Om te bewegen hebben je spieren energie nodig. Deze energie komt van de afbraak van ATP.
De meest efficiënte manier om ATP te maken, vereist zuurstof.
Wij meten de zuurstof saturatie in je spier.
Alle lichaamscellen hebben de hele dag behoefte aan zuurstof. Om aan deze constante vraag naar zuurstof te voldoen, is een adequate toevoer nodig via de bloedsomloop.
Wanneer je inademt, bindt zuurstof zich aan de heemcomponent van hemoglobine in de rode bloedcellen. Deze helderrode stof wordt naar de weefsels gebracht om in hun behoeften te voorzien.
Tijdens het sporten wordt de behoefte voor zuurstof groter.
Hoe kan je in het lichaam meten, op een manier die niet invasief is? Met Muscle Oxygen Sennsors, kunnen wij door middel van nabije infrarood spectroscopy (NIRS) de oxygenatiestatus en de hemodynamiek in verschillende organen beoordelen, bijvoorbeeld in het spierweefsel.
NIRS is gebaseerd op twee kenmerken van menselijk weefsel.
- De relatieve transparantie van weefsel voor licht in het NIRS-bereik,
- De zuurstofafhankelijke lichtabsorberende eigenschappen van hemoglobine.
Infrarood licht gaat door menselijk weefsel heen zonder dat je iets voelt of beschadigt, het is vergelijkbaar met het schijnen van een zaklamp door je vinger.
Door verschillende golflengten te gebruiken, kunnen de relatieve veranderingen in de hemoglobineconcentratie continu worden gemeten en gevisualiseerd.
Deze biologische gegevens zijn geen rocket science voor inspanningsfysiologen, maar aangezien niet elke sporter een team van wetenschappers achter zich heeft staan, streven wij ernaar deze inzichten toegankelijk te maken voor elk individu.
Ons ecosysteem is adaptief en wordt voortdurend verder ontwikkeld.
Een van de eerste stappen die we hebben genomen om deze fysiologicshe data voor iedereen bruikbaar te maken, is het classificeren van de intensiteit in 5 toestanden. Ons slimme en adaptieve algoritme gebruikt relatieve concentratieveranderingen en het absolute percentage zuurstof om te bepalen of je spier herstelt, op een lichte intensiteit werkt, aan een matige maar stabiele intensiteit werkt, wanneer je voornamelijk anaeroob aan het trainen bent en wanneer de belasting van je spier toeneemt.
Hardcore NIRS
Hoe Nabije Infrarood Spectroscopie (NIRS) begon
Het eerste wetenschappelijke NIRS artikel is van Frans Jöbsis in Science (1977). Jöbsis meldde dat biologische weefsels relatief transparant zijn voor licht in het nabij-infraroodgebied (700-1300 nm).
Daarom is het mogelijk voldoende fotonen door organen te sturen voor in situ monitoring. In dit nabij-infraroodgebied vertoont hemoglobine - met inbegrip van de twee belangrijkste varianten oxyhemoglobine (O2Hb) en deoxyhemoglobine (HHb) - zuurstofafhankelijke absorptie. Aangenomen wordt dat hemoglobine de belangrijkste chromofoor in biologisch weefsel is die licht absorbeert in dit nabij-infraroodgebied.
De wetenschap
Als de absorptie bekend is, kan de Lambert-Beer wet worden gebruikt om de absorptie van de chromoforen te berekenen. De Lambert-Beer wet stelt dat:
ODλ = Log (I0/I) = ελ * c * L
ODλ is een dimensieloze factor die bekend staat als de optische dichtheid van het medium, I0 is het invallende licht, I het doorgelaten licht, ελ de extinctiecoëfficiënt van de chromofoor (in µM-1-cm-1), c de concentratie (in µM) van de chromofoor, L de afstand (in cm) tussen het punt waar het licht binnenkomt en het punt waar het uitgaat en λ de gebruikte golflengte (in nm).
De Lambert -Beer wet is bedoeld voor een transparant, niet-strooiend medium. Bij toepassing op een verstrooiend medium, bijvoorbeeld biologisch weefsel, moet een dimensieloze weglengtecorrectiefactor worden toegepast. Deze factor, de Differential Pathlength Factor (DPF), houdt rekening met de toename van de optische weglengte als gevolg van verstrooiing in het weefsel. De gewijzigde Lambert-Beer wet voor een verstrooiend medium wordt gegeven door:
Δc = ΔODλ / (ελ * L * DPF)
waarbij ODλ staat voor de zuurstofonafhankelijke optische verliezen door verstrooiing en absorptie in het weefsel. Ervan uitgaande dat ODλ constant is tijdens een NIRS-meting, kunnen wij de verandering in optische dichtheid omzetten in een verandering in concentratie.
Deze vergelijking geldt voor een medium met één chromofoor. Als er meer chromoforen zijn, moeten we minstens evenveel golflengten meten als er chromoforen aanwezig zijn. Dit resulteert in een reeks lineaire vergelijkingen. De oplossing van deze reeks leidt tot het algoritme dat in de meeste NIRS-systemen wordt gebruikt. Een verstrooiend medium maakt het mogelijk de absorptie te meten met de nabij-infraroodbron en -detector parallel aan elkaar. Dit biedt de mogelijkheid om met NIRS-apparatuur de oxygenatie te meten in grotere weefsels, bijvoorbeeld spieren en hersenen.
NIRS-algoritme
Om het door NIRS gebruikte algoritme te definiëren zijn de spectrale extinctiecoëfficiënten van de verschillende chromoforen nodig. De spectra van de twee belangrijkste chromoforen, O2Hb en HHb.
De som van O2Hb en HHb is een maat voor het totale bloedvolume (tHb) in het weefsel. Spierweefsel bevat nog twee andere chromoforen: oxy- en deoxymyoglobine (O2Mb en HMb). Om hemoglobine van myoglobine in spierweefsel te kunnen onderscheiden, moeten de spectra voldoende verschillen. Helaas is dit niet het geval in het nabij-infraroodgebied van het spectrum. Dit betekent dat NIRS niet kan onderscheiden of de gemeten zuurstofconcentratie wordt gedragen door hemoglobine of myoglobine. De golflengten die Hb en Mb kunnen onderscheiden, kunnen niet diep genoeg in het weefsel doordringen.
Wat is het verschil tussen NIRS en pulsoximetrie?
De techniek waarop de nabij-infraroodspectroscopie berust, is nauw verwant aan de techniek van de pulsoximetrie.
Het belangrijkste verschil is het weefsel dat wordt gemeten. Pulsoximetrie berekent het percentage zuurstofhoudende hemoglobine in het arteriële bloed. NIRS berekent de veranderingen in oxy- en desoxyhemoglobine (en eventueel het percentage zuurstofhoudende hemoglobine) in het onderzochte weefsel (haarvaten), dat zowel arterieel als veneus bloed bevat.
Ons partnerbedrijf Artinis Medical Systems heeft een lijst samengesteld van alle (f)NIRS-literatuur die met onze apparatuur is uitgevoerd.