Biosentsoreak eta bioseinaleak

Gaur egun, biosentsoreak medikuntza klinikoan eta ikerkuntza bioteknologikoan erabiltzen dira. Sentsore bat da energia mota bat beste bat bihurtzeko gai den elementua. Sentsoreak eta seinale egokitzaileak transduktore izeneko elementua osatzen dute. Adibidez, giharren edo bihotzaren aktibitate elektrikoaren korronte-ionikoa gorputzaren fluidoetatik jariatzen da; korronte ioniko hori korronte elektriko bihurtzeko, zilarrezko elektrodoak (sentsoreak) eta gel jakin bat erabiltzen dira. Biosentsoreak, erabilpenaren arabera, fisikoak, kimikoak edo elektrikoak izan daitezke. Sentsore biomedikoak bi osagaiz osatuta daude: elementu biologiko bat (adib., entzima) eta transduktore bezala jarduteko gai den finkapen-estruktura bat. Transduktorearen funtzioa da erreakzio kimikoa beste seinale mota bat bihurtzea. Horretaz gain, beste kasu zehatz batzuetan, hirugarren elementu bat izan ohi du: detektagailu bat sentsoreak seinalea modu egoki batean jaso dezan. Biopotentzialak neurtzeko, elektrodo espezifikoak erabiltzen dira. Elementu hauen funtzioa gorputz barruan sortzen diren potentzial ionikoak instrumentu elektroniko batera egokitzea da. Biopotentzialak neurtzeko erabiltzen diren elektrodoak bi taldetan bereizten dira: elektrodo inbaditzaileak eta ez-inbaditzaileak. Elektrodo ez-inbaditzaileak azalaren kanpoko geruzetan kokatzen dira. Aldiz, inbaditzaileak gorputz barruan txertatu behar dira, hala nola mikroelektrodoak eta orratz-elektrodoak.

Ezaugarriak

Biosentsoreen ezaugarri nabarmenenak hurrengo hauek dira:

• Sentsibilitatea: Sarrera eta irteeraren arteko ratioa da.

• Zehaztasuna: Balio erreala eta neurtutakoaren arteko diferentzia da.

• Linealtasuna: Sentsoreek neurtutakoa eta emandako seinalea zuzenki-proportzionalak dira.

• Bereizmena: Antzeman daitekeen parametro-fisikoaren aldaketa da.

• Tarte dinamikoa: Neurtzen den parametro-fisikoaren balio maximoaren eta minimoaren arteko tartea da.

Giza-gorputzaren barruan, organo eta ehunen tamaina, forma eta kokapena datu interesgarriak dira mediku eta ikertzaileentzat. Parametro hauen aldaketa irregularrek organo edo ehunen funtzio anormala adierazten dute. Hortaz, desplazamenduak neurtuz, esaterako, odol-hodien diametro aldaketak edo bihotz-kameraren forma eta bolumen aldaketak, hainbat datu interesgarri lortu ahal dira.

Desplazamendua neurtzeko sentsoreak

hauek dira desplazamendua neurtzeko sentsoreak:

Oximetroaren eskema.

• Sentsore erresistiboak

• Sentsore kapazitiboak

• Sentsore induktiboak

• Sentsore piezoelektrikoak

Desplazamenduarekin batera, tenperatura eta odoleko gasak neurtuz, ezinbesteko datuak lortzen dira. Tenperaturaren kasuan, gaixoaren osasuna kontrolatzen da. Tenperatura asko igotzeak gaixotasuna eta infekzioa adierazten ditu. Tenperatura neurtzeko sentsoreak hauek dira:

• Termistoreak: Azalarekin edo mukosekin kontaktuan egon behar dira neurketa egoki bat egiteko.

• Izpi-infragorri termometroak: Entzumen-kanalen tenperatura neurtzeko erabiltzen dira. Tenperatura entzumen-kanalaren tinpanoan neurtzen da. Horri esker, zehaztasun handiagoa lortu ahal da, entzumen-gune honetan hipotalamoaren odol garaztatzea pasatzen delako. Hipotalamoa da gorputz-tenperatura erregulatzen duen garuneko estruktura.

Odoleko gasak neurtuz arnas desorekak eta desoreka metabolikoak aztertu ahal dira. Parametro hauek neurtzeko oximetria erabiltzen da. Oximetroa bi LED diodoz osatuta dago: diodo gorri bat (tarte infragorrian lan egiten dute), eta fotodetektore bat.

Elektrokardiograman (EKGan) erabilitako elektrodoak

EKGa lortzeko erabiltzen diren elektrodoak ez-inbaditzaileak dira. Gainazal-elektrodo hauek plaka zurrunak dira, eta nikel, zilar eta zink elementuen aleazio batez eginak. Kasu espezifikoetan, elektrodoak zinta elastiko batekin itsatsita mantentzen dira. Elektrodoaren eta azalaren artean gel elektrolitiko bat aplikatzen da, ukipen elektriko egokia mantentzeko. Gelaren osagaiak ura eta gatz ionikoak dira.

Bioseinale motak

Seinale biologikoak aktibitate biologikoak islatzen dituzten erregistro espazio-tenporalak dira, hala nola taupada kardiakoa edo gihar baten uzkurdura. Prozesu biologikoetan gertatzen diren jarduera elektrikoek, kimikoek edo mekanikoek sortzen dituzte seinaleak, neur eta azter daitezkeenak. Bioseinaleek mekanismo fisiologikoak hobeto ulertzeko erabil daitekeen informazioa daukate eta oso erabilgarriak dira diagnostiko medikorako.

