Introductie

Tegenwoordig zie je steeds meer websites (met name verkoopwebsites) met berichtjes over de BSX Insight . De BSX Insight is een NIRS apparaatje wat de zuurstofsaturatie (SmO2) in de spier tracht te meten. Daarnaast wordt sinds begin 2016 ook tHb (totaal hemoglobine) doorgegeven. Dit laatste kan overigens alleen met de BSX Gen(eratie) 2 apparaten.

Leuk. Maar de positionering van de BSX Insight is sinds introductie die van de ‘lactaatmeting vervanger’. De jongens achter de BSX Insight hebben namelijk een algoritme ontwikkeld wat op basis van de trend in SmO2 meting op de kuitspier, gastrocnemius) en het ‘breekpunt’ in deze trend tijdens een incrementele step test, de anaerobe drempel te kunnen schatten. Met nadruk op het woord ‘schatten’, want het is geen directe lactaatmeting. Bovendien werkt deze test alleen door op de kuitspier. Fair enough. Verschillende spieren geven bij incrementele testen verschillende ‘breekpunten’ is mijn eigen ervaring en uit de literatuur.

Aangezien ik reeds een aantal jaren met (commerciële) NIRS bezig ben (Moxy Monitor, BSX Insight Gen 1, Gen2) en inmiddels meer dan 150 verschillende metingen met deze (merken)apparatuur heb gedaan (bij mezelf en bij andere renners), heb ik besloten een aantal blogposts te wijden aan deze apparatuur. Dit zijn wat korte posts en lopen voor op een uitgebreider stuk wat ik ergens begin volgend jaar zal posten. Daarin zal een bredere kijk worden gegeven vanuit de techniek, de literatuur en –wellicht interessanter- de (praktische) toepassingen. Je zal zien dat er heel wat kanttekeningen zijn bij de interpretatie van NIRS data er dat er oorzaken achter de patronen zitten die je op dat moment alleen kan aannemen (omdat die factoren simpelweg niet gemeten worden tijdens de meeste toepassingen). Deze zaken ontbreken vaak die ik de nu ‘’oppoppende’’ blogposts van fabrikanten of ‘’first time users/testers’’.

Het doel van deze posts is om relatief simpel dingen uiteen te zetten zonder echt te vervallen in lastige uitleg. Ik geef bij de voorbeelden mogelijke verklaringen voor bepaalde patronen. Met de nadruk op ‘’mogelijke’’. Als je alleen geïnteresseerd bent in resultaten van metingen van de BSX Insight en de relatie met de anaerobe drempel (of FTP of CP) stop dan met lezen, want daar gaat deze post niet over. Bovendien zijn daar genoeg posts over te vinden waaruit je je eigen conclusies kan trekken.

Zuurstof: Lokaal versus centraal

De BSX Insight meet net als de Moxy Monitor (een ander commercieel NIRS apparaat) zowel de zuurstofsaturatie (SmO2) en hemoglobine in de spier (tHb). Aangezien het meetinstrumentje lokaal op een spier kan worden geplaatst, zijn de meetwaarden dus het resultaat van die lokale (spier)meting. Dus op die plek in de spier krijg je bepaalde waarden en een trend te zien. Stel je plaatst het instrument een aantal centimeter naar links of rechts en je krijgt een andere waarde. Waarom? Omdat de meting lokaal is. Zonder hier nu al te diep op in te gaan, maar o.a. spiersamenstelling (vezeltype, capillaire dichtheid, etc.) speelt hierbij een rol.

Lokaal dus. Ken je die VO2 metingen bij sporlabo’s? Mag je zo’n kapje op. Hiermee wordt je centrale zuurstofgebruikgemeten. Achteraf krijg je die centrale waarde-de VO2max (beter gezegd VO2peak)- gerapporteerd. Dat centrale zuurstofgebruik verschilt van je lokale zuurstofgebruik. Door de ademhaling komt zuurstof (O2) binnen wordt koolstofdioxide (CO2)uitgeademd. Zuurstof wordt vervoerd in je lichaam (je hart en bloedvaten speelt daar uiteraard een belangrijke rol bij) en wordt lokaal in o.a. in de spieren gebruikt. Er wordt met name zuurstof gebruikt op die plekken waar het tijdens inspanning hard nodig is; waar er veel energie geleverd moet worden, moet zuurstof komen!

