Além do Cérebro: Revelando a Conexão Mente-Músculo com NIRS Simultâneo

A Espectroscopia da Reflectância do Infravermelho Próximo (NIRS) pode ser aplicada em qualquer tecido para medir a oxigenação local. Em um número cada vez maior de estudos, a NIRS é aplicada simultaneamente no cérebro e no músculo para obter informações sobre a atividade neural e muscular durante, por exemplo, exercícios, exposição ou intervenção.

Nesta postagem, descrevemos áreas de aplicação com uso frequente de medições simultâneas de NIRS no cérebro e no músculo, destacamos estudos por categoria e explicamos como os produtos Artinis podem fornecer a solução ideal para a medição simultânea.

A Espectroscopia da Reflectância do Infravermelho Próximo (NIRS) é uma tecnologia não invasiva que mede as alterações de concentração relativa na hemoglobina oxigenada (O2Hb) e na hemoglobina desoxigenada (HHb) em qualquer tecido local, por exemplo, músculo ou cérebro.

Por ser não invasivo, fácil de usar e muitas vezes portátil, o NIRS pode ser aplicado em uma grande variedade de campos de pesquisa, incluindo até mesmo experimentos que envolvem movimento ou exercício.

Suas vantagens fazem dela uma ferramenta ideal para ser usada não apenas em experimentos realizados em laboratório, mas também em ambientes mais naturalistas.

Esporte – Comparação da oxigenação muscular e cerebral

O NIRS encontrou suas primeiras aplicações frequentemente em estudos de ciências do esporte, especialmente para monitorar o consumo local de oxigênio muscular em vários músculos.

Nos últimos anos, o uso da fNIRS para medir a atividade cerebral é cada vez mais usado na ciência do esporte e do exercício, pois pode fornecer informações sobre o estado cognitivo, os processos de tomada de decisão ou a atividade motora durante o exercício.

Portanto, a fNIRS é aplicada predominantemente no córtex pré-frontal e/ou motor. A medição simultânea da oxigenação muscular e cerebral durante o exercício pode ser usada por diferentes motivos: Pode ajudar a obter uma visão completa da oxigenação sistêmica, comparar o estado de oxigênio neural e muscular ou avaliar o efeito de determinadas estratégias de treinamento para melhorar o desempenho esportivo.

Foi realizado por Zadeh et al. para medir e comparar simultaneamente a oxigenação neural e muscular durante o exercício progressivo. Os participantes realizaram um teste de exercício incremental máximo, enquanto a NIRS foi medida no córtex pré-frontal e no vasto lateral com o PortaLite / PortaMon, antes e depois de atingir o limiar anaeróbico (TA). No vasto lateral, a Hb-diff (diferença entre O2Hb e HHb) diminuiu significativamente após o limiar anaeróbico (TA). Ao contrário, foi relatado um aumento na Hb-diff no córtex pré-frontal após o limiar anaeróbico (TA), indicando um bom funcionamento da autorregulação cerebral mesmo durante a fadiga metabólica. As descobertas verificaram a viabilidade de medir a oxigenação do cérebro e dos músculos ao mesmo tempo com a NIRS durante o exercício progressivo.

Em um estudo realizado por Cherouveim et al., foi avaliada a associação entre a restrição do fluxo sanguíneo muscular, as alterações na hemodinâmica cerebral e o declínio no desempenho do exercício. Utilizou-se, entre outros, o OxyMon para medir simultaneamente a atividade cerebral pré-frontal e a oxigenação muscular no vasto lateral, enquanto os participantes realizavam exercícios incrementais máximos com (CC) e sem (NC) restrição do fluxo sanguíneo. A oxigenação muscular e o desempenho do exercício diminuíram significativamente na condição NC em comparação com WC. A oxigenação cerebral significativamente menor no esforço máximo foi encontrada na WC em comparação com a condição NC.

Hipóxia – Obtenção de um quadro completo da oxigenação em condições de hipóxia

A hipóxia é definida como qualquer condição em que a demanda de oxigênio por um tecido excede o suprimento real de oxigênio.

É fundamental compreender os mecanismos fisiológicos em condições de hipóxia e quais mecanismos de enfrentamento em potencial o corpo humano pode desenvolver para combater a hipóxia.

Pelo fato de a NIRS ser capaz de medir o status da oxigenação no tecido local, seu uso como ferramenta na pesquisa sobre hipóxia e altitude tem sido bem-sucedido há muitos anos.

A exposição à hipóxia ou à altitude pode influenciar a oxigenação em todo o corpo, mas provavelmente em diferentes graus e com atraso de tempo.

Portanto, nos últimos anos, é possível identificar um número crescente de trabalhos de NIRS medindo o cérebro e o músculo ao mesmo tempo durante a hipóxia.

Especialmente durante o exercício, a hipóxia pode alterar o suprimento de oxigênio e, portanto, vários estudos avaliam o desempenho do exercício em condições de hipóxia.

Como exemplo, Rupp et al. compararam os efeitos da hipóxia normobárica (NH) e da hipóxia hipobárica (HH) nas respostas cerebrovasculares e musculares durante o exercício aeróbico de ritmo próprio usando o OxyMon. A HH resultou em maior desempenho e ritmo prejudicados em comparação com a NH, provavelmente devido a diferenças nas alterações sistêmicas e na oxigenação cerebral. A HH exigiu um custo adaptativo maior para manter o fornecimento de oxigênio cerebral, resultando na diminuição da potência absoluta de saída em comparação com a NH.

