Elektrisk impedansspektroskopi for non-invasiv måling av laktat i biologisk vev

Abstract

Ved høy fysisk belastning produserer musklene mye laktat, noe som fører til at den høye arbeidsbelastningen ikke kan opprettholdes særlig lenge. Idrettsutøvere vil gjerne vite hvor høy konsentrasjon av laktat de har ved ulike arbeidsbelastninger, fordi det er en god objektiv indikator på hvor godt kroppen tåler belastningen. Laktatkonsentrasjon måles i dag ved å ta en blodprøve. I denne oppgaven ble det undersøkt om en målemetode basert på bioimpedans kunne gi informasjon om laktatkonsentrasjonen i kroppen ved ulike arbeidsbelastninger. Det ble utført fysiologiske tester på 11 forsøkspersoner med Solartron 1260 og 1294 bioimpedans-analysator, sammen med etablerte målemetoder av laktatkonsentrasjon i blodet. Et fireelektrodeoppsett ble benyttet. Et datasett med et impedansspekter og en laktatkonsentrasjon ble innhentet ved 8-14 ulike ergometersykkelbelastninger fra hver forsøksperson. Multivariatanalyse ble utført på måledataene, for å finne en korrelasjon mellom laktat og impedans. Til sammen 127 datasett med impedans og laktatverdier ble analysert. Det viste seg at impedansdataene var ulike fra forsøksperson til forsøksperson. Volum av det målte lårsegmentet og forsøkspersonens fettprosent gjorde trolig utslag på impedansen, noe som igjen førte til at resultatet av multivariatanalysen ikke ble bra da all impedansdata ble analysert sammen. Men hver for seg, og to forsøkspersoner i samme multivariatanalyse gav lovende korrelasjon mellom laktatkonsentrasjon og impedansdata. For at man med større sikkerhet skulle kunne finne hvilke observasjoner som skyldes endring i laktatkonsentrasjonen ble det utført forsøk på en cellesuspensjon. Impedans ble målt på samme måte som på forsøkspersoner ved ulike laktatkonsentrasjoner i cellesuspensjonen. Resultatene av disse forsøkene ble ikke gode siden volumkonsentrasjonen av cellene ikke var stor nok, og måleoppsettet ikke var godt nok.

At high physical workloads the muscles produce so much lactate that it is impossible to sustain the high workload for a long time. Athletes wants to know how high the concentration of lactate is at different workloads, because lactate concentration is an objective measure on how well the body can handle the workload. Today you have to take a blood sample to measure the lactate concentration. In this study correlation between bioimpedance and lactate concentrations at different workloads was investigated. 11 persons completed a physiological test where impedance was measured with Solartron 1260 and 1294 bioimpedance analyzer, and compared with the lactate concentration in blood. A four electrode system was used. A dataset containing an impedance specter and lactate concentration was collected at 8-14 different bicycle ergometer workloads for each person. Multivariate analysis was performed on the datasets to find any correlation between lactate and impedance. 127 datasets where analyzed. It became clear that the impedance varied between persons. Fat ratio and volume of the measured thigh segment probably made a great difference on the impedance, which led to a bad result when all the datasets was analyzed as one model in the multivariate analysis. Alone and two persons at a time in the multivariate analysis made promising correlation between lactate concentration and impedance. Measurements on cell suspensions were performed to enable a confirmation that the observations originated from changes in lactate concentration. Impedance was measured at different lactate concentrations in the cell suspension. Results from these measurements where not satisfying. The volume concentration of cells was not high enough, and the measurement configuration was not good enough.