Moxy Monitor è uno strumento che funziona proiettando una luce infrarosso sulla pelle e rilevando parte della luce che, dopo esser entrata nel tessuto muscolare, torna in superficie.
La Tecnologia sfruttata dal Moxy prende il nome di Nirs (near-infrared spectroscopy), una spettroscopia prossimale basata su infrarosso, che permette di misurare in vivo il metabolismo ossidativo nel muscolo scheletrico dell’uomo. Un dispositivo NIRS è costituito da una sorgente luminosa che emette due o più lunghezze d’onda nel vicino infrarosso di 650-1000 nm e un rivelatore posto a una distanza nota dalla fonte di luce. Poiché la luce ad infrarosso può penetrare nei tessuti biologici con meno dispersione e assorbimento rispetto alla luce visibile, offre molti vantaggi per l’imaging e le misurazioni quantitative. Queste misurazioni quantitative dipendono dal principio fisico di riflettanza, che è delineata nella legge di Beer-Lambert.
Questa legge afferma che alcuni materiali (tessuti, nel caso biologico) riducono, ostacolano la trasmissione della luce a lunghezze d’onda specifiche e questa equazione è adattata a studiare le proprietà del muscolo umano e permette di misurare i cambiamenti nelle concentrazioni di emoglobina ossigenata e deossigenata entro un dato segmento di un muscolo. Ciò è reso possibile perché i cromofori di emoglobina e mioglobina sono trasportatori di ossigeno nel sangue e miociti scheletrici e la loro capacità di assorbimento della luce infrarossa dipende dal fatto che si trovino in un ambiente ossigenato o in uno stato deossigenato. Di conseguenza, è possibile utilizzare le misurazioni con la NIRS per riflettere sull’equilibrio dell’apporto di ossigeno ai muscoli che lavorano e sul consumo di ossigeno nei letti capillari.
Inoltre, gli ossimetri tissutali possono misurare l’emoglobina ossigenata regionale e saturazione della mioglobina, che rappresenta la capacità di riserva dei tessuti dopo estrazione di ossigeno dai tessuti stessi. Questo rende la NIRS uno strumento molto utile per valutare due delle principali determinanti della capacità di esercizio: apporto di ossigeno e utilizzo di ossigeno.
Moxy utilizza la legge Beer-Lambert per le sue misurazioni. Tuttavia, questa metrica pone una difficoltà significativa. La luce non passa direttamente attraverso il tessuto, rendendo difficile distinguere la lunghezza del percorso. In effetti, la luce percorre molte lunghezze di percorso diverse nel tragitto dall’emettitore al rivelatore. Ciò è ulteriormente complicato dal fatto che la lunghezza del percorso mostra variabilità a diverse lunghezze d’onda e in diversi tipi di tessuto come pelle, grasso e muscoli.
La calibrazione del dispositivo Moxy si basa su un modello matematico di come la luce si propaga attraverso i tessuti. Questo modello è in grado di tenere conto di un’ampia gamma di variazioni nei tessuti. Moxy misura il rapporto tra la concentrazione di ossiemoglobina e la concentrazione di emoglobina totale nel muscolo e lo riporta come percentuale, che è SmO2.
SmO2 sta per saturazione di ossigeno muscolare. È la percentuale di emoglobina che trasporta ossigeno nel tessuto muscolare.
L’emoglobina è la molecola nei globuli rossi che trasporta effettivamente l’ossigeno dai polmoni dove è necessario nel corpo. L’emoglobina risponde ai segnali chimici per rilasciare ossigeno dove è necessario. Gli stati più comuni dell’emoglobina sono ossi e deossi.
La misurazione di SmO2 avviene nei capillari del muscolo. È qui che viene consumato l’ossigeno. L’SmO2 può essere pensato come una misura dell’equilibrio tra l’offerta e la domanda di ossigeno nel muscolo. Quando inizia l’allenamento, la richiesta di ossigeno aumenta, ma il cuore non ha avuto la possibilità di accelerare e i vasi sanguigni del muscolo non si sono dilatati. L’SmO2 scende rapidamente in queste condizioni.
