Questo lavoro è stato supportato da un'Università del Texas a grant Arlington programma interdisciplinare di ricerca.

Questo protocollo segue le linee guida del Comitato di revisione istituzionale presso l'Università del Texas ad Arlington e conforme agli standard stabiliti dall'ultima versione della dichiarazione di Helsinki. Di conseguenza, consenso informato scritto è stato (e dovrebbe essere) ottenuto prima dell'inizio delle procedure di ricerca.
1. Strumentazione
Nota: La seguente descrizione di strumentazione si basa nel vicino infrarosso (NIR) spettrometro e dati acquisizione sistema utilizzato nel nostro laboratorio (Vedi Tabella materiali). Pertanto, le istruzioni includono passaggi necessari per la funzione ottima di questi dispositivi. Tali passaggi includono la calibrazione della sonda NIR utilizzando il software di accompagnamento e calibrazione fantasma e l'applicazione di un panno scuro per escludere la luce ambientale. Nel caso in cui è utilizzati diversi dati raccolta hardware e/o software, gli investigatori dovrebbero consultare i propri manuali specifici per la calibrazione e considerazioni di luce ambiente. La figura 1 illustra la struttura sperimentale e strumentazione descritta subito sotto.
<ol><li>Istruire il soggetto si trovi supina con le gambe all'interno di una camera di pressione negativa (LBNP) corpo inferiore (Figura 1A), in modo che la loro linea di cintura è circa anche con l'apertura alla casella LBNP. Per istruzioni su come costruire una camera di LBNP, vedere riferimenti17.
</li>
	<li>Posizionare gli elettrodi di elettrocardiogramma tre sul tema: due in una posizione inferiore, emiclavicolare e uno sull'argomento sinistra del lato mediale alla cresta iliaca. Questa configurazione fornisce i migliori risultati a causa di accesso limitato per gli arti inferiori, strumentazione degli arti superiori e movimento del braccio durante l'esercizio di presa di mano.</li>
	<li>Inserire un modulo di monitor di pressione sanguigna non invasiva sul polso dominante del soggetto. Posizionare i polsini pressione sanguigna dito su ogni dito e collegarli al modulo (Figura 1B). Garantire che i polsini pressione sanguigna dito sono correttamente calibrati secondo il manuale che accompagna il dispositivo.</li>
	<li>Istruire il soggetto a cogliere un dinamometro di presa della mano (HGD) con loro braccio non dominante in una posizione leggermente rapita. Il braccio dovrebbe essere posizionato comodamente su un comodino. La distanza e l'angolo la HGD dovrebbe essere regolate per consentire la forza di presa ottimale con movimento del braccio minima (Figura 1).</li>
	<li>Fissare la HGD per un comodino.</li>
	<li>Misurare la contrazione massima volontaria (MVC) del partecipante. Raccontare il partecipante che, quando richiesto, si deve spremere il HGD duro come possibile mentre utilizzando solo i muscoli della mano e dell'avambraccio. Indicare il soggetto che si astengono dall'arruolare loro parte superiore del braccio, petto, spalla o muscoli addominali durante l'esecuzione il massimo grip.</li>
	<li>Ripetere passo 1.6 tre volte, separati da almeno 60 Record s. la forza massima raggiunta (meglio di 3). Questa forza massima serviranno per calcolare l'intensità dell'esercizio per capacità ossidativa del muscolo scheletrico e neurovascolare accoppiamento (Vedi sotto).</li>
	<li>Posizionare un rapid-inflazione bracciale intorno al braccio della mano che esercita. Collegare la linea aerea dal controller di rapida inflazione al polsino.</li>
	<li>Identificare il profundus di digitorum del flessore. Utilizzare un marcatore di pelle per delimitare i confini del muscolo palpabile.</li>
	<li>Assicurarsi che lo spettrometro NIR è tarato correttamente secondo il manuale dell'utente fornito con il dispositivo. Pulire la pelle su cui verrà posizionata la sonda NIR con alcol prep.</li>
	<li>Posizionare la sonda NIR sopra il centro del ventre del muscolo (profundus di digitorum del flessore) e fissarlo saldamente all'avambraccio.</li>
	<li>Avvolgere la sonda e dell'avambraccio con panno scuro, riducendo al minimo l'interferenza dalla luce ambientale (Figura 1, Figura 1).</li>
	<li>Quando si è pronti per eseguire la parte di sympatholysis funzionale dello studio, sigillare il soggetto nella camera di LBNP.</li>
</ol>2. muscolo della capacità ossidativa
Nota: Una traccia di dati rappresentativi che illustrano la procedura sperimentale per la misurazione della capacità ossidativa del muscolo scheletrico è raffigurata in figura 2. Questo approccio sperimentale è stato convalidato in precedenza contro in vivo fosforo MRS18 e in situ muscolo respirometry19e sta guadagnando l'accettazione diffusa20.
<ol><li>Strumento il soggetto come indicato sopra (strumentazione).</li>
	<li>Istruire il soggetto a mentire ancora per 2 min mentre monitoraggio deossiemoglobina (HHb) e ossiemoglobina (HbO2) tramite la sonda NIR. Nota: Questo periodo di riposo consente al soggetto di recuperare da qualsiasi artefatto movimento connesso con il processo di strumentazione e assicura misurazioni di base stabile. Se dopo 2 min che fluttuazioni significative non si sono verificati, il soggetto può essere considerato a stato stazionario e di riposo della linea di base.</li>
	<li>Prima di occlusione del polsino, notificare il soggetto che si sarà gonfiare il bracciale. Gonfiare la parte superiore del braccio polsino almeno 30 mmHg sopra la pressione sanguigna sistolica per 5 min (cioè, suprasystolic). Chiedere al soggetto di mantenere il loro braccio come naturale e rilassante possibile, sia in fase di inflazione del polsino e seguente lo sgonfiamento della cuffia. Nota: Questa 5 min protocollo di occlusione dell'arteria brachiale polsino rispecchia che lo standard clinico attualmente accettato per occlusione vascolare test21,22,23,24,25.</li>
	<li>Registrare il valore di iniziale/basale (prima dell'occlusione del polsino) e il valore di nadir della saturazione dei tessuti (StO2) durante l'occlusione del polsino e determinare il punto intermedio tra questi due valori. <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/57317/57317eq1.jpg">
</li>
	<li>Permettere al soggetto di recuperare dall'occlusione del polsino e tornare a valori basali che riposa. Una volta che il soggetto ha mantenuto una linea di base che riposa per almeno 1 min completo, continuare al passaggio successivo.</li>