En welke spieren worden relatief veel gebruikt bij fietsen? Inderdaad, de beenspieren, de zogenaamde ‘involvedmuscles’. Je kan je voorstellen dat er in de armen relatief minder betrokken zijn, iets wat bij cross-country skiën bijvoorbeeld wel anders is. Bij cross-country skiën kan er sprake zijn van een ‘’gevecht’’ om bloedtoevoer (met zuurstof) tussen de arm en beenspieren, want beiden worden veelvuldig gebruikt (denk ook aan VO2peak welke per persoon per sport die ze beoefenen anders zal zijn). Naast re-distributie van bloedtoevoer is er dus ook sprake meer (lees: andere) heterogeniteit in lokale zuurstofextractie.

Een (sterk) versimpeld voorbeeldje als illustratie

Daar waar zuurstof gebruikt wordt, zal ook zuurstof moeten worden aangevoerd anders zal de inspanning niet lang kunnen worden volgehouden. Hierbij speelt je cardiovasculaire en respiratoire systeem een uiteraard belangrijke rol. Hieronder vind je een klein stukje databij aanvang van een training van een renner met uitleg over wat er kan gebeuren met de zuurstofsaturatie (SmO2) en de hemoglobine (tHb) waarden. Met de nadruk op ‘kan’, want deze situatie doet zich niet altijd voor (denk hierbij o.a. aan mensen met een beperking van het cardio-vasculaire systeem). In dit geval waren er 3 NIRS geplaatst; een Moxy Monitor op de linker hamstring, linker dijbeen (vastus lateralis) en een BSX Insight op de linker kuit. 

De eerste grafiek laat het vermogen, cadans en hartslagtrends zien. De tweede grafiek toont over dezelfde periode SmO2 en de derde grafiek de tHb trends. De horizontale as representeert het aantal minuten. Eerst zal de trend in SmO2 worden uitgelegd. Daarna de tHb trend.

De SmO2 trend

De eerste 2 minuten worden gekenmerkt door het feit dat het meetinstrument gewoon op de spier was geplaatst en de renner naast de fiets stond. De SmO2 waarden van de hamstring en dijbeen liggen ongeveer rond de 50, terwijl SmO2 waarde van de kuit (BSX Insight) op ca. 65 ligt. Daarna stapte hij op en begon te trappen op een vermogen van ca. 150 watt.

Hey. SmO2 daalt op moment dat de renner begint met trappen (rond minuut 2). Hoe kan dat nou? Wel. Hierbij speelt o.a. het cardiovasculaire en respiratoire systeem een centrale rol. Op het moment dat je begint met trappen is er direct meer energie (ATP) nodig om je spieren te kunnen laten samentrekken. En om die energie op te wekken, is zuurstof nodig. Aangezien SmO2 de balans geeft tussen O2HB (oxyhemoglobine, ofwel zuurstofgeladen hemoglobine) totaal hemoglobine (O2HB + HHB, de-oxyhemoglobine, ofwel niet-zuurstofgeladen hemoglobine) zal die balans (SmO2) op dat moment dalen. Lokaal vindt er direct (snel) zuurstofextractie plaats. Een belangrijke reden is dat de benodigde bloedtoevoer met zuurstof(centraal) nog niet goed op gang is- hij is nog maar net ‘koud’ de fiets op gestapt en zijn hartslag, ademhaling, etc. moeten nog ‘’opstarten’’. Om snel zuurstof te gebruiken in de spier speelt myoglobine (hemoglobine wat al opgeslagen is in de spier) een belangrijke rol. BSX Insight en Moxy Monitor kunnen echter hemoglobine en myoglobine niet apart meten a.g.v. eenzelfde absorptiespectrum. 

Het feit dat de zuurstofsaturatie graad direct daalt wil dus niet zeggen dat er geen zuurstof aanwezig is, want dat is er wel! Er wordt immers direct gebruik van gemaakt. Een klein zijstapje betreft hier de mate van ‘’getraindheid’’. Iemand die goed (aeroob) getraind is, heeft vaak meer capillairen (kleine bloedvaatjes in de spier) en mitochondriën (kleine energiefabriekjes) dan iemand die niet of minder getraind is (naast o.a. een sterker hart / centraal systeem). De snelheid waarmee zuurstof lokaal extractie kan plaatsvinden, oftewel de responsetijd van zuurstofextractie lokaal is bij beter getrainde personen beter dan bij niet- of minder getrainde personen. Deze responsetijd lijkt hierbij onafhankelijk van de belasting. Ook leeftijd kan bijvoorbeeld een rol spelen. 

