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El uso de la térmica de infrarrojos de imagen para detectar el envaramiento

1, 1,2, 2, 1

1Loma Linda University, 2Azusa Pacific University

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    Summary

    El propósito de esta investigación fue evaluar si el uso de una cámara térmica de infrarrojos es una herramienta válida para detectar y cuantificar el dolor muscular después del ejercicio.

    Date Published: 1/22/2012, Issue 59; doi: 10.3791/3551

    Cite this Article

    Al-Nakhli, H. H., Petrofsky, J. S., Laymon, M. S., Berk, L. S. The Use of Thermal Infra-Red Imaging to Detect Delayed Onset Muscle Soreness. J. Vis. Exp. (59), e3551, doi:10.3791/3551 (2012).

    Abstract

    Dolor muscular de aparición retardada (DOMS), también conocido como el daño muscular inducido por el ejercicio (IEGD), se experimenta comúnmente en individuos que han sido físicamente inactivos durante períodos prolongados de tiempo, y empezar una pelea inesperada del ejercicio 1.4, pero puede también ocurrir en atletas que se ejercitan más allá de sus límites normales de formación 5. Los síntomas asociados con este fenómeno doloroso puede variar desde dolor muscular leve, con dolor debilitante 1,3,5. La intensidad de estos síntomas y aumenta el malestar relacionados con las primeras 24 horas siguientes a la finalización del ejercicio, y los picos de entre 24 y 72 horas post ejercicio 1,3. Por esta razón, el DOMS es una de las formas recurrentes más comunes de lesiones deportivas que pueden afectar al rendimiento de un individuo, y se convierten en intimidar a los 1,4 muchos.

    Para las últimas 3 décadas, el fenómeno de preservativos ha ganado una cantidad considerablede interés entre los investigadores y especialistas en fisiología del ejercicio, los deportes, y los campos de la rehabilitación 6. Ha habido una serie de estudios publicados la investigación de este suceso doloroso en cuanto a sus mecanismos subyacentes, las intervenciones terapéuticas y estrategias preventivas 1-5,7-12. Sin embargo, es evidente por las publicaciones que el DOMS no es una patología fácil de cuantificar, ya que existe una cantidad amplia de la variabilidad entre las herramientas y métodos de medición utilizados para cuantificar esta condición 6. Es obvio que ningún acuerdo se ha hecho en una mejor medida de evaluación para DOMS, lo que hace difícil verificar si una intervención específica que realmente ayuda en la disminución de los síntomas asociados con este tipo de dolor o no. Por lo tanto, DMAR puede ser visto como algo ambiguo, ya que muchos estudios dependen de la medición de dolor mediante una escala visual analógica (EVA) 10,13-15, que es una cuestión subjetiva y no una medida objetiva. A pesar de que la agujaLas biopsias del músculo, y los niveles de proteínas myofibre podría ser considerado un estándar de oro para unos 6, grandes variaciones en algunas de estas proteínas de la sangre han sido documentados 6,16, además de los altos riesgos asociados a veces con técnicas invasivas.

    Por lo tanto, en la presente investigación, hemos probado una térmica de infrarrojos (IR) técnica de imagen de la piel sobre el músculo ejercitado para detectar el dolor muscular asociado. La termografía infrarroja se ha utilizado, y que han tenido éxito en la detección de diferentes tipos de enfermedades e infecciones desde 1950 17. Pero, sorprendentemente, casi nada se ha hecho sobre DOMS y los cambios en la temperatura de la piel. El objetivo principal de esta investigación fue examinar los cambios en el DOMS utilizando esta técnica segura y no invasiva.