	<li>Istruire soggetti a compressione e mantenere un'impugnatura isometrica al 50% di loro MVC. Incoraggiare il soggetto a mantenere la loro contrazione isometrica fino a quando il tessuto Desatura del 50%. Dopo aver ottenuto questo valore, dire al soggetto di rilassarsi loro mano e li informa che è necessario non più esercizio o movimento.</li>
	<li>Entro 3-5 s seguente esercizio cessazione, amministrare la seguente serie di occlusione rapida polsino (una serie = 1 inflazione + 1 deflazione), come precedentemente stabilito18: Serie #1 - 6: 5 s su/5 s off Serie #7 - 10: 7 s su/10 s off Serie #11-14:10 s su/15 s off Serie #15-18:10 s su/20 s off</li>
	<li>Dopo aver completato la serie di gonfiaggio/sgonfiaggioth 18, istruire il soggetto a riposo, permettendo la saturazione dei tessuti tornare ai valori della previsione iniziale. Dopo che questi valori sono rimasti costanti per almeno 2 min, ripetere i passaggi da 2.4 e 2.5.</li>
	<li>
Calcolo della capacità ossidativa del muscolo scheletrico
	<ol>
<li>Calcolare la pendenza del cambiamento in StO2per ciascuna delle occlusioni 18 polsino singole, formando i punti di ripristino monoexponential illustrati nella Figura 2.</li>
		<li>Adattare i dati calcolati da 2,7 alle seguenti monoexponential curva18,19,26 y = End - Δ x e-kt Nota: 'y' è il tasso di consumo di ossigeno del muscolo relativo (mV̇O2) durante il gonfiaggio del bracciale, 'End' rappresenta il mV̇O2 immediatamente dopo la cessazione dell'esercizio; Delta ('Δ') indica il cambiamento in mV̇O2 dal resto fino alla fine dell'esercizio; 'k' è l'accessorio tasso costante; ' t ' è tempo. Tau è calcolato come 1/k.</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. reattivo iperemia
Nota: Una traccia di dati rappresentativi che illustrano la procedura sperimentale per la misura di iperemia reattiva è raffigurata in Figura 3.
<ol><li>Con il soggetto sdraiato supino e instrumentata come descritto sopra (strumentazione), indicare il soggetto a mentire ancora possibile.</li>
	<li>Una volta che il soggetto ha raggiunto uno stato di riposo coerente, continuano a registrare almeno 1 min di dati di base e quindi rapidamente gonfiare un polsino di pressione sanguigna sul braccio superiore ad una pressione di suprasystolic (30 mmHg sopra la pressione sanguigna sistolica).</li>
	<li>Presso il marchio di 5 min, rapidamente sgonfiare il bracciale durante la registrazione della risposta hyperemic.</li>
	<li>Continuare a registrare per almeno 3 minuti per l'acquisizione di recupero del soggetto.</li>
	<li>
Calcolo di iperemia reattiva Nota: I parametri NIRS calcolata sono rappresentati nella figura 3.<ol>
<li>Calcolare StO2 come media StO2 sopra 1 min completo prima della linea di base alla comparsa di occlusione arteriosa polsino.</li>
		<li>Determinare il tasso metabolico a riposo del muscolo scheletrico come il tasso di desaturazione (cioè, pendenza media) durante il polsino occlusione (definito come pendenza 1)27,28.</li>
		<li>Calcolare l'iperemia reattiva come segue: ) la curva ascendente medio dopo il rilascio di polsino (cioè, tasso di riperfusione, definito come pendenza 2), calcolato dal momento del rilascio di polsino attraverso la fase linearmente crescente della traccia del rimbalzo; b) il valore di2 StO più alto raggiunto dopo il rilascio di polsino (indicata come StO2max); c) l'area di iperemia reattiva sotto la curva (AUC); calcolato dal momento del rilascio di polsino a 1-, 2 - e 3-min post polsino-occlusione (AUC 1-min, AUC 2 min e AUC 3-min, rispettivamente); e d) la hyperemic riserva, calcolata come la variazione di StO2 di sopra della linea di base e segnalato come un cambiamento di percentuale (%). Questo valore viene calcolato come la saturazione più alta raggiunta durante il post-occlusiva rimbalzo meno la saturazione media calcolata nel passaggio 3.5.1 (Vedi sopra). Nota: È possibile che grandi differenze nei dati di previsione influirà notevolmente l'interpretazione della riserva iperemica.</li>
	</ol>
</li>
</ol>4. funzionale Sympatholysis
Nota: Una traccia di dati rappresentativi che illustrano la procedura sperimentale per la misurazione funzionale sympatholysis è raffigurata nella Figura 4.
<ol><li>Strumento il soggetto come indicato sopra (strumentazione).</li>
	<li>Garantire una chiusura ermetica nella camera di LBNP.</li>
	<li>Con il soggetto che si trova ancora e a riposo, raccogliere 3 min di dati di base.</li>
	<li>Presso il marchio di 3 min, applicare il vuoto. Regolare il vuoto in modo che la pressione all'interno della camera LBNP è tra-20 e -30 mmHg. Consentire il vuoto a correre per 2 min durante il controllo della risposta del soggetto.</li>
	<li>Presso il marchio di 5 min, disattivare il vuoto e permettere al soggetto di riposare per 3 min.</li>
	<li>Presso il marchio di 8 min, avviare il prompt vocale che guida il soggetto attraverso l'esercizio di presa di mano ritmica (20% MVC).</li>
	<li>Confermare che il soggetto mantenga loro spremere tutta la durata di ogni fase di presa e rilassarsi completamente durante tra ogni ripetizione. Loro produzione di forza di monitorare e verificare che si stiano raggiungendo 20% MVC con ogni presa. Continuare esercizio fino a quando il marchio di 11 min.</li>
	<li>Presso il mark 11 min, applicare il vuoto incoraggiare il soggetto a continuare il loro esercizio ritmico. Lasciare vuoto per eseguire da 11-13 min, quindi spegnerlo.</li>
	<li>Avere il soggetto continua l'esecuzione ritmica mano presa esercizio al 20% del loro MVC per altri 2 minuti. Al momento della cessazione di esercizio, hanno il resto soggetto tranquillamente e si trovano ancora.</li>
	<li>
Calcolo funzionale Sympatholysis
	<ol>
<li>Normalizza il cambiamento in ossiemoglobina con LBNP al segnale labile totale (TLS), determinato durante l'occlusione del polsino 5 min: <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/57317/57317eq2.jpg"> <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/57317/57317eq3.jpg">
</li>
		<li>Calcolare ogni evento come la media finale 20 min di ogni evento.</li>
		<li>Calcolare l'attenuazione indotta dall'esercizio della riduzione ossiemoglobina: <img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/57317/57317eq4.jpg">
</li>
	</ol>
</li>
</ol>