Terug naar het voorbeeld. Je ziet de SmO2 daling in alle 3 spieren waarbij de daling in de kuit (BSX Insight) relatief minder is. Om de daling van SmO2 echter beter visueel zichtbaar te maken is deze trend op de tweede as van de grafiek geplaatst. Zonder al te veel vooruit te lopen op andere blogposts; BSX Insight metingen zijn minder variabel dan die van de Moxy Monitor en ook de absolute waarden liggen over het algemeen hoger. Dat staat overigens los van het feit dat verschillende spieren verschillende trends vertonen.

Na de initiële daling zie je de SmO2 zowel in de hamstring, dijbeen en kuit licht oplopen. De waarden blijven echter nog onder de waarden van toen de renner nog naast zijn fiets stond. Rond minuut 6 verhoogt de renner het wattage naar ca. 200 watt. Het dijbeen (vastus lateralis)is iets gevoeliger bij toename in wattage. Zonder uit te wijden, maar de vastus lateralis is een van de beenspieren die in het algemeen sterker fluctueert bij veranderende belasting (wattage). Meer als bijvoorbeeld de rechte dijspier (rectus femoris) of de kuitspier (gastrocnemius).Een van de oorzaken hierbij is dat de vastus lateralis relatief veel zogenaamde fast-twitch fibers (‘’snelle spiervezels’’) bevat welke eerder bij hogere cadans (en met vaak bijbehorende hogere belasting) worden aangesproken.

Rond minuut 10 trekt de renner op naar 350 watt. Een hele lichte reactie in SmO2 in de kuit; SmO2 daalt licht. In dijbeen en hamstring is gelijk sprake van sterke neerwaartse uitslag in SmO2. Zuurstofsaturatie waarden dalen nagenoeg direct waarbij dit het snelst en diepst is in het dijbeen. De waarden blijven trendmatig dalen tijdens het interval. Dit kan een indicatie zijn dat het cardio-vasculaire systeem in dit geval niet in staat is om deze ‘shock in vermogen’ goed te maken. Dat wil zeggen dat er geen SmO2 evenwicht meer zal ontstaan en dat de renner deze inspanning maar beperkte tijd zal kunnen volhouden. Of om een soort van vertaling te maken naar ‘’vermogensjargon’’; hij rijdt boven zijn Critical Power (CP).

De hartslag is tijdens dit 350 watt interval opgelopen van ca. 120 slagen aan het begin van het interval, naar 160 slagen aan het eind van het interval. Dit impliceert (bij gelijkblijvend slagvolume) dat het hartminuutvolume (cardiac output) is vergroot. In dit geval zijn er geen respiratoire parameters gemeten, maar je kan je voorstellen dat het ademminuutvolume (ademfrequentie x teugvolume) zeker ook is gestegen. Je kan dus stellen dat de aanvoer van zuurstof is gestegen, maar tegelijkertijd daalt de lokale balans door relatief meerextractie van zuurstof in de spieren om aan de verhoogde energiebehoefte te kunnen voorzien ten einde de arbeid te kunnen volhouden.

Er dient te worden opgemerkt dat een SmO2 evenwicht niet per definitie evenwichtssituatie betekent of dat er sprake is van bijvoorbeeld een metabolisch evenwicht. Dat komt –maar zeker niet uitsluitend - omdat er ook rekening moet worden gehouden met de bloedtoevoer. Het gaat echter te ver om hier nu al op in te gaan. Verrassend genoeg wordt hier in sommige wetenschappelijke publicaties soms  aan voorbij gegaan. 

De correlatie tussen de trend in SmO2 van het dijbeen en de hamstring was in dezen 0.78. Dit is een indicatie dat de SmO2 van deze twee spieren elkaar redelijk goed volgen. De correlatie tussen de SmO2 van de kuitspier en het dijbeen was overigens 0.26 wat impliceert dat de kuitspier wel een ander SmO2 patroon vertoont. Tussen de hamstring en de kuit was dit 0.56.

De tHb trend

De renner stapt op de fiets en tHb daalt ook plots. Hoe kan dat? Dat zou verklaard kunnen worden doordat tHb een proxy is voor bloedtoevoer/volume. Op het moment dat je op je fiets stapt en begint te trappen,‘’duw’’ je als het ware bloed weg uit de spieren die beginnen met samentrekken. Je kan stellen dat dit een initiële compressie veroorzaakt. We hadden al besproken dat op moment van start het centrale systeem (cardiovasculair / respiratoir ) nog niet op gang is. Hierdoor is o.a. de (bloed)druk nog ‘’niet sterk genoeg’’ om de bloedtoevoer die o.a. door het cardiovasculair systeem (o.a. hoger hartminuutvolume)‘’op peil’’ te houden. Dit patroon is overigens niet altijd evident. Bij een relatief lage startbelasting is er soms nauwelijks sprake van een daling.

