Espectroscopia de infravermelho próximo

o Espectroscopia de infravermelho próximo é um método de análise baseado na absorção de radiação eletromagnética na faixa de luz infravermelha de ondas curtas. Tem uma ampla gama de utilizações em química, tecnologia alimentar e medicina. Na medicina, é, entre outras coisas, um método de imagem para exibir a atividade cerebral.

O que é espectroscopia de infravermelho próximo?

Espectroscopia de infravermelho próximo, também chamada de NIRS abreviado, é uma subárea da espectroscopia infravermelha (espectroscopia IV). Fisicamente, a espectroscopia de infravermelho é baseada na absorção da radiação eletromagnética por meio da excitação de estados de oscilação em moléculas e grupos de átomos.

O NIRS examina materiais que absorvem na faixa de frequência de 4.000 a 13.000 vibrações por cm. Isso corresponde à faixa de comprimento de onda de 2500 a 760 nm. Nessa faixa, as vibrações das moléculas de água e grupos funcionais como os grupos hidroxila, amino, carboxila e CH são principalmente excitadas. Se a radiação eletromagnética nesta faixa de frequência atinge as substâncias correspondentes, as vibrações são excitadas com a absorção de fótons com uma frequência característica. O espectro de absorção é registrado após a radiação passar pela amostra ou ser refletida.

Este espectro mostra então as absorções na forma de linhas em certos comprimentos de onda. Em combinação com outros métodos de análise, a espectroscopia de infravermelho e, em particular, a espectroscopia de infravermelho próximo podem fazer declarações sobre a estrutura molecular das substâncias examinadas e, assim, abrir uma ampla gama de aplicações, de análises químicas a aplicações industriais e de tecnologia de alimentos à medicina.

Função, efeito e objetivos

A espectroscopia no infravermelho próximo é usada na medicina há 30 anos. Aqui, ele é usado, entre outras coisas, como um método de imagem para determinar a atividade cerebral. Além disso, pode ser usado para medir o teor de oxigênio no sangue, o volume sanguíneo e o fluxo sanguíneo em vários tecidos.

O procedimento é não invasivo e indolor. A vantagem da luz infravermelha de ondas curtas é sua boa permeabilidade dos tecidos, de modo que é predestinada para uso médico. Usando espectroscopia de infravermelho próximo através da calota craniana, a atividade cerebral é determinada por meio das mudanças dinâmicas medidas no conteúdo de oxigênio no sangue. Esse procedimento é baseado no princípio do acoplamento neurovascular. O acoplamento neurovascular é baseado no fato de que mudanças na atividade cerebral também significam mudanças na necessidade de energia e, portanto, também na necessidade de oxigênio.

Qualquer aumento na atividade cerebral também requer uma concentração mais alta de oxigênio no sangue, que é determinada por espectroscopia no infravermelho próximo. O substrato de ligação de oxigênio no sangue é a hemoglobina. A hemoglobina é um corante ligado a proteínas que ocorre em duas formas diferentes. Existem hemoglobina oxigenada e desoxigenada. Isso significa que é oxigenado ou livre de oxigênio. Ao passar de uma forma para outra, sua cor muda. Isso também afeta a transmissão da luz. O sangue oxigenado é mais permeável à luz infravermelha do que o sangue deficiente em oxigênio.

Quando a luz infravermelha passa, as diferenças na carga de oxigênio podem ser determinadas. As mudanças nos espectros de absorção são calculadas e fornecem informações sobre a atividade cerebral atual. Com base nisso, o NIRS está cada vez mais sendo usado como um método de imagem para exibir a atividade cerebral. Assim, a espectroscopia no infravermelho próximo também permite a investigação de processos cognitivos, pois todo pensamento também gera um nível mais alto de atividade cerebral. Também é possível localizar as áreas de maior atividade. Este método também é adequado para realizar uma interface óptica cérebro-computador. A interface cérebro-computador representa uma interface entre humanos e computadores. Pessoas com deficiência física, em particular, se beneficiam desses sistemas.

Eles podem usar o computador para desencadear determinadas ações, como o movimento de próteses, com puro poder de pensamento. Outras áreas de aplicação da NIRS na medicina estão relacionadas, entre outras coisas, à medicina de emergência. Os dispositivos monitoram o suprimento de oxigênio em unidades de terapia intensiva ou após as operações. Isso garante uma reação rápida em caso de falta aguda de oxigênio. A espectroscopia no infravermelho próximo também é útil para monitorar distúrbios circulatórios ou otimizar o suprimento de oxigênio para os músculos durante o treinamento.

Riscos, efeitos colaterais e perigos

O uso da espectroscopia no infravermelho próximo é livre de problemas e não causa efeitos colaterais. A radiação infravermelha é uma radiação de baixa energia que não danifica substâncias biologicamente importantes. A composição genética também não é atacada. A radiação apenas estimula os vários estados vibracionais das moléculas biológicas. O procedimento também é não invasivo e indolor.

Em combinação com outros métodos funcionais, como MEG (magnetoencefalografia), fMRI (tomografia por ressonância magnética funcional), PET (tomografia por emissão de pósitrons) ou SPECT (tomografia computadorizada por emissão de fóton único), a espectroscopia no infravermelho próximo pode visualizar bem as atividades cerebrais. Além disso, a espectroscopia no infravermelho próximo tem grande potencial para monitorar a concentração de oxigênio na medicina intensiva. Um estudo da Clínica de Cirurgia Cardíaca em Lübeck mostra que os riscos operacionais em cirurgia cardíaca podem ser previstos de forma mais confiável determinando a saturação de oxigênio cerebral com a ajuda de NIRS do que com métodos anteriores.

A espectroscopia no infravermelho próximo também oferece bons resultados para outras aplicações de terapia intensiva. Por exemplo, ele também é usado para monitorar pacientes gravemente enfermos em unidades de terapia intensiva, a fim de evitar uma deficiência de oxigênio. Em vários estudos, o NIRS é comparado com métodos convencionais de monitoramento. Os estudos mostram o potencial, mas também os limites da espectroscopia no infravermelho próximo.

Porém, medições cada vez mais complexas podem ser realizadas devido ao desenvolvimento técnico do processo nos últimos anos. Isso permite que os processos metabólicos que ocorrem no tecido biológico sejam registrados cada vez melhor e os representem graficamente. A espectroscopia no infravermelho próximo terá um papel ainda maior na medicina no futuro.