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
  • תוצאות
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

פרוטוקול זה משלב טכנולוגיית ספקטרוסקופיה תת-אדומה קרובה (NIRS) כדי להעריך שינויים המטולוגיים וחמצון מקומיים בקליפת המוח הקדם-מצחית, בשרירי הנשימה (m.Intercostales) ובשרירי הלוקומוטור (m.Vastus Lateralis) במהלך בדיקות פעילות לב-ריאה, ומאפשר זיהוי של גורמים מגבילים מרכזיים והיקפיים המשפיעים על ביצועי האימון.

Abstract

תקן הזהב להערכת היכולת האירובית בקרב נבדקים וספורטאים פעילים גופנית הוא מבחן צריכת החמצן המרבית (VO2-max), הכולל ניתוח של גזים נשפים ומשתנים לבבי-נשימתיים המתקבלים בשיטת נשימה אחר נשימה בארגוספירומטר במהלך תרגיל מצטבר. עם זאת, שיטה זו אינה יכולה להבהיר שינויים מטבוליים ברמה השרירית. ספקטרוסקופיית אינפרא אדום קרוב (NIRS) התפתחה כטכנולוגיה רבת ערך להערכת רמות חמצן מקומיות (Tissular Saturation Index, TSI) על ידי כימות ריכוזי המוגלובין מחומצן (O 2-Hb) וחסר חמצן (H-Hb) בכלי הדם המיקרו-וסקולריים של רקמות. יישומי NIRS מתרחבים לשרירים נשימתיים ומוטוריים, ומעריכים שינויים מטבוליים הקשורים לעלות הנשימה (COB) ועומס העבודה ההיקפי, בהתאמה. בנוסף, אזורים מוחיים, כגון קליפת המוח הקדם-מצחית, נחקרו באמצעות טכנולוגיית NIRS כדי להעריך שינויים פיזיולוגיים הקשורים לדרישה קוגניטיבית הקשורה לתכנון או רעיונות של משימות מוטוריות הקשורות לביצועי ספורט. כך, על ידי ניתוח שינויים הנגרמים על ידי פעילות גופנית (D) ב- O 2-Hb, H-Hb ו- TSI, ניתן לזהות מגבלות פעילות גופנית מרכזיות והיקפיות, במיוחד כאשר אימוני סיבולת הם המרכיב העיקרי של כושר גופני (למשל, ריצה, רכיבה על אופניים, טריאתלון וכו '). טיפול בגורמים אלה הוא בעל חשיבות עליונה עבור מאמנים ופיזיולוגים של פעילות גופנית כדי לייעל את הביצועים הספורטיביים, תוך שילוב אסטרטגיות אימון המתמקדות בגורמים המגבילים את הפעילות הגופנית. מחקר זה מתאר פרוטוקול לשימוש במכשירים לבישים המצוידים בטכנולוגיית NIRS לניתוח שינויים בפעילות גופנית ב- TSI, O 2-Hb ו- H-Hb, לצד משתנים לב-ריאה הנרשמים בדרך כלל אצל ספורטאים במהלך בדיקות VO2-max. גישה זו מציעה שיטה מקיפה לזיהוי המערכות העיקריות המעורבות בעצירת התקדמות האימון ושיפור ביצועי הספורט.

Introduction

ספורטאי סיבולת מסתמכים על איזון יעיל של אספקת וספיגת חמצן כדי לקיים פעילות גופנית בעצימות גבוהה ולשפר את הביצועים האתלטיים שלהם 1,2. מבחן צריכת החמצן המרבית (VO2-max) הוא הערכה פיזיולוגית חיונית הקובעת את ביצועי הספורט על ידי ניתוח גזים נשפים ומשתנים לבבי-נשימתיים במהלך עצימות אימון מצטברת1. הערכה זו, המכונה ארגוספירומטריה או בדיקת פעילות גופנית לב-ריאה (CPET), משקפת את תגובת הפעילות הגופנית של מערכת הלב וכלי הדם, הנשימה והשרירים3. ברוח זו, עלות האנרגיה המוגברת הקשורה לנשימה, המכונה עלות הנשימה (COB), מגבירה את הביקוש לחומרים מזינים וחמצן ברקמות שמסביב. תופעה זו תועדה כבעלת פוטנציאל להפחית את זרימת הדם לשרירים המעורבים בתנועות פעילות, וכתוצאה מכך ירידה בסבילות למאמץ גופני והפסקה מוקדמת של התקדמות הפעילות הגופנית עקב הרפלקס המטבולי4.

