Em um estudo recente publicado em Materiais de Comunicação, os cientistas revisaram pesquisas atuais sobre o uso de sensores respiratórios vestíveis para monitorar parâmetros respiratórios, como temperatura, fluxo de ar e umidade, e para detectar vários biomarcadores respiratórios.

Eles também examinaram o uso desses sensores na detecção de doenças e na observação de padrões respiratórios.

Estudo: Desenvolvimentos recentes em sensores respiratórios vestíveis para monitoramento de saúde. Crédito da imagem: metamorworks/Shutterstock.com

BACKGROUND

Os diagnósticos clínicos costumam usar a análise do hálito para fazer inferências sobre a saúde sistêmica.

A análise da respiração fornece um método não invasivo de detecção e análise de várias assinaturas químicas na respiração exalada, incluindo a presença de moléculas orgânicas semivoláteis e voláteis, lipídios, proteínas, vírus, bactérias e ácido desoxirribonucléico (DNA), que são indicadores de estados patológicos e fisiológicos.

Os rápidos avanços na tecnologia médica, na nanotecnologia e na ciência dos materiais resultaram numa gama mais ampla de dispositivos vestíveis que contêm sensores inteligentes para monitorar parâmetros fisiológicos.

Com a adição de algoritmos de aprendizado de máquina, esses dispositivos possuem uma ampla gama de recursos de monitoramento. O desenvolvimento de sensores respiratórios vestíveis, como pequenos patches e sensores dentro das máscaras, permite que os dados respiratórios sejam coletados e analisados ​​continuamente em tempo real.

Nesta revisão, os pesquisadores discutiram os métodos tradicionais de análise da respiração e os desenvolvimentos recentes em dispositivos vestíveis de análise da respiração que podem ser usados ​​para realizar o monitoramento em tempo real da saúde sistêmica.

Métodos de análise da respiração

A revisão avaliou os vários métodos de captura ou amostragem de ar expirado que se enquadravam nas amplas categorias de ar exalado diretamente no equipamento ou dispositivo ou coletado usando uma bolsa de polímero ou outros tipos de recipientes.

Alguns desses dispositivos são incorporados às máscaras faciais, fornecendo um método portátil para coletar amostras de condensado do ar exalado e de aerossol do ar exalado.

Com o aumento repentino de máscaras faciais devido à pandemia da doença do coronavírus 2019 (COVID-19), membranas flexíveis coletoras de ar, como aquelas feitas com policarbonato poroso, estão sendo amplamente exploradas para desenvolver dispositivos vestíveis de coleta de ar.

Os pesquisadores discutiram vários métodos, como microextração em fase sólida, tubos de dessorção térmica e métodos de armadilha de agulha, usados ​​para desenvolver dispositivos vestíveis de amostragem de respiração.

A revisão também discutiu métodos convencionais de análise do hálito, como espectrometria de massa com tubo de fluxo de íons selecionados, cromatografia gasosa acoplada à espectrometria de massa e espectrometria de massa por reação de transferência de prótons. Estudos recentes também exploraram métodos como aqueles que utilizam espectroscopia de absorção óptica e espalhamento Raman com superfície aprimorada, que provaram ser eficazes na detecção de biomarcadores em amostras de hálito.

Métodos eletroquímicos que utilizam materiais como nanotubos de carbono fornecem métodos alternativos para análise de gases e compostos orgânicos voláteis.

Detecção de biomarcador

Embora as técnicas convencionais de análise do hálito forneçam um método de análise quantitativa de biomarcadores com alta especificidade e sensibilidade, os instrumentos pesados ​​e os altos custos dificultam a acessibilidade e limitam o seu escopo de aplicações.

Dispositivos sensoriais respiratórios vestíveis com métodos integrados para detectar biomarcadores permitem monitoramento em tempo real com facilidade e conforto.

Esses dispositivos podem analisar vários biomarcadores, como oxigênio, amônia, dióxido de carbono, peróxido de hidrogênio e vários patógenos. Mudanças drásticas nos níveis de oxigênio podem ajudar a identificar hiperóxia ou hipóxia – ambos indicadores de problemas de saúde.

Da mesma forma, a hipercapnia e a hipocapnia – um excesso ou défice de dióxido de carbono na respiração, respetivamente – são indicadores de acidose ou alcalose respiratória, podendo ambas regredir para problemas de saúde graves e paragem respiratória.

Um aumento nos níveis de amônia na respiração é um indicador de doença renal e hepática ou distúrbios relacionados ao ciclo da uréia. O peróxido de hidrogênio no ar exalado geralmente indica estresse oxidativo e inflamação nas vias aéreas.

A revisão também descobriu que pesquisas recentes se concentraram no desenvolvimento de máscaras respiratórias com sensores respiratórios para detectar vírus respiratórios, como o coronavírus 2 da síndrome respiratória aguda grave (SARS-CoV-2).

Monitoramento de parâmetros respiratórios

Além dos biomarcadores, os sensores respiratórios vestíveis também podem fornecer monitoramento contínuo em tempo real de parâmetros de saúde, como temperatura, fluxo de ar e teor de umidade da respiração exalada, que são indicadores vitais da saúde geral.

Os sensores vestíveis de monitoramento de fluxo de ar e umidade são baseados em fluxo de ar resistivo ou capacitivo. Os sensores de fluxo de ar também podem ser autoalimentados usando o efeito triboelétrico ou piezoelétrico. Os sensores de temperatura utilizam termistores com nanopartículas de óxido de níquel ou sensores calorimétricos ou piroelétricos.

Conclusões

Resumindo, a revisão examinou pesquisas existentes e atuais sobre dispositivos vestíveis de análise do hálito e discutiu de forma abrangente uma ampla gama de aplicações desses dispositivos, incluindo a amostragem e análise contínua e em tempo real de biomarcadores e parâmetros respiratórios que são indicadores de doenças e enfermidades. saúde.

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• Fonte: https://www.news-medical.net/news/20240326/Emerging-trends-in-wearable-breath-sensors-aim-at-personalized-healthcare-solutions.aspx