1. Aplicarea SI în biologie şi medicină Organizaţia Mondială a Sănătăţii a aprobat şi a recomandat ţărilor membre, în mai 1977, utilizarea Sistemului Internaţional de unităţi în profesiunile medicale şi înrudite. Aplicarea SI în medicină a condus la o serie de modificări în exprimarea rezultatelor, şi anume: Toate concentraţiile se exprimă în moli sau submultipli ai molului. Această modificare determină o schimbare conceptuală de la „masă” la „particule active”, fiind mult mai adecvată în cazul sistemelor biologice. Aceasta, deoarece în organism interacţiunile se produc între molecule. Or, exprimarea concentraţiei în moli oferă posibilitatea cunoaşterii numărului de „particule” implicate în diferite procese biochimice. Toate concentraţiile se raportează la litru, inclusiv pentru elementele figurate ale sângelui sau a moleculelor active biologice ca enzime, hormoni etc. Presiunile se exprimă în pascal (Pa) şi nu în milimetri coloană mercur (mm Hg) sau centimetricoloană apă. Acest lucru este valabil atât pentru exprimarea presiunii sanguine, dar şi a presiunilor parţiale ale gazelor în sânge sau a presiunii intraoculare etc.
Transcript
1. Aplicarea SI în biologie şi medicină
Organizaţia Mondială a Sănătăţii a aprobat şi a recomandat ţărilor membre, în mai 1977, utilizarea Sistemului Internaţional de unităţi în profesiunile medicale şi înrudite. Aplicarea SI în medicină a condus la o serie de modificări în exprimarea rezultatelor, şi anume:
Toate concentraţiile se exprimă în moli sau submultipli ai molului. Această modificare determină o schimbare conceptuală de la „masă” la „particule active”, fiind mult mai adecvată în cazul sistemelor biologice. Aceasta, deoarece în organism interacţiunile se produc între molecule. Or, exprimarea concentraţiei în moli oferă posibilitatea cunoaşterii numărului de „particule” implicate în diferite procese biochimice.
Toate concentraţiile se raportează la litru, inclusiv pentru elementele figurate ale sângelui sau a moleculelor active biologice ca enzime, hormoni etc.
Presiunile se exprimă în pascal (Pa) şi nu în milimetri coloană mercur (mm Hg) sau centimetricoloană apă. Acest lucru este valabil atât pentru exprimarea presiunii sanguine, dar şi a presiunilor parţiale ale gazelor în sânge sau a presiunii intraoculare etc.
Energiile vor fi exprimate în joule (J) şi nu în calorii. Se utilizează pentru exprimarea mărimii forţei newton (N) şi nu kilogram-
forţă (kgf). Temperatura poate fi exprimată atât în grade Celsius (C) cât şi în Kelvin (K). Timpul se va exprima în secunde şi nu în ore, minute sau zile. Rezultatele probelor se vor exprima sub forma fracţiilor zecimale şi nu în
procente.
Pe domenii ale medicinii, aplicarea SI obligă la următoarele modificări:
Biochimie clinică. Molul (mol) şi subunităţile molului (mmol, μmol, nmol, pmol sau fmol), pentru cantitatea de substanţă înlocuiesc gramul sau miligramul. Litrul pentru unitatea de volum înlocuieşte 100 ml sau decilitru (dl). Katalul (Kat) sau subunităţile katalului (μkat, nkat) se utilizează pentru exprimarea activităţii enzimatice înlocuind unitatea U.
Hematologie. Numărul elementelor celulare: eritrocite, leucocite, trombocite
etc., se raportează la litru (l) şi nu la microlitru (μl) sau . Pentru
eritrocitate, numărul absolut se exprimă în bilioane pe litru sau tera pe litru, iar leucocitele şi trombocitele în miliarde pe litru sau giga pe litru. Totuşi, se evită exprimarea în T sau G pentru a nu se confunda T= Tesla, care exprimă fluxul magnetic în SI, iar G= Gauss, exprimă fluxul magnetic în sistemul
CGS. Exemplu: nr. hematii 4,5X ; nr. leucocite
.