<ol>
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M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Repeatability+of+vascular+responsiveness+measures+derived+from+near-infrared+spectroscopy.">Repeatability of vascular responsiveness measures derived from near-infrared spectroscopy.</a> Physiol Rep. 4 (9), (2016).</li><li>Ryan, T. E., Southern, W. M., Brizendine, J. T., McCully, K. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Activity-induced+changes+in+skeletal+muscle+metabolism+measured+with+optical+spectroscopy.">Activity-induced changes in skeletal muscle metabolism measured with optical spectroscopy.</a> Med Sci Sports Exerc. 45 (12), 2346-2352 (2013).</li><li>Southern, W. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reduced+skeletal+muscle+oxidative+capacity+and+impaired+training+adaptations+in+heart+failure.">Reduced skeletal muscle oxidative capacity and impaired training adaptations in heart failure.</a> Physiol Rep. 3 (4), (2015).</li><li>Ryan, T. E., Brizendine, J. T., McCully, K. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+comparison+of+exercise+type+and+intensity+on+the+noninvasive+assessment+of+skeletal+muscle+mitochondrial+function+using+near-infrared+spectroscopy.">A comparison of exercise type and intensity on the noninvasive assessment of skeletal muscle mitochondrial function using near-infrared spectroscopy.</a> J Appl Physiol. 114 (2), 230-237 (2013).</li><li>Adami, A., Cao, R., Porszasz, J., Casaburi, R., Rossiter, H. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reproducibility+of+NIRS+assessment+of+muscle+oxidative+capacity+in+smokers+with+and+without+COPD.">Reproducibility of NIRS assessment of muscle oxidative capacity in smokers with and without COPD.</a> Respir Physiol Neurobiol. 235, 18-26 (2017).</li><li>Lacroix, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reproducibility+of+near-infrared+spectroscopy+parameters+measured+during+brachial+artery+occlusion+and+reactive+hyperemia+in+healthy+men.">Reproducibility of near-infrared spectroscopy parameters measured during brachial artery occlusion and reactive hyperemia in healthy men.</a> J Biomed Opt. 17 (7), 077010 (2012).</li><li>Bopp, C. M., Townsend, D. K., Warren, S., Barstow, T. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Relationship+between+brachial+artery+blood+flow+and+total+[hemoglobin+myoglobin]+during+post-occlusive+reactive+hyperemia.">Relationship between brachial artery blood flow and total [hemoglobin+myoglobin] during post-occlusive reactive hyperemia.</a> Microvasc Res. 91, 37-43 (2014).</li><li>Willingham, T. B., Southern, W. M., McCully, K. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measuring+reactive+hyperemia+in+the+lower+limb+using+near-infrared+spectroscopy.">Measuring reactive hyperemia in the lower limb using near-infrared spectroscopy.</a> J Biomed Opt. 21 (9), 091302 (2016).</li><li>Kragelj, R., Jarm, T., Erjavec, T., Presern-Strukelj, M., Miklavcic, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Parameters+of+postocclusive+reactive+hyperemia+measured+by+near+infrared+spectroscopy+in+patients+with+peripheral+vascular+disease+and+in+healthy+volunteers.">Parameters of postocclusive reactive hyperemia measured by near infrared spectroscopy in patients with peripheral vascular disease and in healthy volunteers.</a> Ann Biomed Eng. 29 (4), 311-320 (2001).</li><li>Gurley, K., Shang, Y., Yu, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Noninvasive+optical+quantification+of+absolute+blood+flow,+blood+oxygenation,+and+oxygen+consumption+rate+in+exercising+skeletal+muscle.">Noninvasive optical quantification of absolute blood flow, blood oxygenation, and oxygen consumption rate in exercising skeletal muscle.</a> J Biomed Opt. 17 (7), 075010 (2012).</li></ol>

Gli autori dichiarano di non avere nessun concorrenti interessi finanziari.

I metodi descritti nel presente documento consentono una valutazione non invasiva, clinica di iperemia reattiva, accoppiamento neurovascolare e capacità ossidativa del muscolo scheletrico in una sola visita clinica o di laboratorio.
Considerazioni critiche
Sebbene la NIRS è relativamente robusto e facile da usare, raccolta di questi dati richiedono attento posizionamento di optodi direttamente sopra il ventre muscolare, fissato saldamente...

