Per contrarsi, i muscoli hanno bisogno di energia. Questa energia deriva dalla scomposizione dell'ATP.
Le vie più efficienti per la creazione di ATP richiedono ossigeno.
Noi misuriamo l'ossigeno muscolare.
Ogni singola cellula del corpo ha un bisogno costante di ossigeno. Per far fronte a questa costante richiesta di ossigeno, è necessario un apporto adeguato attraverso la circolazione.
Quando si inspira, l'ossigeno si lega al gruppo eme dell'emoglobina nei globuli rossi. Questa sostanza di colore rosso vivo viene trasportata ai tessuti per soddisfare il loro fabbisogno.
Durante l'esercizio fisico, il fabbisogno di ossigeno aumenta.
Come si può misurare all'interno del corpo, senza aprirlo? Con l'ossimetria ottica, e in particolare con la spettroscopia nel vicino infrarosso (NIRS), possiamo valutare lo stato di ossigenazione e l'emodinamica di vari organi, ad esempio il tuo tessuto muscolare.
La NIRS si basa su due caratteristiche del tessuto umano.
- La trasparenza relativa dei tessuti alla luce nell'intervallo NIR,
- Le caratteristiche di assorbimento della luce dell'emoglobina dipendenti dallo stato di ossigenazione.
La luce infrarossa passa attraverso i tessuti umani senza che si percepisca o danneggi i tessuti,
è paragonabile alla luce di una torcia elettrica che attraversa la punta di un dito.
Utilizzando diverse lunghezze d'onda, è possibile misurare e visualizzare in modo continuo le variazioni relative della concentrazione di emoglobina.
Questi dati biologici non sono fanstascienza per i fisiologi dell'esercizio, ma poiché non tutti gli atleti
hanno un team di scienziati che li supporta, il nostro obiettivo è quello di rendere questi dati accessibili a tutti.
Si tratta di un processo continuo.
Il nostro ecosistema è adattivo e in costante miglioramento.
Uno dei primi passi che abbiamo fatto per rendere questo data utile a tutti è la classificazione dei dati del muscolo in 5 stati. Il nostro algoritmo intelligente e adattivo utilizza le variazioni di concentrazione relative e la percentuale assoluta di ossigeno per determinare se il muscolo è in fase di recupero, se sta lavorando a un'intensità leggera, se sta lavorando a uno sforzo moderato ma sostenibile, se sta lavorando principalmente in modo anaerobico oppure se il carico muscolare sta aumentando.
Per contrarsi, i muscoli hanno bisogno di energia. Questa energia deriva dalla scomposizione dell'ATP.
Le vie più efficienti per la creazione di ATP richiedono ossigeno.
Noi misuriamo l'ossigeno muscolare.
Ogni singola cellula del corpo ha un bisogno costante di ossigeno. Per far fronte a questa costante richiesta di ossigeno, è necessario un apporto adeguato attraverso la circolazione.
Quando si inspira, l'ossigeno si lega al gruppo eme dell'emoglobina nei globuli rossi. Questa sostanza di colore rosso vivo viene trasportata ai tessuti per soddisfare il loro fabbisogno.
Durante l'esercizio fisico, il fabbisogno di ossigeno aumenta.
Come si può misurare all'interno del corpo, senza aprirlo? Con l'ossimetria ottica, e in particolare con la spettroscopia nel vicino infrarosso (NIRS), possiamo valutare lo stato di ossigenazione e l'emodinamica di vari organi, ad esempio il tuo tessuto muscolare.
La NIRS si basa su due caratteristiche del tessuto umano.
- La trasparenza relativa dei tessuti alla luce nell'intervallo NIR,
- Le caratteristiche di assorbimento della luce dell'emoglobina dipendenti dallo stato di ossigenazione.
La luce infrarossa passa attraverso i tessuti umani senza che si percepisca o danneggi i tessuti,
è paragonabile alla luce di una torcia elettrica che attraversa la punta di un dito.
Utilizzando diverse lunghezze d'onda, è possibile misurare e visualizzare in modo continuo le variazioni relative della concentrazione di emoglobina.
Questi dati biologici non sono fanstascienza per i fisiologi dell'esercizio, ma poiché non tutti gli atleti
hanno un team di scienziati che li supporta, il nostro obiettivo è quello di rendere questi dati accessibili a tutti.
Si tratta di un processo continuo.
Il nostro ecosistema è adattivo e in costante miglioramento.
Uno dei primi passi che abbiamo fatto per rendere questo data utile a tutti è la classificazione dei dati del muscolo in 5 stati. Il nostro algoritmo intelligente e adattivo utilizza le variazioni di concentrazione relative e la percentuale assoluta di ossigeno per determinare se il muscolo è in fase di recupero, se sta lavorando a un'intensità leggera, se sta lavorando a uno sforzo moderato ma sostenibile, se sta lavorando principalmente in modo anaerobico oppure se il carico muscolare sta aumentando.
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.
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