    Protocol

    1. El ejercicio

    1. El músculo de interés para este experimento fue los flexores del codo (bíceps braquial).
    2. La fuerza muscular se midió para cada participante sea capaz de dar a cada individuo una resistencia adecuada. Esto fue determinado por las pruebas a cada participante por su máxima resistencia (RM).
    3. Para la prueba de la RM, se utilizó un dispositivo medidor de tensión conectado con una computadora a través de una Biopac (DA-100C) módulo de amplificación bioeléctrica (Biopac Systems, Goleta, CA) para medir la fuerza muscular. El módulo se conecta a un MP-100 analógica a la toma de muestras convertidor de señal digital a una frecuencia de 1.000 hertzios por segundo, y con una resolución de 24 bits (Fig. 10).
    4. El aparato medidor de tensión se fija a un banco en un ángulo de 45 °. Los sujetos fueron instruidos para sentarse detrás del dispositivo y el resto de sus codos en el área de relleno, de modo que la fuerza de esfuerzo es a través de sus muñecas. Esta fue la mejor manera de asegurar que el tema no set contratar a cualquier otro músculo del bíceps (Fig. 11).
    5. La fuerza se determinó en tres ocasiones con cada contracción siendo 3 segundos de duración con 45 segundos que separa las contracciones. El promedio de las tres mediciones fue la RM.
    6. Después de la determinación de la RM para el músculo bíceps de cada participante, en la sesión prevista del ejercicio se llevó a cabo con el 35% de su RM.
    7. Todos los sujetos fueron sometidos el mismo ejercicio con pesas adecuado ponderado para inducir el dolor muscular (DOMS). Esto se llevó a cabo al hacer 4 series de 25 repeticiones de curl de bíceps de concentración mientras se está sentado en una silla, y con los codos apoyados en los muslos (Fig. 12).
    8. Cada sujeto recibió un periodo de 90 segundos de descanso entre cada serie. Los sujetos o hizo la serie completa de 25 repeticiones, o fueron instruidos para parar si no logra controlar constantemente el peso durante el ejercicio.

    2. Infra-Red Camera Preparación y configuración

    1. La habitación en la que la proyección de imagen de infrarrojos se lleva a cabo se fijó en una temperatura constante para minimizar cualquier sesgo externo de las diferencias en la temperatura ambiente, lo que podría dar lugar a falsas lecturas térmicas. Con el propósito de este experimento nos dieron una habitación con temperatura controlada que se mantuvo a aproximadamente 23 ° C (+ / - 0.5 ° C).
    2. La cámara se fijó en una distancia de 1 metro de distancia, y en un ángulo perpendicular a la piel que se mide (Fig. 9a) *.
    3. Después de la distancia requerida se estableció, los sujetos se les aconseja quedarse quieto hasta que la imagen ha sido tomada. Esto no debe tomar más de un par de segundos, pero es muy importante para minimizar el movimiento para asegurar la exactitud de la imagen tomada.
    4. Es preferible que la habitación tiene pintura de color más oscuro, en vez de los colores más claros, para minimizar cualquier interferencia infrarroja.
    5. La iluminación es también fundamental cuando se trata de imágenes infrarrojas, becauso de fuente de luz que emiten ondas de infrarrojos como la iluminación fluorescente o de tungsteno puede dar lecturas falsas de alta. La mejor opción de iluminación sería una sala equipada con uniforme de luces LED, como las luces LED no producen ninguna interferencia infrarroja (Fig. 9b) *.

    * Una serie de pruebas se realizaron en nuestro laboratorio utilizando la cámara de infrarrojos FLIR 660 (Fig. 8), donde se compararon las imágenes de la piel en diferentes ángulos (0 (perpendicular), 15, 30, 45 y 60 grados), y a diferentes distancias (1, 2 y 5 metros) de la piel, para detectar con precisión la temperatura de la piel. Todas las imágenes fueron comparadas con termopares calibrados, y la mejor correlación entre las imágenes y las lecturas de los termopares se encontraba en un ángulo perpendicular y en una distancia de 1 metro de distancia de la piel (r = 0,93). Los diferentes ángulos y distancias causado una pérdida pixelización, y la disminución de la correlación general entre las imágenes y las lecturas del termopar.

    3. Imagen de Acquirement

    1. Con el propósito de este experimento, la imagen del músculo ejercitado se tomó antes del ejercicio, ya las 24, y 48 horas post ejercicio.
    2. El calor del cuerpo de otras fuentes que el objetivo podría afectar la imagen térmica y dar lecturas falsas. Por esta razón, nadie debe estar de pie al lado o detrás del objetivo.
    3. En esta investigación, las imágenes de los dos ejerce el brazo y no ejerce-fueron tomadas para fines de comparación. Hemos ejercido uno de los brazos, como se mencionó anteriormente, y el otro brazo se utilizó como control (Fig. 4 y 5).
    4. Números de la imagen de la cámara IR se registraron de inmediato en una hoja por separado, ya que podría ser difícil de identificar que la imagen pertenece a quién.