Da mesma forma, Rosales et al. avaliaram os efeitos da hipóxia aguda normobárica e hipobárica na fisiologia humana. O OxyMon foi aplicado simultaneamente no cérebro e no músculo para obter uma imagem completa do estado de oxigênio durante diferentes condições. No músculo, a HbO2 diminuiu e a HHb aumentou durante o exercício em todas as condições. A oxigenação do cérebro foi menor na hipóxia de alta altitude em comparação com o nível do mar. O estudo indica que, durante a hipóxia, o músculo pode manter o estado de oxigênio, mas o cérebro não, o que pode ser causado pela compensação cardíaca dependente do ambiente. Portanto, é necessário ter cuidado ao equiparar diferentes tipos de exposição à hipóxia.

Baur et al. realizaram um estudo para investigar se o transporte de carga em normoxia e hipóxia alterna a hemodinâmica, a oxigenação e o metabolismo dos tecidos, bem como as respostas ventilatórias. Os participantes realizaram testes de exercícios experimentais e de linha de base em três condições diferentes. Entre outros, o OctaMon e o PortaMon foram usados para medir simultaneamente a hemodinâmica do cérebro frontal e a oxigenação do músculo esquelético no vasto lateral, respectivamente. Os resultados demonstraram a redução da eficiência cardiorrespiratória e o aumento da tensão com o transporte de carga, especialmente durante a hipóxia, o que pode levar ao aumento do risco de doença da altitude.

Clínica e Reabilitação – Melhorando a avaliação da eficácia da terapia e reabilitação

O NIRS é usada frequentemente em pesquisas clínicas para avaliar a oxigenação muscular ou cerebral em diferentes áreas de aplicação, como em estudos cardiovasculares ou neurológicos.

As medições simultâneas do cérebro e do músculo são relativamente novas em experimentos clínicos e de reabilitação, mas podem oferecer certas vantagens, por exemplo, receber informações adicionais sobre a eficácia da terapia ou das estratégias de reabilitação em diferentes doenças e grupos de pacientes.

Com essa finalidade, Dutta et al. realizaram um estudo para avaliar o potencial da estimulação elétrica neuromuscular (EENM) como uma possível ferramenta de terapia em pacientes que sofrem de insuficiência venosa crônica (IVC). o NIRS muscular foi medido no músculo da panturrilha e, simultaneamente, o OctaMon foi aplicado para adquirir a atividade cerebral pré-frontal enquanto participantes saudáveis realizavam um movimento volitivo na ponta dos pés com diferentes frequências. Foi constatada uma diminuição significativa da oxigenação muscular com o aumento da frequência da ponta dos pés e da intensidade do NMES. Por outro lado, a atividade neural pré-frontal apresentou um aumento significativo com o aumento da intensidade da EENM. Em conjunto, os resultados sugerem que o uso de uma combinação de MNES com NIRS medida no cérebro e no músculo é viável em pacientes com IVC.

Machfer et al. avaliaram uma possível associação entre a fadiga neuromuscular decorrente do exercício e a oxigenação cerebral e muscular em pacientes com doença renal em estágio terminal (ESRD). Entre outros, a oxigenação do tecido foi medida do vasto lateral e do córtex pré-frontal simultaneamente usando o OxyMon, enquanto os participantes e indivíduos saudáveis realizavam exercícios. Embora a O2Hb muscular não tenha diferido significativamente entre indivíduos saudáveis e doentes, verificou-se que a tHb e a HHb no cérebro e no músculo estavam diminuídas em pacientes com ESRD, e a tHb cerebral correlacionou-se positivamente com o tempo até a exaustão em populações clínicas e saudáveis. Esses achados indicam que a hipoperfusão cerebral em pacientes com ESRD pode desempenhar um papel na redução da capacidade de exercício.

Medindo a oxigenação do cérebro e dos músculos simultaneamente com os dispositivos Artinis

Como a Artinis oferece vários dispositivos que podem ser aplicados em qualquer tecido, fornecemos soluções diferenciadas para a medição do cérebro e músculo simultaneamente.

O PortaLite MKII, que pode conectar dois sensores a uma unidade de controle, oferece a possibilidade de ser aplicado em diferentes locais ao mesmo tempo. Isso permite a medição do cérebro e dos músculos simultaneamente com apenas um dispositivo.

O PortaLite é totalmente portátil e sem fio, o que leva a maiores possibilidades de aplicação em uma variedade de campos de pesquisa.

Além disso, ele vem com recursos superiores, como uma alta taxa de amostragem, canais de separação curtos para medir as camadas superficiais do tecido ou a possibilidade de adicionar um sensor de movimento de 6 eixos, tornando-o uma ferramenta confiável e robusta para medir a oxigenação do cérebro e dos músculos em qualquer tipo de experimento.

Quando se deseja uma cobertura ampliada do cérebro ou a medição de diferentes músculos além do cérebro, outras soluções são possíveis:

Nosso software OxySoft permite conectar vários dispositivos ao mesmo tempo, para garantir a sincronização dos dados durante a medição em diferentes locais.

Portanto, os dispositivos para medir a oxigenação muscular, como o PortaMon, e os dispositivos para medir a atividade cerebral, por exemplo, os dispositivos da família Brite, podem ser usados simultaneamente em um experimento, salvando os dados no mesmo arquivo de medição.

Além disso, nossos dispositivos são portáteis, sem fio e leves, portanto, podem ser perfeitamente aplicados em medições que envolvem movimento ou fora das configurações típicas de laboratório.