La risposta hyperemic per un breve periodo di ischemia del tessuto è emerso come una chiave misura non invasiva della funzione vascolare (micro). Durante l'occlusione di un'arteria di conduit, arteriole a valle si dilatano in uno sforzo per compensare l'insulto ischemico. Al momento del rilascio dell'occlusione, la resistenza vascolare in diminuzione provoca iperemia, la cui entità è dettata dalla sua capacità di dilatare il microcircolo a valle. Mentre l'iperemia reattiva è un forte predittore indipendente di eventi cardiovascolari1,2 e pertanto un endpoint clinicamente significativo, il suo significato funzionale di esercitare la tolleranza e la qualità della vita è meno chiaro.
Infatti, esercizio dinamico rappresenta uno stress cardiovascolare importante che esige una risposta neurovascolare altamente coordinata al fine di corrispondere la consegna di ossigeno alle richieste metaboliche. Ad esempio, il flusso sanguigno del muscolo scheletrico può aumentare quasi 100 volte durante isolato muscolare contrazioni3, che sarebbe sopraffare la capacità di pompaggio del cuore, se tale risposta emodinamica sono stato estrapolato a corpo intero esercizio. Di conseguenza, per evitare l'ipotensione severa, simpatico (cioè, vasocostrittore) attività nervosa aumenta la gittata cardiaca, allontanandolo dai tessuti di inattivi e viscerali e verso attivo del muscolo scheletrico4la ridistribuzione. Uscita simpatica è rivolto anche al muscolo scheletrico esercitarsi5; Tuttavia, la segnalazione metaboliche locali attenua la risposta vasocostrittore al fine di garantire sufficiente del tessuto ossigeno consegna6,7,8,9,10, 11. collettivamente, questo processo viene definito funzionale sympatholysis12ed è indispensabile alla normale regolazione del flusso sanguigno del muscolo scheletrico durante l'esercizio. Poiché il flusso sanguigno del muscolo scheletrico è un fattore determinante della capacità aerobica — un preannunciatore indipendente della qualità della vita e malattia cardiovascolare morbilità e mortalità13— comprendere il controllo di ossigeno del muscolo scheletrico nel sangue flusso e tessuto consegna durante l'esercizio fisico è di grande importanza clinica.
Consegna dell'ossigeno è solo metà dell'equazione di Fick, tuttavia, con l'utilizzo di ossigeno soddisfare l'altra metà dell'equazione. Tra i principali determina di utilizzazione dell'ossigeno, fosforilazione ossidativa mitocondriale svolge un ruolo essenziale nella fornitura di energia adeguata per processi cellulari sia a riposo che durante l'esercizio. Infatti, i danni nella capacità ossidativa del muscolo possono limitare funzionale capacità e qualità della vita14,15,16. Varie misure sono comunemente usati per fornire un indice della capacità ossidativa del muscolo, compreso le biopsie del muscolo invasiva e tecniche di spettroscopia (MRS) a risonanza magnetica di costosi e che richiede tempo.
Qui, noi proponiamo un approccio non invasivo, romanzo, usando la spettroscopia nel vicino infrarosso (NIRS), per valutare ognuno di questi tre principali endpoint clinici (iperemia reattiva, sympatholysis e capacità ossidativa del muscolo) in una sola visita clinica o di laboratorio. I principali vantaggi di questo approccio sono triplice: in primo luogo, questa tecnica è facilmente trasportabile, relativamente a basso costo e facile da eseguire. Approcci attuali di ultrasuono di Doppler per misurare l'iperemia reattiva sono altamente operatore-dipendente — che richiedono la vasta abilità e formazione — e richiedono dati sofisticati, ad alto costo, acquisizione e post-elaborazione software. Inoltre, questo in teoria potrebbe essere introdotto in clinica e/o grandi test clinici per comodino monitoraggio o test di efficacia terapeutica. In secondo luogo, in virtù della metodologia, questa tecnica si concentra specificamente su microvasculature del muscolo scheletrico, aumentando la specificità complessiva della tecnica. Approcci alternativi usando ultrasuono di Doppler di concentrano interamente sulle navi del condotto a Monte e dedurre modifiche a valle, che possono attenuare il segnale. In terzo luogo, questa tecnica è completamente non-invasiva. Capacità ossidativa del muscolo scheletrico è tradizionalmente valutate con dilagante e le biopsie muscolari dolorosi e sympatholysis funzionali possono essere valutati con iniezione intra-arteriosa di simpaticomimetici e simpaticolitici. Questo approccio evita questi requisiti tutti insieme.

<table><tbody><tr><td>Dual-channel OxiplexTS Near-infrared spectroscopy machine</td><td>Iss Medical</td><td>101</td><td></td></tr><tr><td>NIRS muscle sensor</td><td>Iss Medical</td><td>201.2</td><td></td></tr><tr><td>E20 Rapid cuff inflation system</td><td>Hokanson</td><td>E20</td><td></td></tr><tr><td>AG101 Air Source</td><td>Hokanson</td><td>AG101</td><td></td></tr><tr><td>Smedley Handgrip dynometer (recording)</td><td>Stolting</td><td>56380</td><td></td></tr><tr><td>Powerlab 16/35, 16 Channel Recorder</td><td>ADInstruments</td><td>PL3516</td><td></td></tr><tr><td>Human NIBP Set</td><td>ADInstruments</td><td>ML282-SM</td><td></td></tr><tr><td>Bio Amp</td><td>ADInstruments</td><td>FE132</td><td></td></tr><tr><td>Quad Bridge Amp</td><td>ADInstruments</td><td>FE224</td><td></td></tr><tr><td>Connex Spot Monitor</td><td>Welch Allyn</td><td>71WX-B</td><td></td></tr><tr><td>Origin(Pro) graphing software</td><td>OrignPro</td><td>Pro</td><td></td></tr><tr><td>Lower body negative pressure chamber</td><td>Physiology Research Instruments</td><td>standard unit</td><td></td></tr></tbody></table>

skeletal muscle neurovascular coupling, oxidative capacity, and microvascular function with 'one stop shop' near-infrared spectroscopy

