В последние годы использование fNIRS-устройств для оценки процессов оксигенации в различных тканях кратно возросло. Поэтому в этом кратком, но емком обзоре, мы осветим области исследований и научные работы, опубликованные в 2023 году, в которых использовались fNIRS-устройства от широко известного в научных кругах производителя Artinis.
Спектроскопия ближнего инфракрасного диапазона (NIRS) — это неинвазивная технология, которая измеряет изменения относительной концентрации оксигенированного гемоглобина (O2Hb) и дезоксигенированного гемоглобина (HHb) в местной ткани. С помощью спектроскопии с пространственным разрешением (SRS) эти изменения можно использовать для измерения абсолютного значения индекса насыщения тканей (TSI), и процента насыщения кислородом. NIRS можно применять к самым разным мышцам/тканям для измерения оксигенации у спортсменов, здоровых людей, а также у клинических групп. На рисунке 1 представлено распределение публикаций по областям применения за последний год.
Компания «Спектральные системы» предлагает различные портативные устройства NIRS для измерения оксигенации мышц во время физических упражнений и тренировок. Устройство PortaMon, это «золотой стандарт» среди устройств для расчета мышечной оксигенации. Прибор используется в большом количестве публикаций, измеряет относительные изменения O2Hb, HHb и TSI. Его более доступный аналог PortaLite оснащен двумя датчиками, позволяющими проводить измерения либо исключительно в различных тканях мышц, либо одновременно в тканях мышц и в префронтальной области коры головного мозг. Система OctaMon-M предназначена для расчета значений O2Hb и HHb в тканях более крупных мышц.
Рисунок 1. Исследования ранжированные по областям применения, опубликованные в 2023 году, в которых использовались NIRS-устройства Artinis для измерения оксигенации мышц.
- Спортивная наука — 31 публикация
- Клиническое выздоровление и реабилитация — 22 публикации
- Гипоксия — 5 публикаций
За истекший год опубликована 31 статья, использующая наши устройства в спортивной науке, что демонстрирует более широкое их применение по сравнению с предыдущими годами. Наиболее часто используемым устройством является PortaMon, что отражено на графике 1.
График 1. NIRS-устройства Artinis, используемые для измерения оксигенации мышц в спортивных научных исследованиях, по результатам статей опубликованных в 2023 году.
Результаты показывают, что NIRS наиболее часто используется для исследования результатов спортсменов и клинически здоровых людей в различных видах спорта и физических упражнениях. Так, например, в исследовании Hovorkaetal. изучались изменения аэробной насыщаемости и мышечной дезоксигенации у молодых велосипедистов за трехлетний период. С помощью устройства PortaMon во время тестов с возрастающей физической нагрузкой проводили оценку мышечной оксигенации на латеральной широкой мышце, про этом пик VO2 и другие значения измерялись в двух разных случаях. Результаты показали улучшение перфузии мышц при одинаковой скорости метаболизма, что указывает на улучшение аэробной усвояемости.
Устройства NIRS также использовались для оценки эффективности физических упражнений и физиологической основы различных стратегий улучшения результатов упражнений. С этой целью Lanferdinietal. провели исследование положительного влияния фотобиомодуляционной терапии (ФБМТ) на спортивные достижения и оксигенацию мышц у велосипедистов, использующих для этого NIRS устройство PortaMon. В публикации сообщалось об улучшении производительности тренировок и повышении оксигенации мышц при применении ФБМТ по сравнению с плацебо.
Клинические исследования и реабилитация
Системы NIRS также можно использовать в клинических исследованиях и реабилитации для оценки оксигенации тканей и мышц у пациентов. В 2023 году вышло 22 публикации, где авторы ссылаются на системы производителя Artinis и проведение исследований мышечной оксигенации в различных клинических областях, таких как неврология, респираторные заболевания, сердечно-сосудистые заболевания и нефрология. Ранжирование по областям применения представлено на рисунке 3.
Рисунок 3. Ранжирование публикаций по областям клинических исследований использующие измерение оксигенации мышц пациентов при помощи NIRS-систем Artinis.
Неврология — 4
Респираторные заболевания — 4
Сердечно-сосудистые заболевания — 3
Спортивная медицина — 3
Нефрология — 3
Диабет — 2
Прочее — 3
График 2. Устройства Artinis NIRS, использованные в клинических и реабилитационных исследованиях, по результатам статей опубликованных в 2023 году.
В таких исследованиях наиболее часто использовались портативные устройства PortaMon и PortaLite (см. рисунок 5), обеспечивающие свободное движение пациентов и удобство измерений, что является критически важным для чувствительных пациентов при проведении реабилитационных программ.
В 2023 году было опубликовано большое количество статей с использованием наших устройств NIRS для оценки различий в оксигенации между пациентами и «условно» здоровым населением. В качестве примера, в работе Schäferetal. исследовали потенциальные изменения оксигенации тканей у пациентов с пост-COVID-синдромом (PCS) по сравнению с пациентами с сердечно-сосудистыми заболеваниями и здоровыми субъектами в контрольных группах. Прибор PortaMon был наложен на предплечье пациента и выполнена артериальная окклюзия. В качестве одного из результатов, наблюдалась более медленная десатурация кислорода у пациентов с PCS по сравнению с двумя другими контрольными группами. Это служит одним из главных выявления симптомов PCS, таких как физические нарушения. Такие результаты могут быть первым признаком обнаружения симптомов PCS, вызванных физическими нарушениями.
Другие исследования с использованием NIRS оценивали эффективность терапии и стратегий реабилитации при различных заболеваниях, а также фокусировались на автоматической классификации симптомов у пациентов, например, с неврологическими расстройствами. Так например, Liangetal. использовали NIRS в сочетании с машинным обучением для разработки алгоритма автоматического определения степени дискинезии после инсульта. Устройство OctaMon-M использовалось у пациентов с различной степенью дискинезии и здоровых людей для измерения оксигенации мышц при пассивном и активном круговом движении конечностей. Полученные высокие значения точности классификации (до 98%), указывают на то, что NIRS и машинное обучение могут быть полезным инструментом для мониторинга степени дискинезии после инсульта.
Гипоксия
Гипоксия и воздействие высоты (например при альпинизме) обнаруживаются изменением оксигенации в тканях. Следовательно, NIRS является надежным инструментом, который можно использовать для мониторинга оксигенации мышц во время гипоксии. Кроме того, NIRS также можно использовать для исследования эффективности тренировок в условиях гипоксии на физиологическом уровне.
В прошлом году вышло несколько публикаций о процессах гипоксии при исследовании оксигенации в мышцах. Так например, Usajetal. провели изучение потенциальных возрастных различий во время физических упражнений в условиях гипоксии. И дети, и взрослые выполняли упражнения возрастающей нагрузки на велосипедном тренажере в условиях нормоксии и гипоксии, при этом оксигенацию мышц латеральной широкой мышцы бедра измеряли с помощью системы OxyMon. Несмотря на наличие возрастных различий, большинство параметров между детьми и взрослыми были сопоставимы.
