Transponder Antenna Antenna Reader (Receiving Block) RF Energizing (Power supply) Transmission of Data Signal Posm Low Voltage Instrumentation Amplifier Microcontroller ADC 10-bits Osmotic Pressure- based Sensor
Figura 5.2 – Diagrama de funcionalidade futura do sistema de monitoriza¸c˜ao de glicose
proposto.
transdutores de press˜ao integrados, que permitem a detec¸c˜ao da press˜ao osm´otica produzida e a sua tradu¸c˜ao em n´ıveis glic´emicos no sangue. De modo a conseguir isso, tornou-se necess´ario dividir a implementa¸c˜ao deste sistema de monitoriza¸c˜ao de glicose em diversas fases. Entre estas, encontra-se o estudo do funcionamento de um prot´otipo do sensor de press˜ao osm´otica, desenvolvido em parceria com um projecto de doutoramento da HVE (Vestfold University College) na Noruega. Para al´em disso, um sistema amplificador electr´onico e de aquisi¸c˜ao de dados, capaz de complementar o prot´otipo j´a desenvolvido, foi desenhado e implementado.
Numa fase mais avan¸cada, o sistema prot´otipo desenvolvido foi submetido a diver- sos ensaios experimentais num ambiente laboratorial “in vitro” de modo a tra¸car conclus˜oes quanto `a sua performance de tratamento e processamento de dados.
5.2
Fen´omeno da osmose - transporte de part´ıcu-
las pela membrana semiperme´avel
Como referido anteriormente no cap´ıtulo 2, a glicose destina-se ao fornecimento de energia `as c´elulas do corpo humano. Deste modo, para que as c´elulas possam fun- cionar apropriadamente torna-se necess´ario que estas troquem materiais com o seu ambiente (meio extracelular), resultando na entrada e sa´ıda de materiais da c´elula.
Este transporte ´e realizado por meio de membranas selectivamente perme´aveis, ca- racterizadas por permitirem a passagem de determinadas substˆancias e negar a pas- sagem a outras. Deste modo, a membrana celular permite a entrada de substˆancias relevantes para o metabolismo do meio exterior e liberta aquelas substˆancias celu- lares consideradas de desperd´ıcio para o meio exterior.
A osmose ´e um fen´omeno caracterizado pela entrada/sa´ıda de mol´eculas de ´agua (solvente) no meio intracelular atrav´es de uma membrana semiperme´avel sem inter- ven¸c˜ao activa das prote´ınas membranares e condicionada pela quantidade de part´ı- culas existentes em cada meio. Como ilustrado na figura 5.3, este transporte faz-se do meio de menor concentra¸c˜ao de soluto (meio de maior concentra¸c˜ao de mol´eculas de ´agua) para o meio de maior concentra¸c˜ao de soluto (meio de menor concentra¸c˜ao de mol´eculas de ´agua) com o intuito de estabelecer um equil´ıbrio de concentra¸c˜ao. Deste modo, a osmose ocorre quando a solu¸c˜ao entra em contacto com a membrana semiperme´avel das paredes celulares do organismo, desencadeando a extrac¸c˜ao do solvente (mol´eculas de ´agua) da solu¸c˜ao e impedindo a passagem de part´ıculas de soluto (mol´eculas de glicose) pela membrana semiperme´avel. Este fen´omeno desen- cadeia a origem de uma solu¸c˜ao mais saturada (Osborne, 2007).
A press˜ao que deve ser exercida ao soluto de modo a interromper o fluxo de en- trada do solvente (mol´eculas de ´agua) pela membrana semiperme´avel e alcan¸car o equil´ıbrio, provocando a paragem do efeito de osmose, ´e denominada de press˜ao osm´otica. Deste modo, a express˜ao aplicada para determinar e quantificar a press˜ao osm´otica ´e dada por:
Π = iXci× R × T (5.1)
Em que o termo Π ´e a press˜ao osm´otica da solu¸c˜ao (bar), i o factor de correc¸c˜ao Van’t Hoff (n´umero de esp´ecies do soluto ioniz´avel), ci a concentra¸c˜ao molar dos
componentes dissolvidos – soluto em solu¸c˜ao – (M ou mol · L−1), R ´e a constante
universal dos gases perfeitos (0,08314 L·bar·mol−1·K−1) e T a temperatura absoluta
5.2. FEN ´OMENO DA OSMOSE 101
Caso se mantenha os outros parˆametros constantes, a press˜ao osm´otica ´e inversa- mente proporcional `a concentra¸c˜ao de soluto.
Pressão Osmótica
H2O Baixa concentração de soluto
(Água mais concentrada) Equilíbrio de concentração
Fluxo de água através da membrana semipermeável Moléculas de glicose (soluto)
Alta concentração de soluto (Água menos concentrada)
Moléculas de água (solvente)
OSMOSE
Figura 5.3 – Efeito da osmose - Transporte de mol´eculas de ´agua pela membrana semi- perme´avel com o objectivo de alcan¸car o equil´ıbrio.
Como se pode visualizar na figura 5.4, quando o meio intracelular e o meio extra- celular contˆem a mesma quantidade de part´ıculas por unidade de volume (a mesma osmolaridade), obt´em-se um equil´ıbrio de concentra¸c˜ao e os dois meios s˜ao isot´onicos. Para este caso, o transporte de mol´eculas de ´agua ´e realizado de forma uniforme, em ambas as direc¸c˜oes, e o volume celular permanece inalterado (Osborne,2007). No entanto, quando o meio intracelular e o meio extracelular contˆem quantidades diferentes de part´ıculas por unidades de volume, o meio de maior concentra¸c˜ao de part´ıculas (soluto) ´e o meio hipert´onico e exerce uma maior press˜ao osm´otica. Por outro lado, o meio de menor concentra¸c˜ao de part´ıculas ´e o meio hipot´onico e exerce uma menor press˜ao osm´otica.
Como as mol´eculas de ´agua se deslocam em direc¸c˜ao favor´avel ao gradiente de con- centra¸c˜ao, as mol´eculas de ´agua passam do meio hipot´onico para o meio hipert´onico atrav´es da membrana semiperme´avel at´e se estabelecer um equil´ıbrio de concen- tra¸c˜ao (meios isot´onicos).
I - Meio Extracelular II - Meio Intracelular - Soluto (Glicose)
- Solvente (Água)
I II
Figura 5.4 – Efeito da osmose numa solu¸c˜ao isot´onica.
concentra¸c˜ao de soluto), a c´elula perde ´agua para o meio extracelular, o que provoca uma redu¸c˜ao do seu volume celular e consequentemente tamb´em da press˜ao osm´otica no meio intracelular (Osborne, 2007).
I - Meio Extracelular II - Meio Intracelular - Soluto (Glicose)
- Solvente (Água)
I II
Figura 5.5 – Efeito da osmose numa solu¸c˜ao hipert´onica.
Por outro lado, a figura 5.6 apresenta o caso do meio extracelular ser o meio de menor concentra¸c˜ao de soluto (meio hipot´onico), fazendo com que a c´elula absorva ´agua do meio extracelular e dilate (aumente o seu volume celular), levando a um aumento da press˜ao osm´otica exercida no meio intracelular (Osborne, 2007).
5.3. CONSTITUIC¸ ˜AO E MONTAGEM DO PROT ´OTIPO DO SENSOR OSM ´OTICO 103 I - Meio Extracelular II - Meio Intracelular - Soluto (Glicose) - Solvente (Água) I II
Figura 5.6 – Efeito da osmose numa solu¸c˜ao hipot´onica.