Name: skeletal muscle neurovascular coupling, oxidative capacity, and microvascular function with 'one stop shop' near-infrared spectroscopy
Uploaded: 2018-02-20T15:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 4 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Skeletal Muscle Neurovascular Coupling, Oxidative Capacity, and Microvascular Function with 'One Stop Shop' Near-infrared Spectroscopy at JoVE.com

이 작품은 텍사스 대학 알링턴 학 제 연구 프로그램 그랜트에 의해 지원 되었다.

이 프로토콜 알링턴 텍사스 대학에서 기관 검토 위원회의 지침 및 헬싱키의 선언의 최신 버전에 의해 설정 된 표준 규격을 준수. 따라서, 서 면된 동의 (이었고 이어야 한다) 취득된 이전 연구 절차의 개시에.
1입니다. 계측
참고: 다음 계측 설명 기반 근처-적외선 (NIR) 분석기 및 데이터 수집 시스템 실험실에서 사용 ( 재료의 표참조). 따라서, 지침이이 소자의 최적의 기능에 필요한 단계를 포함 합니다. 이 단계에는 NIR 프로브 동반 소프트웨어 및 교정, 팬텀을 사용 하 여 교정과 주변광을 제외 하는 어두운 천으로의 응용 프로그램 포함 됩니다. 다른 데이터 수집 하드웨어 및 소프트웨어를 사용 하는 경우에 조사 교정 및 주변 빛 고려 사항에 대 한 그들의 자신의 특정 사용자 매뉴얼을 참조 해야 합니다. 그림 1 실험 설정 및 계측 바로 아래 설명 된 보여 줍니다.
<ol><li>그들의 벨트 라인 약 LBNP 상자에 오프닝으로도 내부 낮은 체 부정적인 압력 (LBNP) (그림 1A), 그들의 다리와 부정사를 주제를 지시 합니다. LBNP 챔버를 구축 하는 방법에 대 한, 참조17. 를 참조 하십시오.
</li>
	<li>주제에 3 개의 심전도 전극 배치: 주제에 열 등 한, 중간 clavicular 위치에 두 개와 왼쪽 중간에 장 골도 머리. 이 구성은 낮은 팔 다리, 손 그립 운동 중 위 사지, 운동과 팔의 계측에 대 한 제한 된 액세스 때문에 최상의 결과를 제공합니다.</li>
	<li>비-침략 적 혈액 압력 모니터 모듈을 지배적인 손목에 놓습니다. 각 손가락에 손가락 혈압 수 갑을 놓고 모듈 (그림 1B)에 연결 합니다. 손가락 혈압 수 갑은 당신의 장치를 동반 하는 사용자의 설명서에 따라 올바르게 보정을 확인 합니다.</li>
	<li>손 그립 동력 (HGD) 약간 납치 위치에 그들의 비 지배적인 팔으로 파악을 지시 합니다. 머리 맡 테이블에 팔을 편안 하 게 위치 한다. 거리와 각도 HGD의 최소한의 팔 운동 (그림 1C) 최적의 그립 강도 수 있도록 조정 되어야 한다.</li>
	<li>머리 맡 테이블에 HGD 보안.</li>
	<li>참가자의 최대 자발적으로 수축 (MVC)를 측정 합니다. 즉, 프롬프트가 표시 되 면, 그들은 해야 합니다 짠 다는 HGD 가능한 하드만 손과 팔 뚝에 근육을 이용 하는 동안 참가자에 게. 그들은 그들의 팔, 가슴, 어깨, 또는 복 부 근육 최대 그립을 수행할 때 모집에서 자제 해야 합니다 주제에 지시 합니다.</li>
	<li>반복 단계 1.6 세 번으로 구분 적어도 60 미 기록 달성 최대 힘 (최고 3의). 최대 힘이 골격 근육 산화 용량 및 혈관 (아래) 커플링에 대 한 운동 강도 계산 하기 위해 사용 됩니다.</li>
	<li>급속 한 인플레이션 팔목 운동 손의 위쪽 팔 주위를 놓습니다. 팔목에 급속 한 인플레이션 컨트롤러에서 항공사를 연결 합니다.</li>
	<li>Profundus flexor digitorum를 식별 합니다. 피부 마커를 사용 하 여 만져 서 근육의 경계를 구분.</li>
	<li>NIR 분 광 계 장치에 포함 된 사용자의 설명서에 따라 올바르게 보정을 확인 합니다. 깨끗 한 피부는 NIR 프로브는 알코올 준비 닦기와 함께 배치 됩니다.</li>
