În practica medicală actuală, monitorizarea tensiunii arteriale (TA) reprezintă o etapă esențială pentru înțelegerea optimă, adecvată a numeroaselor patologii asociate cu dereglări ale valorilor de la intervalul fiziologic de referință. Deși există dispozitive convenționale folosite pentru măsurarea tensiunii arteriale, precum și protocoale specifice, majoritatea dintre ele sunt incomode, voluminoase și cronofage – asta pe lângă faptul că, deseori, poate interveni și eroarea umană în măsurarea acesteia. Cu toate acestea, o echipă de cercetători a reușit cu succes să măsoare tensiunea arterială folosind tatuaje electronice (e-tattoos) realizate din grafen de grosime atomică (GETs), folosind tehnologia prin bioimpedanță pentru a o cuantifica.
Pentru a face lucrurile puțin mai clare, bioimpedanța reprezintă răspunsul unui organism viu la curentul electric aplicat la nivel extern. Denumită și analiza impedanței bioelectrice, practic, un curent electric străbată corpul și, ulterior, este măsurată tensiunea, iar rezultatul reprezintă impedanța corpului. Măsurarea bioimpedanței la oameni și animale s-a dovedit a fi o metodă non-invazivă, foarte utilă pentru cuantificarea unor parametri precum fluxul sanguin și compoziția corporală. În practica măsurării tensiunii arteriale, cercetătorii au măsurat bioimpedanța la nivelul arterelor radiale și cubitale care străbat antebrațul. Ulterior, pentru a corela bioimpedanța înregistrată cu TA, s-a utilizat un model de regresie liniară.
Astfel, s-a obținut o platformă eficientă de monitorizare a tensiunii arteriale în raport cu fiecare bătaie a inimii. Acest aspect este deosebit de important, întrucât monitorizarea tensiunii arteriale este esențială, în special în condițiile în care, în zilele de astăzi, incidența bolilor cardiovasculare crește exponențial, iar accidentul vascular cerebral și hipertensiunea arterială reprezintă patologii, din păcate, absolut obișnuite. În ceea ce privește măsurarea fluxului sanguin, în ziua de astăzi se utilizează sfigmomanometre cu manșetă, care măsoară în schimb valori unice ale tensiunii arteriale sistolice, diastolice și tensiunii arteriale medii. Așadar, înregistrarea în mod continuu a tensiunii arteriale reprezintă o provocare foarte mare.
Deși există câteva metode de monitorizare a TA care se realizează fără manșetă și manipulare umană, acestea bazându-se pe cuantificări optice, acustice sau ale presiunii specifice, tot se dovedesc a fi deficitare în ceea ce privește anumite aspecte: chiar și diferențele de elasticitate ale pielii ar putea determina ca TA să fie înregistrată greșit. Spre deosebire de alte metode cunoscute până acum, tehnologia de față – tatuajele electronice – care utilizează bioimpedanța și grafenul de grosime atomică, se dovedește a fi la fel de operațională și exactă indiferent de culoarea pielii, fiind capabilă să efectueze măsurători în permanență, 24/24, pe durate de timp deosebit de mari.
Tatuajele electronice – non-invazive, practice și exacte
Un ”e-tattoo” ar putea fi purtat fără probleme, confortabil, la încheietura mâinii timp de ore întregi, oferind măsurători continue ale tensiunii arteriale cu o acuratețe care depășește aproape toate opțiunile disponibile pe piață în prezent. Tensiunea arterială este unul dintre cei mai importanți indicatori ai sănătății inimii, însă este greu de măsurat corect și fiabil în afara unui cadru clinic. Timp de zeci de ani, dispozitivele bazate pe manșete care se strâng în jurul brațului au reprezentat standardul de aur al posibilităților prin care poate fi înregistrată.
Însă o echipă de cercetători de la Universitatea Texas din Austin și de la Universitatea A&M au dezvoltat un tatuaj electronic care poate fi purtat fără nicio problemă, înregistrând în permanență tensiunea arterială, cu o precizie uimitoare. „Tensiunea arterială este cel mai important semn vital pe care îl poți măsura, dar metodele de a face acest lucru în afara mediului clinic, în mod pasiv, fără utilizarea unui aparat cu manșetă, sunt foarte limitate; să nu mai adăugăm că deseori eroarea umană este întâlnită, ceea ce duce la rezultate eronate”, a declarat Deji Akinwande, profesor în cadrul Departamentului de Inginerie Electrică și Informatica de la Universitatea Texas și unul dintre co-liderii proiectului documentat în lucrarea publicată în Nature Nanotechnology.
Hipertensiunea arterială (HTA) poate duce, în timp, la afecțiuni cardiace grave, asta dacă nu este tratată și ținută sub control. Problema principală este faptul că, la o verificare prin metode clasice, tradițională, aceasta este greu de diagnosticat, deoarece metoda măsoară doar un anumit moment din timp, ceea ce, tehnic, înseamnă cuantificarea unui singur set de date. „Efectuarea rară a măsurătorilor tensiunii arteriale are multe limitări, deci nu oferă o perspectivă amplă asupra modului exact în care funcționează inima și, implicit, întregul organism”, a declarat Roozheb Jafari, profesor de inginerie biomedicală, informatică și inginerie electrică la Universitatea A&M, de asemenea co-lider al studiului.