Omdat de renner begint te trappen zijn er allerlei andere processen die gaan spelen. Zonder hier al te diep op in te gaan zijn dit o.a. neurale mechanismen (mechanoreceptoren, activering van sympatisch zenuwstelstel), hormonale mechanismen (adrenaline en noradrenaline) en autoregulatie (spier zelf regelt zijn doorbloeding). Daardoor zie je dat de hartslag begint op te lopen en rond 120 ongeveer stabiliseert. Ook zie je naarmate de hartslag begint op te lopen de tHb waarden ook weer beginnen te stijgen. Hierbij speelt een hoger hartminuutvolume en vasodilatatie (‘’verwijden van de bloedvaten’’) een rol. Vasodilatatie ontstaat o.a. door een toename in de koolstofdioxide concentratie in de spier wat de doorbloeding bevordert (aanvoer van zuurstof en afvoer van CO2) .  Aangezien 150 watt een erg lage belasting is voor deze renner zie je z’n hartslag ook weer dalen vanaf minuut 4 ongeveer. 

Net iets voor de 6 minuten trekt hij het wattage op naar 200 watt. Hartslag stijgt weer iets mee en eigenlijk is alleen bij de hamstrings een dalende trend te zien. In het linker dijbeen blijft de tHb trend tamelijk constant. 

Rond minuut 10 trekt hij op naar 350 watt en houdt dit 5 minuten aan. THb in het linker dijbeen blijft vrij constant en tHb in de hamstrings begint weer licht te stijgen. Interessant gegeven -waar ik nu vanwege de hoeveelheid informatie die gegeven wordt niet op in zal gaan- is de sterke daling in tHb en de sterke stijging die daarop volgt in het linker dijbeen aan het eind van het interval waarbij er gedurende een minuut niet trapt.  

En aan het eind van het 350 watt interval? 

Als we hier ons gemakshalve dus even concentreren op de SmO2 waarden dan is er sprake van een sterke ‘’re-bounce’’. De SmO2 waarden schieten nagenoeg direct omhoog en deze waarden zijn hoger dan de waarden die we registreerden toen de renner nog naast de fiets stond. Hoe kan dat? Het lichaam van de renner heeft flink moeten werken om zuurstof richting de spieren te vervoeren (zie o.a. de toename in hartslag). En dat bleek niet helemaal genoeg om een SmO2 evenwichtssituatie te houden, gezien de dalende SmO2 waarden (meer zuurstofextractie dan toevoer) tijdens het interval. Maar plots valt de noodzaak weg om de spieren samen te trekken in de benen; er hoeft geen 350 watt meer weggetrapt te worden. Het aanvoersysteem ‘’weet dat echter nog niet’’ dus dat ‘’draait nog eventjesvrolijk door’’. De hartslag (onderdeel hartminuutvolume) is bijvoorbeeld nog hoog en daalt langzaam. Hij ademt nog even stevig door. Op moment van benen stilhouden ontstaat er dus een situatie van meer aanvoer dan extractie. Vandaar dat de SmO2 waarden pieken na stoppen van de arbeid. 

Als je goed kijkt zie je dat binnen de minuut dat de renner stopt met trappen (wattage is 0) dat de SmO2 waarden weer beginnen te dalen. Dit hangt ook weer sterk samen met ‘’daling’’ van activiteit van het centrale aanvoersysteem; de hartslag begint weer te dalen, ademhaling daalt, etc. Oftewel aanvoer en extractie van zuurstof gaan weer richting evenwicht. Maar het niveau ligt hoger dan toen de renner nog naast de fiets stond! Hou die gedachte even vast.

Oef: er gebeurt een hoop

Je stapt stap ‘koud’ op de fiets. Je hartslag en ademhaling zijn nog niet op peil. Tegelijkertijd gaan er allerlei ‘’alarmbellen’’ af in je lichaam om te zorgen dat je de inspanning kan voortzetten. Lokaal in de spieren is direct meer energie nodig, er is daar behoefte aan zuurstof (dus extractie), bloedvaten verwijden o.a. door hogere concentratie koolstofdioxide, je hartkomt op gang , je ademhaling komt op gang, etc., etc. Wel eens gehoord van fight-or-flight? 