במהלך בדיקת VO2-max , ניתן גם לזהות את ספי ההנשמה (VTs), המתאימים לעוצמות אימון ספציפיות המסמנות את המעבר מחילוף חומרים אירובי לאנאירובי (סף אירובי או סף אוורור 1 [VT1], וסף אנאירובי או נקודת פיצוי נשימתי [RCP] או סף אוורור 2 [VT2])5. VTs משקפים את תגובות האוורור המפצות על שינויים מטבוליים במהלך פעילות גופנית מצטברת6. על ידי זיהוי ערכי סף אלה, CPET מציע הערכה מקיפה על ידי שילוב התגובות של מערכות ביולוגיות מרובות המעורבות באופן קריטי במהלך פעילות גופנית בעצימות גבוהה.

עם זאת, בעוד ארגוספירומטריה נחשבת לתקן הזהב להערכת CPET, היא אינה לוכדת שינויים מטבוליים המתרחשים ברמת השריר. שינויים אלה חיוניים להבנת הגורמים המגבילים הפיזיולוגיים הקשורים לחוסר התקדמות במהלך פעילות גופנית בעצימות גבוהה אצל ספורטאי סיבולת. בהקשר זה, טכנולוגיית NIRS התפתחה ככלי רב ערך במדעי האימון, המסייע בניתוח משתנים המודינמיים ברמת השריר המיקרו-וסקולרי7.

בשנים האחרונות, אנשי מקצוע וחוקרי ספורט השתמשו במגוון רחב של התקנים לבישים מסחריים המצוידים בטכנולוגיית NIRS כדי לחקור שינויים לא פולשניים בשרירים במהלך פעילות גופנית, ומספקים את היכולת לקבוע VT1 ו- VT2 באמצעות טכנולוגיה זו8. לפיכך, ניתוח אינטגרטיבי של נתונים מ- NIRS ו- CPET מציע הבנה מקיפה של תגובות פיזיולוגיות לפעילות גופנית.

טכנולוגיית NIRS משתמשת בחוק באר-למברט המתוקן כדי לכמת שינויים (D) בריכוזים של אוקסיהמוגלובין (O2-Hb) ודאוקסיהמוגלבין (H-Hb) במהלך תרגיל7. ברמת הרקמה המקומית, ירידה ב-O2-Hb משקפת עלייה בביקוש המטבולי המקומי, בעוד עלייה ב-H-Hb משקפת עלייה במיצוי חמצן. המוגלובין כולל (tHb), הסכום של O2-Hb ו- H-Hb, משמש כמדד לזרימת דם מקומית ברקמות. לעומת זאת, ההבדל בין O2-Hb ו- H-Hb (Hbdiff) מספק אינדקס של מיצוי חמצן רקמות9. מדד הרוויה הטיסולרית (TSI), המחושב כיחס בין O 2-Hb ל- tHb, משקף את רמת ריווי החמצן ברקמה ומציין את האיזון בין אספקת חמצן מקומית לספיגה10,11. לפיכך, נתוני NIRS מספקים תובנות קריטיות לגבי המצב הפיזיולוגי ברמה המיקרו-וסקולרית, ומספקים הבנה מפורטת של חמצון רקמות והמודינמיקה המשלימה את המידע המתקבל מ-CPET.

הבנה מפורטת זו המסופקת על ידי טכנולוגיית NIRS משתרעת על יישומים מעשיים רבים. מחקר שנערך לאחרונה מדגיש את הרבגוניות של NIRS ומדגים את היישום המעשי שלה בניטור שרירי נשימה12,13 ושרירי לוקומוטור7, כמו גם אזורי מוח המעורבים ברעיונות של פעולה מוטורית, כגון קליפת המוח הקדם-מצחית (PFC)14,15. ישימות רחבה זו מדגישה את היכולת של NIRS לספק תובנה מקיפה לגבי תגובות פיזיולוגיות לסוגים שונים של התכווצויות שרירים (התכווצויות קונצנטריות או אקסצנטריות או איזומטריות) ופעילות גופנית.