Esercizio fisico rappresenta un importante sforzo emodinamico che esige una risposta neurovascolare altamente coordinata al fine di corrispondere la consegna di ossigeno alle richieste metaboliche. Iperemia reattiva (in risposta a un breve periodo di ischemia del tessuto) è un predittore indipendente di eventi cardiovascolari e fornisce approfondimenti importanti di salute vascolare e capacità vasodilatatore. Capacità ossidativa del muscolo scheletrico è ugualmente importante nella salute e nella malattia, poiché determina la fornitura di energia per i processi miocellulare. Qui, descriviamo un approccio semplice, non invasivo, utilizzando la spettroscopia nel vicino infrarosso per valutare ognuno di questi endpoint clinici principali (iperemia reattiva, accoppiamento neurovascolare e capacità ossidativa del muscolo) durante una sola visita clinica o di laboratorio. A differenza di ultrasuono di Doppler, immagini/spettroscopia di risonanza magnetica, o misure di flusso basati su catetere invasivo o biopsie del muscolo, il nostro approccio è meno operatore-dipendente, basso costo e completamente non-invasiva. Dati rappresentativi del nostro laboratorio presi insieme con i dati di riepilogo da letteratura precedentemente pubblicata illustrano l'utilità di ciascuno di questi punti finali. Una volta acquistato padronanza di questa tecnica, applicazione alle popolazioni cliniche fornirà importanti informazioni mecanicistiche intolleranza all'esercizio fisico e disfunzioni cardiovascolari.

Capacità ossidativa del muscolo scheletrico
La figura 2 illustra una rappresentanza risposta partecipante durante una valutazione della capacità ossidativa del muscolo scheletrico NIRS-derivato. Pannello A spettacoli la saturazione dei tessuti profile durante un 5min arteriosa polsino protocollo di occlusione, l'esercizio di manicotti e l'occlusione arteriosa intermittent...

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Skeletal Muscle Neurovascular Coupling, Oxidative Capacity, and Microvascular Function with 'One Stop Shop' Near-infrared Spectroscopy

Muscolo scheletrico Neurovascular accoppiamento, capacità ossidativa e funzione microvascolare con 'One Stop Shop' spettroscopia nel vicino infrarosso

Qui, descriviamo un approccio semplice, non invasivo, utilizzando la spettroscopia nel vicino infrarosso per valutare l'iperemia reattiva, accoppiamento neurovascolare e capacità ossidativa del muscolo scheletrico in una sola visita clinica o di laboratorio.

Exercise represents a major hemodynamic stress that demands a highly coordinated neurovascular response in order to match oxygen delivery to metabolic ...

skeletal-muscle-neurovascular-coupling-oxidative-capacity

Universidad de Cartagena UDEC

Research

JoVE Journal

Medicine

12.4K Views.  University of Texas at Arlington. Qui, descriviamo un approccio semplice, non invasivo, utilizzando la spettroscopia nel vicino infrarosso per valutare l'iperemia reattiva, accoppiamento neurovascolare e capacità ossidativa del muscolo scheletrico in una sola visita clinica o di laboratorio.

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Myo-mechanical Analysis of Isolated Skeletal Muscle

To assess the in vivo effects of therapeutic interventions for the treatment of muscle disease 1,2,3, quantitative methods are needed that measure force generation and fatigability in treated muscle. We describe a detailed approach to evaluating myo-mechanical properties in freshly explanted hindlimb muscle from the mouse. We describe the atraumatic harvest of mouse extensor digitorum longus muscle, mounting the muscle in a muscle strip myograph (Model 820MS; Danish Myo Technology), and the measurement of maximal twitch and tetanic tension, contraction time, and half-relaxation time, using a square pulse stimulator (Model S48; Grass Technologies). Using these measurements, we demonstrate the calculation of specific twitch and tetanic tension normalized to muscle cross-sectional area, the twitch-to-tetanic tension ratio, the force-frequency relationship curve and the low frequency fatigue curve 4. This analysis provides a method for quantitative comparison between therapeutic interventions in mouse models of muscle disease 1,2,3,5, as well as comparison of the effects of genetic modification on muscle function 6,7,8,9.

To assess the in vivo effects of therapeutic interventions for muscle disease, methods are needed to quantitate force generation and fatigability in treated muscle. We detail an approach to evaluating myo-mechanical properties in explanted mouse hindlimb muscle. This analysis provides a robust approach to quantitating the effects of genetic modification on muscle function, as well as comparison of therapies in mouse models of muscle disease.

Myo-meccanico Analisi dei isolata del muscolo scheletrico

To assess the in vivo effects of therapeutic interventions for the treatment of muscle disease 1,2,3, quantitative methods are needed that measure force ...

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Medicina

In Vivo Canine Muscle Function Assay

We describe a minimally-invasive and reproducible method to measure canine pelvic limb muscle strength and muscle response to repeated eccentric 
contractions. The pelvic limb of an anesthetized dog is immobilized in a stereotactic frame to align the tibia at a right angle to the femur. Adhesive wrap affixes the 
paw to a pedal mounted on the shaft of a servomotor to measure torque. Percutaneous nerve stimulation activates pelvic limb muscles of the paw to either push (extend) or 
pull (flex) against the pedal to generate isometric torque. Percutaneous tibial nerve stimulation activates tibiotarsal extensor muscles. Repeated eccentric (lengthening) 
contractions are induced in the tibiotarsal flexor muscles by percutaneous peroneal nerve stimulation. The eccentric protocol consists of an initial isometric contraction 
followed by a forced stretch imposed by the servomotor. The rotation effectively lengthens the muscle while it contracts, e.g., an eccentric contraction. During 
stimulation flexor muscles are subjected to an 800 msec isometric and 200 msec eccentric contraction. This procedure is repeated every 5 sec. To avoid fatigue, 4 min rest 
follows every 10 contractions with a total of 30 contractions performed.