Hemoglobina (Hb) se exprimă în milimoli pe litru (mmol/l), considerând masa moleculară a Hb, masa moleculară a monomerului de hemoglobină egală cu 64458:4=16114,5. Exemplu: Hb 8,07 mmol/l=13 g Hb/dl sau 100 ml. Hematocritul (Htc) se exprimă în litru pe litru (l/l). Exemplu: Htc 0,35 l/lîn loc de Htc 35%. Exprimarea numerică diferenţială a celulelor se exprimă în fracţiuni numerice şi nu în procente (%). Exemplu: 0,15 în loc de 15%. Valoarea absolută a celulelor se raportează la litru (l).
Cardiologie. Tensiunea se exprimă în kilopascali (kPa) şi nu în mmHg. Exemplu 16 kPa = 120 mmHg. Multiplicând mmHg cu 0,1333, se obţine valoarea în kPa.
Pneumologie, angiologie. Presiunea se exprimă în pascali (Pa), înlocuind
exprimarea în apă, mmHg, torr şi atmosferă.
Nefrologie. Cleareance-ul se exprimă în milimetri (ml) pe secundă şi nu în milimetri pe minut.
Neurologie. Presiunea lichidului cefalorahidian (lcr) se exprimă în pascali (Pa) sau kilopascali (kPa), substanţele în mmol/l şi numărul de celule în milioane pe litru.
Dietetică, medicina muncii. Caloria (cal) şi kilocaloria (kcal) se înlocuieşte cu joule (J) şi kilojoule (kJ).
Ortopedie, medicină sportivă. Puterea se exprimă în newton (N), presiunea în pascali (Pa), lucrul mecanic în joule (J), tensiunea în watt (W).
Radiologie, medicina nucleară. Sistemul SI în radioactivitate a fost recomandat de Conferinţa Generală de Greutăţi şi Măsuri şi adoptat de Commision on Radiation Units and Measurements.
Unitatea SI pentru activitate este becquerele (Bq) şi este egal cu o transformare nucleară pe secundă.
(Curie)
Unitatea SI pentru doza absorbită este gray (Gy) şi este egal cu 1 joule pe kg (J/kg). 1Gy=100rad.
Unitatea SI pentru doza echivalentă este sievert (Sv) şi este egal cu 1 joule pe kilogram (J/kg). Unitatea propusă de Comisia Internaţională pentru Protecţia Radiologică: 1Sv=100 rem.
Unitatea SI pentru expunere este Coulomb pe kilogram (C/kg). Pentru această unitate, nu s-a adoptat un nume special.
Oftalmologie. Tensiunea oculară, ca orice tensiune, se exprimă în kilopascali. Dioptria (dpt) a rămas. Frecvenţa razelor luminoase vitale nu se exprimă în milimicroni (mμ), ci în nanometri (1nm=1mμ). Intensitatea luminozităţii, mărimea de bază, se exprimă în candelă (cd). Unitatea de măsură a fluxului luminos este luxul (lx). Densitatea luminozităţii se
exprimă în candelă pe ( ).
Ca urmare a aplicării SI în medicină folosirea unor unităţi de măsură au fost interzise sau nu se mai recomandă utilizarea lor. Dintre acestea pot fi amintite:
micron (μ), angastrom ( ), kilogram forţă (kgf), gama (γ) unitate de masă egală cu
o milionime de grem, caloria (cal) ş.a.
Avantajele utilizării SI în medicină:
SI reprezintă un limbaj universal utilizat în toate domeniile de activitate umană, ceea ce înseamnă că rezultatele obţinute prin măsurări pot fin înţelese şi comparate în orice ţară din lume.
SI este un sistem practic, coerent, structurat simplu şi raţional, care odată însuşit este uşor de utilizat.
Prin eliminarea sistemelor vechi, tradiţionale, de exprimare a datelor se elimină orice posibilitate de confuzie, care în medicină poate avea consecinţe negative, prin erorile generate.