על ידי ניתוח DTSI המושרה על ידי פעילות גופנית הן ברמת השרירים והן ברמת המוח, NIRS מספק פוטנציאל רב ערך לזיהוי קשרים בין גורמים מגבילים היקפיים ומרכזיים המשפיעים על התקדמות פעילות גופנית16,17. לדוגמה, בקרב גורמים מגבילים מרכזיים, ירידה בזרימת הדם כתוצאה מהתכווצות כלי דם מוחית הנגרמת על ידי היפרוונטילציה מפצה עקב רמות מימן גבוהות ממטבוליזם אנאירובי ועלייה בלקטט בדם במהלך פעילות גופנית בעצימות גבוהה היא תורמת משמעותית לירידה ב- TSI בקליפת המוח הקדם-מצחית17,18. לעומת זאת, גורמים מגבילים פריפריאליים מאופיינים בחוסר איזון בין היצע החמצן לביקוש בשרירים המתאמנים19. אספקת חמצן מקומית מופחתת וצריכת חמצן מוגברת יכולות להוביל לדה-חמצון של רקמות, כפי שמעידה ירידה ב-TSI20. הבחנה זו מדגישה את האופי הרב-גוני של מגבלות הביצוע במהלך פעילות גופנית בעצימות גבוהה, שבה הן המנגנון המרכזי והן המנגנון ההיקפי הם קריטיים. הבנה זו מצביעה על כך שעיכוב הופעתם של גורמים מגבילים אלה במהלך פעילות גופנית עשוי לתרום לשיפור הביצועים הספורטיביים.

כדי למנף באופן מלא את הפוטנציאל של טכנולוגיית NIRS בזיהוי מגבלות אלה, נהלים סטנדרטיים חיוניים כדי להבטיח איסוף וניתוח נתונים באיכות גבוהה. מסמך זה מתאר שיטות לביצוע בדיקות אימון סיבולת מקסימליות באמצעות טכנולוגיית NIRS לאיסוף נתונים פיזיולוגיים ולהבהרת הקשר בין גורמים מגבילים מרכזיים והיקפיים במהלך פעילות גופנית בעצימות גבוהה בקרב ספורטאי סיבולת. הפרוטוקול המוצע מספק גישה סטנדרטית כדי להבטיח עקביות ודיוק בהערכת התופעות הפיזיולוגיות העומדות בבסיס גורמים מגבילים אלה.

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

Protocol

הפרוטוקול אושר על ידי מועצת הביקורת המוסדית של Pontificia Universidad Católica de Chile (פרויקטים מס' 210525001 ו-220608010), והמחקר נערך בהתאם להצהרת הלסינקי. כל המשתתפים נתנו הסכמה מדעת בכתב לפני שהשתתפו בבדיקה המתוארת.

1. מיקום והתקנה של התקנים לבישים NIRS

הערה: ניתן להשתמש בהתקנים לבישים שונים של NIRS ובתוכנות לרכישת נתונים. על החוקרים לעיין ביסודיות בהוראות ובהנחיות היצרן כדי להבטיח התקנה ושימוש נאותים. במחקר זה, המכשירים המשתמשים באוגר גל רציף של אות NIRS משמשים. התקנים מסחריים אלה קלים לשימוש, אך הם יכולים לזהות רק שינויים בהנחתת האור ביחס לנקודת הייחוס או הפאזה הבסיסית ואינם יכולים לזהות ריכוזים מוחלטים כמו התקנים אחרים המשתמשים באוגר תחום זמן של NIRS.

