Skoraj infrardeča spektroskopija: zdravljenje, učinki in tveganja

Skoraj infrardeča spektroskopija je analitična metoda, ki temelji na absorpcija of elektromagnetno sevanje v območju kratkovalovne infrardeče svetlobe. Ima veliko aplikacij v kemiji, živilski tehnologiji in medicini. V medicini je med drugim slikovna metoda za prikaz možganov dejavnosti.

Kaj je infrardeča spektroskopija?

V medicini je bližnje infrardeča spektroskopija med drugim slikovna tehnika za prikaz možganov dejavnosti. Skoraj infrardeča spektroskopija, imenovana tudi NIRS, je veja infrardeče spektroskopije (IR spektroskopija). Fizično IR spektroskopija temelji na absorpcija of elektromagnetno sevanje z vzbujanjem vibracijskih stanj v molekule in skupine atomov. NIRS preučuje materiale, ki absorbirajo v frekvenčnem območju od 4,000 do 13,000 vibracij na cm. To ustreza območju valovnih dolžin od 2500 do 760 nm. V tem območju so vibracije voda molekule in funkcionalne skupine, kot so hidroksilna, amino, karboksilna in CH skupina, so v glavnem vzburjene. Kdaj elektromagnetno sevanje tega frekvenčnega območja zadene ustrezne snovi, pride do vzbujanja vibracij z absorpcija fotonov z značilno frekvenco. Ko sevanje preide skozi vzorec ali se odbije, se zapiše absorpcijski spekter. Ta spekter nato prikazuje absorpcije v obliki črt pri določenih valovnih dolžinah. V kombinaciji z drugimi analitičnimi tehnikami lahko IR spektroskopija in zlasti infrardeča spektroskopija zagotavljata informacije o molekularni strukturi snovi v preiskavi, kar odpira široko paleto aplikacij od kemijske analize do industrijske in živilske uporabe do medicine.

Funkcija, učinek in cilji

Skoraj infrardeča spektroskopija se v medicini uporablja že 30 let. Tu med drugim služi kot slikovna metoda pri določanju možganov dejavnosti. Poleg tega se lahko uporablja za merjenje kisik vsebino kri, kri Obsegin pretok krvi v različnih tkivih. Postopek je neinvaziven in neboleč. Prednost kratkovalovne infrardeče svetlobe je v njeni dobri prepustnosti za tkiva, zaradi česar je praktično predodrejena za medicinsko uporabo. Z uporabo bližnje infrardeče spektroskopije skozi lobanjo se možganska aktivnost določi z izmerjenimi dinamičnimi spremembami kisik vsebina v kri. Ta metoda temelji na principu nevrovaskularne sklopke. Nevrovaskularna sklopitev temelji na dejstvu, da spremembe v možganski aktivnosti pomenijo tudi spremembe v povpraševanju po energiji in s tem kisik povpraševanje. Vsako povečanje možganske aktivnosti zahteva tudi večje koncentracija kisika v kri, kot je določeno s pomočjo infrardeče spektroskopije. Substrat za vezavo kisika v krvi je hemoglobina. Hemoglobin je pigment, vezan na beljakovine, ki se pojavlja v dveh različnih oblikah stanja. Obstaja oksigenirano in deoksigenirano hemoglobina. To pomeni, da je bodisi kisikov bodisi deoksigeniran. Ko se spremeni iz ene oblike v drugo, se spremeni njegova barva. To vpliva tudi na prepustnost svetlobe. Oksigenirana kri je za infrardečo svetlobo bolj pregledna kot kri, ki je osiromašena s kisikom. Tako lahko, ko gre infrardeča svetloba skozi, ugotovimo razlike v obremenitvi s kisikom. Spremembe absorpcijskih spektrov so izračunane in dajejo zaključke o trenutni možganski aktivnosti. Na tej osnovi se NIRS zdaj vse bolj uporablja kot slikovna tehnika za vizualizacijo možganske aktivnosti. Tako infrardeča spektroskopija omogoča tudi preučevanje kognitivnih procesov, saj vsaka misel generira tudi večjo možgansko aktivnost. Lokalizirati je mogoče tudi območja povečane aktivnosti. Ta metoda je primerna tudi za realizacijo optičnega vmesnika možgani-računalnik. Vmesnik možgani-računalnik predstavlja vmesnik med ljudmi in računalniki. Te sisteme imajo še posebej koristi gibalno ovirane osebe. Na primer, prek računalnika lahko sprožijo določena dejanja s čisto miselno močjo, na primer gibanje protez. Druge aplikacije NIRS v medicini vključujejo nujna medicina. Naprave na primer spremljajo oskrbo s kisikom v enotah za intenzivno nego ali po operacijah, kar zagotavlja hiter odziv v primeru akutnega pomanjkanja kisika. Skoraj infrardeča spektroskopija se dobro obnese tudi v spremljanje motnje krvnega obtoka ali optimiranje dovajanja kisika v mišico med vadbo.

Tveganja, neželeni učinki in nevarnosti

Uporaba bližnje infrardeče spektroskopije je brez težav in ne povzroča stranskih učinkov. Infrardeče sevanje je nizkoenergijsko sevanje, ki ga ne vodi škodo na biološko pomembnih snoveh. Tudi genetski material ni napaden. Sevanje povzroča le vzbujanje različnih bioloških vibracijskih stanj molekule. Postopek je tudi neinvaziven in neboleč. V kombinaciji z drugimi funkcionalnimi metodami, kot so MEG (magnetoencefalografija), fMRI (funkcionalna slikanje z magnetno resonanco), HIŠNE ŽIVALI (pozitronska emisijska tomografija) ali SPECT (enojna emisija fotona računalniška tomografija), lahko infrardeča spektroskopija dobro prikazuje možgansko aktivnost. Poleg tega ima infrardeča spektroskopija velik potencial v spremljanje kisik koncentracija v kritični oskrbi. Študija na Kliniki za srčno kirurgijo v Lübecku na primer kaže, da je mogoče kirurška tveganja v srčni kirurgiji zanesljiveje napovedati kot pri prejšnjih metodah z določanjem nasičenosti možganske kisika z uporabo NIRS. Skoraj infrardeča spektroskopija prinaša dobre rezultate tudi v drugih aplikacijah intenzivne nege. Na primer, uporablja se tudi za spremljanje kritično bolnih bolnikov na oddelkih za intenzivno nego, da bi preprečili hipoksijo. V različnih študijah se NIRS primerja s konvencionalnimi metodami za spremljanje. Študije kažejo potencial, pa tudi omejitve bližnje infrardeče spektroskopije. Vendar pa je tehnični napredek v tehniki v zadnjih letih omogočil izvajanje vse bolj zapletenih meritev. To omogoča, da se presnovni procesi, ki potekajo v biološkem tkivu, beležijo in natančneje slikajo. Skoraj infrardeča spektroskopija bo v prihodnosti imela še večjo vlogo v medicini.