Quando ci si muove, i muscoli hanno bisogno di energia. L'energia viene ricavata dalla rottura di una sostanza chiamata ATP. Per produrre ATP nel modo migliore, i muscoli hanno bisogno di ossigeno.
Misuriamo l'ossigeno nei muscoli
Ogni cellula del corpo ha bisogno di ossigeno per funzionare. Il corpo invia l'ossigeno in tutto il mondo attraverso il sangue, in modo che le cellule possano ricevere ciò di cui hanno bisogno.
Quando si inspira, l'ossigeno si attacca a una parte speciale dei globuli rossi. L'ossigeno viaggia attraverso il sangue fino ai muscoli e ad altre parti del corpo.
Quando si fa esercizio, i muscoli hanno bisogno di ancora più ossigeno!
Vi chiederete: come possiamo sapere quanto ossigeno c'è nei muscoli senza aprire il corpo? Utilizziamo uno strumento speciale che illumina la pelle e misura la quantità di ossigeno presente nei muscoli.
Questo strumento si chiama spettroscopia nel vicino infrarosso (NIRS). Utilizza una luce che non fa male e non dà fastidio, proprio come una piccola torcia elettrica che passa attraverso il dito. Questo strumento ci aiuta a vedere quanto ossigeno c'è nei muscoli e se stanno ricevendo l'energia di cui hanno bisogno.
Gli esperti di esercizio fisico sanno come leggere questi data, ma noi vogliamo renderli facili da capire per tutti. Miglioriamo sempre la nostra tecnologia per renderla migliore.
In questo momento, possiamo dirvi cosa fanno i vostri muscoli in 5 semplici modi:
- Riposo e recupero
- Lavorare con leggerezza
- Lavorare a un ritmo costante e moderato
- Lavorare molto duramente senza sufficiente ossigeno (chiamato anaerobico)
- Spingere i muscoli sempre più forte
Il nostro sistema intelligente analizza le variazioni di ossigeno e vi dice esattamente cosa sta accadendo all'interno dei vostri muscoli.
Quando ci si muove, i muscoli hanno bisogno di energia. L'energia viene ricavata dalla rottura di una sostanza chiamata ATP. Per produrre ATP nel modo migliore, i muscoli hanno bisogno di ossigeno.
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Quando si inspira, l'ossigeno si attacca a una parte speciale dei globuli rossi. L'ossigeno viaggia attraverso il sangue fino ai muscoli e ad altre parti del corpo.
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Vi chiederete: come possiamo sapere quanto ossigeno c'è nei muscoli senza aprire il corpo? Utilizziamo uno strumento speciale che illumina la pelle e misura la quantità di ossigeno presente nei muscoli.
Questo strumento si chiama spettroscopia nel vicino infrarosso (NIRS). Utilizza una luce che non fa male e non dà fastidio, proprio come una piccola torcia elettrica che passa attraverso il dito. Questo strumento ci aiuta a vedere quanto ossigeno c'è nei muscoli e se stanno ricevendo l'energia di cui hanno bisogno.
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Fondamenti della NIRS
Come è nata la spettroscopia nel vicino infrarosso (NIRS)
La NIRS è iniziata con un articolo pubblicato da Frans Jöbsis su Science (1977). Jöbsis ha riportato che i tessuti biologici sono relativamente trasparenti alla luce nella regione del vicino infrarosso (700-1300 nm). Pertanto, è possibile trasmettere un numero sufficiente di fotoni attraverso gli organi per il monitoraggio in situ. In questa regione del vicino infrarosso, l'emoglobina - comprese le sue due varianti principali, l'ossiemoglobina (O2Hb) e la deossiemoglobina (HHb) - mostra un assorbimento dipendente dall'ossigeno. Si ritiene che l'emoglobina sia il principale cromoforo dei tessuti biologici che assorbe la luce in questa regione del vicino infrarosso.
La scienza
Se l'assorbimento è noto, è possibile utilizzare la legge di Beer-Lambert per calcolare l'assorbimento del cromoforo. La legge di Lambert-Beer è data da: ODλ = Log (I0/I) = ελ * c * L
ODλ è un fattore adimensionale noto come densità ottica del mezzo, I0 è la luce incidente, I la luce trasmessa, ελ il coefficiente di estinzione del cromoforo (in µM-1-cm-1), c è la concentrazione (in µM) del cromoforo, L la distanza (in cm) tra emettitore e ricevitore e λ è la lunghezza d'onda utilizzata (in nm).
La legge di Beer-Lambert è destinata ad essere utilizzata in un mezzo trasparente e non diffondente. Quando viene applicata a un mezzo diffondente, ad esempio un tessuto biologico, è necessario incorporare un fattore di correzione della lunghezza di cammino adimensionale. Questo fattore, talvolta chiamato fattore di lunghezza di cammino differenziale (DPF), tiene conto dell'aumento della lunghezza di cammino ottica dovuto alla dispersione nel tessuto. La legge di Beer-Lambert modificata per un mezzo di diffusione è data da: Δc = ΔODλ / (ελ * L * DPF)
Dove ODλ rappresenta le perdite ottiche indipendenti dall'ossigeno dovute alla diffusione e all'assorbimento nel tessuto. Assumendo che ODλ sia costante durante una misurazione NIRS, possiamo convertire la variazione della densità ottica in una variazione della concentrazione.
Questa equazione è valida per un mezzo con un solo cromoforo. Se sono coinvolti più cromofori, è necessario misurare almeno tante lunghezze d'onda quanti sono i cromofori presenti. Si ottiene così un insieme di equazioni lineari. La soluzione di questo insieme porta all'algoritmo utilizzato nella maggior parte dei sistemi NIRS. Un mezzo di dispersione permette di misurare l'assorbimento con la sorgente nel vicino infrarosso e il rivelatore paralleli tra loro. Ciò offre l'opportunità di misurare l'ossigenazione in tessuti più grandi, ad esempio muscoli e cervello, utilizzando le apparecchiature NIRS.
Algoritmo NIRS
La definizione dell'algoritmo utilizzato dalla NIRS richiede i coefficienti di estinzione spettrale dei vari cromofori. Gli spettri dei due cromofori principali, O2Hb e HHb.
La somma di O2Hb e HHb è una misura del volume totale di sangue (tHb) nel tessuto. Il tessuto muscolare contiene altri due cromofori: l'ossimioglobina e la deossimioglobina (O2Mb e HMb). Per distinguere tra emoglobina e mioglobina nel tessuto muscolare, gli spettri devono essere sufficientemente diversi. Purtroppo questo non avviene nella regione del vicino infrarosso dello spettro. Ciò significa che la NIRS non è in grado di distinguere se la concentrazione di ossigeno misurata è trasportata dall'emoglobina o dalla mioglobina. Le lunghezze d'onda che possono distinguere l'Hb e il Mb non sono in grado di penetrare il tessuto abbastanza in profondità.
DOMANDE FREQUENTI
Qual è la differenza tra NIRS e pulsossimetria?
La tecnica su cui si basa la spettroscopia nel vicino infrarosso è strettamente analoga alla tecnica della pulsossimetria.
La differenza principale è il tessuto da campionare. La pulsossimetria calcola la percentuale di emoglobina ossigenata nel sangue arterioso. La NIRS calcola le variazioni di ossiemoglobina e deossiemoglobina (e facoltativamente la percentuale di emoglobina ossigenata) nel tessuto in esame (capillari), che contiene sia sangue arterioso sia venoso.
altre domande
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