In Vivo Canine Muscle Function Assay

We describe a minimally-invasive and painless method to measure canine hindlimb muscle strength and muscle response to repeated eccentric contractions.

In Vivo saggio canina funzione muscolare

We describe a minimally-invasive and reproducible method to measure canine pelvic limb muscle strength and muscle response to repeated eccentric 
...

Functional Near Infrared Spectroscopy of the Sensory and Motor Brain Regions with Simultaneous Kinematic and EMG Monitoring During Motor Tasks

There are several advantages that functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) presents in the study of the neural control of human movement. It is relatively flexible with respect to participant positioning and allows for some head movements during tasks. Additionally, it is inexpensive, light weight, and portable, with very few contraindications to its use. This presents a unique opportunity to study functional brain activity during motor tasks in individuals who are typically developing, as well as those with movement disorders, such as cerebral palsy. An additional consideration when studying movement disorders, however, is the quality of actual movements performed and the potential for additional, unintended movements. Therefore, concurrent monitoring of both blood flow changes in the brain and actual movements of the body during testing is required for appropriate interpretation of fNIRS results. Here, we show a protocol for the combination of fNIRS with muscle and kinematic monitoring during motor tasks. We explore gait, a unilateral multi-joint movement (cycling), and two unilateral single-joint movements (isolated ankle dorsiflexion, and isolated hand squeezing). The techniques presented can be useful in studying both typical and atypical motor control, and can be modified to investigate a broad range of tasks and scientific questions.

Monitoring brain activity during upright motor tasks is of great value when investigating the neural source of movement disorders. Here, we demonstrate a protocol that combines functional near infrared spectroscopy with continuous monitoring of muscle and kinematic activity during 4 types of motor tasks.

Vicino funzionale Infrared Spectroscopy delle regioni sensoriali e motorie cerebrali con simultanea cinematica e EMG monitoraggio durante compiti motori

There are several advantages that functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) presents in the study of the neural control of human movement. It is ...

Comportamento

Skeletal Muscle Gender Dimorphism from Proteomics

Gross contraction in skeletal muscle is primarily determined by a relatively small number of contractile proteins, however this tissue is also remarkably adaptable to environmental factors1 such as hypertrophy by resistance exercise and atrophy by disuse. It thereby exhibits remodeling and adaptations to stressors (heat, ischemia, heavy metals, etc.)2,3. Damage can occur to muscle by a muscle exerting force while lengthening, the so-called eccentric contraction4. The contractile proteins can be damaged in such exertions and need to be repaired, degraded and/or resynthesized; these functions are not part of the contractile proteins, but of other much less abundant proteins in the cell. To determine what subset of proteins is involved in the amelioration of this type of damage, a global proteome must be established prior to exercise5 and then followed subsequent to the exercise to determine the differential protein expression and thereby highlight candidate proteins in the adaptations to damage and its repair. Furthermore, most studies of skeletal muscle have been conducted on the male of the species and hence may not be representative of female muscle. 
In this article we present a method for extracting proteins reproducibly from male and female muscles, and separating them by two-dimensional gel electrophoresis followed by high resolution digital imaging6. This provides a protocol for spots (and subsequently identified proteins) that show a statistically significant (p &lt; 0.05) two-fold increase or decrease, appear or disappear from the control state. These are then excised, digested with trypsin and separated by high-pressure liquid chromatography coupled to a mass spectrometer (LC/MS) for protein identification (LC/MS/MS)5. This methodology (Figure 1) can be used on many tissues with little to no modification (liver, brain, heart etc.).

A straight-forward set of methods to isolate and determine the identity of the most abundant proteins expressed in skeletal muscle. About 800 spots are discerned on a two-dimensional gel from 10 mg muscle; this allows for the determination of gender-specific protein expression. These methods will give equivalent results in most tissues.

Sesso Dimorfismo muscolo scheletrico da Proteomica

Gross contraction in skeletal muscle is primarily determined by a relatively small number of contractile proteins, however this tissue is also remarkably ...

Non-invasive Assessment of Microvascular and Endothelial Function

The authors have utilized capillaroscopy and forearm blood flow techniques to investigate the role of microvascular dysfunction in pathogenesis of cardiovascular disease. Capillaroscopy is a non-invasive, relatively inexpensive methodology for directly visualizing the microcirculation. Percent capillary recruitment is assessed by dividing the increase in capillary density induced by postocclusive reactive hyperemia (postocclusive reactive hyperemia capillary density minus baseline capillary density), by the maximal capillary density (observed during passive venous occlusion). Percent perfused capillaries represents the proportion of all capillaries present that are perfused (functionally active), and is calculated by dividing postocclusive reactive hyperemia capillary density by the maximal capillary density. Both percent capillary recruitment and percent perfused capillaries reflect the number of functional capillaries. The forearm blood flow (FBF) technique provides accepted non-invasive measures of endothelial function: The ratio FBFmax/FBFbase is computed as an estimate of vasodilation, by dividing the mean of the four FBFmax values by the mean of the four FBFbase values. Forearm vascular resistance at maximal vasodilation (FVRmax) is calculated as the mean arterial pressure (MAP) divided by FBFmax. Both the capillaroscopy and forearm techniques are readily acceptable to patients and can be learned quickly.
The microvascular and endothelial function measures obtained using the methodologies described in this paper may have future utility in clinical patient cardiovascular risk-reduction strategies. As we have published reports demonstrating that microvascular and endothelial dysfunction are found in initial stages of hypertension including prehypertension, microvascular and endothelial function measures may eventually aid in early identification, risk-stratification and prevention of end-stage vascular pathology, with its potentially fatal consequences.