Dificultăţile legate de introducerea şi utilizarea SI sunt generate în primul rând de necesitatea modificării unor obiceiuri. Cei care s-au obişnuit să exprime rezultatele unor măsurători folosindu-se de un anumit sistem de unităţi de măsurare vor renunţa foarte greu la acesta, chiar dacă ştiu că unităţile de măsură utilizate şi-au pierdut actualitatea. În al doilea rând, dificultăţile pot să apară din cauza faptului că, în general, pacienţii cunosc foarte bine valorile considerate normale ale anlizelor în legătură directă cu boala de care suferă.
Modificările în exprimarea măsurărilor pot determina dezorientarea şi chiar neliniştea pacienţilor. Un exemplu: conform sistemului tradiţional, dacă leucocitele
se află în număr de de sânge această concentraţie este considerată
normală. Dar, dacă vă reamintiţi, toate concentraţiile inclusiv cele ale elementelor figurate ale sângelui, conform SI, trebuie exprimate la litru! În acest caz, valoarea
mai sus menţionată va putea fi scrisă astfel: . Ceea ce va determina
dezorientarea pacientului, sau 5000000000/L, care va duce pacientul în pragul panicii. Bineînţeles, medicul trebuie să explice pacientului că ultimele două valori reprezintă de asemenea valori normale, doar că sunt exprimate în unităţi de măsură aparţinând SI.
Un exemplu şi mai relevant este: conform SI presiunea arterială trebuie exprimată în kilopascali (kPa) şi nu în mmHg. Pentru conversia în kPa se multiplică valoarea în mmHg cu 0,1333. Se obţin valori numerice ale tensiunii arteriale total diferite de cele cunoscute de toată lumea, inclusiv de pacienţi. În acest caz, pentru a evita confuziile s-a propus ca o perioadă de timp exprimarea
tensiunii arteriale să se facă atât în manieră tradiţională, în mmHg, cât şi conform SI, în kPa.
Utilitatea factorilor de conversie
Cu toate că Organizaţia Mondială a Sănătăţii a recomandat încă din anul 1977 introducerea SI în medicină, perioada de tranziţie către asimilarea totală a noului sistem s-a prelungit. O serie de laboratoare şi unii medici preferă exprimarea unor rezultate în unităţi de măsură utilizate în perioada anterioară introducerii SI. Aceste unităţi sunt denumite convenţionale sau tradiţionale. Evident, această inerţie în adoptarea SI generează complicaţii inutile şi chiar confuzie în practica medicală.
Pe de altă parte, în calitatea de utilizatori ai rezultatelor unor determinări, puteţi să întâlniţi următoarea situaţie: un anumit rezultat este exprimat conform SĂ, dar dvs. aveţi la dispoziţie valorile normale exprimate în unităţi vechi, convenţionale. În ambele cazuri este necesară conversia valorilor numerice ale măsurărilor. Această conversie se realizează cu ajutorul factorilor de conversie. Factorii de conversie sunt calculaţi pe baza unei relaţii dedusă pornind de la ecuaţia măsurării şi se află de obicei la dispoziţia utilizatorilor, în tabele de constante biologice. Uneori veţi găsi în cărţi după unele valori numerice factorul de conversie menţionat în paranteză.
Formula generală de conversie este:
X =
Tabelul.1. Factori de conversie din unităţi convenţionale în unităţi ale SI pentru diferite componente ale sîngelui.
2. Să se exprime următoarele valori ale activităţii enzimatice în nkat/L: 8,2 UI/L; 4,7 UI/L.
3. Să se exprime următoarele valori ale activităţi enzimatice în μkat şi respectiv nmol: 45 UI; 28,5 UI.
4. Să se calculeze factorul de conversie pentru creatinină (M=113,12) atunci când valorile exprimate în mg/dL trebuie transformate în μmol/L. Să se calculeze şi valorile corespunzătoare pentru 0,74 mg/dL şi respectiv, 0,59 mg/dL.
5. Să se calculeze factorul de conversie pentru concentraţia plasmatică de acid aceto- acetic (M=102,09) şi să se exprime în SI limitele intervalului de normalitate, ştiind că, exprimate în mg/L acesta variază între 1,6- 4,4.