	<li>근육 (flexor digitorum profundus)의 뱃속의 센터 NIR 프로브를 놓고 팔 뚝에 안전 하 게 부착 합니다.</li>
	<li>프로브를 포장 하 고 어두운 천으로, 주변광 (그림 1C, 그림 1D)에서 간섭 최소화와 팔.</li>
	<li>연구의 기능 sympatholysis 부분을 수행할 준비가 되어 있는 때 LBNP 챔버로 주제를 봉인.</li>
</ol>2. 골격 근육 산화 용량
참고: 골격 근의 산화 능력을 측정 하기 위한 실험 절차를 보여주는 대표적인 데이터 추적 그림 2에 묘사 된다. 이 실험 방법은 이전 vivo에서 인 부인18 와 제자리에서 근육 respirometry19에 대 한 검증 된 그리고 광범위 한 수용20를 얻고 있다.
<ol><li>주제를 계측 (계측) 위에 표시 된 대로.</li>
	<li>NIR 프로브를 통해 여전히 2 분 동안 (HHb) 헤모글로빈 모니터링 및 oxyhemoglobin (hbo가2)에 대 한 거짓말을 하도록 지시 합니다. 참고:이 나머지 기간 주제 계측 프로세스와 관련 된 모든 운동 유물에서 복구를 허용 하 고 안정적인 기본 측정을 보장. 2 분 후 아무 중요 한 변동이 발생 하는 경우 정상 상태, 또는 휴식 기준선에서 주제를 고려할 수 있습니다.</li>
	<li>팔목 폐색 이전 통보 피사체 팔목 팽창 될 것입니다. 5 분 (즉, suprasystolic)에 대 한 수축 기 혈압의 위 팔 갑 이상 30 mmHg를 부 풀 려. 아직도 하 고 팔목 인플레 및 다음 갑 디플레이션 도중 가능한 편안한으로 그들의 팔을 유지 하는 주제를 지시 합니다. 참고:이 분 상 완 동맥 갑 폐색 프로토콜 밀접 하 게 반영 한다 혈관 폐색에 대 한 현재 허용된 임상 표준 테스트21,,2223,,2425.</li>
	<li>(전 갑 폐색) 초기/초기 값과 팔목 폐색 동안 조직 채도 (스토2) 최하 값을 기록 하 고이 두 값 사이의 중간점을 결정. <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/57317/57317eq1.jpg">
</li>
	<li>주제를 팔목 폐색에서 복구 휴식 초기 계획 값을 허용 합니다. 일단 주제는 적어도 1 전체 분에 대 한 휴식 기준선을 유지 하 고, 다음 단계를 계속 합니다.</li>
	<li>천천히 따라 지시 하십시오 그리고 그들의 MVC의 50%에서 아이소메트릭 핸드 그립을 유지. 조직 채도가 50% 될 때까지 그들의 isometric 수축을 유지 하기 위해 주제를 권장 합니다. 이 가치를 얻을, 그들의 손을 긴장 하 고 더 이상 운동 또는 운동 필요 하다 그들을 통보 하는 주제에 게.</li>
	<li>3-5 s 내의 다음 정지 운동, 다음 빠른 갑 폐색 시리즈 관리 (1 시리즈 = 1 인플레이션 + 1 디플레이션), 이전 설립18: 시리즈 #1-6: 5에서 s/5 s 시리즈 #7-10: 7에서 s/10 s 떨어져 시리즈 #11-14시 10분 s/15 s 떨어져 시리즈 #15-18시 10분 s/20 s</li>
	<li>18일 인플레이션/디플레이션 시리즈를 완료 한 후 나머지, 주제 조직 채도 초기 초기 계획 값을 반환할 수 있도록 지시 합니다. 이 값은 적어도 2 분 동안 일관 된 남아 있다, 후 2.4 및 2.5 단계를 반복 합니다.</li>
	<li>
골격 근육 산화 용량 계산
	<ol>
<li>그림 2C에 monoexponential 복구 포인트를 형성 하는 개별 18 갑 않기의 각 스토2에 변화의 기울기를 계산 합니다.</li>
		<li>2.7에서 계산 된 데이터는 다음 monoexponential 곡선18,,1926 y = 끝-Δ x e-kt 참고: 'y'는 팔목 인플레 동안 상대 근육 산소 소비 속도 (mV̇O2), 운동;의 직후 mV̇O2 나타냅니다 '끝' 델타 ('Δ') 연습; 끝에 나머지에서 mV̇O2 에서 변화를 의미 'k'는 피팅 속도 상수; ' t ' 시간 이다. 타우 1/k로 계산 됩니다.</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. 반응성 충 혈
참고: 반응성 충 혈을 측정 하기 위한 실험 절차를 보여주는 대표적인 데이터 추적 그림 3에서 묘사 된다.
