar efter träning 1,3. Av denna anledning är DOMS en av de vanligaste återkommande former av sport skada som kan påverka en individs prestation, och blir skrämmande för många 1,4.
Under de senaste tre decennierna har DOMS fenomenet fått en ansenlig mängdav intresse bland forskare och specialister inom träningsfysiologi, sport och fält rehabilitering 6. Det har skett en mängd publicerade studier som undersöker denna smärtsamma händelse i avseende på dess bakomliggande mekanismer, behandlingsinsatser och förebyggande strategier 1-5,7-12. Dock är det tydligt av litteratur som DOMS är inte en lätt patologi att kvantifiera, eftersom det finns ett stort antal variationer mellan mätverktyg och metoder som används för att kvantifiera detta villkor 6. Det är uppenbart att ingen överenskommelse har gjorts på en bästa utvärdering åtgärd för DOMS, vilket gör det svårt att kontrollera om en särskild insats verkligen hjälper till att minska symptom i samband med denna typ av ömhet eller inte. Således kan DOMS ses som något tvetydig, eftersom många studier är beroende av att mäta ömhet med hjälp av en visuell analog skala (VAS) 10,13-15, vilket är en subjektiv snarare än ett objektivt mått. Även om nålenbiopsier av muskler och blodet av myofibre proteiner skulle kunna betraktas som en guldmyntfot till några 6, stora variationer i några av dessa blodproteiner har dokumenterats 6,16, förutom de stora risker ibland i samband med invasiva metoder.
Därför, i den aktuella undersökningen, testade vi en termisk infraröd (IR) bildteknik i huden ovanför utövas muskeln att upptäcka tillhörande träningsvärk. Infraröd termografi har använts, och visat sig vara framgångsrik i att upptäcka olika typer av sjukdomar och infektioner som sedan 1950-talet 17. Men förvånande har nära till inget gjorts på DOMS och förändringar i hudens temperatur. Det huvudsakliga syftet med denna undersökning var att undersöka förändringar i DOMS använda denna säker och icke-invasiv teknik.
Protocol
1. Exercise
- Muskeln av intresse för detta experiment var armbågen flexors (biceps brachii).
- Muskelstyrka mättes för varje deltagare för att kunna ge varje individ ett lämpligt motstånd. Detta fastställdes genom att testa varje deltagare för deras motstånd maximum (RM).
- För att testa RM, använde vi en enhet töjningsmätaren ansluten till en dator via en BioPac (DA-100C) bioelektrisk förstärkare modul (BioPac Systems, Goleta, Kalifornien) för att mäta muskelstyrka. Modulen var ansluten till en MP-100 analog till digital omvandlare provtagning vid en frekvens på 1000 Hz per sekund och en upplösning på 24 bitar (Fig. 10).
- Givarens enheten var fast till en bänk i 45 ° vinkel. Försökspersonerna instruerades att sitta bakom enheten och vila armbågarna på vadderade området, så att ansträngningen kraft genom sina handleder. Detta var det bästa sättet att försäkra att ämnet kommer intet rekrytera någon muskel än biceps (Fig. 11).
- Styrka fastställdes på 3 tillfällen med varje värk är 3 sekunder med cirka 45 sekunder separera sammandragningar. Genomsnittet för de tre mätningarna var det RM.
- Efter bestämning av RM för biceps muskeln i varje deltagare, var den avsedda sessionen av träning som genomförs med 35% av RM.
- Samtliga patienter genomgick samma övning med hjälp av lämpliga viktade hantlarna att förmå träningsvärk (DOMS). Detta gjordes genom att göra fyra uppsättningar av 25 repetitioner av biceps koncentration curls sittande på en stol, och med armbågarna stöds på låren (bild 12).
- Varje försöksperson fick en 90 sekunders vila mellan varje set. Ämnen var antingen full uppsättning av 25 repetitioner, eller var instruerade att stoppa om de inte ständigt kontrollera vikten under övningen.
2. Infra-Red CaMera Förberedelser och installation
- Rummet där den infraröda avbildning sker sattes vid en konstant temperatur för att minimera eventuella externa bias från skillnader i rumstemperatur, vilket kan leda till falska termiska värden. För detta experiment hade vi en temperaturstyrd rum som låg kvar på cirka 23 ° C (+ / - 0,5 ° C).
