Sistema EIS

BASE CIENTÍFICA

Descrição das características do Sistema ES  complex

Características dos sensores:
1.Tecnologia do sensor EIS: São executadas medidas sucessivas com uma fraca corrente direta em muito baixa freqüência (de 100 Hz para 700 Hz) entre seis eletrodos táteis colocados em modo simétrico no lado esquerdo e direito da testa, palma dos mãos, e sola dos pés do individuo.
Cada eletrodo é alternativamente cátodo e ânodo (modo bipolar) e assim permite o registro da condutividade (lei de Ohm) de 11 caminhos no fluido intersticial do corpo humano.
Os caminhos estão medidos da ânodo para o cátodo, e depois da cátodo para o ânodo.
Os eletrodos das mão e pés são de metal e de tamanho grande
Os eletrodos da testa são descartáveis (uso único) e em Ag/Ag/Cl.
O dispositivo fornece para cada caminho:
• A condutividade de ânodo para cátodo (SDC+)
• A condutividade de cátodo para ânodo (SDC -)
• O delta entre SDC+ menos SDC -, em valor numérico e numa escala de 0 a 100
• A dispersão da corrente em caminho expresso numa unidade convencional (coeficiente α).

Ânodo   Catodo 2. E mão E testa 10. D testa E testa 4. D mão D testa 11. E mão D mão 6. E pé E mão 14. D pé E pé 7. D mão D pé 16. E testa D mão 17. E mão D testa 19. D pé E mão 22 D mão E pé 1. E testa E mão 9. E testa D testa 3. D testa D mão 12 D mão E mão 5. E mão E pé 13. E pé D pé 8. D pé D mão 15. D mão E testa 18. D testa E mão 20. E mão D pé 21. E pé D mão	Figura dos 11 camimhos da condutividade do sensor EIS

2. Tecnologia do Sensor ES-BC: O módulo da Composição Corporal é um analisador de uma única freqüência elétrica de Bioimpedância. O dispositivo mede a corrente, a voltagem e o ângulo de fase com precisão e calcula a impedância, a resistência e a reatância. Estas medidas e cálculos são usados para calcular a estimativa da composição corporal: Massa Livre de Gordura (MLG), Massa Gorda (MG), Água Corporal Total (ACT) e a distribuição dos fluidos: água intracelular (AIC), e água extracelular (AEC).
O sensor da Bio Impedância (BIA) usa uma medida em modo tetra polar.

3.Sensor ES Oxi: (Oxímetro de pulso) Uso da tecnologia da luz vermelha e Infra-vemelho:
• Medida da SpO2% (característica da SpO2: Saturação da hemoglobina do Oxigênio)
• Análise do pulso digital (característica de APD) fornecido pelo oximetro.
• A detecção e análise da freqüência cardíaca (característica da VFC)

Indicações ou uso pretendido
Para calcular o processo de homeostase (ambiente interno e mecanismos reguladores) o sistema ES Complex fornece uma estimativa e Localização do Histórico dos seguintes usos pretendidos:
ES Oxi
1. Exibir a saturação de oxigênio da hemoglobina arterial (SpO2%)
2. Analisar os ritmos básicos de intervalos NN ou RR na Variabilidade da frequência cardíaca (VFC), no domínio de tempo e no domínio de freqüência (tempo curto de 5 minutos).Ele apenas fornece uma análise matemática da entrada da despolarização do nodo sinusal de indicadores da atividade do SNA (sistema nervoso autônomo)*.
3. Analisar a forma de onda de pulso fornecida pelo oximetro pela pletismografia fotoelétrica (ou Análise do Pulso Digital - ADP) em tempo curto. Ele fornece a análise matemática da forma da onda pela entrada da medição da sonda SPO2 e uma estimativa dos indicadores hemodinâmicos e rigidez arterial.
Sensor EIS
4. Analisar a condutividade elétrica e o sinal de dispersão dos 11 caminhos do corpo humano (sensor EIS). Fornece uma análise matemática da medida pela bioimpedância em modo bipolar e em muito baixa freqüência e fornece estimativas do balanço ácido base do tecido vivo.
Sensor BIA
5. Calcular os parâmetros de composição corporal (Sensor Composição Corporal)
                           
