Raumenų deguonies stebėjimas (NIRS): ką apie bėgiką pasako šviesos jutiklis ant blauzdos

Beveik visi įprasti bėgimo matavimai yra netiesioginiai. Pulsas rodo širdies atsaką, laktatas kraujyje – visą organizmą apibendrinantį rodiklį, tempas – tik mechaninį rezultatą. Nė vienas iš jų tiesiogiai nepasako, kas vyksta pačiame dirbančiame raumenyje. Artimosios infraraudonosios spinduliuotės spektroskopija (ang. near‑infrared spectroscopy, NIRS) – metodas, kuris bando šį tarpsnį užpildyti: nedidelis jutiklis, uždėtas ant blauzdos ar šlaunies odos, įvertina, kiek deguonies raumens audinyje lieka konkrečią akimirką.

Fizikinis principas: kodėl tai iš viso veikia

Artimosios infraraudonosios bangos gana laisvai prasiskverbia pro odą, poodinį riebalų sluoksnį ir raumenį – keletą centimetrų į gylį. Kelyje jas sugeria daugiausia du dalykai: hemoglobinas kraujyje ir mioglobinas raumenų ląstelėse. Esminis dalykas tas, kad deguonimi prisotintas ir deguonies netekęs hemoglobinas sugeria šviesą skirtingai. Matuodamas grįžusios šviesos spektrą, jutiklis gali apskaičiuoti, kokia dalis hemoglobino ir mioglobino toje vietoje šiuo metu yra prisotinta deguonimi. Šis rodiklis vadinamas raumens deguonies prisotinimu (SmO2).

Svarbu suprasti, kas iš tikrųjų matuojama. NIRS rodo ne deguonies tiekimą ir ne jo suvartojimą atskirai, o jų santykį – vietinį balansą tarp to, kiek deguonies atneša kraujas, ir to, kiek jo suvartoja mitochondrijos. Todėl krintanti SmO2 reikšmė reiškia, kad raumuo suvartoja deguonį greičiau, nei spėja gauti. Tai fiziologiškai visai kitas signalas nei širdies susitraukimų dažnis, kuris atspindi centrinę kraujotakos pusę.

Kas matoma treniruotės metu

Pradėjus bėgti, SmO2 pirmiausia staigiai nukrinta – raumuo pradeda naudoti deguonį greičiau, nei kraujotaka spėja prisitaikyti. Po kelių minučių, jei intensyvumas nuosaikus, reikšmė stabilizuojasi: susidaro pusiausvyra. Kai intensyvumas viršija tam tikrą ribą, stabilios būsenos nebesusidaro ir SmO2 tęsia lėtą kritimą iki pat sustojimo. Būtent šis perėjimo taškas būna įdomiausias: jis dažnai sutampa su intensyvumu, kurį fiziologai vadina kritiniu greičiu arba antruoju slenksčiu.

Antra informatyvi dalis – atsigavimas. Nutraukus krūvį, SmO2 pakyla atgal, ir šio pakėlimo greitis apibūdina vietinį kraujotakos bei mitochondrijų pajėgumą. Treniruotam ištvermės sportininkui prisotinimas atsistato greitai; nuovargio kaupimosi ar prastos periferinės adaptacijos atveju šis procesas sulėtėja. Kadangi šis rodiklis atspindi būtent raumens, o ne širdies būklę, jis kartais parodo persitreniravimo požymius anksčiau nei įprasti krūvio matai.

Kodėl metodas iki šiol neišstumė laktato

NIRS turi rimtų apribojimų. Pirmasis – poodinio riebalų sluoksnio storis: kuo jis didesnis, tuo silpnesnis signalas iš paties raumens, todėl reikšmės tarp skirtingų žmonių nepalyginamos. Antrasis – vietinis pobūdis: jutiklis mato tik nedidelį raumens plotą, o krūvis tarp raumenų grupių pasiskirsto netolygiai, todėl jutiklio padėtis keliais centimetrais gali pakeisti duomenis. Trečias – judėjimo artefaktai: bėgant jutiklis juda kartu su oda, o tai įneda triukšmo.