Honako hau da bioseinaleen sailkapena jatorri fisiologikoaren arabera:

Seinale bioelektrikoak

Nerbio-zelulen eta gihar-zelulen aldaketa elektrokimikoen ondorio bat seinale bioelektrikoak dira. Zelula horietako bat kitzikatzen bada eta estimulua atalas-maila konkretu batera heltzen bada eta gainditzen badu, zelulak akzio-potentziala sortuko du.

Zelula asko aktibatzen direnean, ehun biologikoan zehar hedatzen den eremu elektrikoa sortzen da. Potentzial aldaketa extrazelular hauek momentuan neur daitezke, orratz-elektrodoen edo azalera-elektrodoen bitartez, organismoaren ehuneko azaleran. Fenomeno honen adibide dira: Elektrokardiograma (ECG-a), elektrogastrograma (EGG-a), elektroentzefalograma (EEG-a) edo elektromiograma (EMG-a).

Seinale biomagnetikoak

Biomagnetismoa aztertzen ditu hainbat jarduera fisiologikorekin erlazionatuta dauden seinale magnetikoak. Orokorrean, jarduera fisiologiko horiek ehun edo organo batetik datorren eremu elektrikoarekin lotuta daude. Bihotzak, garunak edo birikek ere eremu magnetiko ahulak sortzen dituzte, sentsoreen bitartez neur daitezkeenak.

Seinale biokimikoak

Seinale biokimikoek garraiatzen dute gorputzean beren kontzentrazioa aldatzen duten agente kimikoen informazioa. Ca++ eta K+ ioiak agente kimikoen adibideak dira. Odolaren oxigenazioa egokia dela kontrolatzeko, O2 eta CO2-ren presio partzialen aldaketak aztertzen dira. Azterketa horretan, seinale biokimikoak analizatzen dira.

Seinale hauen bidez, glukosa, laktato eta metabolito mailak zehazten dira. Horretaz gain, beste sistema fisiologiko batzuen informazioa ere eskaintzen dute.

Seinale biomekanikoak

Seinale biologiko neurgarriak sortzen dituzte ere sistema biologikoen funtzio mekanikoek, hala nola mugimenduak, lekualdatzeak, tentsioak, indarrak, presioak eta fluxuak. Odolaren presioa da odolak odol-hodietako pareten gainean egiten duena. Odolaren presio aldaketak erregistra daitezke uhin-forma gisa.

Seinale biooptikoak

Sistema biologikoen hainbat fenomenoren ezaugarri optikoek seinale biooptikoak sortzen dituzte. Seinale biooptikoen erabilpenen adibideak hauek dira:

• Fetuaren osasunaren inguruko informazioa lortzeko likido amniotikoaren fluoreszentzia ezaugarriak aztertu behar dira.

• Gastu kardiakoa zehaztu ahal da gorputzean kontraste bat sartuz. Odol-korrontean kontraste horren kontzentrazioa monitorizatuz, gastu kardiakoaren informazioa lortzen da.

• Argien eta diodoen bidez, odoleko O₂ maila zehaztu ahal da. Kasu honetan ez da beharrezkoa odol lagin bat ateratzea.

Seinale bioakustikoak

Seinale bioakustikoak dardarekin erlazionatutako seinale biomekanikoen azpitalde bat dira.

• Prozesu biologiko askok zarata akustikoa sortzen dute:

• Bihotzaren balbuletatiko odolaren pasoak soinu bereizgarria du. Soinu hau zuzenki erabil daiteke ebaluatzeko ea bihotza funtzionatzen ari den.

• Arnas eta lokomozio aparatuek ingurune biologikotik hedatzen diren seinale akustikoak sortzen dituzte. Seinale hauek azalean jarritako gainazal-elektrodoen bitartez neurtu ahal dira. Seinale akustikoak jasotzeko, transduktoreak erabiltzen dira, hala nola azelerometroak edo mikrofonoak.

Honako hauek dira bioseinaleen adibideak:

• Elektroneurograma
• Elektromiograma
• Elektroentzefalograma
• Fonokardiograma
• Elektrokardiograma
• Elektroerretinograma
• Elektrookulograma
• Elektrogastrograma

Artefaktuak eta zarata

Seinalearen erregistroaren zati baztergarria osatzen dute. Zarata seinalearen neurketan zehar agertzen da. Lau dira neurketen aldakortasunaren jatorri posibleak:

• Aldakortasun fisiologikoa: gorputzeko faktoreren bat neurtzerakoan, beste faktore biologiko batengatik agertzen den zarata da.

• Interferentzi-zarata: gorputzeko kanpoko edo barruko iturburu batek sortutako zarata.

• Transduktorearen artefaktuak.

• Zarata elektronikoa: zarata mota honek espektroko maiztasun-tarte handian du efektu.

Elektrokardiograma adibidea

Erreferentziak

Siderio Orion. Generan campos magnéticos [linean]. Invetech [Kontsulta: 2016-11-22]. Erabilgarria: https://es.slideshare.net/siderio_orion/01-bioseales-y-sensores helbidean.

Shat. Un biosensor es un instrumento [linean]. Monografias [Kontsulta: 2016-12-1]. Erabilgarria: https://es.wikipedia.org/wiki/Biosensorhelbidean

Kanpo estekak

• Datuak: Q31188360