- Kameran sattes på ett avstånd av 1 meter, och en rät vinkel mot huden som mäts (Fig. 9a) *.
- Efter det nödvändiga avståndet bildades, var de ämnen som rekommenderas att stå stilla tills bilden har tagits. Detta bör inte ta mer än ett par sekunder, men det är mycket kritisk till att minimera rörelse för att försäkra riktigheten av de vidtagna bilden.
- Det är bättre att rummet har mörkare färgat lack, snarare än ljusare färger, för att minimera eventuella infraröd störningar.
- Belysning är också kritisk när det handlar infraröda bilder, becaAnvänd ljuskälla som avger infraröda vågor som fluorescerande eller tungsten belysning kan ge falskt höga värden. Det bästa belysningen alternativet skulle vara ett rum utrustat med enhetliga LED-lampor, som LED-lampor knappast ger några infraröd interferens (Fig. 9b) *.
* En rad tester gjordes på våra labb använder FLIR 660 IR-kamera (bild 8), där vi jämförde bilder av huden vid olika vinklar (0 (vinkelrät), 15, 30, 45 och 60 grader), och på olika avstånd (1, 2 och 5 meter) från huden, känna av temperaturen i huden. Alla bilder jämfördes med kalibrerade termoelement, och den bästa korrelationen mellan bilderna och termoelement avläsningar var på en rät vinkel och på ett avstånd av 1 meter bort från huden (r = 0,93). De olika vinklar och avstånd orsakat en pixillationen förlust och minskade den totala korrelationen mellan bilderna och termoelementet avläsningar.
3. Bild Acquirement
- För detta experiment var bilden av den utövas muskeln tas före träning, och vid 24, och 48 timmar efter träning.
- Kroppsvärmen från andra källor än målet kan störa den termiska bilden och ge felaktiga värden. Av detta skäl bör ingen stå bredvid eller bakom det avsedda målet.
- I denna undersökning fanns bilder av både utnyttjas och ej utnyttjade armen tas för jämförelse. Vi utövade en av armarna, som nämndes tidigare, och den andra armen användes som en kontroll (bild 4 och 5).
- Bild nummer från IR-kameran har spelats in direkt på ett separat kalkylblad, eftersom det kan vara svårt att identifiera vilken bild hör till vem.
4. Image Processing & Analyser
- De förvärvade IR-bilder har bearbetats med hjälp av "ThermoVision ExaminIR" programvara version: 1.10.2.
- När du har valt önskad bild förr analys, fyra regioner av intresse identifierades på det förvärvade bilden av armen med hjälp av statistiska boxar på programvara gränssnitt (Fig. 6).
- När önskad regioner över hela armen har lokaliserats, visar programmet de medelvärden och standardavvikelser av temperaturerna för varje utvalda regioner. Vi kan då antingen korsa jämföra varje region för sig eller få en medeltemperatur på hela armen (Figur 7).
5. Visuell analog skala & blodanalys
- En visuell analog skala (VAS) användes för att bedöma subjektiva ömhet i armen. Skalan hade ett 10 cm (100 mm) lång rad märkt "ingen smärta" i ena änden och "extremt ont" i andra änden. Varje deltagare riktades att göra en markering längs 10 cm strecket för att ange deras svar på ömhet.
- VAS är gavs till försökspersonerna före träning, 24 timmar efter träning, och på 48 timmar.
- Perifert blod var colvalda från de ämnen att mäta myoglobin i blodet.
- Blodet togs från ämnen armvecket venen innan övningen var 30 minuter efter träning över, och på 48 timmar.
- Blodet centrifugeras vid 4000 rpm i 10 min för att separera serum från cellerna. Proverna har sedan förvarats vid -80 ° C tills analyserna av myoglobin gjordes.
- Myoglobin mättes med en Tosoh "AIA-360" Automatiserad Analyzer enzymimmunoanalys (Tosoh Corp, Tokyo, Japan). Det myoglobin Assay kit (Myo 025.297, ST AIA-PACK Myoglobin) användes enligt tillverkarens anvisningar.
