A hiperbilirrubinemia neonatal é a patologia mais comum encontrado na prática clínica diária em neonatologia, pois 80% dos recém-nascidos (RN) podem apresentar algum grau de icterícia já nos primeiros dias de vida[34]. É encontrada praticamente em todos os
neonatos pré-termo de muito baixo peso e pode apresentar-se clinicamente como icterícia, coloração amarelada da pele, escleróticas e membranas mucosas conseqüente à deposição do pigmento biliar nesses locais. Por sua vez, ela está intimamente relacionada à boa maturidade funcional hepática[55-58]. Por ausência desta maturidade a capacidade de excretar metabólitos endogenamente formados como a bilirrubina é alterada[55-58]. Os pigmentos biliares (bilirrubina) são constituídos por uma cadeia de quatro anéis pirrólicos ligados por três pontes de carbono. A bilirrubina deriva principalmente da desintegração da hemoglobina e apresenta extensa porção de cadeias carbônicas bem como sítios polares ao longo da cadeia, carbonilas, carboxilas e grupos amino, mas mesmo assim é hidrofóbica devido ao posicionamento destes sítios polares. A Fig. 2.9 mostra a estrutura química do pigmento.
FIGURA 2. 9: Fórmula estrutural da molécula de bilirrubina.
Na Fig. 2.9 observa-se a estrutura química da molécula de bilirrubina, em sua forma insolúvel em água conhecida como bilirrubina não conjugada. A bilirrubina não conjugada ou indireta liga-se reversivelmente à albumina, forma pela qual é transportada no plasma sangüíneo. No fígado, os hepatócitos conjugam esta molécula ao ácido glicurônico tornando-a hidrossolúvel, em condições normais a molécula é rapidamente captada e metabolizada pelo
21 fígado que a prepara para ser eliminada pois após a conjugação pode ser eliminada para a bile. Após a conjugação, a bilirrubina vai para os canalículos biliares mediante mecanismo ativo ao atravessar a membrana dos hepatócitos chegando ao intestino delgado, onde será reduzida a estercobilina pela presença de bactérias da flora local e uma pequena quantidade será hidrolisada para bilirrubina indireta (pela enzima beta glicuronidase) e reabsorvida pela circulação entero-hepática. Contudo, no recém nascido, a flora intestinal está ausente até em torno da primeira semana de vida e a beta glicuronidase está presente de forma ativa, aumentando a quantidade de bilirrubina indireta que será reabsorvida.
O metabolismo fetal da bilirrubina é diferente do adulto devido à, além da falta de flora intestinal já citada, imaturidade do fígado e é mais grave quando há prematuridade e baixo peso, indicando menor capacidade de metabolismo da bilirrubina no período neonatal e gerando aumento na concentração sérica de bilirrubina não conjugada ou indireta que pode ser simplesmente fisiológico ou patológico[54]. Os neonatos podem apresentar, também, aumento da bilirrubina conjugada (ou direta) no sangue que embora não aconteça com freqüência merece atenção, pois é sempre patológico. Esse aumento pode ser explicado, por exemplo, por alteração no transporte intracelular de bilirrubina conjugada até a membrana do hepatócito.
A grande maioria dos recém–nascidos apresenta valores elevados de bilirrubina sem uma etiologia específica. Quando presente em valores elevados, o pigmento pode ultrapassar a barreira hematoencefálica e impregnar-se no sistema nervoso central desencadeando uma síndrome neurológica chamada Kernicterus, extremamente grave, que deixa seqüelas neurológicas irreversíveis e com alta mortalidade[54]. Adicionalmente a estes altos níveis
podem apresentar fatores associação facilitadores da impregnação bilirrubínica em nível cerebral. O pH sanguíneo interfere na solubilidade da bilirrubina no plasma, determinando o equilíbrio entre as formas ácida, monoânica e diânica. Em pH igual a 7,4 a molécula é estabilizada por pontes de hidrogênio que saturam os grupos hidrofílicos tornando-a pouco solúvel em água. Em meio alcalino, as pontes de hidrogênio se abrem formando um anion mono ou bivalente, com exposição de grupos hidrofílicos e maior solubilidade. Na presença de acidose os íons de hidrogênio saturam os grupos hidrofílicos, diminuindo a solubilidade da bilirrubina e favorecendo a formação de agregados que se depositam nas células nervosas e gerando o quadro de encefalopatia bilirrubínica[32]. Tais condições são devastadoras e causam lesões neurológicas irreversíveis, até mesmo o óbito do neonato.
