JoVE Logo
Authors
Contact Us

Sign In

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • النتائج
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

يدمج هذا البروتوكول تقنية التحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء القريبة (NIRS) لتقييم التغيرات الدموية والأكسجين الموضعية في قشرة الفص الجبهي ، والجهاز التنفسي (m.intercostales) ، والحركية (m.Vastus Lateralis) أثناء اختبار التمرين القلبي الرئوي ، مما يتيح تحديد العوامل المركزية والمحيطية التي تؤثر على أداء التمرين.

Abstract

المعيار الذهبي لتقييم القدرة الهوائية لدى الأشخاص النشطين بدنيا والرياضيين هو اختبار استهلاك الأكسجين الأقصى (VO2-max) ، والذي يتضمن تحليل غازات الزفير والمتغيرات القلبية التنفسية التي تم الحصول عليها عبر طريقة التنفس عن طريق التنفس في مقياس الجهد أثناء التمرين التدريجي. ومع ذلك ، لا يمكن لهذه الطريقة توضيح التغيرات الأيضية على المستوى العضلي. ظهر التحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء القريبة (NIRS) كتقنية قيمة لتقييم مستويات الأكسجين المحلية (مؤشر التشبع التيسيلاري ، TSI) عن طريق تحديد تركيزات الهيموجلوبين المؤكسج (O2-Hb) وغير المؤكسج (H-Hb) في الأوعية الدموية الدقيقة للأنسجة. تمتد تطبيقات NIRS إلى عضلات الجهاز التنفسي والحركية ، وتقييم التغيرات الأيضية المرتبطة بتكلفة التنفس (COB) وعبء العمل المحيطي ، على التوالي. بالإضافة إلى ذلك ، تم استكشاف المناطق الدماغية ، مثل قشرة الفص الجبهي ، باستخدام تقنية NIRS لتقييم التغيرات الفسيولوجية المتعلقة بالطلب المعرفي المرتبط بتخطيط أو التفكير في المهام الحركية المرتبطة بالأداء الرياضي. وبالتالي ، من خلال تحليل التغييرات التي يسببها التمرين (D) في O 2-Hb و H-Hb و TSI ، من الممكن تحديد قيود التمرين المركزية والمحيطية ، خاصة عندما يكون تدريب التحمل هو المكون الرئيسي للياقة البدنية (على سبيل المثال ، الجري ، وركوب الدراجات ، والترياتلون ، وما إلى ذلك). تعد معالجة هذه العوامل أمرا بالغ الأهمية للمدربين وعلماء فسيولوجيا التمرين لتحسين الأداء الرياضي ، ودمج استراتيجيات التدريب التي تركز على العوامل الأساسية التي تحد من التمرين. تحدد هذه الدراسة بروتوكولا لاستخدام الأجهزة القابلة للارتداء المجهزة بتقنية NIRS لتحليل تغيرات التمرين في TSI وO 2-Hb و H-Hb ، جنبا إلى جنب مع المتغيرات القلبية التنفسية المسجلة عادة في الرياضيين أثناء اختبارات VO2-max. يقدم هذا النهج طريقة شاملة لتحديد الأنظمة الأساسية المشاركة في إيقاف تقدم التمرين وتحسين الأداء الرياضي.

Introduction

يعتمد رياضيو التحمل على توازن فعال بين توصيل الأكسجين وامتصاصه للحفاظ على التمارين عالية الكثافة وتعزيز أدائهم الرياضي1،2. اختبار امتصاص الأكسجين الأقصى (VO2-max) هو تقييم فسيولوجي حيوي يحدد الأداء الرياضي من خلال تحليل غازات الزفير والمتغيرات القلبية التنفسية أثناء شدة التمرينالمتزايدة 1. يعكس هذا التقييم ، المعروف باسم قياس التنفس أو اختبار التمرينات القلبية الرئوية (CPET) ، استجابة التمرين لأجهزة القلب والأوعية الدموية والجهاز التنفسيوالعضلي 3. على هذا المنوال ، فإن زيادة تكلفة الطاقة المرتبطة بالتنفس ، والتي يشار إليها باسم تكلفة التنفس (COB) ، تزيد من الطلب على العناصر الغذائية والأكسجين في الأنسجة المحيطة. تم توثيق هذه الظاهرة لتقليل تدفق الدم إلى العضلات المشاركة في الحركات النشطة ، مما يؤدي إلى انخفاض تحمل المجهود البدني والتوقف المبكر عن تقدم التمرين بسبب رد الفعل الأيضي4.