<ol><li>부정사와 계측 거짓말 주제와 (계측) 위에서 설명한 대로 여전히 가능한 거짓말을 지시 합니다.</li>
	<li>주제는 일관 된 휴식 상태를 달성 했다, 기준 데이터의 적어도 1 분을 기록 하 고 빠르게 suprasystolic 압력 (30 mmHg 이상 수축 기 혈압) 위 팔에 혈압 팔목을 팽창 시키기를 계속.</li>
	<li>5 분 마크에서 급속 하 게 폐의 갑 hyperemic 응답을 기록 하는 동안.</li>
	<li>복구를 잡으려고 3 분 이상에 대 한 녹음을 계속 합니다.</li>
	<li>
계산 반응성 충 참고: 계산 적외선 매개 변수는 그림 3에서 묘사 된다.<ol>
<li>팔목 동맥 폐색의 발병에 기준선 스토2 1 전체 분 사전에 평균 스토2 로 계산 합니다.</li>
		<li>팔목 (슬로프 1로 정의) 폐색27,28동안 불포화 속도 (즉, 평균 기울기)으로 골격 근육의 휴식 신진 대사 속도 결정 합니다.</li>
		<li>다음과 같이 반응 충을 계산. 팔목 릴리스 (즉, reperfusion 속도, 경사 2로 정의 된), 다음 a) 평균 upslope 리바운드 추적;의 선형 증가 단계 갑 릴리스 순간부터 계산 b) 높은 스토2 가치 도달 후 팔목 (스토2최대로 표시 됨); c) 곡선 (AUC); 아래 반응 충 지역 계산 갑 출시 시점에서 1-, 2-및 3-분 게시 팔목 폐색 (AUC AUC 1 분, 2 분, 그리고 AUC 3 민, 각각); 그리고 d) hyperemic 보유, 기준선 위의 스토2 에서 변경으로 계산 되며 변화를 퍼센트 (%)로 보고. 이 값은 평균 채도 단계 3.5.1 (위 참조)에서 계산한 마이너스 리바운드 후 폐색 동안 달성 높은 채도로 계산 됩니다. 참고: 초기 계획 데이터에 큰 차이 hyperemic 예비의 해석에 영향을 크게이 됩니다.</li>
	</ol>
</li>
</ol>4. 기능 Sympatholysis
참고: 대표적인 데이터 추적 기능 sympatholysis을 측정 하기 위한 실험 절차를 보여주는 그림 4에 묘사 된다.
<ol><li>주제를 계측 (계측) 위에 표시 된 대로.</li>
	<li>LBNP 챔버에 밀폐 인감을 확인 합니다.</li>
	<li>여전히 그리고 나머지에서 거짓말 하는 주제와 초기 데이터의 3 분을 수집 합니다.</li>
	<li>3 분 마크에서 진공 켭니다. LBNP 챔버 내부 압력은-20와-30 mmHg 사이 진공을 조정 한다. 진공의 응답을 모니터링 하는 동안 2 분 동안 실행을 허용 합니다.</li>
	<li>5 분 마크에서 진공을 해제 하 고 3 분 동안 휴식을 허용 합니다.</li>
	<li>8 분 마크에서 시작 리듬 핸드 그립 운동을 통해 주제 안내 음성 프롬프트 (20 %MVC).</li>
	<li>주제는 각 창과 단계 전체에 걸쳐 그들의 쥐 어 짜기를 유지 하 고 각 반복 사이 동안 완전히 편안한 확인 합니다. 그들의 힘 출력을 모니터링 하 고 20%를 달성 하는 확인 각 그립 MVC. 11 분 마크까지 연습을 계속 합니다.</li>
	<li>11 분 마크에서 계속 그들의 리듬 연습을 격려 하는 진공 켭니다. 11 월 13 일 분에서 실행 한 다음 해제를 진공을 수 있습니다.</li>
	<li>계속 추가 2 분 동안 리듬 손 그립 운동 그들의 MVC의 20%를 수행 하는 주제를가지고. 운동 정지시 주제 나머지 조용히 있고 아직도 거짓말.</li>
	<li>
계산 기능 Sympatholysis
	<ol>
<li>정상화 5 분 갑 폐색 동안 결정 총 정한 신호 (TLS), LBNP와 oxyhemoglobin에 변경: <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/57317/57317eq2.jpg"> <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/57317/57317eq3.jpg">
</li>
		<li>각 이벤트의 마지막 20 분 평균으로 각 이벤트를 계산 합니다.</li>
		<li>운동 유도 감쇠 oxyhemoglobin 감소의 계산: <img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/57317/57317eq4.jpg">
</li>
	</ol>
</li>
</ol>