Man mano che aumenta la temperatura, la frequenza cardiaca aumenta e i vasi sanguigni del muscolo si dilatano per consentire un maggiore flusso sanguigno, determinando un leggero aumento dei livelli di SmO2. Quando termina l’allenamento, la richiesta di ossigeno diminuisce improvvisamente, ma la frequenza cardiaca è ancora elevata e i vasi sanguigni si dilatano. In questo momento si osserva un rapido aumento di SmO2.
Generalmente, livelli più elevati di sforzo nel muscolo portano a un SmO2 più basso. Il valore SmO è anche influenzato da altri fattori come lo spostamento della curva di dissociazione dell’emoglobina e altri fattori chimici e neurologici.Qual è la relazione tra soglia di potenza critica e trasporto di ossigeno?
La relazione potenza-durata è ben documentata per le prestazioni atletiche ed è formulata matematicamente nel modello di potenza critica (PC). Il modello PC, se applicato correttamente, ha un grande potere predittivo, ad es. pedalando ad una determinata potenza su un ergometro il modello calcola con precisione il tempo per il quale un atleta può sostenere questa potenza. Tuttavia, la PC presenta incongruenze fisiologiche e problemi orientati al processo. Il rapido sviluppo della spettroscopia a infrarosso ravvicinato (NIRS) per misurare la dinamica dell’ossigenazione muscolare (SmO2) fornisce un’esplorazione fisiologica del modello PC a livello concettuale ed empirico.
Concettualmente, il modello PC prevede due componenti: la prima PC è definita come il più alto tasso metabolico che può essere raggiunto attraverso mezzi ossidativi. E in secondo luogo, la capacità di lavoro sopra PC denominata W1. L’SmO2 presenta uno stato stazionario nell’offerta e nella domanda di ossigeno e rappresenta quindi la PC specificamente a livello di analisi locale. la potenza critica è la potenza massima alla quale uno stato metabolico stazionario caratterizzato da stabili livelli intracellulari di adenosina trifosfato, fosfocreatina, vengono raggiunti da ioni idrogeno, fosfato inorganico e lattato nel sangue. Quando si esercita una potenza superiore a quella critica, si comincia a esaurire W1, che è caratterizzato da una quantità finita di lavoro che può essere fatto al di sopra della potenza critica.
W1 è stato inizialmente descritto come una capacità di lavoro anaerobico ma successivamente si è dimostrato essere associata all’esaurimento delle riserve di energia intramuscolare ed è sensibile alle alterazioni dell’apporto di ossigeno. Quando ti alleni a una potenza fissa sovracritica, VO2, fosfati inorganici intracellulari e lattato nel sangue aumenteranno progressivamente fino a esaurimento, a quel punto VO2 raggiunge un valore massimo, definito terminal VO2max. VO2max si riferisce al tasso massimo di consumo di ossigeno misurato durante l’esercizio intenso, e rappresenta la massima capacità integrata del sistema polmonare, cardiovascolare e muscolare per assorbire, trasportare e utilizzare l’ossigeno. VO2max può essere misurato in litri assoluti di ossigeno consumato al minuto (L/min) o relativo al peso in millilitri del consumatore di ossigeno per chilogrammo di massa corporea al minuto (mL/Kg/min).
VO2max è una caratteristica fisiologica delimitata dai limiti parametrici di l’equazione di Fick, che afferma quanto segue: [V̇o2 = Q̇ × (a-v)O2diff], dove Q sta per gittata cardiaca, che può essere calcolata come la gittata sistolica moltiplicata per la frequenza cardiaca e (a-v)O2 diff rappresenta la differenza di ossigeno arterovenoso. Secondo l’equazione di Fick, ogni variazione di VO2max è accompagnata da un concomitante cambiamento nella gittata cardiaca massima o differenza arterovenosa. Se il VO2 raggiunge un valore massimo, denominato VO2max, a lavoro svolto al di sopra della potenza critica viene eseguita, e quando W1; è esaurito, starebbe indicando che potrebbe esserci una relazione causale tra esaurimento critico “nell’alimentazione” del tessuto (ipoglicemia) ed erogazione ed estrazione di ossigeno. Se questo fosse il caso, allora dovrebbero esserci prove che l’aumento del VO2max di un individuo arriverà con un concomitante spostamento verso l’alto della potenza critica.