22 Afortunadamente, foi desenvolvida uma técnica terapêutica capaz de utilizar a energia luminosa na transformação da bilirrubina indireta em produtos mais hidrossolúveis para serem excretados, denominada Fototerapia. Desde 1958 quando Cremer e Perryman[55]
observaram que a exposição de recém nascidos ictéricos a luz fluorescente levava a uma queda nos níveis sanguíneos de bilirrubina, a fototerapia vem sendo extensivamente usada como modalidade terapêutica para o tratamento da Hiperbilirrubinemia Neonatal e tem se apresentado capaz de controlar os níveis de bilirrubina em quase todos os pacientes com raras exceções em casos de eritroblastose fetal[56]. Esta terapia consiste na aplicação de luz de alta intensidade que, absorvida pela molécula de bilirrubina, promove transformação fotoquímica da molécula, que sofre alteração em sua estrutura formando fotoprodutos capazes de serem eliminados pelos rins ou pelo fígado sem sofrerem modificações metabólicas. Nesse caso, podem ocorrer três reações químicas: a foto-oxidação e as isomerizações configuracional e estrutural. Dentre estas reações se destaca a fotoisomerização estrutural formando a lumirrubina, principal fotoproduto e altamente solúvel em água eliminando-se rapidamente na urina. A formação deste isômero estrutural é atualmente considerada o principal mecanismo pelo qual a fototerapia diminui os níveis séricos da bilirrubina[57]. A título de ilustração a Fig. 2.10 mostra as transformações na molécula promovida pela energia luminosa.
FIGURA 2.10: Esquema ilustrativo do mecanismo de transformação da bilirrubina promovido pela
radiação[57].
Da Fig. 2.10 observa-se que com a incidência de radiação a molécula é excitada sendo que estes estados excitados reagem com o oxigênio formando produtos de menor peso
23 molecular. Os estados excitados podem, ainda, se rearranjarem formando isômeros estruturais ou configuracioanais, sendo que o isômero estrutural lumirrubina é o principal produto formado no organismo humano exposto à fototerapia. Os fotoisômeros formados são muito menos lipofílicos que a molécula de bilirrubina e podem ser excretados pela urina.
FIGURA 2.11: Espectro de absorção da bilirrubina
Na Fig. 2.11 observa-se que a molécula de bilirrubina absorve energia luminosa emitida no comprimento de onda entre 400-490 nm. Não resta dúvida, portanto, de que a luz azul (440-490 nm) é a mais eficaz para promover sua fotoisomerização. A radiação emitida nesta faixa penetra na epiderme e atinge o tecido subcutâneo. Entretanto somente a bilirrubina que estiver próxima da superfície da pele será afetada diretamente pela luz e a eficácia da fototerapia dependerá da quantidade de energia luminosa liberada e a qualidade do espectro luminoso também exerce influencia na formação do fotoproduto.
Dessa forma, a eficácia terapêutica dos aparelhos de fototerapia depende da concentração sérica inicial da bilirrubina antes do tratamento, superfície corporal exposta à luz, distância entre a fonte luminosa e o paciente, dose e irradiância emitida e tipo de luz utilizada, além de características intrínsecas do recém nascido como peso, nutrição em uso e patologias associadas como mostrados na Fig. 2.12.
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FIGURA 2. 12: Esquema representativo dos fatores que interferem na eficácia da fototerapia no
tratamento da Hiperbilirrubinemia neonatal[57].