  1. הכנת התקנים לבישים של NIRS והנחיות השמה כלליות
    1. לפני הצבת המכשירים והתחלת המדידות, ודא שכל המכשירים הלבישים טעונים במלואם.
      הערה: עבור המכשירים ששימשו במחקר זה, היצרן מדווח כי סוללה עם טעינה מלאה יכולה לרשום 6-8 שעות ברציפות.
    2. יש למרוח סרט הדבקה דו-צדדי על כל המכשירים הלבישים כדי להצמיד אותם לעור המשתתף, ולהבטיח שהסרט לא יחסום את פולטי האור והגלאים שלהם.
    3. כסו את כל הפריטים הלבישים בשכבה של סרט נצמד, ולאחר מכן שכבה של תחבושת דבק עמידה למים כדי להגן עליהם מפני זיעה.
    4. לפני הנחת המכשירים, נקו את אזור היעד עם פד אלכוהול כדי להסיר שאריות שעלולות להפריע לאוגר (למשל, קרמים, קוסמטיקה וכו'). במידת הצורך, יש לגלח את האזור סביב אתר המטרה, מכיוון שהשיער עלול להפריע לאותות NIRS.
      הערה: מומלץ לבצע שטיפת ידיים יסודית לפני הנחת מכשיר כלשהו על עור המתאמן כדי למנוע זיהום פוטנציאלי. לבישת כפפות מעודדת, שכן היא יכולה להפחית עוד יותר את הסיכון לזיהום.
    5. לאחר שכל המכשירים הלבישים מונחים כראוי על עור המתאמן (ראה סעיף 1.2), אבטחו אותם באמצעות שכבה של סרט טיפולי אלסטי. אם יש צורך בקיבוע נוסף, השתמש בעטיפת תחבושת אלסטית בצבע כהה, כדי להבטיח שדחיסה מוגזמת לא תשנה את המדידות (פחות מלחץ חסימת נימי נימי 25 מ"מ כספית שנמדד על ידי מד לחץ דם קונבנציונלי).
    6. הניחו מטלית שחורה על כל הפריטים הלבישים כדי למנוע חדירת אור סביבתי. אם כיסוי האזור בבד אינו אפשרי (בסביבות 6 ס"מ2), השתמש בסרט טיפולי אלסטי שחור כדי לחסום את אור הסביבה.
  2. מיקום התקן NIRS
    הערה: ודא שהתקנים לבישים של NIRS ממוקמים כך שלחצני ההפעלה/כיבוי וההגדרה יהיו נגישים בקלות.
    1. קליפת המוח הקדם-מצחית: מקם את הגשושית NIRS על קליפת המוח הקדם-מצחית הגבית-צדית השמאלית או הימנית, כ-10 מ"מ מעל הקשת השטחית של המשתתף, בדומה למיקום אלקטרודות Fp1 על פי מערכת EEG 10-20 הבינלאומית ששונתה21.
    2. m.intercostales: מקם את בדיקת NIRS מעל החלל הבין-קוסטליהשביעי בקו בית השחי הקדמי הימני 22,23,24. אם, מסיבה כלשהי, הוא אינו ממוקם מעל hemithorax ימין, למקם אותו מעל hemithorax שמאל, אבל האות מן קצב הלב עשוי להיות בולט יותר בצד שמאל.
      1. כדי לאשר את עומק החדירה של NIRS, השתמש באולטרסאונד במצב B כדי לאמת את המרחק מרקמה תת עורית לגבול החיצוני של m.Intercostales. למדידות ב- m.Intercostales, ודא שהמרחק בין העור לשריר הוא פחות מ -15 מ"מ.
    3. m.Vastus Lateralis: מקם את הגשושית NIRS 5 ס"מ לרוחב לנקודת האמצע של הקו הדמיוני, ומחבר את הקצה העליון של הפטלה ואת הטרוכנטר הגדול יותר של עצם הירך 24,25,26.
      1. כדי להבטיח שעובי רקמת השומן (ATT) אינו משנה את האוגר של אות NIRS, מדוד את עובי קפל העור כדי לאשר את עומק החדירה של NIRS27. למדידות ב- m.Vastus Lateralis, ודא שה- ATT קטן מ- 20 מ"מ.
  3. הגדרת תוכנת NIRS
    1. לאחר שכל המכשירים הלבישים של NIRS ממוקמים כראוי (ראה סעיף 1.2), הפעל אותם לפני תחילת המדידה.
    2. הפעל את תוכנת איסוף הנתונים שסופקה על-ידי היצרן, צור קובץ חדש וקשר את התקנים לבישים של NIRS.
    3. לאחר שכל המכשירים הלבישים של NIRS מקושרים בהצלחה, הגדר את קצב הדגימה ל- 10 הרץ לרכישת נתונים והמרה אנלוגית לדיגיטלית עבור הרקמות המוערכות. למדידות קליפת המוח הקדם-מצחית, התאימו את גורם אורך המסלול הדיפרנציאלי (DPF) בהתאם ל-DPF תלוי הגיל עבור כל משתתף28. למדידת שרירים, הגדר את DPF ל -4, כפי ששימש בפרוטוקולים קודמים עם ספורטאים כנושאי מחקר29,30.