Capillaroscopy is a non-invasive, relatively inexpensive methodology for directly visualizing the microcirculation. The forearm blood flow technique provides accepted non-invasive measures of endothelial function.

La valutazione non invasiva della funzione endoteliale e microvascolare

The authors have utilized capillaroscopy and forearm blood flow techniques to investigate the role of microvascular dysfunction in pathogenesis of ...

Phosphorus-31 Magnetic Resonance Spectroscopy: A Tool for Measuring In Vivo Mitochondrial Oxidative Phosphorylation Capacity in Human Skeletal Muscle

Skeletal muscle mitochondrial oxidative phosphorylation (OXPHOS) capacity, which is critically important in health and disease, can be measured in vivo and noninvasively in humans via phosphorus-31 magnetic resonance spectroscopy (31PMRS). However, the approach has not been widely adopted in translational and clinical research, with variations in methodology and limited guidance from the literature. Increased optimization, standardization, and dissemination of methods for in vivo 31PMRS would facilitate the development of targeted therapies to improve OXPHOS capacity and could ultimately favorably impact cardiovascular health. 31PMRS produces a noninvasive, in vivo measure of OXPHOS capacity in human skeletal muscle, as opposed to alternative measures obtained from explanted and potentially altered mitochondria via muscle biopsy. It relies upon only modest additional instrumentation beyond what is already in place on magnetic resonance scanners available for clinical and translational research at most institutions. In this work, we outline a method to measure in vivo skeletal muscle OXPHOS. The technique is demonstrated using a 1.5 Tesla whole-body MR scanner equipped with the suitable hardware and software for 31PMRS, and we explain a simple and robust protocol for in-magnet resistive exercise to rapidly fatigue the quadriceps muscle. Reproducibility and feasibility are demonstrated in volunteers as well as subjects over a wide range of functional capacities.

Phosphorus-31 Magnetic Resonance Spectroscopy: A Tool for Measuring In Vivo Mitochondrial Oxidative Phosphorylation Capacity in Human Skeletal Muscle

This work demonstrates the feasibility of an in vivo phosphorus-31 magnetic resonance spectroscopy (31PMRS) technique to quantify mitochondrial oxidative phosphorylation (OXPHOS) capacity in human skeletal muscle.

Fosforo-31 spettroscopia di risonanza magnetica: uno strumento per misurare<em&gt; In Vivo</em&gt; Capacità fosforilazione ossidativa mitocondriale nel muscolo scheletrico umano

Skeletal muscle mitochondrial oxidative phosphorylation (OXPHOS) capacity, which is critically important in health and disease, can be measured in vivo ...

Near Infrared (NIr) Light Increases Expression of a Marker of Mitochondrial Function in the Mouse Vestibular Sensory Epithelium

Strategies for attenuating decline in balance function with increasing age are predominantly focused on physical therapies including balance tasks and exercise. However, these approaches do not address the underlying causes of balance decline. Using mice, the impact of near infrared light (NIr) on the metabolism of cells in the vestibular sensory epithelium was assessed. Data collected shows that this simple and safe intervention may protect these vulnerable cells from the deleterious effects of natural aging. mRNA was extracted from the isolated peripheral vestibular sensory epithelium (crista ampullaris and utricular macula) and subsequently transcribed into a cDNA library. This library was then probed for the expression of ubiquitous antioxidant (SOD-1). Antioxidant gene expression was then used to quantify cellular metabolism. Using transcranial delivery of NIr in young (4 weeks) and older (8 - 9 months) mice, and a brief treatment regime (90 sec/day for 5 days), this work suggests NIr alone may be sufficient to improve mitochondrial function in the vestibular sensory epithelium. Since there are currently no available, affordable, non-invasive methods of therapy to improve vestibular hair cell function, the application of external NIr radiation provides a potential strategy to counteract the impact of aging on cellular metabolism inthe vestibular sensory epithelium.

Near Infrared NIr Light Increases Expression of a Marker of Mitochondrial Function in the Mouse Vestibular Sensory Epithelium

Mitochondrial dysfunction is a hallmark of cellular senescence. This paper uses non-invasive near-infrared (NIr) treatment to improve mitochondrial function in the aging mouse vestibular sensory epithelium.

Vicino infrarosso (NIR) Luce aumenta l&#39;espressione di un marcatore di mitocondriale Funzione nel mouse vestibolare sensoriale Epithelium

Strategies for attenuating decline in balance function with increasing age are predominantly focused on physical therapies including balance tasks and ...

Biologia

Non-Invasive Monitoring of Microvascular Oxygenation and Reactive Hyperemia using Hybrid, Near-Infrared Diffuse Optical Spectroscopy for Critical Care

The detection of levels of impairment in microvascular oxygen consumption and reactive hyperemia is vital in critical care. However, there are no practical means for a robust and quantitative evaluation. This paper describes a protocol to evaluate these impairments using a hybrid near-infrared diffuse optical device. The device contains modules for near-infrared time-resolved and diffuse correlation spectroscopies and pulse-oximetry. These modules allow the non-invasive, continuous, and real-time measurement of the absolute, microvascular blood/tissue oxygen saturation (StO2) and the blood flow index (BFI) along with the peripheral arterial oxygen saturation (SpO2). This device uses an integrated, computer-controlled tourniquet system to execute a standardized protocol with optical data acquisition from the brachioradialis muscle. The standardized vascular occlusion test (VOT) takes care of the variations in the occlusion duration and pressure reported in the literature, while the automation minimizes inter-operator differences. The protocol we describe focuses on a 3-min occlusion period but the details described in this paper can readily be adapted to other durations and cuff pressures, as well as other muscles. The inclusion of an extended baseline and post-occlusion recovery period measurement allows the quantification of the baseline values for all the parameters and the blood/tissue deoxygenation rate that corresponds to the metabolic rate of oxygen consumption. Once the cuff is released, we characterize the tissue reoxygenation rate, magnitude, and duration of the hyperemic response in BFI and StO2. These latter parameters correspond to the quantification of the reactive hyperemia, which provides information about the endothelial function. Furthermore, the above-mentioned measurements of the absolute concentration of oxygenated and deoxygenated hemoglobin, BFI, the derived metabolic rate of oxygen consumption, StO2, and SpO2 provide a yet-to-be-explored rich data set that can exhibit disease severity, personalized therapeutics, and management interventions.