6. Notaţi relaţiile care fac posibile conversiile din mg/dL => mmol/L şi respective din mmol/L => mg/dL.
2. Mărimi, semnale şi mesaje măsurabile în medicină
Pornind de la diferitele domenii ale fizicii au fost contituite bazele teoretice şi practice ale tuturor procedeelor de măsurare. Sunt trei motive ale consacrării fizicii ca bază a metrologiei:
Orice obiect, fenomen sau sistem se caracterizează printr-o serie de proprietăţi caracteristice măsurabile, denumite mărimi fizice.
O serie de mărimi fizice au calitatea de a caracteriza un fenomen natural care poate fi măsurat cu precizie, poate fi reprodus oricând şi are o valoarea universal constantă. De exemplu, viteza luminii, masa atomului de hidrogen, perioada unei unde electromagnetice emise de un anumit atom al unui anumit element radioactiv, au calitatea de constante universale, identice în orice punct din Univers şi în orice moment din istoria acestuia. Existenţa constantelor universale a generat o idee excepţională: unităţile de măsură au fost raportate la fenomene fizice naturale, care pot fi reproduse exact. În acest mod, cel puţin în cazul unităţilor de măsură, omul a încetat să mai fie măsura tuturor lucrurilor, din simplul motiv că unităţile ca deget, sau palmă nu puteau deveni universale, din cauza variabilităţii anatomice de la undivid
la altul. Constantele universale au permis elaborarea Sistemului Internaţional (SI) de unităţi de măsură.
Toate mijloacele de măsurare provin din domeniul fizicii, iar aparatura medicală, indiferent de gradul de complexitate, are la bază principii fizice.
Ce se măsoară în medicină în vederea obţinerii unor informaţii cantitative? Se poate afirma că medicina reprezintă domeniul cu cea mai variată gamă de măsurări, de la mărimi fizice şi biofizice, la semnale biologice şi o serie de măsurări complexe, posibile datorită datorită dezvoltării excepţionale a tehnologiei medicale.
1. Mărimi fizice
Prin mărime se înţelege o proprietate a obiectelor, fenomenelor sau a sistemelor, care poate fi deosebită calitativ şi determinată cantitativ. Cel mai răspândit tip de mărimi este reprezentat de mărimile fizice. În general, prin mărime fizică se înţelege o proprietate caracteristică, a unui material, a unui obiect sau a unui sistem fizic oarecare. De exemplu, un corp fizic are o anumită masă, densitate, temperatură, rezistenţă electrică etc. Toate aceste mărimi fizice denumesc caracteristici calitative ale unui corp, dar ele pot fi mai mari sau mai mici, mai intense sau mai puţin intense, aceasta reprezentând latura cantitativă a mărimilor respective. O mărime fizică trebuie caracterizată atât calitativ cât şi cantitativ. Pentru caracterizarea cantitativă a unei mărimi fizice este necesară operaţiunea de măsurare.
De reţinut, că unele mărimi sunt comparabile între ele, deşi poartă denumiri diferite. Acestea sunt tratate în metrologie ca un singur tip de mărime. De exemplu, mărimi ca distanţa, deplasarea, grosimea, înălţimea, adâncimea, altitudinea, diametru, circumferinţă, lungime de undă şi altele, pot fi considerate în metrologie ca o singură mărime, şi anume lungime. Ca urmare, toate mărimile enumerate vor fi exprimate cantitativ, şi deci numeric, prin aceeaşi unitate de măsură, metru.
Mărimile fizice se împart în mărimi scalare şi în mărimi vectoriale. Mărimile scalare sunt cele care pot fi complet determinate printr-o valoare numerică şi o unitate. De exemplu, tensiunea unei baterii electrice, volumul unei sticle, timpul
indicat de un ceas, lungimea unui corp sau greutatea acestuia au în comun faptul că sunt reprezentate printr-un număr la care se adaugă simbolul unităţii de măsură.
În cazul mărimilor vectoriale în afară de menţionarea unei valori numerice şi a unităţii mai este necesară indicarea unei direcţii şi a unui sens. În principiu, vectorul este caracterizat prin patru elemente: modul, direcţie, sens, punct de aplicaţie. Vectorul este asociat unei anumite mărimi fizice, ca de exemplu: forţă, viteză, acceleraţie, intensitatea câmpului electric etc.