    4. Procesamiento de imágenes y análisis

    1. Las imágenes adquiridas IR fueron procesados ​​mediante el "ThermoVision ExaminIR" Versión de software: 1.10.2.
    2. Después de seleccionar la imagen requerida parar el análisis, cuatro regiones de interés fueron identificados en la imagen adquirida del brazo mediante las casillas de estadística en la interfaz del software (Fig. 6).
    3. Cuando las regiones requiere de todo el brazo se han localizado, el programa muestra las medias y desviaciones estándar de las temperaturas para cada una de las regiones seleccionadas. A continuación, se puede comparar ni cruz cada región por separado o para obtener una temperatura media de todo el brazo (Fig. 7).

    5. Escala Analógica Visual y Análisis de Sangre

    1. A escala visual analógica (EVA) se utilizó para evaluar el dolor subjetivo del brazo. La escala tuvo una de 10 cm (100mm) de largo, marcadas línea "sin dolor" en un extremo, y "un dolor agudo" en el extremo opuesto. A cada participante se dirige a hacer una marca a lo largo de la línea de 10 cm para indicar su respuesta al dolor.
    2. El EVA se administraban a los sujetos antes del ejercicio, las 24 horas después del ejercicio, ya las 48 horas.
    3. Sangre periférica se colseleccionado de los sujetos para medir los niveles de concentración de mioglobina en la sangre.
    4. La sangre fue extraída de la vena antecubital temas antes del ejercicio, 30 minutos después de que el ejercicio había terminado, y en 48 horas.
    5. La sangre se centrifuga a 4000 rpm durante 10 minutos para separar el suero de las células. Las muestras fueron almacenadas a -80 ° C hasta el análisis de la mioglobina se llevó a cabo.
    6. La mioglobina se midió utilizando un TOSOH "AIA-360" Analizador Automatizado de inmunoensayo enzimático (TOSOH Corp., Tokio, Japón). Los kits de ensayo de la mioglobina (Myo 025297, ST AIA-PACK mioglobina) se utilizaron de acuerdo a las instrucciones del fabricante.

    6. Resultados representante

    Los resultados de IR imágenes térmicas tomadas durante esta investigación están claramente representados en la figura 1. Imágenes tomadas en los 3 períodos de tiempo (antes del ejercicio, las 24 horas posteriores al ejercicio, y 48 horas post-ejercicio) para el ejercicio de las armas de los 41 sujetos, mostróun notable aumento de la temperatura en el día 2 (24 horas post-ejercicio) en comparación con antes del ejercicio temperaturas, y las temperaturas tomadas en 48 horas. Como se muestra en la figura 1, la temperatura promedio fue de 32,80 piel + / - 1,03 ° C para el día 1 (pre-ejercicio), y 33,96 + / - 1,46 ° C para el día 2 (24 horas post-ejercicio), y 32,82 + / - 1,29 para el día 3 (48 horas después del ejercicio). Esta diferencia en la temperatura de la piel a partir del día 1 al día 2 fue significativa (ANOVA p <0,01).

    Sin embargo, para el grupo sin ejercicio, los cambios entre los 3 períodos de tiempo no eran evidentes. La figura 1 muestra que la temperatura promedio fue de 33,08 piel + / - 0,83 ° C para el día 1 (pre-ejercicio), y 32,79 + / - 1,42 ° C para el día 2 (24 horas post-ejercicio), y 33,17 + / - 0,95 para el día 3 (48 horas después del ejercicio). Esta diferencia en la temperatura de la piel durante los 3 días no fue significativa (ANOVA p = 0,38).

    Los resultados de las lecturas del dolor de la EVA se muestran en la figura 2. Como se observa en la figuragráfico 2, el dolor se había reportado un aumento dramático en los días 2 y 3. Los niveles de dolor del músculo ejerce aumentó de 3,6 + / - 6.1 en el día 1, a 36,3 + / - 22,8 el día 2, y 37.5 + / - 25,3 el día 3. Este incremento desde el día 1 fue significativa (ANOVA p <0,01).

