los Espectroscopia de infrarrojo cercano es un método de análisis basado en la absorción de radiación electromagnética en el rango de la luz infrarroja de onda corta. Tiene una amplia gama de usos en química, tecnología alimentaria y medicina. En medicina, es, entre otras cosas, un método de imágenes para mostrar la actividad cerebral.
¿Qué es la espectroscopia de infrarrojo cercano?
Espectroscopia de infrarrojo cercano, también llamada NIRS abreviado, es una subárea de espectroscopia infrarroja (espectroscopia IR). Físicamente, la espectroscopía de infrarrojos se basa en la absorción de radiación electromagnética mediante la excitación de estados de oscilación en moléculas y grupos de átomos.
El NIRS examina materiales que absorben en el rango de frecuencia de 4.000 a 13.000 vibraciones por cm. Esto corresponde al rango de longitud de onda de 2500 a 760 nm. En este rango, las vibraciones de moléculas de agua y grupos funcionales como los grupos hidroxilo, amino, carboxilo y CH se excitan principalmente. Si la radiación electromagnética en este rango de frecuencia golpea las sustancias correspondientes, las vibraciones se excitan con la absorción de fotones con una frecuencia característica. El espectro de absorción se registra después de que la radiación haya pasado a través de la muestra o se refleje.
Luego, este espectro muestra las absorciones en forma de líneas en ciertas longitudes de onda. En combinación con otros métodos de análisis, la espectroscopia de infrarrojos y, en particular, la espectroscopia de infrarrojo cercano pueden hacer declaraciones sobre la estructura molecular de las sustancias examinadas y, por lo tanto, abre una amplia gama de aplicaciones, desde análisis químicos hasta aplicaciones de tecnología industrial y alimentaria y medicina.
Función, efecto y objetivos
La espectroscopia de infrarrojo cercano se ha utilizado en medicina durante 30 años. Aquí se utiliza, entre otras cosas, como método de obtención de imágenes para determinar la actividad cerebral. Además, se puede utilizar para medir el contenido de oxígeno de la sangre, el volumen de sangre y el flujo sanguíneo en varios tejidos.
El procedimiento es indoloro y no invasivo. La ventaja de la luz infrarroja de onda corta es su buena permeabilidad tisular, por lo que está predestinada para uso médico. Usando espectroscopía de infrarrojo cercano a través del casquete, la actividad cerebral se determina a través de los cambios dinámicos medidos en el contenido de oxígeno en la sangre. Este procedimiento se basa en el principio de acoplamiento neurovascular. El acoplamiento neurovascular se basa en el hecho de que los cambios en la actividad cerebral también significan cambios en el requerimiento de energía y por lo tanto también en el requerimiento de oxígeno.
Cualquier aumento en la actividad cerebral también requiere una mayor concentración de oxígeno en la sangre, que se determina mediante espectroscopia de infrarrojo cercano. El sustrato de unión al oxígeno en la sangre es la hemoglobina. La hemoglobina es un tinte unido a proteínas que se presenta en dos formas diferentes. Hay hemoglobina oxigenada y desoxigenada. Eso significa que está oxigenado o libre de oxígeno. Al pasar de una forma a otra, su color cambia. Esto también afecta la transmisión de luz. La sangre oxigenada es más permeable a la luz infrarroja que la sangre con deficiencia de oxígeno.
Cuando pasa la luz infrarroja, se pueden determinar las diferencias en la carga de oxígeno. Los cambios en los espectros de absorción se calculan y proporcionan información sobre la actividad cerebral actual. Sobre esta base, NIRS se utiliza ahora cada vez más como un método de imágenes para mostrar la actividad cerebral. Así, la espectroscopia de infrarrojo cercano también permite la investigación de procesos cognitivos, porque cada pensamiento también genera un mayor nivel de actividad cerebral. También es posible localizar las áreas de mayor actividad. Este método también es adecuado para realizar una interfaz óptica cerebro-computadora. La interfaz cerebro-computadora representa una interfaz entre humanos y computadoras. Las personas con discapacidades físicas en particular se benefician de estos sistemas.
Pueden usar la computadora para desencadenar ciertas acciones, como el movimiento de prótesis, con puro poder de pensamiento. Otras áreas de aplicación de NIRS en medicina se relacionan, entre otras cosas, con la medicina de emergencia. Los dispositivos controlan el suministro de oxígeno en las unidades de cuidados intensivos o después de las operaciones. Esto asegura una reacción rápida en caso de una falta aguda de oxígeno. La espectroscopia de infrarrojo cercano también es útil para controlar los trastornos circulatorios o para optimizar el suministro de oxígeno a los músculos durante el entrenamiento.
Riesgos, efectos secundarios y peligros
El uso de espectroscopía de infrarrojo cercano no presenta problemas y no causa efectos secundarios. La radiación infrarroja es una radiación de baja energía que no daña sustancias biológicamente importantes. La composición genética tampoco se ve atacada. La radiación solo estimula los diversos estados vibratorios de las moléculas biológicas. El procedimiento también es no invasivo e indoloro.
En combinación con otros métodos funcionales, como MEG (magnetoencefalografía), fMRI (tomografía por resonancia magnética funcional), PET (tomografía por emisión de positrones) o SPECT (tomografía computarizada por emisión de fotón único), la espectroscopia de infrarrojo cercano puede representar bien las actividades cerebrales. Además, la espectroscopia de infrarrojo cercano tiene un gran potencial para controlar la concentración de oxígeno en la medicina de cuidados intensivos. Un estudio de la Clínica de Cirugía Cardíaca en Lübeck muestra que los riesgos operativos en la cirugía cardíaca se pueden predecir de manera más confiable determinando la saturación de oxígeno cerebral con la ayuda de NIRS que con los métodos anteriores.
La espectroscopia de infrarrojo cercano también proporciona buenos resultados para otras aplicaciones de cuidados intensivos. Por ejemplo, también se utiliza para monitorizar pacientes gravemente enfermos en unidades de cuidados intensivos con el fin de evitar una deficiencia de oxígeno. En varios estudios, NIRS se compara con métodos de monitorización convencionales. Los estudios muestran el potencial, pero también los límites, de la espectroscopia de infrarrojo cercano.
Sin embargo, se pueden realizar mediciones cada vez más complejas debido a los desarrollos técnicos del proceso en los últimos años. Esto permite registrar cada vez mejor los procesos metabólicos que tienen lugar en el tejido biológico y representarlos gráficamente. La espectroscopia de infrarrojo cercano jugará un papel aún mayor en la medicina en el futuro.