6. Representativa resultat
Resultaten av IR termiska bilder som tagits under denna undersökning är tydligt representerade i figur 1. Bilder tagna vid tre tidsperioder (pre-motion, 24 timmar efter träning, och 48 timmar efter träning) för utövas armarna på 41 personer, visadeen märkbar ökning av temperaturen på dag 2 (24 timmar efter träning) jämfört med före träning temperaturer, och temperaturen tas på 48 timmar. Som visas i figur 1, var den genomsnittliga hudtemperatur 32,80 + / - 1,03 ° C för dag 1 (före träning) och 33,96 + / - 1,46 ° C för dag 2 (24 timmar efter träning) och 32,82 + / - 1,29 för dag 3 (48 timmar efter träning). Denna skillnad i hudens temperatur från dag 1 till dag 2 var signifikant (ANOVA p <0,01).
Men för FN utnyttjade armen förändringar bland de 3 tidsperioderna inte självklart. Figur 1 visar att den genomsnittliga huden temperaturen var 33,08 + / - 0,83 ° C för dag 1 (före träning) och 32,79 + / - 1,42 ° C för dag 2 (24 timmar efter träning) och 33,17 + / - 0,95 för dag 3 (48 timmar efter träning). Denna skillnad i hudens temperatur över 3 dagar var inte signifikant (ANOVA p = 0,38).
Resultaten av smärtan avläsningar från VAS visas i figur 2. Som framgår av figure 2 hade rapporterat smärtan en dramatisk ökning på dag 2 och 3. Smärta nivåer utövas muskler ökat från 3,6 + / - 6,1 dag 1, till 36,3 + / - 22,8 på dag 2 och 37,5 + / - 25,3 på dag 3. Denna ökning från dag 1 var signifikant (ANOVA p <0,01).
Resultaten av myoglobin koncentration visas i figur 3. Som framgår av denna siffra, var det knappast någon förändring mellan de två myoglobin koncentrationer på dag 1 (före, och 30 minuter efter träning). Men på dag 3, var ökningen av myoglobin mycket stora. Denna ökning på dag 3 var cirka 147 nanogram per milliliter (ng / ml) blod jämfört med de 2 första koncentrationer på dag 1. Myoglobin koncentrationer 30,12 + / - 7,66 ng / ml vid baseline, 31,66 + / - 11,89 ng / ml 30 minuter efter träning, och 178,96 + / - 249,51 ng / ml dag 3. Denna ökning på dag 3 var mycket signifikant (ANOVA p <0,01).
En korrelationsanalys gjordes mellan huden temperaturerfrån IR-bilder, och VAS nivåer ömhet. Det konstaterades att det fanns en betydande korrelation mellan VAS-värden dag 2, och huden temperaturmätning på dag 2. Detta samband var signifikant (r = 0,312, p <0,05). Det fanns dock inga uppenbara samband mellan VAS-värden och temperaturer huden på dag 3. Detta samband var obetydlig (r = 0,047, p = 0,77).
Figur 1. En representant graf över skillnader i hudens temperatur i utövas vapen (ruter), och un-utövas armar (Squares) av de 41 ämnen över 3 dagars tid.
Figur 2. En representant graf över skillnader i upplevd träningsvärk mätt med VAS över 3 dagars tid för alla 41 ämnen.
Figur 3. En representant graf över skillnaderna i myoglobin koncentrationer för alla de 41 ämnen under de tre tidsperioder.
Figur 4. A) en typisk IR-bild av en persons utövas armen innan övningen. B) en IR-bild av samma ämnen armen 24 timmar efter träning.
Figur 5. A) en typisk IR-bild av en persons un utnyttjade armen innan övningen. B) en IR-bild av samma ämnen armen 24 timmar efter träning.
Figur 6. En illustration av fyra regioner av intresse för att analysera thermal bild av armen.
Figur 7. Software gränssnitt för "ThermoVision ExaminIR" visar 4 lådor med ränta på en IR-bild av ett utövas arm. Visas också de statistiska tolkningarna för varje låda.
Figur 8. IR värmekamera som används för denna undersökning (FLIR 660).
Figur 9. A) Setup av IR-kamera 1 meter från de ämnen armen. B) LED-lampor som används i labbet där bilderna togs.
Figur 10. A) BioPac moduler som används för mätning av muskelstyrka. B) töjningsmätaren fäst till en 45 ° vinklad bänk och hängs på BioPac systemet.
Figur 11. En typisk föremål utöva kraft den töjningsmätaren enhet.