În modul cel mai evident, majoritatea mărimilor fizice reprezintă nu numai proprietăţi ale unor corpuri fizice nevii, ci şi caracteristici ale unor structuri sau funcţii din organism. Mărimi fizice ca lungimea, masa, timpul, temperatura, cantitatea de substanţă caracterizează deopotrivă atât obiectele fizice cât şi organismul uman. După cum o serie de medii lichide din organism prezintă proprietăţi comparabile cu cele ale unor fluide fizice: densitate, viscozitate, tensiune superficială la interfeţe, o anumită presiune etc. acestor proprietăţi le corespund mărimi fizice măsurabile.
Deşi un număr mare de mărimi fizice sunt caracteristice atât sistemelor nevii cât şi biosistemelor, în cazul când acestea sunt evaluate cantitativ apare o deosebire esenţială. Astfel, dacă ne referim, de exemplu, la măsurarea dimensiunilor unui corp fizic, acestea se pot determina direct cu ajutorul unui instrument adecvat. Doar precizia măsurării va depinde de tipul instrumentului utilizat. Dimpotrivă, în cazul măsurării diferitelor caracteristici dimensionale ale corpului uman apar numeroase „complicaţii” din două motive:
a) necesitatea utilizării unor instrumente adecvate : dacă se măsoară numai înălţimea unui subiect este suficientă o simplă scală divizată în centimetri şi fixată vertical, pe când în cazul unor măsurări mai aprofundate, cum ar fi cele de la nivelul craniului sau pelvisului măsurările sunt complexe. Ansamblul procedeelor de măsurare a craniului uman şi a diverselor sale părţi se numeşte craniometrie, instrumentul utilizat fiind craniometrul. Ăn cazul pelvisului, procedeele în ansamblul lor se numesc pelvimetrie, iar instrumentul pelvimetru. În ultimii ani, pentru măsurare se utilizează, în unele cazuri, şi mijloace radiologice sau ecografice.
b) Variabilitatea biologică este o însuşire fundamentală a organismelor. În exemplul pe care l-am ales, variabilitatea biologică se manifestă prin faptul
că înălţimea subiecţilor de acelaşi sex şi de aceeaşi vârstă, dintr-o populaţie, se deosebeşte de la un individ la altul. Însă pe medic în interesează dacă valoarea măsurată a taliei unui subiect este normală. Cum se stabilesc, însă, în condiţiile variabilităţii biologice, valorile normale? În principiu limita dintre normal şi anormal se stabileşte pe baza unor raţionamente şi procedee statistice. În cazul măsurării taliei, subiecţii normali sunt cei a căror înălţime se află prin valoarea numerică cel mai aproape de media simetrică a înălţimilor unui lot de subiecţi de acelaşi sex şi vârstă. Anormal este un subiect a cărui înălţime proprie se abate semnificativ de la media aritmetică se efectuează pe baza deviaţiei standard.
2. Mărimi biofiziceO altă categorie de mărimi, în strictă relaţie cu proprietăţile organismelor vii,
este reprezentată de mărimile biofizice. Aceste mărimi sunt expresia unor proprietăţi biofizice măsurabile. De exemplu, membrana celulară este reprezentată actualmente prin modelul mozaicului fluid. Microviscozitatea membranei este consecinţa dinamicii moleculare componente ale dublului strat alcătuit din fosfolipidei, al membranei, şi se poate măsura. Un alt exemplu: Globulele roşii prezintă proprietatea denumită deformabilitate erotricitară, care permite trecerea acestora la nivelul capilarelor. Deformabilitatea poate fi măsurată, iar rezultatele sunt utile în clinică.O grupă importantă cuprinde mărimile biofizice din domeniul radiobiologiei. Pentru evaluarea globală a dozei de radiaţii ionizante primită de un organism a fost definită mărimea fizică denumită doză absorbită. Această doză, din punct de vedere strict fizic, este definită ca fiind energia globală absorbită de unitatea de masă de materie. Unitatea dozei absorbite se numeşte gray (Gy), iar 1 gray= 1 joile pe kg. Doza absorbită este doar o mărime cu caracter statistic care permite să se aprecieze, de exemplu, energia medie absorbită în cazul iradierii unui organ. Această mărime, utilizată în cazul iradierii unui organism viu, are un mare defect: ea este insuficientă pentru a se desemna efectele produse în organism, deoarece la o doză absorbită egală aceste efecte variază în funcţie de natura radiaţiilor ionizante, sensibilitatea ţesutului care absoarbe radiaţiile, ca şi debitul dozei de radiaţii şi fracţionarea acesteia. De aceea a fost propusă o mărime biofizică
denumită doza echivalentă. Unitatea de măsură este denumită în acest caz Sievert (Sv).