Monitorizarea permanentă cu ajutorul tatuajului electronic permite cuantificarea valorilor tensiunii arteriale în toate tipurile de situații și circumstanțe: în timp ce faci exerciții fizice, dormi, în momente de stres exacerbat, în timp mănânci, mergi sau faci orice altceva. Dat fiind faptul că sunt realizate dintr-un material lipicios și elastic care înglobează senzorii de detecție, sunt confortabile spre a fi purtate perioade mari de lungi, fără a exista posibilitatea alunecării. De asemenea, poate furniza mii de măsurători, deci mii de seturi de date care, ulterior, pot fi traduse descriind etiologia unei anumite afecțiuni cardiovasculare (hiper- sau hipotensiune). Monitorizarea dinamică a diferiților parametri ce țin de sănătatea organismului a cunoscut progrese majore în ultimii ani, în primul rând datorită unor tehnologii precum smartwatch-urile și brățările fitness care folosesc senzori metalici care realizează citiri pe baza unor surse de lumină LED ce străbat pielea.
Totuși, aceste dispozitive, deși de ultimă generație, nu dispun încă de caracteristicile necesare pentru a înregistra optim și fiabil tensiunea arterială – în primul rând, majoritatea alunecă pe încheietura mâinii, deci nu se poziționează întocmai pe o anumită arteră. Deși înregistrează anumite valori, acestea deseori pot fi departe de a fi precise. După cum am postat într-un articol anterior, s-a dovedit și faptul că măsurătorile bazate pe senzori de lumină pot fi deficitare în cazul persoanelor cu tonuri mai închise la culoare ale pielii și în cazul celor care suferă de obezitate.
Grafenul – component structural cheie al tatuajelor electronice
Grafenul este unul dintre cele mai rezistente și mai subțiri materiale cunoscute în momentul de față. Aceste proprietăți îl fac să fie un component structural esențial al tatuajului electronic. În speță, grafenul este similar grafitului care alcătuiește creioanele, însă atomii săi sunt așezați cu precizia în straturi subțiri. „Senzorul folosit în tatuajul electronic este lipsit de greutate și discret. Pur și simplu se plasează pe mână. Aproape că nici măcar nu este sesizabil și, evident, nu se mișcă, așa cum ar putea să o facă un ceas sau o brățară fitness”, a declarat Jafari, adăugând că „acesta este cel mai important lucru, de fapt: senzorul trebuie să rămână în același loc întotdeauna, deoarece dacă se-ntâmplă să se miște, măsurătorile vor fi mult prea diferite”.
Acest dispozitiv își face măsurătorile trimițând un impuls electric subliminal în piele, pentru ca ulterior să analizeze răspunsul organismului la acesta – după cum am spus și mai sus, această tehnică poartă numele de „bioimpedanță”. Există o corelație directă între bioimpedanță și modificările tensiunii arteriale, aceasta având legătură cu modificările volumului de sânge (deci ale rezistențe întâmpinate de artere în momentul curgerii sângelui). Chiar dacă, evident, corelația este greu de observat de către om, echipa a creat un model bazat pe învățare automată pentru a analiza corelațiile și a obține citiri precise, lipsite de erori, ale tensiunii arteriale înregistrate la subiecții umani care au luat parte la studiu. A fost vorba de 7 oameni ale căror tensiuni au fost înregistrate, în permanență, pentru +300 de minute.
În practica medicală, monitorizarea tensiunii arteriale fără folosirea unei manșete este „Sfântul Graal”, a spus Jafari, dar, din păcate, încă nu există o soluție viabilă pe piață. Cu toate acestea, rezultatele obținute de echipă subliniază, încă o dată, cât de importantă este folosirea tehnologiei în practica medicală, în primul rând pentru a renunța la aparatele greoaie, voluminoase, care îi țin pe pacienți imobilizați în paturi. Chiar și monitorizarea permanentă a tensiunii arteriale, în zilele de astăzi, presupune acest lucru. Cu ajutorul unui tatuaj electronic, pacienții ar putea merge dintr-o cameră în alta, dintr-o clinică în alta, pentru a primi în continuare îngrijire personalizată, în conformitate cu patologia cu care se confruntă.
„Toate aceste date și rezultate ar putea ajuta la crearea unui fel de «geamăn digital» care să ne ajute să modelăm, ex vivo, corpul uman, pentru a putea prezice și demonstra modul de reacție al organismului la diferite tipuri de tratamente și protocoale terapeutice”, a spus Akinwande. Într-adevăr, acest lucru ar revoluționa extraordinar de mult domeniul medical, însă trebuie luat în considerare și faptul că, în orice caz, omul este o individualitate biologică, unic prin felul în care se comportă, prin biochimia mediului său intern. Așadar, este deosebit de greu să găsești un pattern specific privitor la modul în care o anumită persoană ar putea reacționa la un tratament, fără a lua în considerare toate variabile necesare pentru a muta etalonul de la „medicina clasică” la „medicina personalizată”.
În aceeași măsură, trebuie luate în considerare și circumstanțele în care are loc dezvoltarea unei anumite patologii, istoricul familial, anamneza și alte aspecte care țin de viața unui pacient. Tensiunea arterială, un parametru fiziologic de importanță vitală, poate fi măsurată prin numeroase metode, însă, înainte de toate, trebuie cuantificată în repaus emoțional, pentru a evita erorile cauzate de sistemul nervos vegetativ simpatic, responsabil de comportamentul de tip „luptă sau fugi”. Din păcate, în practica medicală, în această agitație continuă, tensiunea este măsurată exact în momentul în care intri în cabinetul unui medic, ceea ce înseamnă că pot apărea foarte multe erori și valori departe de a fi reale. Dar, încetul cu încetul, sperăm că lucrurile vor deveni mult mai clare și vom avea la dispoziție metode din ce în ce mai precise, pentru că, până la urmă, este vorba despre sănătate și calitatea vieții.