Na Fig. 2.12 observa-se que além de alguns fatores relacionados ao recém-nascido, como causa e tipo de hiperbilirrubinemia, peso, prematuridade e nível de bilirrubina no sangue, alguns fatores operacionais influenciam na eficácia da terapêutica como, por exemplo, tipo de radiação utilizada, distância entre fonte de radiação e neonato e radiância emitida pela fonte. A título de ilustração, a Fig. 2.13 mostra um neonato exposto ao tratamento fototerápico em uma unidade neonatal brasileira.
FIGURA 2. 13: Recém-nascido ictérico recebendo tratamento de fototerapia. Foto: R.F.Bianchi
(2005).
25 Na Fig. 2.13 é possível observar a presença de alguns fatores que interferem na eficácia do tratamento fototerápico, como a grande distância entre o neonato e a fonte de radiação, existência de uma placa de acrílico, de uma toalha e de um equipamento entre o neonato e a fonte de radiação e balão de oxigênio em torno da cabeça do neonato, além do fato da lâmpada utilizada não ser a azul especial que oferece maior eficiência a este procedimento terapêutico. Vale ressaltar que a influência destes fatores é desconhecida e ignorada por muitos profissionais de saúde[33]. Trabalhos recentes mostram que muitos profissionais não seguem um padrão para realizar este tratamento, usando diferentes tipos de equipamentos e lâmpadas. Por exemplo, luz fluorescente branca, combinação de lâmpadas brancas e azuis e ou apenas lâmpadas azuis[33]. Neste mesmo estudo foram entrevistados 89 profissionais de saúde, sendo 50 médicos (13 chefes de serviço, 3 médicos residentes e 34 médicos neonatologistas plantonistas) e 39 profissionais de enfermagem (30 enfermeiras e 9 técnicos de enfermagem). Porém apenas três desses profissionais de saúde em entrevista relataram que as lâmpadas são trocadas regularmente, outros que nunca são trocadas e alguns sequer sabiam informar a respeito dessa necessidade. O mais surpreendente é que as informações variam inclusive dentro da mesma unidade de tratamento. Quanto à verificação da radiância, 50 % dos entrevistados afirmaram que existia uma rotina no serviço para tal fim, 44 % afirmaram que não existia e 6 % não souberam informar nada a esse respeito. Dos 45 profissionais que afirmaram existir uma rotina de verificação da irradiância, 21 não souberam informar a freqüência em que isso ocorria e os demais relataram desde avaliação “diária” até “a cada 60 dias”. Quando indagados a respeito da troca de lâmpadas, 34 % dos profissionais entrevistados declararam que as lâmpadas fluorescentes eram trocadas regularmente, 37 % afirmaram que as lâmpadas nunca eram trocadas e 29 % não souberam responder nada sobre esse assunto. Dos 30 profissionais que afirmaram que as lâmpadas eram trocadas regularmente, 26 não souberam precisar a freqüência dessas trocas. Dos quatro restantes, um relatou troca a cada quatro dias, um a cada 7 dias e dois a cada 90 dias. Quando questionados a respeito de uma distância padronizada entre o recém-nascido ictérico e a fonte luminosa, 96% dos profissionais afirmaram que ela existia em seu serviço, porém, as respostas variaram significativamente (de 20 cm até 70 cm)[33].
Outro ponto que merece especial atenção é que muitas das unidades de fototerapia brasileira possuem apenas equipamentos que não emitem a dose mínima de radiação para a eficiência do tratamento[30]. Sabe-se que a dose terapêutica mínima de irradiância corresponde
26 a 4 mw/cm2/nm[30], sendo porém o ideal que a irradiância seja superior a 16 mw/cm2/nm, já
que quanto maior a dose de irradiância liberada, mais eficaz será a fototerapia [30]. Entretanto, vários trabalhos publicados demonstraram que a irradiância média dos aparelhos de fototerapia encontram-se abaixo da recomendada na literatura, como mostrado na Fig. 2.14[57].
Alguns insucessos nessa terapia podem ser causados por fontes inapropriadas ou inadequadas das de luz, o que poderia ser evitado com um maior controle da manutenção dos aparelhos e, sobretudo com o monitoramento da radiação administrada nas unidades de fototerapia[57].