3. Semnale biologiceCea mai vastă sursă de înregistrări şi măsurări în medicină este reprezentată de
semnalele biologice. Prin semnal biologic se înţelege o manifestare vitală, fiziologică transmisibilă în organism printr-un anumit mediu.Originea semnalelor biologice din organism este foarte diversă, în relaţie cu diversitatea proceselor din organism care pot fi: chimice, biochimice, bioelectrice, mecanice, termice, acustice etc. Orice semnal biologic conţine o informaţie, în relaţie cu fenomenul care l-a generat. De exemplu, concentraţia glucozei în sânge oferă informaţii de primă importanţă asupra metabolismului glucidic, iar în cazul biocurenţilor electrici informaţiile sunt extrem de importante pentru cunoaşterea funcţiei structurilor excitabile. În vederea înregistrării şi a evaluării cantitative semnalele sunt achiziţionate, selecţionate şi cel mai adesea, transmise ca mesaje, care sunt înregistrate şi prelucrate electronic. În practica medicală, faptul că toate semnalele bioelectrice pot fi preluate relativ uşor din punct de vedere tehnic, reprezintă un avantaj extrem de important. Celelalte tipuri de mesaje biologice chimice, biochimice, fizice, biofizice, mecanice, termice, acustice pot fi, de asemenea selectate, dar numai prin intermediul unor traductori, care în final, livrează tot semnale electrice. Totodată, evoluţia mijloacelor informaticii a permis achiziţia automată a datelor şi prelucrarea acestora. Pe de altă parte, apariţia unor tehnici cu totul noi, majoritatea în relaţie cu biotehnologiile au modificat complet tehnicile de evaluare cantitativă în medicină. Exemple: biosenzorii permit determinarea concentraţiei majorităţii semnalelor biochimice prin conversie în
Reprezentare schematică a aspirării
cu ajutorul unui fragment foarte mic de membrană care conţine un singur canal ionic.
mesaje electrice prelucrabile electronic, iar citometria de flux permite analiza celulelor în funcţie de o serie de parametri fizici şi biologice ai acestora, devenind astfel posibilă analiza automată a diferitelor populaţii celulare.
Progrese excepţionale s-au produs în toate domeniile morfometriei medicale: cariometrie, citometrie, histometrie, viscerometrie, osteometrie, somatometrie. În toate aceste domenii este posibilă în prezent efectuarea automatizată a măsurărilor, cu achiziţia datelor la calculator şi prelucrarea statistică a acestora, ca şi interpretarea lor, în raport cu valorile normale.
Se extinde tot mai mult biometria ultrasonică. Iată câteva exemple: esteodensitometria ultrasonică (măsurarea densităţii ţesutului osos cu ajutorul ultrasunetelor), biometria oculară ultrasonică, pelvimetria ultrasonică. În aceste cazuri în exprimarea cantitativă a rezultatelor se utilizează de obicei unităţi de măsură aparţinând SI, cel mai adesea unităţi derivate.
De exemplu, în osteodensiometria ultrasonică se măsoară viteza sunetului în ţesutul osos, exprimată în m/s.
Uneori necesităţile practice medicale impun măsurări care sunt dificil de cantificat, cum ar fi o serie de semne funcţionale subiective.
Caracteristicile unor mesaje biologice (după G. Benetato şi colab. 1971)