<ol>
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L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparison+of+four+different+vascular+occlusion+tests+for+assessing+reactive+hyperemia+using+near-infrared+spectroscopy.">Comparison of four different vascular occlusion tests for assessing reactive hyperemia using near-infrared spectroscopy.</a> Crit Care Med. 39 (4), 695-701 (2011).</li><li>McLay, K. 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=Vascular+responsiveness+determined+by+near-infrared+spectroscopy+measures+of+oxygen+saturation.">Vascular responsiveness determined by near-infrared spectroscopy measures of oxygen saturation.</a> Exp Physiol. 101 (1), 34-40 (2016).</li><li>McLay, K. M., Nederveen, J. P., Pogliaghi, S., Paterson, D. H., Murias, J. 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>

저자 들은 아무 경쟁 금융 관심사 선언 합니다.

여기에 설명 된 메서드는 단일 병원 또는 실험실 방문에 반응성 충 혈, 혈관 커플링 및 골격 근육 산화 용량 비-침략 적, 임상 평가 사용.
중요 한 고려 사항
적외선은 상대적으로 강력 하 고 사용 하기 쉬운, 비록 이러한 데이터의 수집 필요 주의 근육 배꼽 바로 위에 optodes의 배치 이동 유물을 피하기 위해 장소에서 단단히 확보 하 고 덮...