أثناء اختبار VO2-max ، من الممكن أيضا تحديد عتبات التنفس الصناعي (VTs) ، والتي تتوافق مع شدة التمرين المحددة التي تشير إلى الانتقال من التمثيل الغذائي الهوائي إلى التمثيل الغذائي اللاهوائي (العتبة الهوائية أو عتبة التنفس الصناعي 1 [VT1] ، والعتبة اللاهوائية أو نقطة تعويض الجهاز التنفسي [RCP] أو عتبة التنفس الصناعي 2 [VT2])5. تعكس VTs استجابات التهوية التي تعوض عن التغيرات الأيضية أثناء التمرين التدريجي6. من خلال تحديد هذه العتبات ، يقدم CPET تقييما شاملا من خلال دمج استجابات الأنظمة البيولوجية المتعددة التي تشارك بشكل حاسم أثناء التمرين عالي الكثافة.

ومع ذلك ، في حين أن قياس التنفس يعتبر على نطاق واسع المعيار الذهبي لتقييم CPPET ، إلا أنه لا يلتقط التغيرات الأيضية التي تحدث على مستوى العضلات. هذه التغييرات ضرورية لفهم العوامل الفسيولوجية المحددة المرتبطة بعدم التقدم أثناء التمارين عالية الكثافة لدى رياضيي التحمل. في هذا السياق ، برزت تقنية NIRS كأداة قيمة في علوم التمرين ، مما يساعد في تحليل المتغيرات الديناميكية الدموية على مستوى عضلات الأوعية الدمويةالدقيقة 7.

في السنوات الأخيرة ، استخدم المتخصصون والباحثون الرياضيون مجموعة واسعة من الأجهزة التجارية القابلة للارتداء المجهزة بتقنية NIRS لاستكشاف التغيرات العضلية غير الغازية أثناء التمرين ، مما يوفر القدرة على تحديد VT1 و VT2 باستخدام هذه التقنية8. وبالتالي ، فإن التحليل التكاملي للبيانات من NIRS و CPET يوفر فهما شاملا للاستجابات الفسيولوجية لممارسة الرياضة.

تستخدم تقنية NIRS قانون Beer-Lambert المعدل لتحديد التغييرات (D) في تركيزات أوكسي هيموغلوبين (O 2-Hb) وديوكسي هيموغلوبين (H-Hb) أثناء التمرين7. على مستوى الأنسجة المحلية ، يعكس الانخفاض في O2-Hb زيادة في الطلب الأيضي المحلي ، بينما تعكس الزيادة في H-Hb زيادة في استخراج الأكسجين. يستخدم الهيموجلوبين الكلي (tHb) ، وهو مجموع O2-Hb و H-Hb ، كمؤشر لتدفق الدم في الأنسجة المحلية. على العكس من ذلك ، يوفر الفرق بين O2-Hb و H-Hb (Hb diff) مؤشرا لاستخراج الأكسجين في الأنسجة9. يعكس مؤشر التشبع العصبي (TSI) ، المحسوب على أنه نسبة O2-Hb إلى tHb ، مستوى تشبع الأكسجين في الأنسجة ويشير إلى التوازن بين توصيل الأكسجين المحلي والامتصاص10،11. وبالتالي ، فإن بيانات NIRS تعطي رؤى مهمة حول الحالة الفسيولوجية على مستوى الأوعية الدموية الدقيقة ، مما يوفر فهما مفصلا لأكسجة الأنسجة وديناميكا الدم التي تكمل المعلومات التي تم الحصول عليها من CPET.

يمتد هذا الفهم التفصيلي الذي توفره تقنية NIRS إلى العديد من التطبيقات العملية. تسلط الأبحاث الحديثة الضوء على تعدد استخدامات NIRS وتوضح تطبيقها العملي في مراقبة الجهاز التنفسي12،13 والعضلات الحركية7 ، بالإضافة إلى مناطق الدماغ المشاركة في التفكير في الفعل الحركي ، مثل قشرة الفص الجبهي (PFC) 14،15. يؤكد هذا التطبيق الواسع على قدرة NIRS على تقديم نظرة ثاقبة شاملة للاستجابات الفسيولوجية لأنواع مختلفة من تقلصات العضلات (الانقباضات متحدة المركز أو غريب الأطوار أو متساوي القياس) والتمارين الرياضية.