Cosa accade nel letto vascolare sottoposto ad azione muscolare?
Il flusso sanguigno dell’apparato circolatorio è regolato da principi di fisica e, se gli è consentito, il sangue fluisce da un’area di alta pressione, ad un’area di pressione inferiore. Inoltre la velocità di
flusso è proporzionale alla differenza di pressione tra le due estremità di un vaso sanguigno o tra due camere all’interno dell’apparato cardiovascolare. Pertanto, un modo per aumentare il flusso all’interno dell’apparato circolatorio è aumentare la differenza di pressione tra due aree, come ad esempio aumentando la forza con cui i ventricoli si contraggono. Un altro modo è ridurre la resistenza al flusso.
Tuttavia le differenze di pressione sono direttamente proporzionali ad un aumento del flusso, mentre la resistenza è inversamente proporzionale alla velocità di flusso. Può essere usata la seguente equazione per descrivere l’effetto della pressione e della resistenza sul flusso ematico:
Flusso sanguigno = Variazione di pressione / Resistenza al flusso
Dalla equazione risulta che il flusso può essere aumentato ampliando la differenza pressoria tra due aree o riducendo la resistenza al flusso, fenomeni che avvengono durante l’attività fisica, o in una o in un’altra direzione in base alla intensità ed alla durata dell’esercizio.”
Kraemer in “Fisiologia dell’esercizio fisico” schematizza così :
– durante esercizi di allenamento sia aerobici che con i pesi le pressioni del sangue aumentano considerevolmente;
– lo svolgimento reiterato nel tempo di esercizi aerobici riduce la pressione del sangue sia a riposo sia quando si eseguono carichi di lavoro submassimali
– lo svolgimento reiterato nel tempo dell’allenamento con i pesi riduce la pressione a riposo e diminuisce la pressione del sangue durante esercizi submassimali, sia i medesimi con sovraccarico in allenamento, sia con transfer nelle attività di vita quotidiana o sportiva (correre, pedalare, nuotare e gesti sport specifici di squadra), transfer che non è sempre osservabile al contrario da esercizi aerobici a esercizi con sovraccaricoL’effetto acuto dell’allenamento aerobico o con i pesi è una riduzione del volume plasmatico che comporta una emoconcentrazione, una riduzione della quantità di plasma rispetto alla frazione corpuscolata del sangue, con un incremento relativo dell’ematocrito senza un cambiamento dell’effettiva quantità di globuli rossi. L’effetto netto di tutto ciò è un incremento del numero di globuli rossi e del contenuto di emoglobina per volume unitario di sangue.
Da questo assunto, ricercatori dedicati allo studio del tessuto muscolare durante attività osservate con la NIRS (Hamaoka, McCully, Peikon, Feldmann, Oluwarotimi Williams) hanno iniziato ad investigare circa la possibilità che l’aumento del valore di Hb letto dalla NIRS durante attività a carico crescente (aerobico o sovraccarico crescente) potesse essere correlato ad un importante aumento della pressione sanguigna conseguente a contrazioni muscolari massive.
Ecco perché McCully, nel lavoro “Bilateral NIRS measurements of muscle mitochondrial capacity: Feasibility and repeatability” ha misurato la variazione di Hb nei muscoli flessori di ginocchio sottoposti a contrazione isometrica durante una importante compressione degli stessi per garantire una importante occlusione dei vasi per misurare il picco di concentrazionde di Hb e stimare indirettamente una ipotetica capacità mitocondriale nei soggetti in esame.
Tutto questo mette in relazione l’emodinamica sportiva con lo studio neuromuscolare aprendo nuove idee ed interazioni ed integrazioni tra devices.Fonti
The Science Behind Moxy
da The Future is NIRS: Muscle Oxygen Saturation as an Estimation of The Power-Duration Relationship, di E. Peikon, 2020
