Blizu infracrvene spektroskopije

Blizu infracrvene spektroskopije je metoda analize koja se temelji na apsorpciji elektromagnetskog zračenja u rasponu kratkovalnog infracrvenog svjetla. Ima širok spektar upotrebe u kemiji, prehrambenoj tehnologiji i medicini. U medicini je to, između ostalog, slikovna metoda za prikaz aktivnosti mozga.

Što je u blizini infracrvena spektroskopija?

Blizu infracrvene spektroskopije, također naziva NIRS skraćeno, je pod-područje infracrvene spektroskopije (IR spektroskopija). Fizički se IR spektroskopija temelji na apsorpciji elektromagnetskog zračenja pobuđivanjem oscilacijskih stanja u molekulama i skupinama atoma.

NIRS ispituje materijale koji apsorbiraju u frekvencijskom rasponu od 4.000 do 13.000 vibracija po cm. To odgovara rasponu valnih duljina od 2500 do 760 nm. U tom su području uglavnom pobuđene vibracije molekula vode i funkcionalnih skupina poput hidroksilne, amino, karboksilne i CH skupine. Ako elektromagnetsko zračenje u ovom frekvencijskom rasponu pogodi odgovarajuće tvari, vibracije se pobude apsorpcijom fotona s karakterističnom frekvencijom. Spektar apsorpcije bilježi se nakon što je zračenje prošlo kroz uzorak ili se odrazi.

Ovaj spektar zatim pokazuje apsorpcije u obliku linija pri određenim valnim duljinama. U kombinaciji s drugim analiznim metodama, IR spektroskopija i, posebno, infracrvena spektroskopija mogu dati izjave o molekularnoj strukturi ispitivanih tvari i na taj način otvara širok raspon primjena, od kemijskih analiza do industrijske i prehrambene tehnologije do medicine.

Funkcija, učinak i ciljevi

Blizu infracrvena spektroskopija koristi se u medicini već 30 godina. Ovdje se koristi, između ostalog, kao slikovna metoda za određivanje moždane aktivnosti. Pored toga, može se koristiti za mjerenje sadržaja kisika u krvi, volumena krvi i protoka krvi u različitim tkivima.

Postupak je neinvazivan i bezbolan. Prednost kratkovalnog infracrvenog svjetla je njegova dobra propusnost tkiva, tako da je predodređena za medicinsku upotrebu. Korištenjem infracrvene spektroskopije kroz lubanje, određuje se aktivnost mozga izmjerenim dinamičkim promjenama sadržaja kisika u krvi. Ovaj se postupak temelji na principu neurovaskularnog spajanja. Neurovaskularno spajanje temelji se na činjenici da promjene u aktivnosti mozga također znače i promjene u energetskoj potrebi, a samim tim i u potrebi za kisikom.

Svako povećanje moždane aktivnosti također zahtijeva veću koncentraciju kisika u krvi, što se određuje bliskom infracrvenom spektroskopijom. Supstrat koji veže kisik u krvi je hemoglobin. Hemoglobin je boja povezana sa proteinima koja se javlja u dva različita oblika. Postoje hemoglobin s kisikom i deoksigeniziranjem. To znači da nema kisika ili kisika. Pri kretanju iz jednog oblika u drugi mijenja se i njegova boja. To također utječe na prijenos svjetlosti. Kiseonizirana krv je propusnija za infracrveno svjetlo nego krv sa nedostatkom kisika.

Kad infracrveno svjetlo prođe, mogu se utvrditi razlike u opterećenju kisikom. Promjene u apsorpcijskim spektrima izračunavaju se i daju informacije o trenutnoj aktivnosti mozga. Na temelju toga, NIRS se sada sve više koristi kao slikovna metoda za prikaz aktivnosti mozga. Dakle, bliska infracrvena spektroskopija omogućuje i istraživanje kognitivnih procesa, jer svaka misao također stvara višu razinu moždane aktivnosti. Također je moguće locirati područja povećane aktivnosti. Ova metoda je također pogodna za realizaciju optičkog sučelja mozak i računalo. Sučelje mozak i računalo predstavlja sučelje između ljudi i računala, a osobe s tjelesnim oštećenjima posebno imaju koristi od ovih sustava.

Oni mogu koristiti računalo za pokretanje određenih radnji, poput kretanja proteza, čistom snagom misli. Druga područja primjene NIRS-a u medicini odnose se, između ostalog, na hitnu medicinu. Uređaji prate opskrbu kisikom u jedinicama intenzivne njege ili nakon operacija. To osigurava brzu reakciju u slučaju akutnog nedostatka kisika. Blizu infracrvena spektroskopija je također korisna za nadzor krvožilnih poremećaja ili za optimizaciju opskrbe mišića kisikom tijekom treninga.

Rizici, nuspojave i opasnosti

Korištenje blisko infracrvene spektroskopije je bez problema i ne uzrokuje nikakve nuspojave. Infracrveno zračenje je niskoenergetsko zračenje koje ne oštećuje biološki važne tvari. Genetska šminka također nije napadnuta. Zračenje samo stimulira različita vibracijska stanja bioloških molekula. Postupak je također neinvazivan i bezbolan.

U kombinaciji s drugim funkcionalnim metodama, kao što su MEG (magnetoencefalografija), fMRI (funkcionalna magnetska rezonanca tomografija), PET (pozitronska emisijska tomografija) ili SPECT (jednofotonska emisijska računarska tomografija), blizina infracrvene spektroskopije može dobro vizualizirati moždane aktivnosti. Nadalje, bliska infracrvena spektroskopija ima veliki potencijal za praćenje koncentracije kisika u medicini intenzivne njege. Studija na Klinici za kardiološku kirurgiju u Lübecku pokazuje da se operativni rizici u kardiološkoj kirurgiji mogu pouzdano predvidjeti određivanjem cerebralne zasićenosti kisikom uz pomoć NIRS nego s prethodnim metodama.

Blizu infracrvena spektroskopija također daje dobre rezultate i za ostale primjene intenzivne njege. Na primjer, također se koristi za praćenje teško bolesnih pacijenata u jedinicama intenzivne njege kako bi se spriječio nedostatak kisika. U raznim studijama NIRS se uspoređuje s konvencionalnim metodama praćenja. Studije pokazuju potencijal, ali i granice blizu infracrvene spektroskopije.

Međutim, sve se složenija mjerenja mogu provesti zbog tehničkog razvoja procesa posljednjih godina. To omogućava da se metabolički procesi koji se odvijaju u biološkom tkivu bilježe bolje i bolje te da ih grafički prikažu. Blizu infracrvena spektroskopija igrat će u medicini još veću ulogu u budućnosti.