من خلال تحليل DTSI الناجم عن التمرين على المستويين العضلي والدماغي ، يوفر NIRS إمكانات قيمة لتحديد الارتباطات بين العوامل المحددة المحيطية والمركزية التي تؤثر على تقدم التمرين16،17. على سبيل المثال ، من بين العوامل المحددة المركزية ، يعد انخفاض تدفق الدم الناتج عن تضيق الأوعية الدماغية الناجم عن فرط التنفس التعويضي بسبب ارتفاع مستويات الهيدروجين من التمثيل الغذائي اللاهوائي وزيادة لاكتات الدم أثناء التمرين عالي الكثافة مساهما كبيرا في انخفاض TSI في قشرة الفص الجبهي17،18. في المقابل ، تتميز العوامل المحددة المحيطية بعدم التوازن بين العرض والطلب على الأكسجين في ممارسة العضلات19. يمكن أن يؤدي انخفاض توصيل الأكسجين الموضعي وزيادة استهلاك الأكسجين إلى إزالة الأكسجين من الأنسجة ، كما يتضح من انخفاض TSI20. يسلط هذا التمييز الضوء على الطبيعة متعددة الأوجه لقيود الأداء أثناء التمرين عالي الكثافة ، حيث تكون الآليات المركزية والمحيطية حاسمة. يشير هذا الفهم إلى أن تأخير ظهور هذه العوامل المقيدة أثناء التمرين قد يساهم في تحسين الأداء الرياضي.

للاستفادة الكاملة من إمكانات تقنية NIRS في تحديد هذه القيود ، تعد الإجراءات الموحدة ضرورية لضمان جمع البيانات وتحليلها عالي الجودة. توضح هذه الوثيقة طرق إجراء اختبار تمارين التحمل القصوى باستخدام تقنية NIRS لجمع البيانات الفسيولوجية وتوضيح العلاقة بين العوامل المركزية والمحيطية أثناء التمرين عالي الكثافة لدى رياضيي التحمل. يوفر البروتوكول المقترح نهجا موحدا لضمان الاتساق والدقة في تقييم الظواهر الفسيولوجية الكامنة وراء هذه العوامل المحددة.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

ووافق على البروتوكول مجلس الاستعراض المؤسسي للجامعة البابوية الكاثوليكية في شيلي (المشروعان رقم 210525001 و 220608010)، وأجريت الدراسة وفقا لإعلان هلسنكي. قدم جميع المشاركين موافقة خطية مستنيرة قبل المشاركة في الاختبار الموصوف.

1. وضع وإعداد الأجهزة القابلة للارتداء NIRS

ملاحظة: يمكن استخدام العديد من الأجهزة القابلة للارتداء وبرامج الحصول على البيانات الخاصة ب NIRS. يجب على الباحثين الرجوع بدقة إلى تعليمات الشركة المصنعة وإرشاداتها لضمان الإعداد والاستخدام المناسبين. في هذه الدراسة ، يتم استخدام الأجهزة التي تستخدم سجل موجة مستمرة لإشارة NIRS. هذه الأجهزة التجارية سهلة الاستخدام ، لكنها لا يمكنها إلا اكتشاف التغيرات في توهين الضوء بالنسبة للمرحلة المرجعية أو المرحلة الأساسية ولا يمكنها اكتشاف التركيزات المطلقة مثل الأجهزة الأخرى التي تستخدم سجل المجال الزمني ل NIRS.