2. כיול והתקנה של ארגוספירומטר

  1. כיול נפחים
    1. פתח את תוכנת הארגוספירומטר שסופקה על-ידי היצרן כדי להתחיל בתהליך הכיול.
    2. חבר את מד הזרימה לטורבינה 28 מ"מ עם מתאם מזרק. חבר צינור גלי אחד למתאם המזרק ואת השני למזרק כיול 3 ליטר.
    3. בצע שישה תמרוני נסיגה/הזרקה, תוך שמירה על קצב זרימה קבוע. עם השלמתה, התוכנה תאשר באופן אוטומטי אם בדיקת הכיול עברה.
  2. כיול גז
    הערה: ודא שכיול הזרימה מתבצע לפני תחילת כיול הגז.
    1. כיול אוויר
      1. ודא שקו הדגימה מאנלייזר הגז מנותק מיציאת הכיול ותלוי בחופשיות. לאחר מכן, אתחל את תהליך הכיול.
      2. במהלך הכיול, קו שטוח יציב נצפה כמו ריכוזי חמצן (O2) ופחמן דו חמצני (CO2) אינם משתנים באופן משמעותי (פחות מ 5%). לאחר שכיול האוויר הושלם בהצלחה, המשך לכיול הגז המטבולי.
    2. כיול גזים מטבוליים
      1. פתח את שסתומי הגז וודא כי לחץ מתאים מועבר למערכת על ידי בדיקת המנומטר (התייעץ עם היצרן לקבלת הוראות ספציפיות).
      2. חבר את שורת הדגימה ליציאת הכיול ואתחל את תהליך הכיול. בצע חימום מקדים של 3 דקות לפני תחילת הכיול, בהתאם להמלצת היצרן.
      3. אם נעשה נכון, לאחר 3 דקות לפני החימום, יש להבחין בשני קווים שטוחים: אחד נע בין אוויר החדר (בערך 21.00% O2 ו 0.04% CO2) והשני בין גז כיול (16.00% O2 ו 5.00% CO2).
      4. לבסוף, נתקו את קו הדגימה מיציאת הכיול וחברו אותו לפייה שתשמש לבדיקה הקרובה.

3. מיקום אלקטרודות א.ק.ג. (12 מוליכים)

  1. הכינו את העור על ידי פילינג עם קרם ו/או גילוח שיער מאתרי מיקום האלקטרודות במידת הצורך. נקו את האזורים עם כרית אלכוהול כדי להסיר שאריות רקמה שטחיות.
  2. מקם את אלקטרודות האק"ג באופן הבא31:
    1. מקם את מוליך דו קוטבי (אלקטרודות עופרת גפיים) כדלקמן: זרוע שמאל (LA): צד שמאל של פוסה subclavicular; זרוע ימין (RA): צד ימין של פוסה subclavicular; רגל שמאל (LL): הקרנה קדמית של ראש עצם הירך השמאלית; רגל ימין (RL): הקרנה קדמית של ראש עצם הירך הימנית.
    2. מקם את אלקטרודות העופרת precordial כדלקמן: V1: 4 שטח intercostalמימין עצם החזה; V2: 4החלל הבין-קוסטלי משמאל לעצם החזה (בקו אחד עם V1); V3: אמצע הדרך בין V2 ל-V4; V4: 5מרחב בין-קוסטלי בקו האמצעי; V5: קו בית השחי הקדמי באותה רמה כמו V4; V6: קו אמצע בית השחי באותה רמה כמו V4 ו-V5.