Figur 12. Ett ämne som genomgår utövandet protokollet för att förmå träningsvärk.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Det primära syftet med denna undersökning var att bedöma nyttan av termisk IR-avbildning i att upptäcka och mäta träningsvärk efter ansträngande träning, och våra resultat tyder på att IR-avbildning kan vara en giltig metod för att upptäcka DOMS, speciellt inom de första 24 timmarna av träning. Detta är inte förvånande eftersom Pennes 18 lämnat en mycket detaljerad modell av värmeflödet från muskler och huden i armar och ben. Denna modell förutspår att värmen i djupare vävnader som muskler ska kunna försvinna in i blodet och in i huden med hjälp av ledande värmeväxling. När musklerna träning, givetvis, är enorm värme som utvecklas i muskeln på grund friktionskrafterna av muskelfibrer och på grund av den ökade ämnesomsättning. Ökad blod strömmar till muskler skulle också bidra till den ökade värmen i musklerna efter träningen. Eftersom muskler är ett skal vävnad, är temperaturen ofta 32 till 33 ° C, men när blodflödet ökar till utövas muscle den närmar sig temperaturen i kärnan vävnader som är 37 ° C 18,19. Det ökade blodflödet borde gå tillbaka till det normala inom ett par timmar efter övningen uppsägning. Men när temperaturen fortfarande är förhöjda 24 timmar efter träning, visar detta att skadan har hänt med den utövas muskeln. Dessa skador i muskeln orsakar ytterligare värmeöverföring från muskeln till det överliggande huden, vilket orsakar en påvisbar hot spot under huden.
IR-avbildning har använts för att upptäcka och diagnostisera många sjukdomar 17,19-24. Förändringar i den mänskliga kroppens temperatur har alltid varit indikatorer på dysfunktion, där ökad värme är främst förknippad med någon form av inflammation eller infektion 17. Således fann förhöjda hud temperaturer 24 timmar efter träning i alla ämnen är kanske ett resultat av högre blodet flyter i musklerna på grund av inflammation och vävnadsskador reparation 2. Dessutom, ingen märkbar incrunderlättar i huden temperaturen i FN utnyttjade arm uppstod under 3 dagar av studien. Därför, om muskler blodflödet var fortsatt hög i den utövas armen skulle varmare blod hålla musklerna varma och därmed den överliggande huden skulle hålla värmen. Som ett resultat kan brösttumörer hos kvinnor och hudcancer är lätt upptäckas av IR-avbildning grund av den ökade blod strömmar till de drabbade lesionen webbplatsen 20,21.
Den förhöjda ömhet nivåer (VAS) på dag 2 och 3, och den ökade koncentrationer myoglobin på dag 3 är båda indikatorer på DOMS. Detta visar att försökspersonerna fick ont efter träningspasset. Som framgår av resultaten, det fanns ett samband mellan ökningen av hudens temperatur på dag 2, och den ökade nivåer ömhet på samma dag. Myoglobin halterna fortfarande förhöjda på dag 3, medan hud temperaturer återvände tillbaka till det normala. Detta försenade versionen av myoglobin i blodet, kan bero på att muskelns långsammare reaktion på inflammation och skador som uppstår i muskelfibrerna efter träningen 25,26.
Men 3 till 5 dagar senare, kan det fortfarande finnas mindre vävnad reparation och återuppbyggnad, trots att blodflödet kanske nära det normala. Det är därför den 3: e dagen vi inte se ett samband mellan hudens temperatur och nivåer ömhet, eftersom skadan var redan skedd. Därför tror vi att detta är prediktiva för ömhet, eftersom det visar att om du får ihållande 24 timmar ökar i vävnaden blodflödet, då vet du att du har fått skador på vävnaden. Dessa skador har verifierats av VAS-värden, och koncentrationer myoglobin i blodet. Således, ju högre värdena hudens temperatur 24 timmar efter träning, det sorer motivet skulle vara senare.
Därför skulle IR-värmekamera vara av stort värde i att upptäcka DOMS i sin linda. Det skulle också vara en intressant, och smärtfritt sätt att looking i muskler som har utövat och är öm, är timmar efter övningen över. I en sport inställning kan detta tidig upptäckt av DOMS hjälp med att sänka antalet personskador från över-utöva ömma muskler på dagar efter den första övningen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Inga intressekonflikter deklareras.
Acknowledgments
Vi vill erkänna ett kontrakt (WS1763368) från Pfizer Pharmaceuticals för stöd i detta arbete. Vi vill också tacka den saudiarabiska ministeriet för högre utbildning (Mohe) för deras stöd.
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).
