Ce este respiraţia? La această întrebare, majoritatea lumii se gândeşte la funcţia fiziologică vitală care se desfăşoară fără controlul nostru conştient, eventual completând cu faptul că se referă la schimbul de oxigen şi dioxid de carbon din organismul nostru.
Puţini, poate vreo 5%, devin conştienţi în momentul întrebării că, da, există două tipuri de respiraţie: cea corectă, abdominală, care asigură o oxigenare profundă şi cea incorectă, toracică, o respiraţie superficială, care poate induce efecte diverse, de la ameţeli şi stări de oboseală, până la hiperventilaţie.
În schimb, aproape nimeni nu face corelaţia mentală cu chimia din spatele respiraţiei. În afară de faptul că prin acest proces are loc eliminarea bioxidului de carbon rezultat din arderile din organism, doar câţiva specialişti, mai ales din domeniul medical, ştiu că respiraţia noastră este un amestec instantaneu de molecule provenite din aerul pe care îl inspirăm, din băuturile şi produsele alimentare consumate împreună cu moleculele rezultate în urma reacţiilor ce au loc în interiorul întregului organism. Aceste molecule prezente în respiraţia noastră pot caracteriza anumite disfuncţii din organismul uman.
În principiu, fiecare respiraţie conţine informaţii cu privire la starea internă a unui pacient. Provocarea tehnică cu care se confruntă atât clinicienii cât şi furnizorii de sisteme de măsurare este de a extrage din respiraţie datele semnificative, care pot fi corelate cu sănătatea pacientului. Prelevarea de probe şi analiza respiraţiei este preferată în locul analizelor şi prelevării de probe de sânge, deoarece colectarea respiraţiei este neinvazivă, contaminarea este uşor evitată, iar măsurătorile sunt mult mai simple în faza de gaz decât într-un complex biologic, cum este sângele.
Respiraţia unui om sănătos este compusă din aproximativ: 78% azot, 20,9%, oxigen, 0,96%, argon şi 0,04% dioxid de carbon. Acest amestec de gaze reprezintă peste 99,99% din compoziţia aerului. Restul de circa 0,01% este alcătuit din alte gaze în concentraţii foarte mici de ordin părţi per million-ppm (de ex. acetonă, monoxid de carbon, metan, hidrogen) şi concentraţii de ordin părţi per miliard-ppb (formaldehidă, acetaldehidă, izopren, pentan, etan, etilenă, oxid nitric, metanol, etanol, amoniac, metilamină). La acestea, se adaugă proporţii variabile de vapori de apă (0,2 -3%).
V-aţi întrebat vreodată cât aer respirăm în decursul a 24 de ore comparativ cu consumul de alimente şi apă?
În timp de 24 ore, omul inhalează, în medie, 15 kg de aer (15-25 m3) în timp ce consumul de apă nu depăşeşte de obicei 2,5 kg, iar cel de alimente 1,5 kg. Rezultă din aceste date, importanţa pentru sănătate a compoziţiei aerului atmosferic, la care se adaugă şi faptul că, bariera pulmonară, reţine, numai în mică măsură, substanţele pătrunse până la nivelul alveolei odată cu aerul inspirat.
Cea mai primitivă formă de diagnosticare, cu ajutorul respiraţiei, a debutat din cele mai vechi timpuri, când medicii au ajuns la concluzia că „aroma” respiraţiei este caracteristică anumitor boli. Încă din 1784 (în Franţa) s-au făcut studii pe dioxidul de carbon din respiraţia porcilor de Guinea, confirmat, ulterior, ca fiind valabil şi la oameni. În 1971 (în California), s-a iniţiat testul de respiraţie modernă, ajungându-se la concluzia că respiraţia umană conţine sute de compuşi organici, prezenţi în concentraţii picomolare şi oferind dovezi că “expiraţia” umană este un gaz extrem de complex. Bazele medicinei de azi implică analiza de urină, sânge şi alte fluide corporale, pentru diagnosticul şi monitorizarea bolilor, dar analiza de respiraţie este mult mai avantajoasă, pentru că este neinvazivă şi se poate repeta uşor fără să provoace disconfort, oferind informaţii directe asupra funcţiei respiratorii.
Una din metodele de analiză a urmelor de compuşi din aerul expirat de către subiecţii umani este spectroscopia fotoacustică cu laser (metodă precisă şi rapidă). Această metodă de investigare se efectuează într-un timp foarte scurt (monitorizarea unui proces putându-se face în timp real) şi este foarte sensibilă, detectând concentraţii foarte mici din compusul respectiv.
Spectroscopia reprezintă o tehnică ce studiază interacţia dintre radiaţiile electromagnetice (în cazul nostru radiaţia laser) cu materia. În urma interacţiei energetice dintre radiaţia laser şi materia rezultă anumite spectre ce reprezintă distribuţia intensităţii unei radiaţii în funcţie de lungimea de undă, frecvenţă şi masă.
În spectroscopia fotoacustică, în urma interacţiei radiaţiei laser cu proba din respiraţie se formează unde acustice (sau sunet, de aici şi denumirea de „fotoacustic”), care sunt înregistrate şi prelucrate cu ajutorul unor microfoane, iar mărimea fizică rezultată poate fi folosită la determinarea concentraţiilor foarte mici de markeri, adică respiraţia poate fi considerată „amprentă” în aplicaţiile privind testarea aerului expirat.
În România, grupul de cercetare „Optică şi Laseri în Ştiinţele Vieţii, Mediu şi Tehnologie”, din Departamentul Laseri, Institutul Naţional de Fizica Laserilor, Plasmei şi Radiaţiei (INFLPR), Bucureşti, a dezvoltat un sistem ultrasensibil de spectroscopie fotoacustică cu o limită de detecţie foarte coborâtă (2.7 x 10-8 cm-1), cu acest sistem studiindu-se respiraţia umană de mai bine de 20 de ani. Sursa de excitare cea mai indicată pentru experienţele de detecţie fotoacustică este laserul cu CO2 datorită numărului mare de gaze de interes care prezintă absorbţie în domeniul spectral al laserului (9 – 11 m). Spectroscopia fotoacustică este suficient de puternică pentru a sorta toate moleculele ce se găsesc în respiraţia umană, dar şi destul de sensibilă pentru a identifica cele mai rare molecule, care pot fi markeri ai anumitor boli.
Până în prezent grupul de cercetare “Optică şi Laseri în Ştiinţele Vieţii, Mediu şi Tehnologie” a urmărit detecţia unor markeri (etilenă şi amoniac) din respiraţia pacienţilor cu diferite boli: disfuncţii renale (tratament de hemodializă), cancer (tratament cu radiaţii X), fumători, etc.
Etilena este un marker al stresului oxidativ, iar amoniacul poate fi un indicator al insuficienţei renale, fiind corelat cu nivelul de azot în ureea din sânge. Măsurarea precisă a markerilor din respiraţie se face neinvaziv, în timp real şi în prezenţa altor gaze care interferează, inclusiv dioxidul de carbon şi vaporii de apă. Pentru obţinerea, în mod eficient, a unui eşantion de aer, se folosesc pungi aluminizate, concepute special pentru prelevarea aerului expirat.
Sursa: stiintasitehnica.ro
Jurnal Spiritual [fbshare type=”button”] [google_plusone size=”standard” annotation=”none” language=”English (UK)”] [fblike style=”standard” showfaces=”false” width=”450″ verb=”like” font=”arial”]