조직 허 혈의 짧은 기간에 hyperemic 응답 (마이크로) 혈관 기능의 키 비-침략 적 수단으로 떠오르고 있다. 동안 도관 동맥의 폐색, 다운스트림 arterioles 허 혈 성 모욕을 상쇄 하기 위해에서 같은데요. 폐색의 방출, 감소 혈관 저항 충의 크기는 다운스트림 microvasculature 팽창 하는 하나의 기능에 의해 결정 됩니다 발생 합니다. 반응성 충 혈은 심장 혈관 사건의1,2 , 따라서 임상적으로 중요 한 끝점의 강한 독립적인 예측, 관용과 삶의 질을 운동 그것의 기능적 중요성은 덜 분명 하다.
실제로, 동적 운동 신진 대사 요구에 산소 공급을 맞추기 위해 높은 조정된 neurovascular 응답을 요구 하는 주요 심장 혈관 스트레스를 나타냅니다. 예를 들어 골격 근육 혈 약 거의 고립 된 근육 수축3, hemodynamic 응답 했다 전신 운동에 추정 하는 경우 심장의 펌핑 용량을 압도 것 동안 증가할 수 있다. 따라서, 심한 저 혈압, 교감 (즉, vasoconstrictor)을 피하기 위해 신경 활동 증가 심장 출력 비활성 및 내장 조직에서 고 활성 골격 근육4쪽으로 재분배. 동 정적인 유출 또한 운동 골격 근5; 이동 그러나, 적절 한 조직의 산소 배달6,7,,89,10, 를 위해 vasoconstrictor 응답을 약하게 지역 신진 대사 신호 11.,이 과정은 불린다 기능 sympatholysis12, 그리고 운동 중 골격 근육 혈액 흐름의 일반 규정 하는 것이 필수적입니다. 골격 근육 혈 이기 때문에 호 기성 용량의 핵심 결정-삶의 질과 심혈 관 질환 사망률 및 사망13의 독립적인 예측-골격 근육 혈액 흐름과 조직 산소 제어 이해 운동 하는 동안 배달 큰 임상 의미입니다.
그러나 산소 공급은 Fick 방정식의 절반 밖에, 산소 이용 방정식의 나머지 절반을 만족으로. 중 산소 이용의 주요 determinates, 휴식 및 운동을 하는 동안 세포 프로세스에 대 한 충분 한 에너지 공급에 필수적인 역할을 담당 하는 미토 콘 드 리아 산화 인 산화. 실제로, 근육 산화 용량에 장애 기능 용량 및 삶의 질14,,1516를 제한할 수 있습니다. 다양 한 측정 일반적으로 근육 산화 용량, 침략 적 근육 biopsies을 비싸고 시간이 많이 걸리는 자기 공명 분광학 (MRS) 기술을 포함 한 인덱스를 제공 하는 데 사용 됩니다.
여기, 우리는 근처-적외선 분광학 (적외선)를 사용 하 여 단일 병원 또는 연구소 방문에서 (반응성 충, sympatholysis, 및 근육 산화 용량)이 세 가지 주요 임상 끝점의 각각을 평가 하는 소설, 비-침략 적 접근을 제안 합니다. 이 방법의 주요 장점은 3 겹: 먼저,이 기술을 쉽게 휴대용 이며, 상대적으로 저렴 한 비용, 실행 하기 쉬운. 충 혈 반응 측정을 위한 현재 도플러 초음파 방식은 높은 연산자--요구 하는 광범위 한 기술 및 훈련-정교한, 높은 비용, 데이터 수집 하드웨어 및 후 처리 소프트웨어를 필요로. 또한,이 클리닉 및 모니터링 또는 치료 효능을 테스트 하는 머리 맡에 대 한 대규모 임상 시험으로 도입 생각할 수 있습니다. 둘째, 방법론, 덕이 기술은 기술의 전반적인 특이성을 증가 골격 근육 microvasculature에 특히 집중 한다. 도플러 초음파를 사용 하 여 대체 방법을 업스트림 도관에 전적으로 집중 하 고 변경 내용을 다운스트림, 신호를 저해할 수 있는 추론. 셋째,이 기술은 완전히 비 침략 적 이다. 골격 근육 산화 용량은 전통적으로 침략 적으로 평가 하 고 고통 스러운 근육 생 검, 그리고 기능 sympatholysis sympathomimetics와 sympatholytics의 간 동맥 주입으로 평가 될 수 있습니다. 이 이렇게 모두 함께 이러한 요구 사항을 방지합니다.