  1. إعداد الأجهزة القابلة للارتداء NIRS وإرشادات التنسيب العامة
    1. قبل وضع الأجهزة وبدء القياسات ، تأكد من شحن جميع الأجهزة القابلة للارتداء بالكامل.
      ملاحظة: بالنسبة للأجهزة المستخدمة في هذه الدراسة ، أفادت الشركة المصنعة أن البطارية ذات الشحن الكامل يمكن أن تسجل 6-8 ساعات متواصلة.
    2. ضع شريطا لاصقا على الوجهين على جميع الأجهزة القابلة للارتداء لتثبيتها على جلد المشارك ، مع التأكد من أن الشريط لا يعيق بواعث الضوء وأجهزة الكشف عن الضوء.
    3. قم بتغطية جميع الأجهزة القابلة للارتداء بطبقة من ورق التغليف ، متبوعة بطبقة من ضمادة لاصقة مقاومة للماء لحمايتها من العرق.
    4. قبل وضع الأجهزة ، قم بتنظيف المنطقة المستهدفة بضمادة كحولية لإزالة أي بقايا قد تتداخل مع السجل (مثل الكريمات ومستحضرات التجميل وما إلى ذلك). إذا لزم الأمر ، احلق المنطقة المحيطة بالموقع المستهدف ، حيث يمكن أن يتداخل الشعر مع إشارات NIRS.
      ملاحظة: يوصى بغسل اليدين جيدا قبل وضع أي جهاز على جلد المشارك لمنع التلوث المحتمل. يتم تشجيع ارتداء القفازات ، لأنها يمكن أن تقلل من مخاطر التلوث.
    5. بمجرد وضع جميع الأجهزة القابلة للارتداء بشكل صحيح على جلد المشارك (انظر القسم 1.2) ، قم بتثبيتها بطبقة من الشريط العلاجي المرن. إذا كانت هناك حاجة إلى تثبيت إضافي ، فاستخدم غلاف ضمادة مرن من اللون الداكن ، مما يضمن أن الضغط المفرط لا يغير القياسات (أقل من ضغط انسداد الشعيرات الدموية 25 مم زئبق المقاس بواسطة مقياس ضغط الدم التقليدي).
    6. ضع قطعة قماش سوداء فوق جميع الأجهزة القابلة للارتداء لمنع اختراق الضوء المحيط. إذا لم يكن تغطية المنطقة بقطعة قماش ممكنا (حوالي 6 سم2) ، فاستخدم شريطا علاجيا مرنا أسود لحجب الضوء المحيط.
  2. وضع جهاز NIRS
    ملاحظة: تأكد من وضع أجهزة NIRS القابلة للارتداء بحيث يمكن الوصول بسهولة إلى أزرار التشغيل / الإيقاف والإعداد.
    1. قشرة الفص الجبهي: ضع مسبار NIRS على قشرة الفص الجبهي الظهري الجانبي الأيسر أو الأيمن ، على ارتفاع 10 مم تقريبا فوق القوس العلوي للمشارك ، على غرار وضع القطب الكهربائي Fp1 وفقا لنظام EEG 10-20 الدوليالمعدل 21.
    2. م بين الورب: ضع مسبار NIRS فوقالفضاء الوربي 7 في الخط الإبطي الأماميالأيمن 22،23،24. إذا لم يتم وضعه ، لسبب ما ، فوق نصفي النصف الأيمن ، ضعه فوق نصفي الزاوية الأيسر ، ولكن قد تكون الإشارة من معدل ضربات القلب أكثر وضوحا على الجانب الأيسر.
      1. لتأكيد عمق اختراق NIRS ، استخدم الموجات فوق الصوتية B للتحقق من المسافة من الأنسجة تحت الجلد إلى الحدود الخارجية ل m. للقياسات في m.intercostales ، تأكد من أن المسافة بين الجلد والعضلات أقل من 15 مم.
    3. m.Vastus Lateralis: ضع مسبار NIRS على طول 5 سم بشكل جانبي إلى نقطة منتصف الخط الوهمي ، ويربط الحافة العلوية للرضفة والمدور الأكبر لعظم الفخذ24،25،26.
      1. للتأكد من أن سمك الأنسجة الدهنية (ATT) لا يغير سجل إشارة NIRS ، قم بقياس سمك طيات الجلد لتأكيد عمق اختراق NIRS27. للقياسات في m.Vastus Lateralis ، تأكد من أن ATT أقل من 20 مم.
  3. إعداد برنامج NIRS
    1. بمجرد وضع جميع أجهزة NIRS القابلة للارتداء بشكل صحيح (انظر القسم 1.2) ، قم بتشغيلها قبل بدء القياس.
    2. قم بتشغيل برنامج الحصول على البيانات الذي توفره الشركة المصنعة ، وقم بإنشاء ملف جديد ، وربط الأجهزة القابلة للارتداء NIRS.
    3. بعد ربط جميع الأجهزة القابلة للارتداء NIRS بنجاح ، اضبط معدل أخذ العينات على 10 هرتز للحصول على البيانات والتحويل التناظري إلى الرقمي للأنسجة التي تم تقييمها. لقياسات قشرة الفص الجبهي ، اضبط عامل طول المسار التفاضلي (DPF) وفقا ل DPF المعتمد على العمر لكل مشارك28. لقياس العضلات ، اضبط DPF على 4 ، كما هو مستخدم في البروتوكولات السابقة مع الرياضيين كموضوعات للدراسة29،30.