FIGURA 2. 14: Gráfico ilustrativo da irradiância emitida por diferentes fontes de radiação utilizadas
em fototerapia neonatal.
Na Fig. 2.14 observa-se que aproximadamente metade das fontes de radiação utilizadas emite a dose mínima necessária, ou menor, para eficiência da fototerapia, valor de irradiância que irá, ainda, diminuir com o desgaste das lâmpadas. Fato que pode ser explicado pela ausência de lâmpadas azuis especiais (mais eficientes no tratamento) nas unidades de fototerapia neonatais brasileiras por serem dispendiosas e fabricadas somente no mercado internacional e à baixa radiância emitida pelas lâmpadas brancas e azuis fabricadas no mercado nacional[30]. Uma fototerapia convencional com oito lâmpadas brancas fornece o valor mínimo de radiância para a eficácia (5mW/cm2/nm), podendo ser usadas em pacientes com baixas concentrações plasmáticas de bilirrubina desde que a emissão permaneça superior a 4mW/cm2/nm, valor conseguido por poucos dias[30]. Fato ainda mais grave caso o neonato esteja em incubadora, pois além do valor da radiância já ser baixo, não é possível diminuir a distância entre a lâmpada e o neonato devido à cúpula de acrílico da incubadora,
Irradiância (mW/cm2)
< 4
4 – 8
8–12
12–16
> 16
27 impossibilitando o aumento da radiância e o acrílico da cúpula já representa uma barreira para a radiação[30].
Há ainda outros relatos na literatura da necessidade de controle da radiação emitida pelos aparelhos de fototerapia, porém esta prática é rara em nosso meio[30]. Mims et al [58]
demonstraram ainda a importância em se verificar a quantidade de energia emitida pelas lâmpadas dos aparelhos de fototerapia através de um monitor de radiação, para se ter a garantia de sua eficácia terapêutica. Um fator importante a ser lembrado é que a irradiância tende a cair em função do tempo de uso da lâmpada e não é igual durante o tempo em que permanece ligada. Dessa forma, fotodotectores existentes no mercado não são a melhor solução para controlar a dose de radiação administrada, pois não monitoram a quantidade de radiação, apenas fornecem o valor de irradiância que atinge um ponto no instante da medida.
Vale ressaltar ainda que o número de recém-nascidos ictéricos e/ou neonatos tratados com fototerapia tende a aumentar nos próximos anos visto que a doença atinge principalmente recém-nascidos prematuros e a ocorrência de prematuridade tem aumentado nos últimos anos devido a avanços na medicina que permitem a sobrevivência de neonatos de muito baixo peso. A indicação de fototerapia aplicada na Universidade Federal de São Paulo/ Escola Paulista de Medicina é de aplicação de fototerapia nas primeiras horas de vida a todos os recém-nascidos com peso inferior a 1000 g independente do nível de bilirrubina sérica. Nestes pacientes a dosagem da bilirrubina deve ser feita a 12 cada horas e a extração de sangue realizada com micrométodo para evitar a anemia espoliativa, pois o neonato possui pouco volume sanguíneo. Sabe-se, porém, que a sensibilidade à dor no recém nascido é muitas vezes maior que no adulto e que a exposição do neonato à dor, ou a fatores que lhe causem estresse, como exposição à radiação intensa e calor podem gerar seqüelas em sua vida adulta[30]. A exposição intensa à radiação não controlada pode causar, ainda, envelhecimento precoce, eritema devido à radiação UV (emitida por algumas fontes de radiação utilizadas), perda de cones e bastonetes na retina, lesões bolhosas na pele, dentre outros efeitos indesejáveis. A título de ilustração a Fig. 2.8 mostra um esquema representativo com as possíveis conseqüências da falta de controle da radiação administrada durante a fototerapia neonatal[30].
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FIGURA 2. 15: Esquema representativo da necessidade e das conseqüências causadas pela falta de
controle da radiação administrada durante a fototerapia neonatal.