    Los resultados de los niveles de concentración de mioglobina se muestran en la figura 3. Como se ve en esta figura, casi no hubo cambios entre los 2 niveles de concentración de mioglobina en el día 1 (pre, y 30 minutos después del ejercicio). Sin embargo, el día 3, el aumento de la mioglobina era muy grande. Este aumento en el día 3 fue de aproximadamente 147 nanogramos por mililitro (ng / ml) de sangre, en comparación con los primeros 2 niveles de concentración en el día 1. Mioglobina fueron 30.12 + / - 7,66 ng / ml al inicio del estudio, 31,66 + / - 11,89 ng / mL 30 minutos después del ejercicio, y 178.96 + / - 249,51 ng / mL en el día 3. Este aumento en el día 3 fue altamente significativa (ANOVA p <0,01).

    Un análisis de correlación se realizó entre la temperatura de la pielobtenidos de las imágenes de infrarrojos, y los niveles de dolor VAS. Se encontró que existe una correlación importante entre las lecturas de VAS en el día 2, y la medición de temperatura de la piel en el día 2. Esta correlación fue significativa (r = 0,312, p <0,05). Sin embargo, no hubo una correlación evidente entre las lecturas de VAS y la temperatura de la piel en el día 3. Esta correlación fue significativa (r = 0,047, p = 0,77).

    Figura 1
    Figura 1. Un gráfico representativo de las diferencias en la temperatura de la piel en los brazos ejercido (Diamantes), y sin ejercer las armas (cuadrados) de los 41 temas durante el periodo de 3 días.

    Figura 2
    Figura 2. Un gráfico representativo de las diferencias en la percepción de dolor muscular medida con la VAS durante el período de tiempo de tres días para todos los 41 sujetos.


    Figura 3. Un gráfico representativo de las diferencias en las concentraciones de mioglobina de los 41 temas en los 3 períodos de tiempo.

    Figura 4
    Figura 4. A) una imagen típica de infrarrojos del brazo ejerce un sujeto antes del ejercicio. B) una imagen de infrarrojos de los mismos temas del brazo 24 horas después del ejercicio.

    Figura 5
    Figura 5. A) una imagen típica de un-IR ejerce el brazo de un sujeto antes del ejercicio. B) una imagen de infrarrojos de los mismos temas del brazo 24 horas después del ejercicio.

    Figura 6
    Figura 6. Un ejemplo de las 4 regiones de interés para el análisis de la termiaal imagen del escudo.

    Figura 7
    Figura 7. Interfaz de software para el "ExaminIR ThermoVision" que muestra las 4 casillas de interés en una imagen de infrarrojos de un brazo ejercido. También se muestran las interpretaciones estadísticas de cada caja.

    Figura 8
    Figura 8. La cámara térmica de infrarrojos utilizada para esta investigación (FLIR 660).

    Figura 9
    Figura 9. A) La configuración de la cámara IR 1 metro de distancia del brazo de los sujetos. B) Las luces LED que se utilizan en el laboratorio donde se tomaron las imágenes.

    Figura 10
    Figura 10. A) Los módulos de Biopac utilizado para medir la fuerza muscular. B) El dispositivo medidor de tensión fija a un 45 º banco inclinado y conectado al sistema Biopac.

    Figura 11
    Figura 11. Un tema típico de ejercer una fuerza sobre el aparato medidor de tensión.

    Figura 12
    Figura 12. Un sujeto sometido el protocolo de ejercicio para inducir el dolor muscular.