We describe a protocol to non-invasively and continuously measure absolute microvascular blood flow index and blood oxygen saturation using a multi-modal device based on near-infrared diffuse optics. We then evaluate the metabolic rate of oxygen consumption and reactive hyperemia utilizing a vascular occlusion test.

Monitoraggio non invasivo dell'ossigenazione microvascolare e dell'iperemia reattiva mediante spettroscopia ottica diffusa ibrida nel vicino infrarosso per la terapia intensiva

The detection of levels of impairment in microvascular oxygen consumption and reactive hyperemia is vital in critical care. However, there are no ...

Using Near-Infrared Spectroscopy Wearable Devices to Identify Central Versus Peripheral Limitations During Exercise

The gold standard to assess the aerobic capacity in physically active subjects and athletes is the maximal oxygen consumption test (VO2&#8211;max), which involves analysis of exhaled&#8211;gases and cardiorespiratory variables obtained via the breath-by-breath method in an ergospirometer during an incremental exercise. However, this method cannot elucidate metabolic changes at the muscular level. Near-infrared spectroscopy (NIRS) has emerged as a valuable technology to evaluate local oxygen levels (Tissular Saturation Index, TSI) by quantifying the concentrations of oxygenated (O2-Hb) and deoxygenated (H-Hb) hemoglobin in the microvasculature of tissues. NIRS applications extend to respiratory and locomotor muscles, assessing metabolic changes associated with the cost of breathing (COB) and peripheral workload, respectively. Additionally, cerebral regions, such as the prefrontal cortex, have been explored with NIRS technology to assess physiological changes related to cognitive demand associated with planning or ideation of motor tasks linked to sports performance. Thus, by analyzing exercise-induced changes (D) in O2-Hb, H-Hb, and TSI, it is possible to identify central and peripheral exercise limitations, particularly when endurance training is the main component of physical fitness (e.g., running, cycling, triathlon, etc.). Addressing these factors is paramount for coaches and exercise physiologists to optimize athletic performance, incorporating training strategies focused on the primary exercise-limiting factors. This study outlines a protocol for utilizing wearables devices equipped with NIRS technology to analyze exercise changes in TSI, O2-Hb, and H-Hb, alongside cardiorespiratory variables typically registered in athletes during VO2&#8211;max tests. This approach offers a comprehensive method for identifying the primary systems involved in stopping exercise progression and sports performance improvement.

This protocol integrates near-infrared spectroscopy (NIRS) technology to assess localized hematological and oxygenation changes at the prefrontal cortex, respiratory (m.Intercostales), and locomotor (m.Vastus Lateralis) muscles during cardiopulmonary exercise testing, enabling the identification of central and peripheral limiting factors affecting exercise performance.

Utilizzo di dispositivi indossabili per spettroscopia nel vicino infrarosso per identificare le limitazioni centrali rispetto a quelle periferiche durante l'esercizio

The gold standard to assess the aerobic capacity in physically active subjects and athletes is the maximal oxygen consumption test (VO2&#8211;max), which ...

Ottimizzazione del NIRS per la valutazione della funzione vascolare degli arti inferiori

Near-Infrared Spectroscopy During Reactive Hyperemia for the Assessment of Lower Limb Vascular Function

Vascular diseases of the lower limb contribute substantially to the&#160;global burden of cardiovascular disease and comorbidities such as diabetes. Importantly, microvascular dysfunction can occur prior to, or alongside, macrovascular pathology, and both potentially contribute to patient symptoms and disease burden. Here, we describe a non-invasive approach using near-infrared spectroscopy (NIRS) during reactive hyperemia, which provides a standardized assessment of lower limb vascular (dys)function and a potential method to evaluate the efficacy of therapeutic interventions. Unlike alternative methods, such as contrast-enhanced ultrasound, this approach does not require venous access or sophisticated image analysis, and it is inexpensive and less operator-dependent. This description of the NIRS method includes representative results and standard terminology alongside the discussion of measurement considerations, limitations, and alternative methods. Future application of this work will improve standardization of vascular research design, data collection procedures, and harmonized reporting, thereby enhancing translational research outcomes in the areas of lower limb vascular (dys)function, disease, and treatment.

Autore in primo piano: Miglioramento della funzione vascolare e della capacità fisica nelle malattie cardiovascolari attraverso nuovi interventi e la tecnologia NI

Here, we describe a non-invasive approach using near-infrared spectroscopy to assess reactive hyperemia in the lower limb. This protocol provides a standardized assessment of vascular and microvascular responsiveness that may be used to determine the presence of vascular dysfunction as well as the efficacy of therapeutic interventions.

Spettroscopia nel vicino infrarosso durante l'iperemia reattiva per la valutazione della funzione vascolare degli arti inferiori 

Vascular diseases of the lower limb contribute substantially to the&#160;global burden of cardiovascular disease and comorbidities such as diabetes. ...

Muscolo scheletrico Neurovascular accoppiamento, capacità ossidativa e funzione microvascolare con 'One Stop Shop' spettroscopia nel vicino infrarosso

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