De reacties (‘’de alarmbellen’’) die in je lichaam optreden zijn niets anders dan een oer-reactie. Beeld je in. Er staat een tijger voor je neus. Je schrikt. Hormonen schieten door je lichaam. Je spieren spannen samen (vasoconstrictie (vernauwing) in de bloedvaten).Je lichaam zet zich schrap. Je hartslag en je ademhaling komt op gang. Je lichaam is in eerste instantie uit z’n evenwicht (homeostase). Wat ga je doen? Vechten of rennen???

Zijstapje: Dat zoeken van het lichaam naar homeostase is iets wat continu gebeurt (ook in je ‘normale’ dagelijkse leven). Je lichaam zoekt gegeven de activiteit/inspanning telkens weer een evenwicht waarbij het goed kan functioneren. Welk systeem op dat moment nog kan compenseren voor een systeem wat zijn limiet al heeft bereikt, is per individu verschillend. 

Wat nog op te merken valt is de relatie met lactaat (wat ik hier overigens niet laat zien, maar wel voorbeelden van heb). Als je naast je fiets staat heb je een bepaald lactaatgehalte in je bloed. Zodra je je fiets op springt en begint te trappen gaat die lactaatwaarde omhoog. Hoewel de zuurstofconcentratie niet per definitie de lactaatwaarde bepaalt (kom ik binnenkort nog wel eens op terug) stijgt de lactaatwaarde. Tot het moment dat er weer sprake is van een homeostase (evenwicht) en daalt deze waarde weer. Bij lactaattesten heb je vaak een ‘’opwarmfase’’ op lage intensiteit. Pas dan begint men vaak met de meting.  Je hebt dan echter een interessante fase gemist, namelijk die van: wat gebeurt er in de spier (of spieren) op moment dat je een inspanning start?

Samenvatting en food for thought

Met een heel simpel voorbeeldje als ‘’de fiets op springen en een intervalletje doen’’ heb ik (heel) kort geprobeerd uiteen te zetten wat er zoal gebeurt en hoe dat terug te zien is in de BSX Insight en MoxyMonitor metingen. Nogmaals. Bovenstaand is een sterk versimpeld voorbeeldje. De interpretatie zuurstofaanvoer en extractie kan eigenlijk niet los worden gezien van de bloedtoevoer. Bovendien kan je nog meer informatie halen uit hetgeen boven getoond, maar voor een first time reader, is lijkt me dit al best veel informatie. Het Fick principe en de zuurstofdissociatiecurve zijn niet besproken.

En dan? Tja. Je springt op de fiets en je begint normaliter met…..Ja! Inderdaad. Een warming up!!! Je gedachte die je nog even vast moest houden! Wat is de kunst van een goede opwarming en hoe kan NIRS apparatuur hierbij als indicator worden gebruikt? (in het Engels: ‘’priming oxygenuptake kinetics’’) De scherpe lezer zal al uit bovenstaande kunnen afleiden dat je dynamiek in mechanische belasting (goed voorbeeld is wattage) en fysiologische intensiteit in termen van zuurstofaanvoer en extractie (lokaal) met NIRS leuk inzichtelijk kan worden gemaakt. Een hogere SmO2 waarde en verbeterde bloedtoevoer (‘’de spieren zijn opgewarmd / je bent goed warm’’) in de spieren zijn toch wel erg handig voor je aan je echte inspanning gaat beginnen. Dan is hartslag zeker nuttig om te hebben, wattage in deze nietszeggend en NIRS toch (mogelijk) wel van toegevoegde waarde. 

De volgens post zal overigens ingaan op de factoren die de waarden en de metingen (trends) kunnen beïnvloeden. Hierbij zullen naast een aantal inkoppers zoals bijvoorbeeld specifieke plaatsing, een andere cadans bij eenzelfde wattage, etc. ook een aantal ‘’verrassende’’ factoren zitten. Je zal dan tevens snappen dat ‘’niet elke watt (fysiologisch) hetzelfde is’’. Dat is een gegeven -wat in de wereld waarin alleen vermogensdata (performance data) nog lijkt te tellen- vergeten lijkt te worden. Dus onthoud vooral goed: NIRS data is geen performance data, maar fysiologische data!!!Voor alle BSX Insight en MoxyMonitor bezitters hou je adem maar eens even in, of ga eens heel snel ademhalen. Kijk wat er gebeurt. Of trap eens een aantal minuten met de punt van je voet naar beneden en dan een periode met je hak terwijl je de BSX Insight op je kuit hebt. Have fun.