Dėl šių priežasčių NIRS duomenys yra prasmingi tik lyginant žmogų su juo pačiu, tomis pačiomis sąlygomis ir su ta pačia jutiklio padėtimi. Absoliučių slenksčių, tinkančių visiems, čia nėra. Tai nėra metodo trūkumas kaip toks – tiesiog jis atsako į kitokį klausimą nei kraujo tyrimas, o naudojamas neteisingai sudaro tikslumo įspūdį, kurio iš tikrųjų nėra.

Praktinė vertė: kur jis iš tikrųjų padeda

Naudingiausia NIRS sritis – slenksčių nustatymas be kraujo ėmimo ir kvėpavimo kaukės. Pakopinio testo metu galima gana patikimai rasti tą greitį, ties kuriuo raumens deguonies balansas nustoja stabilizuotis. Antra sritis – kvėpavimo ir kojos raumenų konkurencijos stebėjimas: labai didelio intensyvumo metu dalis kraujotakos nukreipiama į kvėpuojamąsias raumenų grupes, ir tai matoma kaip staigus kojos raumens prisotinimo kritimas. Trečia – aukštumos ar šilumos aklimatizacijos stebėjimas, kai centriniai rodikliai keičiasi lėčiau nei periferiniai.

Patarimai kasdieniam bėgikui

Mėgėjui, bėgančiam kelis kartus per savaitę, NIRS jutiklio pirkti neverta – jis brangus, o informaciją, kurią duoda, jums beveik visiškai atstoja paprastesni būdai. Pokalbio testas (ar galite kalbėti sakiniais) ir laikrodžio pulso duomenys pakankamai tiksliai atskiria lengvą krūvį nuo sunkaus. Jei vis dėlto tenka naudotis tokia įranga, pavyzdžiui, sporto klube atliekamo testo metu, atsiminkite, kad rezultatas galioja tik tam matavimui: nesilyginkite su kito žmogaus skaičiais ir nedarykite išvadų apie savo „genetinį pajėgumą“. Naudingiausia iš tokio testo pasiimti du praktinius tempus – lengvą ir slenkstinį.

Patarimai profesionaliam sportininkui

Treniruojantis 5 ir daugiau kartų per savaitę NIRS gali tapti naudinga papildoma priemone, jei laikomasi griežtos metodikos. Pirma, jutiklio vietą pažymėkite ir naudokite visą sezoną tą pačią – kitaip duomenys nepalyginami. Antra, testuokite standartizuotai: pakopinis protokolas, vienoda apranga, panašus paros metas ir mityba. Trečia, sekite ne absoliučią SmO2 reikšmę, o dvi išvestines: greitį, ties kuriuo prisotinimas nustoja stabilizuotis, ir atsigavimo pusperiodį po standartinės atkarpos. Abu šie rodikliai jautriai reaguoja į aukštumos blokus ir į kaupiamąjį nuovargį. Ketvirta, niekada nekeiskite treniruočių plano remdamiesi vienu matavimu – sprendimams naudokite mažiausiai tris pakartojimus per 2–3 savaites. NIRS geriausiai veikia kaip laktato ir širdies ritmo kintamumo duomenų papildymas, o ne pakaitalas.

Šaltiniai

• Ferrari M., Quaresima V. „A brief review on the history of human functional near‑infrared spectroscopy“, NeuroImage (PubMed)
• Grassi B., Quaresima V. „Near‑infrared spectroscopy and skeletal muscle oxidative function“, Journal of Biomedical Optics (PubMed)
• Perrey S., Ferrari M. „Muscle oximetry in sports science: a systematic review“, Sports Medicine (PubMed)
• British Journal of Sports Medicine – publikacijos apie neįkyrių matavimų taikymą ištvermės sporte (bjsm.bmj.com)
• Deutsche Zeitschrift für Sportmedizin – apžvalgos apie raumenų oksigenacijos stebėjimą