<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

운동 신진 대사 요구에 산소 공급을 맞추기 위해 높은 조정된 neurovascular 응답을 요구 하는 주요 hemodynamic 스트레스를 나타냅니다. (조직 허 혈의 짧은 기간에) 반응성 충 혈 심장 혈관 사건의 독립적인 예측 인자 이며 혈관 건강과 vasodilatory 용량에 중요 한 통찰력을 제공 합니다. 골격 근육 산화 용량 결정 myocellular 프로세스에 대 한 에너지 공급으로 건강과 질병, 똑같이 중요 하다. 여기, 우리는 근처-적외선 분광학을 사용 하 여 단일 병원 또는 실험실 방문 기간 중 각이 주요 임상 끝점 (반응성 충 혈, 혈관 커플링, 및 근육 산화 능력)을 평가 하는 간단한, 비-침략 적 접근 방식을 설명 합니다. 도플러 초음파, 자기 공명 이미지/분광학, 또는 침략 적인 카 테 터 기반 흐름 측정, 근육 생 검과 달리 우리의 접근 덜 연산자 종속, 낮은-비용, 그리고 완전히 비 침략 적 이다. 대표적인 데이터 이전 게시 된 문학에서 요약 데이터를 함께 찍은 우리의 실험실에서 이러한 종점의 각각의 유틸리티를 보여 줍니다. 일단이 기술을 마스터 응용 임상 인구 운동 옹 졸 및 심장 혈관 기능 장애에 중요 한 기계 통찰력을 제공할 것입니다.

골격 근육 산화 용량
그림 2 적외선 파생 골격 근육 산화 능력 평가 중 대표 참가자 응답을 보여 줍니다. 패널 A 쇼 조직 채도 동맥 5 분 동안 프로필 폐색 프로토콜, 손잡이, 운동과 운동에서 복구 하는 동안 간헐적으로 동맥 폐색에 커 프 스. 패널 B 복구 기간 동안 간헐적으로 동맥 않기...

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

골격 근육 혈관 결합, 산화 용량 및 Microvascular 함수 '원스톱 쇼핑' 근처-적외선 분광학

여기, 우리는 근처-적외선 분광학을 사용 하 여 단일 병원 또는 실험실 방문에 반응성 충 혈, 혈관 커플링 및 골격 근육 산화 능력을 평가 하는 간단한, 비-침략 적 접근 방식을 설명 합니다.

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 조회수.  University of Texas at Arlington. 여기, 우리는 근처-적외선 분광학을 사용 하 여 단일 병원 또는 실험실 방문에 반응성 충 혈, 혈관 커플링 및 골격 근육 산화 능력을 평가 하는 간단한, 비-침략 적 접근 방식을 설명 합니다.

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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.

절연 골격근의 묘 - 기계 분석

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 ...

연구

의학

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.

VIVO 개 근육 기능 분석에

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.

모터 작업하는 동안 동시 운동 학적 및 EMG 모니터링과 감각 및 모터 뇌 영역의 기능 근적외선 분광법

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

행동분석학

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.

Proteomics에서 골격근 성별 동종 이형

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.

Microvascular 및 내피 기능의 비 침습적 평가

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.

인-31 자기 공명 분광학 : 측정을위한 도구<em&gt; 생체</em인간의 골격 근육에&gt; 미토콘드리아 산화 적 인산화 능력

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.

근적외선 (NIR) 빛은 마우스 전정 감각 상피 세포에서 미토콘드리아 기능의 마커의 발현을 증가

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

생물학

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.

중환자 치료를 위한 하이브리드, 근적외선 확산 광학 분광법을 사용한 미세혈관 산소화 및 반응성 충혈의 비침습적 모니터링

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.

Near-Infrared Spectroscopy 웨어러블 장치를 사용하여 운동 중 중추 및 주변 장치 제한 식별

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

하지 혈관 기능 평가를 위한 NIRS 최적화

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.

저자 스포트라이트: Enhancing Vascular Function and Physical Capacity in Cardiovascular Disease Through Novel Interventions and NIRS Technology (새로운 중재 및 NIRS 기술을 통한 심혈관 질환

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.

Near-Infrared Spectroscopy during Reactive Hyperemia for the assessment of lower limb vasscular function(하지 혈관 기능 평가를 위한 반응성 충혈 중 근적외선 분광법) 

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