Observando estes fatos, e a incidência de hiperbilirrubinemia neonatal, mostrada na Fig. 2.15, conclui-se que a apesar da icterícia ser a patologia mais freqüente no período neonatal, sua abordagem clínica continua cercada de controvérsias. O ato de expor à luz, ao iniciar a fototerapia, não implica, necessariamente, que o recém-nascido esteja recebendo tratamento adequado. Fatores que, a alguns profissionais da saúde parecem ter pouca relevância, por outro lado, interferem de forma determinante na eficácia do tratamento. Para assegurar a eficácia da fototerapia é importante que haja monitoramento da radiação recebida pelo neonato. Neste monitoramento é necessário que o equipamento utilizado (dosímetro), seja de custo acessível, e de fáceis leituras e determinação das doses.
29 A título de ilustração a Fig. 2.16 mostra a abrangência do problema da falta de monitoramento durante o tratamento fototerápico. Em particular, apenas no Brasil, o número de neonatos que apresentam icterícia já nos seus primeiros dias de vida é de cerca de 1,55 milhões/ano, em que c.a 220 mil/ano são tratados com fototerapia em UTIs, c.a 8 mil/ano em estado grave ou morte e c.a 90 / ano com seqüelas neurológicas. Ou seja, no Brasil, a cada ano 220 mil crianças recebem, sem o controle necessário da dose de radiação, o tratamento para a hiperbilirrubinemia neonatal e podem apresentar, devido à falta deste monitoramento, várias seqüelas. Observando os dados mostrados na Fig. 2.15 conclui-se também que a cada dois minutos uma criança seria beneficiada utilizando o dosímetro desenvolvido neste trabalho.
preterm newborn phototherapy Death or serious condition
10 100 1,000 10,000 100,000 G F E D C B N o e n a to s / a n o A A. Neonatos a termo B. Neonatos pré-termo C. Com hiperbilirrubinemia D. Tratados com fototerapia E. Tratados com exasangüneo-
transfusão
F. Morte ou estado muito grave
G. Danos neurológicos
FIGURA 2. 16: Levantamento estatístico do número de neonatos que nascem no país e apresentam ou
não icterícia e que, conseqüentemente, necessitam de tratamento ou apresentam seqüelas graves ou óbito.
Em resumo, a necessidade de controle da dose de radiação incidente em neonatos em tratamento de hiperbilirrubinemia é ainda um tema atual e que merece especial atenção, não somente da área médica, onde estudos demonstram que os centros médicos hospitalares ainda são precários e não seguem procedimentos padronizados durante a fototerapia, mas também em relação à necessidade de desenvolvimento de dosímetros de operação simples, funcionais, eficientes e de baixo custo. Neste contexto, a utilização de um dispositivo capaz de monitorar a dose de radiação azul absorvida pelo neonato é de suma importância e só assim a eficiência do tratamento pode ser garantida.
Ne
ona
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/ a
30
CAPÍTULOIII
MÉTODOSEPROCEDIMENTOSEXPERIMENTAIS
No presente capítulo são apresentados os métodos e procedimentos experimentais utilizados na preparação, no desenvolvimento e na fabricação dos sensores de acúmulo de radiação orgânicos fabricados e caracterizados nesse trabalho. Dessa forma, esse capítulo apresenta desde as principais características físico-químicas do tris-(8-hidroxiquinolinolato) de alumínio (III) - Alq3 e do poli(2-metóxi,5-etil(2-hexilóxi)parafenilenovinileno) - MEH-
PPV, até os procedimentos experimentais usados na fabricação dos sensores. É apresentada também uma breve descrição da proposta de aplicação da evolução da sobreposição dos espectros de absorção na região do visível e de fotoemissão desses dois materiais luminescentes expostos a radiação azul para composição de selos autocolante à base de MEH- PPV e Alq3 em matriz de poliestireno - PS e, conseqüentemente, para uso no controle da dose
de radiação azul administrada em tratamento fototerapêutico da icterícia.
A seguir são apresentadas as principais características dos reagentes e dos compostos utilizados nesse trabalho, bem como os procedimentos e métodos adotados para fabricação dos sensores.