2. معايرة وإعداد مقياس الجهد

  1. معايرة الحجم
    1. افتح برنامج مقياس الجهد الذي توفره الشركة المصنعة لبدء عملية المعايرة.
    2. قم بتوصيل مقياس التدفق بتوربين مقاس 28 مم باستخدام محول حقنة. قم بتوصيل أنبوب مموج بمحول الحقنة والآخر بحقنة معايرة سعة 3 لتر.
    3. قم بإجراء ست مناورات سحب / حقن ، مع الحفاظ على معدل تدفق ثابت. عند الانتهاء ، سيؤكد البرنامج تلقائيا ما إذا كان اختبار المعايرة قد اجتاز.
  2. معايرة الغاز
    ملاحظة: تأكد من إجراء معايرة التدفق قبل بدء معايرة الغاز.
    1. معايرة الهواء
      1. تأكد من فصل خط العينة من محلل الغاز عن منفذ المعايرة وتعليقه بحرية. ثم قم بتهيئة عملية المعايرة.
      2. أثناء المعايرة ، لوحظ خط مسطح مستقر حيث لا تختلف تركيزات الأكسجين (O2) وثاني أكسيد الكربون (CO2) بشكل كبير (أقل من 5٪). بمجرد الانتهاء من معايرة الهواء بنجاح ، انتقل إلى معايرة الغاز الأيضي.
    2. معايرة الغازات الأيضية
      1. افتح صمامات الغاز وتحقق من توصيل الضغط الكافي إلى النظام عن طريق فحص مقياس الضغط (استشر الشركة المصنعة للحصول على تعليمات محددة).
      2. قم بتوصيل خط العينة بمنفذ المعايرة وتهيئة عملية المعايرة. قم بإجراء تسخين مسبق لمدة 3 دقائق قبل بدء المعايرة ، وفقا لنصيحة الشركة المصنعة.
      3. إذا تم القيام به بشكل صحيح ، بعد فترة التسخين المسبق لمدة 3 دقائق ، يجب ملاحظة خطين مسطحين: أحدهما يتقلب بين هواء الغرفة (حوالي 21.00٪ O2 و 0.04٪ CO2) والآخر بين غاز المعايرة (16.00٪ O2 و 5.00٪ CO2).
      4. أخيرا ، افصل خط العينة عن منفذ المعايرة وقم بتوصيله بقطعة الفم التي سيتم استخدامها للاختبار القادم.

3. وضع قطب تخطيط القلب (12 خيوط)

  1. تحضير البشرة عن طريق التقشير باستخدام كريم و / أو حلق أي شعر من مواقع وضع القطب الكهربائي إذا لزم الأمر. نظف المناطق بضمادة كحولية لإزالة أي بقايا سطحية من الأنسجة.
  2. ضع أقطاب تخطيط القلب على النحو التالي31:
    1. ضع الخيوط ثنائية القطب (أقطاب الرصاص الطرفية) على النحو التالي: الذراع الأيسر (LA): الجانب الأيسر من الحفرة تحت الترقوة. الذراع اليمنى (RA): الجانب الأيمن من الحفرة تحت الترقوة. الساق اليسرى (LL): الإسقاط الأمامي لرأس الفخذ الأيسر; الساق اليمنى (RL): الإسقاط الأمامي لرأس الفخذ الأيمن.
    2. ضع أقطاب الرصاص المركبة على النحو التالي: V1: 4المساحة الوربية على يمين القص ؛ V2: 4المساحة الوربية على يسار القص (بما يتماشى مع V1) ؛ V3: منتصف الطريق بين V2 و V4 ؛ V4: 5المساحة الوربية في خط الترقوة الوسطى ؛ V5: الخط الإبطي الأمامي على نفس مستوى V4 ؛ V6: خط الإبط الأوسط على نفس مستوى V4 و V5.

4. اختبار التمرين الأقصى المتزايد (اختبار التمرين القلبي الرئوي ، CPET)

  1. اطلب من المشارك الجلوس على الدراجة ، مع التأكد من ضبط المقعد والمقود على ارتفاعهما لتوفير الراحة وتحديد المواقع المثلى.
    ملاحظة: ينصح بضبط ارتفاع المقعد بحيث تنحني الركبة قليلا عند الامتدادالكامل 32. يجب وضع المقاود للسماح بثني طفيف للمرفقين.
  2. قم بتوصيل مقياس التأكسج النبضي بشحمة أذن المشارك ، مع التأكد من نظافة الموقع عن طريق مسحه بضمادة كحولية.
  3. اشرح البروتوكول واطلب من المشارك التنفس من خلال القناع قبل وأثناء وبعد الاختبار.
    ملاحظة: يجب على المشارك تجنب التحدث أو الصفير أثناء ارتداء القناع ، حيث يمكن أن يؤثر ذلك على قراءات مقياس الجهد33.
  4. بمجرد وضع المشارك وإعداده ، اطلب من المشارك تمديد الساق اليمنى وانتظر دقيقتين حتى تبدأ التعليمات (مرحلة الراحة الأولية). اطلب من المشارك أن تقم بالدواسة بإيقاع يتراوح بين 80-100 دورة في الدقيقة لمدة 6 دقائق عند 0.6 واط كجم-1 و 0.8 واط كجم-1 للنساء/الرجال، على التوالي (مرحلة الإحماء). بعد ذلك ، قم بزيادة عبء العمل بمعدل 20 واط دقيقة للنساء و 25 واط دقيقة للرجال حتى يصل المشارك إلى الإرهاق (مرحلة التمرين).
  5. بعد الانتهاء من مرحلة التمرين ، اطلب من المشارك البقاء ساكنا ومواصلة التنفس في القناع لمدة 3 دقائق (مرحلة التهدئة أو التعافي).
  6. بمجرد الانتهاء من بروتوكول التمرين ، قم بإزالة مقياس التأكسج النبضي بعناية من شحمة الأذن ، والقناع ، وجميع أجهزة NIRS الثلاثة القابلة للارتداء ، وأقطاب تخطيط القلب.
    ملاحظة: للحفاظ على الحالة المحيطة للمختبر (على سبيل المثال ، درجة حرارة الهواء ~ 20 ± 2 درجة مئوية ، الرطوبة النسبية ~ 40٪ ± 5٪) ، يعد هذا معيارا حاسما. يمكن أن يظهر بعض المشاركين معدل عرق مرتفعا ، مما يتداخل مع تثبيت الأجهزة على الجلد ويؤثر على تسجيل بيانات NIRS. يمكن أن يساعد استخدام أجهزة التنفس الصناعي في تقليل التنظيم الحراري الساخن عن طريق التعرق.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