4. בדיקת פעילות גופנית מקסימלית מצטברת (בדיקת פעילות לב-ריאה, CPET)

  1. בקשו מהמשתתפים לשבת על האופניים, וודאו שהמושב והכידון מותאמים לגובהם לנוחות ומיקום אופטימליים.
    הערה: מומלץ לכוון את גובה המושב כך שהברך תהיה כפופה מעט בשלוחה מלאה32. יש למקם את הכידון כך שיאפשר כיפוף קל של המרפקים.
  2. הצמידו מד דופק אוקסימטר לאונן האוזן של המשתתף, וודאו שהאתר נקי על ידי ניגובו עם פד אלכוהול.
  3. הסבירו את הפרוטוקול והנחו את המתאמן לנשום דרך המסכה לפני, במהלך ואחרי הבדיקה.
    הערה: על המשתתף להימנע מדיבור או שריקה בעת עטיית המסכה, מכיוון שהדבר עלול להשפיע על קריאות הארגוספירומטר33.
  4. לאחר שהמשתתף ממוקם ומוכן, בקש מהמשתתף להאריך את רגל ימין ולהמתין 2 דקות להוראת ההתחלה (שלב המנוחה הראשונית). בקשו מהמשתתפים לדווש בקצב שבין 80-100 סל"ד למשך 6 דקות ב-0.6 W·kg-1 ו-0.8 W·kg-1 לנשים/גברים, בהתאמה (שלב החימום). לאחר מכן, הגדילו את עומס העבודה בקצב של 20 W·min-¹ לנשים ו-25 W·min-¹ לגברים עד שהמשתתף מגיע לתשישות (שלב האימון).
  5. לאחר סיום שלב האימון, יש להנחות את המתאמן להישאר במקום ולהמשיך לנשום לתוך המסכה במשך 3 דקות (שלב התקררות או התאוששות).
  6. לאחר סיום פרוטוקול האימון, הסירו בזהירות את מד הדופק אוקסימטר מתנוך האוזן, מהמסכה, מכל שלושת המכשירים הלבישים NIRS ומאלקטרודות האק"ג.
    הערה: כדי לשמור על מצב הסביבה במעבדה (למשל, טמפרטורת האוויר ~ 20 ± 2 °C, לחות יחסית ~ 40% ± 5%), זהו קריטריון מכריע. חלק מהמשתתפים יכולים להראות קצב זיעה גבוה, אשר מפריע לקיבוע המכשירים על העור ומשפיע על רישום נתוני NIRS. השימוש במאווררים יכול לעזור להפחית את thermoregulation חם על ידי הזעה.

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

תוצאות

במהלך השלמת CPET, הסימפטומים של קוצר נשימה, עייפות רגליים וקצב המאמץ הנתפס (RPE) דווחו בכל הנבדקים. השימוש המשלים במכשירי NIRS לא הוסיף אי נוחות להערכת התחושה של הנבדקים. כמו כן, לא הפסקנו את הערכות CPET על ידי כל אירוע סיכון הקשור ללחץ פיזיולוגי מוגזם.

חקרנו שני רו?...

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

Discussion

קיים פוטנציאל משמעותי בשימוש בהתקנים לבישים של NIRS ככלי משלים ל-CPET להערכת ביצועים ספורטיביים ולזיהוי גורמים מגבילים בפעילות גופנית מרכזית והיקפית בקרב ספורטאים אירוביים או סיבולת, בהתחשב בכך שטכנולוגיית NIRS הוכיחה את תקפותה ואמינותה בהערכת המודינמיקה של כלי דם באזור המ...

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

Disclosures

המחברים מצהירים כי אין ניגוד עניינים.

Acknowledgements

אנו מודים לכל המשתתפים במחקר זה ולצוות המעבדה הטכנית על תמיכתם במדידות שנלקחו במעבדה לפיזיולוגיה של המאמץ. המחברים FC-B ו- ME-R נתמכו חלקית על ידי תחרויות המחקר והחדשנות III, IV ו- V של מדעי הבריאות בבית הספר (הפקולטה לרפואה, Pontificia Universidad Católica de Chile). המחבר RC-C מומן על ידי פרויקט הנתמך על ידי התחרות לפרויקטים קבועים למחקר, שנת 2023, קוד 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

JoVE214

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