Muskeloximetrie

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Leistungsdiagnostik
Muskeloximetrie –
Was ist das?
Schematisch dargelegtes
Prinzip der NIRS Technologie
Innenseite einer Textilie, in der
das OXY DR1 mit sichtbarem
LED Panel und Kamerasensor
eingesetzt ist
Live und in vivo: Anzeige der
Blutparameter THI und SmO2
zur Trainingskontrolle
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In den üblichen leistungsdiagnostischen Verfahren wie der Laktatdiagnostik oder der Spiro­ergometrie sind Differenzierungen zwischen
metabolischen Vorgängen im Körper und Vor­
gängen in der aktiven Muskulatur nicht möglich. Zudem sind diese klassischen Methoden
entweder invasiv oder technisch und finanziell
aufwändig und am Ende kaum sinnvoll in der
täglichen Trainingskontrolle einsetzbar.
Bei den meisten Aktivitäten unseres Tagesablaufes – sei es im Sport oder während der Arbeit – spielen die sauerstoffrelevanten Prozesse
der Wandlung von Glukose und Fett in ATP eine
wesentliche Rolle. Die in der Muskeloximetrie
eingesetzte optoelektronische NIRS Technik
kann auf den lokalen Sauerstoffgehalt zurückzuführende Reaktionen innerhalb des Muskelgewebes sichtbar machen: Kontinuierlich wird
Licht verschiedener diskreter Wellenlängen im
unschädlichen Bereich zwischen 500 (sichtbar)
und 900 nm (nahinfrarot) in die Haut emittiert. Ein wesentlicher Anteil des eingestrahlten Lichtes wird wellenlängenabhängig vom
Hämoglobin, dem Sauerstofftransporter, absorbiert. Ein anderer Teil wird gestreut und
mittels Sensors wenige Zentimeter vom Strahlungsort entfernt wieder detektiert. Veränderungen in der Konzentration des oxigenierten
und deoxigenierten Hämoglobins haben eine
Auswirkung auf die gemessene Lichtintensität
an bestimmten Wellenlängen.
Mittels spezieller Algorithmik können daraus
die Parameter THI (Tissue Hämoglobin Index)
und SmO2 (relative Sauerstoffsättigung des
Muskelgewebes) extrahiert werden. Der THI ist
ein Maß für das im Messbereich verteilten Volumen an Hämoglobin und damit direkt proportional zur lokal vorhandenen Blutmenge.
Die relative Muskelsauerstoffsättigung SmO2
(nicht zu verwechseln mit dem Parameter SpO2
aus der Pulsoximetrie) ist das Verhältnis des oxygenierten Anteils des Hämoglobins zur gesamten
Menge des Hämoglobins im Muskelgewebe. Auf
den Absorptionsspektren bilden sich zusätzlich
recht stabil die pulsatilen, hämodynamischen
Anteile des Herzens (Puls) und der Atmung
(Atemfrequenz) ab. Mit einer hohen zeitlichen
Abtastrate der Pulskurve (Photoplethysmogramm) ist auch die synchrone Ableitung der
Herzfrequenzvariabilität (HRV) möglich.
Relevanz für die Sportmedizin
und Sportwissenschaft
Die Bestimmung der Parameter THI, SmO2,
Puls, HRV und Atemfrequenz kann mittels
VIS/NIRS Messtechnik nichtinvasiv, in Echtzeit
(sekündlich), kabellos und ohne Einschränkung des Bewegungsablaufes im Labor und im
Feld erfolgen. Die Technik eignet sich daher
auch uneingeschränkt zur Leistungskontrolle
während des Trainings. In der Diagnostik kann
diese Methodik flankierend zu den klassischen
Verfahren der Laktatdiagnostik und Spiroergometrie eingesetzt werden. Dabei erstreckt
sich der Anwendungsbereich über die Diagnostik im Ausdauer-, Reha- und Kraftsport und
erfasst auch trainingswissenschaftlich relevante
Fragestellungen wie z. B. die Belastungstoleranz
und die Erholungsfähigkeit. Durch die kurze
Latenzzeit von THI und SmO2 als Antwort auf
eine induzierte Belastungsänderung werden
bestimmte Reaktionen, wie auftretende lokale
sportärztezeitung 04/2016
muskuläre Sauerstoffdefizite oder vaskuläre Veränderungen, zeitlich deutlich vor einer Veränderung des trägen
Blutlaktats am Ohrläppchen sichtbar. Einige Studien zeigten schon früh klare Zusammenhänge zwischen den
Schwellen der Laktatdiagnostik und dem Einbruch der
mittels NIRS bestimmten muskulären Sauerstoffsättigung
(2, 3). Gleiches gilt für die ventilatorischen Schwellen (3).
Aktuelle Forschung &
Erfahrungen für die praktische Anwendung
Bereits seit Ende der 1980er Jahre wird die Nahinfrarotspektroskopie (NIRS) zur Untersuchung des lokalen Sauerstoffmetabolismus in der Muskulatur in Ruhe und unter
verschiedenen Belastungsformen eingesetzt. Seit dieser
Zeit widmet sich eine stetig zunehmende Anzahl an jährlichen Veröffentlichungen dieser Thematik (1). Auch die
verwendete Messtechnik hat sich im Laufe der letzten
Jahre deutlich weiterentwickelt. Das oben technisch beschriebene System OXY DR1 der Firma OXY4 GmbH
unterscheidet sich von den wenigen bereits erhältlichen
tragbaren Systemen durch eine erweiterte Parametervielfalt. Diese wurde durch ein zum Patent angemeldetes,
neuartiges Sensorsystem mit einem räumlich auflösenden Detektor (Kamerasensor) möglich. Wie in allen jungen Disziplinen besteht auch in der NIRS/VIS Methodik
noch reichlich wissenschaftlicher Forschungsbedarf. Die
ersten Messergebnisse lassen aber bereits erahnen, welchen wesentlichen Beitrag diese Technik zu den bestehenden diagnostischen Verfahren leisten wird.
Das Team der OXY4 GmbH lädt die deutschen Forschungsinstitutionen der Sportmedizin/Sport- und Trainingswissenschaft ein, an der Weiterentwicklung dieser
spannenden Methodik mitzuwirken. Durch OXY DR1
können unsere Kunden ihr Angebot an Leistungsdiagnostik und Trainingsberatung umfassend erweitern. Ab
dem ersten Quartal 2017 bieten wir die Nutzung des Prototypen unseres Sensors an. Kontaktieren Sie uns gerne direkt
für eine Zusammenarbeit oder auch auf der MEDICA 2016
in Düsseldorf (WT Stand in Halle 15 und auf der Medica
Sports Conference Messe Süd).
(1) Journal of Biomedical Optics: „Near-infrared spectroscopy
and skeletal muscle oxidative function in vivo in health and
disease: a review from an exercise physiology perspective“,
B. Grassi, V. Quaresima, 2016
(2) „Blood lactate accumulation and muscle deoxygenation
during incremental exercise“, B. Grassi et al., 1999
(3) „Noninvasive determination of exercise-induced hydrodgen
ion threshold through direct optical measurement“,
Babs R. Solle et al, 2007
www.thesportgroup.de
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