Para melhor etender o Sensor EIS e a tecnologia da Bioimpedância em modo bipolar sugerimos leer os seguintes arquivos explicatívos:
1.Overview of publications. Electrical Bioimpedance Cerebral Monitoring:Fundamental Steps towards Clinical Application
2.Bioimpedance dispersion width as a parameter to monitor living tissues

Histórico da técnica usada

As técnicas usadas são Análise de Bioimpedância do Corpo (BIA) (32), Espectrometria por Bioimpedância (BIS). (33)

Análise de Bioimpedância (BIA)
A BIA é usada em muitas aplicações como estimativa para a composição corporal e equilíbrio hídrico (5), (14), porém também em cardiologia (3) (13) e exames de imagens (19). A BIS é usada para estimativa da composição corporal e equilíbrio hídrico (5), (14), porém também para estimativa de neurotransmissores (23) (24) A especificidade da técnica é a utilização de uma voltagem de 1,28 V em CD (corrente direta) que não pode atravessar as membranas celulares e capilares (Alta resistência em KOhms e reatância 0 (Figura 4) e portanto pode alcançar somente o fluido intersticial (Tecido Intersticial) (34), cuja intensidade, resistência, e condutividade podem então ser medidas.

Estes fatos foram confirmados pela pesquisa de Kanai and Meijer ^{(11), (18)}, i.e., que a membrana celular e os capilares se comportam como uma capacidade por causa das propriedades dielétricas, portanto, uma corrente direta não pode penetrar suas membranas e circular unicamente no fluido intersticial. Os tecidos constituem um ambiente eletrolítico; a condução da corrente elétrica é assegurada pelos carreadores iônicos (35), sob o efeito de uma tensão aplicada entre dois eletrodos (14). A condutividade está também relacionada ao volume (conteúdo de água) do espaço atravessado (14) (Fluido Intersticial).

A corrente elétrica está sendo enviada do ânodo para o cátodo e portanto o sódio (concentração extracelular mais elevada em cargas positivas) representam os principais carreadores iônicos. As Figuras 5 e 6 mostram a correlação da intensidade do compartimento atravessado e a concentração de Na+. (5). A figura 7 mostra a correlação entre o volume (conteúdo de água) e a condutividade do compartimento que foi atravessado. (14).

Faixa normal de concentração de sódio no fluido intersticial e intensidade.
A faixa normal de concentração de sódio no fluido intersticial é de 121,6 a 129 mmol/L(24) e ela deve ser correspondente em Intensidade (equação de Cottrell) de 12,4 a 20 µA (faixa normal de acordo com a idade/sexo/peso/idade/idade)

Faixa normal em volume do fluido intersticial

* O volume do fluido intersticial está relacionado com
* O peso total: faixa normal 16% +/- 3 do peso total
* O tamanho do espaço (distância intercapilar): 80 +/- 5 µm

Distribuição estimada de oxigênio no tecido
1.Valor estimado de distribuição de oxigênio relativo à distância intercapilar (36).A figura 8 mostra o efeito das variações da distância intercapilar (volume de fluido intersticial) em relação à distribuição de oxigênio no tecido. Em caso de aumento do volume intersticial, a distribuição de oxigênio é reduzida.

2.Estimativa de distribuição de oxigênio relativa à resistência (32)

Frequências baixas de medição de bioimpedância e falta de oxigênio
A impedância elétrica de um tecido vivo pode ser continuamente medida a fim de determinar sua evolução fisiopatológica. Algumas patologias como isquemia, infarto ou necrose implicam em alterações celulares que se refletem como alterações de impedância. O monitoramento da bioimpedância foi proposto para a detecção de isquemia. Na maioria dos casos, o evento é detectado ou monitorado porque ocorre uma alteração no volume extra-intracelular.
A figura seguinte ilustra como a isquemia é monitorada por medições de bioimpedância.
Durante a condição normóxica, uma quantidade significante de corrente de baixa freqüência é capaz de fluir através dos espaços extracelulares. Quando a isquemia e a consequente falta de oxigênio (hipóxia) forem causadas por quaisquer meios, as células não conseguem gerar energia suficiente para alimentar as bombas de íons e a água extracelular penetra na célula. Como resultado, as células crescem e invadem o espaço extracelular. Isto causa uma redução da corrente de baixa frequência que produz um aumento do módulo de impedância nesta baixa frequência. Portanto a medição da bioimpedância em baixas frequências é um indicador de isquemia do tecido.

