A near-infrared spectroscopy (NIRS) device unveils oxygenation levels in skeletal muscle and brain of a conscious Harris
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ORIGINAL ARTICLE
A near‑infrared spectroscopy (NIRS) device unveils oxygenation levels in skeletal muscle and brain of a conscious Harris’s Hawk (Parabuteo unicinctus) Kimiaki Doi1 · Keisuke Hiwatashi2,3 · Makoto Yokosuka2 · Risuke Mizuno4 Received: 10 December 2019 / Revised: 31 March 2020 / Accepted: 22 April 2020 © The Author(s) 2020
Abstract We measured the regional saturation of oxygen of hemoglobin ( rSO2) and the total hemoglobin index (HbI) in the brain and skeletal muscles of a conscious Harris’s Hawk by a near-infrared spectroscopy device (NIRS). The oxygenation levels of the breast were significantly lower than the cerebral parts. A flight exercise significantly increased the r SO2 and HbI of the breast. The breast surface temperature significantly increased in response to flight training by a thermography. NIRS enabled us to measure changes in the oxygenation levels of brain and skeletal muscles in a conscious Harris’s Hawk before and after a moving task. Keywords Biophotonics · Skeletal muscle · Brain Zusammenfassung Nahinfrarot-Spektroskopie (NIRS) macht den Oxygenierungsgrad in Skelettmuskulatur und Gehirn eines bei Bewusstsein befindlichen Wüstenbussards (Parabuteo unicinctus) sichtbar Wir maßen die lokale Sauerstoffsättigung des Hämoglobins (rSO 2) sowie den Gesamthämoglobinindex (HbI) im Gehirn und in der Skelettmuskulatur eines bei Bewusstsein befindlichen Wüstenbussards mithilfe eines Gerätes zur NahinfrarotSpektroskopie (NIRS). Der Grad der Sauerstoffsättigung lag im Brustgewebe signifikant niedriger als im zerebralen Bereich. Eine Flugübung führte zu einer signifikanten Erhöhung der rSO 2- und HbI-Werte im Brustgewebe. Die Thermografie zeigte eine signifikante Erhöhung der Brustoberflächentemperatur in Reaktion auf die Flugübung. NIRS ermöglichte es uns, Änderungen im Oxygenierungsgrad des Gehirns und der Skelettmuskulatur an einem bei Bewusstsein befindlichen Wüstenbussard vor beziehungsweise nach einer Bewegungsübung zu messen.
Introduction
Communicated by L. Fusani. * Risuke Mizuno r‑[email protected] 1
Doi Pet Clinic, Fujieda, Shizuoka, Japan
2
Laboratory of Comparative Medicine, School of Veterinary Medicine, Nippon Veterinary and Life Science University, Musashino, Tokyo, Japan
3
Animal Medical Center of Gotemba Inter, Gotemba, Shizuoka, Japan
4
Department of Veterinary Pharmacology, School of Veterinary Medicine, Okayama University of Science, 1‑3 Ikoino‑oka, Imabari, Ehime 794‑8555, Japan
Biomedical optics is a growing technology used to diagnose and treat diseases. In veterinary medicine, biophotonics approaches have been used to examine skin and subcutaneous tumors and to predict the prognosis of lymphoma (Cugmas and Spigulis 2019). We recently demonstrated that an examiner’s finger-mounted NIRS device is feasible to analyze the oxygenation revels of brain and skeletal muscles in conscious Chihuahua dogs in a study of microcirculatory physiology among companion animals (Hiwatashi et al. 2017). In that study, we proposed that Chihuahuas are suitable models f
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