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    Discussion

    El propósito principal de esta investigación fue evaluar la utilidad de las imágenes de infrarrojos térmicos para detectar y medir el dolor muscular después del ejercicio vigoroso, y nuestros resultados sugieren que la imagen IR podría ser una técnica válida para la detección de DMAR, especialmente en las primeras 24 horas de ejercicio. Esto no es sorprendente, como Pennes 18, siempre un modelo muy detallado del flujo de calor desde el músculo a la piel en las extremidades. Este modelo predice que el calor en los tejidos más profundos como los músculos se puede disipar en la sangre y en la piel a través del intercambio de calor por conducción. Cuando los músculos del ejercicio, por supuesto, un tremendo calor se desarrolla en el músculo debido a las fuerzas de fricción de las fibras musculares y por el aumento del metabolismo. Aumento de los flujos de sangre al músculo también contribuiría a que el calor aumentó en el músculo después del ejercicio. Porque el músculo es un tejido de comandos, la temperatura es usualmente 32 a 33 ° C, sin embargo, cuando el flujo sanguíneo se incrementa hasta el m ejercidouscle que se acerca a la temperatura de los tejidos del corazón, que es de 37 ° C 18,19. Este aumento del flujo sanguíneo que volver a la normalidad en un par de horas después de la terminación del ejercicio. Sin embargo, cuando las temperaturas siguen siendo elevadas a las 24 horas post ejercicio, esto demuestra que el daño ha ocurrido con el músculo ejercitado. Este daño en el músculo hace que la transferencia de calor adicional del músculo a la piel, lo que provoca un punto caliente detectables bajo la piel.

    IR de imagen se ha utilizado para detectar y diagnosticar muchas enfermedades 17,19-24. Cambios en la temperatura del cuerpo humano han sido siempre los indicadores de disfunción, que es principalmente el aumento del calor asociado con algún tipo de inflamación o infección 17. Por lo tanto, la temperatura de la piel elevada encontrado 24 horas después del ejercicio en todas las materias es posiblemente el resultado de los flujos de la sangre más altos en el músculo debido a la inflamación, y la reparación de daños en el tejido 2. Además, no se incr notablefacilita en la temperatura de la piel del brazo sin ejercicio se produjeron durante los 3 días del estudio. Por lo tanto, si el flujo sanguíneo muscular se mantuvo elevada en el grupo de ejercicio, la sangre caliente que mantener el músculo caliente y por lo tanto la piel que lo recubre se mantendría caliente. Como resultado, los tumores de mama en mujeres y cáncer de piel puede ser fácilmente detectado por IR de imagen debido a la creciente de la sangre fluye hacia el sitio de la lesión afectó 20,21.

    Los niveles elevados de dolor (VAS) el día 2 y 3, y el aumento de las concentraciones de mioglobina en el día 3 son indicadores de DOMS. Esto muestra que los sujetos se le molesta después de la sesión de ejercicio. Como se vio en los resultados, se observó una relación entre el aumento de temperatura de la piel en el día 2, y los niveles de dolor en aumento en ese mismo día. Mioglobina se eleva aún en el día 3, mientras que las temperaturas de piel estaban regresando a la normalidad. Esta liberación retardada de la mioglobina en la sangre, puede ser debido a que el músculos más lento de respuesta a la inflamación y el daño que se produce en las fibras musculares después del ejercicio 25,26.

    Sin embargo, de 3 a 5 días más tarde, todavía se puede reparar el tejido de menor importancia y la reconstrucción, a pesar de que el flujo de sangre tal vez cerca de lo normal. Es por eso que en los 3 días no hemos visto una correlación entre la temperatura de la piel y los niveles de dolor, porque el daño ya estaba hecho. Por lo tanto, creemos que este es un factor predictivo de dolor, porque demuestra que si usted consigue 24 horas sostenido aumento en el flujo sanguíneo del tejido, entonces usted sabe que usted tiene daño a los tejidos. Este daño fue verificada por las lecturas de VAS, y la concentración de mioglobina en la sangre. Por lo tanto, cuanto mayor sea la temperatura de la piel lecturas de 24 horas después del ejercicio, el más dolorido el tema sería más adelante.

    Por lo tanto, las imágenes térmicas IR sería de gran valor en la detección de DMAR en sus primeras etapas. También sería una manera interesante, y sin dolor de looking a los músculos que se han ejercido y están adoloridos, horas después de que el ejercicio ha terminado. En un ambiente deportivo, esta detección temprana de DOMS podrían ayudar a reducir la incidencia de lesiones por exceso de ejercicio los músculos doloridos en los días siguientes el ejercicio inicial.

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    Disclosures

    No hay conflictos de intereses declarados.

    Acknowledgements

    Deseamos agradecer a un contrato (WS1763368) de Pfizer Pharmaceuticals para el apoyo en este trabajo. También nos gustaría dar las gracias a Arabia Saudí Ministerio de Educación Superior (Mohe) por su apoyo.

    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.

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