Evaluation of quadriceps muscle endurance with functional near infrared spectroscopy (fNIRS)

Abstract

Kas dayanıklılığını değerlendirme metodları, yorucu egzersiz protokolleri, biokimyasal araştırmalar ve Yüzeyel Elektromiyografi (yEMG) kadar, İşlevsel Yakın-Kızıl Ötesi Spektroskopi (iYKÖS) dahil çeşitli optik görüntüleme tekniklerinin kullanımını da kapsar. Bu çalışmada, kasılmakta olan kastaki doku oksijenlenme trendlerinin iYKÖS ile ve kasın elektriksel davranışın yEMG ile değerlendirilmesi amaçlanmıştır.Çalışmada, egzersiz yapanlar ve daha az egzersiz yapan veya sedanterlerden oluşan on iki sağlıklı erkek deneğe, kasta yorgunluk oluşuncaya kadar diz tam ekstansiyondan 70° fleksiyon sağlayacak şekilde ağırlıksız skuat egzersizi yaptırıldı. fNIRS ve yEMG ölçümlerinin her ikisi de kuadrisepsin Vastus Lateralis (VL) kasından elde edildi. İYKÖS ölçümlerinden Deoksihemoglobin (HB), Oksihemoglobin (HBO2) ve Oksijenlenme (OXY) parametreleri ile, yEMG ölçümlerinden Kök-Ortalama-Kare (KOK), Ortalama Frekans (OMF) ve Ortanca Frekans (OCF) parametreleri değerlendirildi.Çalışmanın sonuçları, az egzersiz yapanlarda, çok egzersiz yapanlara göre HBO2 genliğinin %54 ve OXY genliğinin %58 küçük olduğunu göstermiştir ki bunun egzersiz yapan kasta, idmana bağlı fizyolojik adaptasyonların neden olduğu artmış oksijenlenme ve oksijen çekme kabily etinin bir sonucu olduğu kanaatine varılmıştır. Ne var ki, yEMG parametre eğimlerinde iki grup arasında özel bir fark görülmemiştir ancak, yEMG kas yorgunluğu oluşumunda deneklerin subjektif verilerinden ziyade objektif görüş sağlamıştır.Anahtar Sözcükler: İşlevsel yakın-kızıl ötesi spektroskopi (iYKÖS), yüzeyel elektromiyografi (yEMG), kas dayanıklılığı, egzersiz, vastus lateralis.

Muscular endurance evaluation methods involve use of exhaustive exerciseprotocols, biochemical investigation procedures and Surface Electromyography (sEMG) aswell as, various optical imaging techniques including Functional Near-Infra RedSpectroscopy (fNIRS). In this project it is aimed to assess levels of tissue deoxygenationtrends in the contracting muscle during squat exercise via fNIRS, and electrical behaviourof the muscle during exercise evaluated via sEMG.In the study, twelve healthy male subjects, comprised of trained and less trained orsedantary individuals, exercised unloaded squat with the knee angle at 70° flexion from fullextantion untill fatigue set in. Both fNIRS and sEMG measurements gathered from VastusLateralis (VL) of the quadriceps muscle. Deoxyhemoglobin (HB), Oxyhemoglobin(HBO2) and Oxygenation (OXY) parameters of fNIRS measurements and Root MeanSquare (RMS), Mean Frequency (MNF) and Median Frequency (MDF) parameters ofsEMG measurements assessed between subjects who were able to maintain exercise longerthan five minutes and shorter than five minutes.The results of the study showed that in the less exercising subjects HBO2amplitude is %54 and OXY apmlitude is %58 small relative to exercising subjects which isconcluded to be a result of training induced physiologic adaptations leading to alteredoxygenation and oxygen extraction capability of the exercising muscle. However, sEMGparameters did not show a specific distinction between two groups yet, provided anobjective sight about fatigue occurrance rather than information from participants.Keywords: Functional near-infrared spectroscopy (fNIRS), surface electromyography(sEMG), muscular endurance, training, vastus lateralis.