النتائج

أثناء الانتهاء من CPET ، تم الإبلاغ عن أعراض ضيق التنفس وإجهاد الساق ومعدل المجهود المدرك (RPE) في جميع الأشخاص. لم يضف الاستخدام التكميلي لأجهزة NIRS أي إزعاج لتقييم الإحساس لدى الأشخاص. أيضا ، لم نوقف تقييمات CPET من خلال أي حدث خطر مرتبط بالإجهاد الفسيولوجي المفرط.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

هناك إمكانات كبيرة في استخدام الأجهزة القابلة للارتداء NIRS كأداة تكميلية ل CPET لتقييم الأداء الرياضي وتحديد العوامل التي تحد من التمارين المركزية والطرفية في الرياضيين الهوائية أو التحمل ، بالنظر إلى أن تقنية NIRS أثبتت صلاحيتها وموثوقيتها في تقييم ديناميكا الدم للأوعية ?...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

ويعلن أصحاب البلاغ عدم وجود تضارب في المصالح.

Acknowledgements

نشكر جميع المشاركين في هذه الدراسة وموظفي المختبرات الفنية على دعمهم في القياسات التي تم إجراؤها في مختبر فسيولوجيا التمرين. تم دعم المؤلفين FC-B و ME-R جزئيا من خلال مسابقات البحث والابتكار الثالثة والرابعة والخامسة للعلوم الصحية المدرسية (كلية الطب ، الجامعة البابوية الكاثوليكية في تشيلي). تم تمويل المؤلف RC-C من قبل المشروع المدعوم من مسابقة المشاريع البحثية العادية ، عام 2023 ، الرمز LPR23-17 ، Universidad Tecnológica Metropolitana.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
Column ScaleSECA711There are numerous alternatives to this item
Portable Stadiometer SECA217There are numerous alternatives to this item
12-lead ECGCOSMEDQuark T12xA 12-lead ECG provides a better understanding of HR during exercise and facilitates the detection of arrhythmias.
Pulse OxymeterCOSMEDIntegrated pulse oxymeter
ErgoespirometerCOSMEDQuark-CPETCalibration gases and calibration syringe are included
Cycle-ergometerErgoline GmHViaSprint 150PThere are numerous alternatives to this item. Must ensure compatibility with provided software
NIRS weareableArtinis Medical SystemsPortaliteArticulated NIRS weareable fits the surface where it's placed upon. 
NIRS weareableArtinis Medical SystemsPortamonPortamon device provides better results on high adipose-tissue surfaces.
Metabolic Data Management Software (OMNIA)COSMEDSoftware will vary upon system choice
NIRS Data Management Software (Oxysoft)Artinis Medical SystemsSoftware will vary upon device choice
Wireless Probe Type Ultrasound ScannerSONUSDuo LCThere are numerous alternatives to this item