A descrição simplística da relação isquemia-impedância não poderia estar correta para células contendo junções comunicantes. Em tais casos (e.g. miocárdio) o aumento da impedância observada em baixas frequências é principalmente atribuído ao fechamento das junções comunicantes (Gersing, 1998) (Groot, 2001).
Por exemplo, o gráfico a seguir mostra a evolução dos módulos de impedância em 1 kHz para seis sondas de impedância inseridas em um coração pulsante de porco sujeito a uma isquemia regional (vide método em Groot, 2001). Três delas estão dentro da área normóxica e as outras três estão dentro da área influenciada pela isquemia.

O processo de necrose que ocorre após um longo período de isquemia também pode ser detectado porque a perda da integridade da membrana permite a continuidade entre o meio extra e intracelular e, consequentemente, a magnitude da impedância em baixas freqüências diminui (Haemmerich et al., 2002).
As medições de frequência única são realizadas de maneira fácil e fornecem informações necessárias para acompanhar os processos de isquemia. Portanto, alguns pesquisadores as promoveram como base para um parâmetro clínico para monitorar a condição do tecido.

Espectrometria de Bioimpedância (BIS)
Utilizando a técnica de espectrometria e em particular a cronoamperometria (1), (2) (37), o Sistema EIS faz o cálculo e uma estimativa da concentração de eletrólitos do fluido intersticial e da concentração de H+ do fluido intersticial (21) (22) (Figura 11) de acordo com o fluxo iônico (coeficiente de difusão dos íons) (12) (16).

Resultado da BIS: Aplicações da medição da concentração estimada de Na+ no fluido intersticial:
A concentração de Na+ no fluido intersticial dá acesso à atividade estimada de: Na+/K+ ATPase (38) (Fig.12)

Trocador de Na+/H+ (39) Trocador de Na+/Ca2+ (40) Co-transportador de Na+/Cl- (41)

Efeito do pH do fluido intersticial no corpo humano (27), (28) (29), (30)
O fluido intersticial ou pH do tecido (faixa normal 7,31-7,35) possui ação sobre as atividades enzimáticas e, portanto, na função hepática e pancreática (28) (29), (30)
O fluido intersticial ou pH do tecido (faixa normal 7,28-7,32) possui ação sobre o fluxo sanguíneo cerebral e excitabilidade neuronal. (27)

Pressão hidrostática e osmótica: o equilíbrio de Starling (42)

Fisiologia do fluido intersticial (25) (26) .
Nenhum método direto para amostragem do fluido intersticial está atualmente disponível. A composição do fluido intersticial, que constitui o ambiente das células e que é regulado pela atividade celular e distribuição iônica, foi anteriormente medida pela bolha de sucção ou técnicas de parafina líquida ou por implante de uma cápsula perfurada ou de um fio. Os resultados variaram, dependendo da técnica de amostragem e das espécies de animais investigadas.
Em um estudo, a distribuição iônica entre compartimentos vascular e intersticial em concordância com o equilíbrio de Donnan (25) (26); em outros, as concentrações de sódio e potássio foram mais elevadas no fluido intersticial do que no plasma (25) (26). Entretanto, as publicações (25) (26) poderiam estabelecer os seguintes elementos:
1. O fluido intersticial difere do sangue total pela ausência de células vermelhas, e difere do plasma sanguíneo por causa da pequena quantidade de proteínas. A ausência da hemoglobina e o baixo nível de proteínas que são os principais tampões do sistema sanguíneo explicam um pH intersticial mais ácido e mais importante, o equilíbrio ácido-base e variações de gases no fluido intersticial.
2. Qualquer substância que passe entre as células e a corrente sanguínea deve atravessar o espaço intersticial. Estas substâncias incluem oxigênio, dióxido de carbono, glicose, assim como milhares de outros compostos.
3. De modo diferente da corrente sanguínea, o fluido intersticial é estagnado.
4. O volume do fluido intersticial está muito relacionado ao conteúdo da quantidade de sódio
As trocas entre o setor vascular e o fluido intersticial são complexas. A distribuição dos eletrólitos de cada lado da membrana é regulada pelo “equilíbrio de Donnan” que explica por que a concentração de sódio é mais importante no setor plasmático.