References

  1. Bassett, D. R. Limiting factors for maximum oxygen uptake and determinants of endurance performance. Med Sci Sports Exerc. 70 (1), 12-25 (2000).
  2. Seiler, S. What is best practice for training intensity and duration distribution in endurance athletes. Int J Sports Physiol Perform. 5 (3), 276-291 (2010).
  3. Palange, P., et al. Recommendations on the use of exercise testing in clinical practice. Eur Respir J. 29 (1), 185-209 (2006).
  4. Contreras-Briceño, F., et al. Intercostal muscles oxygenation and breathing pattern during exercise in competitive marathon runners. Int J Environ Res Public Health. 18 (16), 8287(2021).
  5. Mier, C. M., Alexander, R. P., Mageean, A. L. Achievement of VO2max criteria during a continuous graded exercise test and a verification stage performed by college athletes. J Strength Cond Res. 26 (10), 2648-2654 (2012).
  6. Racinais, S., Buchheit, M., Girard, O. Breakpoints in ventilation, cerebral and muscle oxygenation, and muscle activity during an incremental cycling exercise. Front Physiol. 5, 142(2014).
  7. Perrey, S., Quaresima, V., Ferrari, M. Muscle oximetry in sports science: An updated systematic review. Sports Med. 54 (4), 975-996 (2024).
  8. Contreras-Briceño, F., et al. Determination of the respiratory compensation point by detecting changes in intercostal muscles oxygenation by using near-infrared spectroscopy. Life (Basel). 12 (3), 444(2022).
  9. Kozlova, S. G. The use of near-infrared spectroscopy in the sport-scientific context. J Neurol Neurol Diord. 4 (2), 203(2018).
  10. Perrey, S. Non-invasive NIR spectroscopy of human brain function during exercise. Methods. 45 (4), 289-299 (2008).
  11. Barstow, T. J. Understanding near infrared spectroscopy and its application to skeletal muscle research. J Appl Physiol. 126 (5), 1360-1376 (2019).
  12. Kowalski, T., et al. Respiratory muscle training induces additional stress and training load in well-trained triathletes—randomized controlled trial. Front Physiol. 14, 1264265(2023).
  13. Espinosa-Ramírez, M., et al. Sex-differences in the oxygenation levels of intercostal and vastus lateralis muscles during incremental exercise. Front Physiol. 12, 738063(2021).
  14. Perrey, S. Evaluating brain functioning with NIRS in sports: Cerebral oxygenation and cortical activation are two sides of the same coin. Front Neuroergonomics. 3, 1022924(2022).
  15. Thomas, R., Perrey, S. Prefrontal cortex oxygenation and neuromuscular responses to exhaustive exercise. Eur J Appl Physiol. 102 (2), 153-163 (2007).
  16. Kirby, B. S., Clark, D. A., Bradley, E. M., Wilkins, B. W. The balance of muscle oxygen supply and demand reveals critical metabolic rate and predicts time to exhaustion. J Appl Physiol. 130 (6), 1915-1927 (2021).
  17. Perrey, S. Training monitoring in sports: It is time to embrace cognitive demand. Sports (Basel). 10 (4), 56(2022).
  18. Angius, L., et al. Transcranial direct current stimulation over the left dorsolateral prefrontal cortex improves inhibitory control and endurance performance in healthy individuals. Neuroscience. 419, 34-45 (2019).
  19. Dempsey, J. A., McKenzie, D. C., Haverkamp, H. C., Eldridge, M. W. Update in the understanding of respiratory limitations to exercise performance in fit, active adults. Chest. 134 (3), 613-622 (2008).
  20. Peltonen, J. E., et al. Cerebral and muscle deoxygenation, hypoxic ventilatory chemosensitivity and cerebrovascular responsiveness during incremental exercise. Respir Physiol Neurobiol. 169 (1), 24-35 (2009).
  21. Klem, G. H., Lüders, H. O., Jasper, H. H., Elger, C. The ten-twenty electrode system of the International Federation. Electroencephalogr Clin Neurophysiol Suppl. 52, 3-6 (1999).
  22. Vogiatzis, I., et al. Intercostal muscle blood flow limitation in athletes during maximal exercise. J Physiol. 587 (14), 3665-3677 (2009).
  23. Vogiatzis, I., et al. Intercostal muscle blood flow limitation during exercise in chronic obstructive pulmonary disease. Am J Respir Crit Care Med. 182 (9), 1105-1113 (2010).
  24. Contreras-Briceño, F., et al. Reliability of NIRS portable device for measuring intercostal muscles oxygenation during exercise. J Sports Sci. 37 (23), 2653-2659 (2019).
  25. Crum, E. M., O'Connor, W. J., Van Loo, L., Valckx, M., Stannard, S. R. Validity and reliability of the Moxy oxygen monitor during incremental cycling exercise. Eur J Sport Sci. 17 (8), 1037-1043 (2017).
  26. Vogiatzis, I., et al. Quadriceps muscle blood flow and oxygen availability during repetitive bouts of isometric exercise in simulated sailing. J Sports Sci. 29 (10), 1041-1049 (2011).
  27. Grassi, B., Quaresima, V. Near-infrared spectroscopy and skeletal muscle oxidative function in vivo in health and disease: A review from an exercise physiology perspective. J Biomed Opt. 21 (9), 091313(2016).
  28. Duncan, A., et al. Measurement of cranial optical path length as a function of age using phase resolved near infrared spectroscopy. Pediatr Res. 39 (5), 889-894 (1996).
  29. Aebi, M. R., Willis, S. J., Girard, O., Borrani, F., Millet, G. P. Active preconditioning with blood flow restriction or/and systemic hypoxic exposure does not improve repeated sprint cycling performance. Front Physiol. 10, 1393(2019).
  30. Cocking, S., et al. Repeated sprint cycling performance is not enhanced by ischaemic preconditioning or muscle heating strategies. Eur J Sport Sci. 21 (2), 166-175 (2021).
  31. Kligfield, P., et al. Recommendations for the standardization and interpretation of the electrocardiogram. J Am Coll Cardiol. 49 (10), 1109-1127 (2007).
  32. Dillon, H. T., et al. The effect of posture on maximal oxygen uptake in active healthy individuals. Eur J Appl Physiol. 121 (5), 1487-1498 (2021).
  33. DeCato, T. W., Haverkamp, H., Hegewald, M. J. Cardiopulmonary exercise testing (CPET). Am J Respir Crit Care Med. 201 (1), P1-P2 (2020).
  34. Skinner, J. S., Mclellan, T. H. The transition from aerobic to anaerobic metabolism. Res Q Exerc Sport. 51 (1), 234-248 (1980).
  35. Elmberg, V., et al. Reference equations for breathlessness during incremental cycle exercise testing. ERJ Open Res. 9 (2), 00566-02022 (2023).
  36. Borg, G. A. Psychophysical bases of perceived exertion. Med Sci Sports Exerc. 14 (5), 377-381 (1982).
  37. Perrey, S. Could near infrared spectroscopy be the new weapon in our understanding of the cerebral and muscle microvascular oxygen demand during exercise. J Sport Health Sci. 13 (4), 457-458 (2024).
  38. Orcioli-Silva, D., et al. Cerebral and muscle tissue oxygenation during exercise in healthy adults: A systematic review. J Sport Health Sci. 13 (4), 459-471 (2024).
  39. Kovalenko, B., Roskosky, M., Freedman, B. A. Effect of ambient light on near infrared spectroscopy. J Trauma Treat. 04 (03), (2014).
  40. Wik, L. Near-infrared spectroscopy during cardiopulmonary resuscitation and after restoration of spontaneous circulation: A valid technology. Curr Opin Crit Care. 22 (3), 191-198 (2016).
  41. Pirovano, I., et al. Effect of adipose tissue thickness and tissue optical properties on the differential pathlength factor estimation for NIRS studies on human skeletal muscle. Biomed Opt Express. 12 (1), 571(2021).
  42. Van Beekvelt, M. C. P., Borghuis, M. S., Van Engelen, B. G. M., Wevers, R. A., Colier, W. N. J. M. Adipose tissue thickness affects in vivo quantitative near-IR spectroscopy in human skeletal muscle. Clin Sci (Lond). 101 (1), 21-28 (2001).
  43. Homma, S. Influence of adipose tissue thickness on near infrared spectroscopic signal in the measurement of human muscle. J Biomed Opt. 1 (4), 418(1996).
  44. Gomes, A. C., et al. Body composition assessment in athletes: Comparison of a novel ultrasound technique to traditional skinfold measures and criterion DXA measure. J Sci Med Sport. 23 (11), 1006-1010 (2020).
  45. Delpy, D. T., Cope, M., Zee, P. V. D., Arridge, S., Wray, S., Wyatt, J. Estimation of optical pathlength through tissue from direct time of flight measurement. Phys Med Biol. 33 (12), 1433-1442 (1988).
  46. Talukdar, T., Moore, J. H., Diamond, S. G. Continuous correction of differential path length factor in near-infrared spectroscopy. J Biomed Opt. 18 (5), 056001(2013).
  47. Zonios, G., Bykowski, J., Kollias, N. Skin melanin, hemoglobin, and light scattering properties can be quantitatively assessed in vivo using diffuse reflectance spectroscopy. J Invest Dermatol. 117 (6), 1452-1457 (2001).
  48. Patel, N. A., Bhattal, H. S., Griesdale, D. E., Hoiland, R. L., Sekhon, M. S. Impact of skin pigmentation on cerebral regional saturation of oxygen using near-infrared spectroscopy: A systematic review. Crit Care Explor. 6 (2), e1049(2024).
  49. Wassenaar, E. B., Van Den Brand, J. G. H. Reliability of near-infrared spectroscopy in people with dark skin pigmentation. J Clin Monit Comput. 19 (3), 195-199 (2005).
  50. Miranda-Fuentes, C., et al. Changes in muscle oxygen saturation measured using wireless near-infrared spectroscopy in resistance training: A systematic review. Int J Environ Res Public Health. 18 (8), 4293(2021).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

JoVE 214

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Contact Us

Recommend to library

JoVE NEWSLETTERS

Research

Education

Authors

Librarians

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved