Desenvolvimento de um protótipo para medição de corpos cetônicos utilizando Arduino

Abstract

O presente trabalho visa o desenvolvimento de um equipamento pro- tótipo, portátil e não invasivo, para medição de corpos cetônicos. A ideia do projeto foi concebida com foco em um melhor controle e rá- pido diagnóstico de complicações do Diabetes que, segundo estudos, é hoje a quarta doença com maior índice de mortalidade no Brasil. A funcionalidade do protótipo se dá pela detecção da quantidade de cetona existente na respiração de um paciente possibilitando a veri- ficação de seu índice de cetose. Na situação clínica denominada de Diabetes o corpo para de processar de forma eficiente a glicose devido a uma deficiência ou mesmo a interrupção da produção de insulina que é responsável pela transformação da glicose que está em nossa corrente sanguínea em energia, fazendo com que o corpo entre no processo de ce- tose, usando gordura como fonte de energia. A ineficiência ou ausência da insulina causa a hiperglicemia, favorecendo a lipólise, ocasionando o aumento da concentração de ácidos graxos no sangue. Esses ácidos são convertidos em acetil CoA, e estes por sua vez se ultrapassarem a capacidade de utilização hepática se convertem em corpos cetônicos. As cetonas são ácidos que se acumulados em excesso no sangue pro- vocando a cetoacidose diabética que, em alguns casos, é usada como condição de diagnóstico inicial da Diabetes Mellitus por ser comum na Diabetes Tipo 1 e também ocorrer em pessoas com a Diabetes Tipo 2. A medição, atualmente, da cetoacidose se da por teste de urina ou de sangue com o uso de tiras de teste sendo o ideal fazer esse teste sempre que a glicose no sangue estiver acima de 250 mg/dL. O protótipo de- senvolvido usa, para entrada de informações, dois sensores, sendo um digital e outro analógico. O DHT11 é um sensor digital de umidade e temperatura e fornece temperatura em grau celsius e a umidade rela- tiva em porcentual observando que a medida de umidade trabalha com um range de 20 a 90%UR com uma precisão de 5%UR e a temperatura tem um range de 0 a 50◦C e uma precisão de ±2 ◦C. O sensor analó- gico é o TGS822 de detecção de gases orgânicos como etanol, acetona, monóxido de carbono e outros. Após soprar no bocal do equipamento, este, faz a leitura das informações obtidas pelos sensores, e através de um Arduino Uno que recebe ambos os dados, analógico e digital, pro- cessa em um código desenvolvido para realizar as transformações nos dados e, por fim, apresenta em um display de LCD, os dados lidos ao usuário. Caso o valor da cetona medido seja maior que 40mg/dL, uma mensagem aparecerá na tela lembrando a pessoa de checar a sua glicose. Além disso, foi feita uma análise comparativa de precisão de medição entre o protótipo e os testes habituais para realização da validação dos valores medidos pelo sensor, usando-se de tiras para testes de urina para medição de 10 parâmetros, incluindo glicose e corpos cetônicos. Uma primeira medição foi feita ao ar, sem se soprar no medidor, para garantia de que a medição daria 0.00 mg/dL e após foram realizadas uma série de medições em níveis normais de cetona.

The present work aims the development of a prototype, portable and non-invasive, for the gauging of ketone bodies. The idea of the project was designed focusing on a better control and faster diagnosis of Diabe- tes complications that, according to studies, is today the fourth disease with higher mortality rate in Brazil. The functionality of the prototype is given by the detection of the amount of acetone gas present in the respiration of a patient, allowing the verification of its ketosis index. The functionality of the prototype is given by detecting the amount of ketone present in a patient’s breath enabling the verification of their ketosis index. In the clinical situation called Diabetes the body stops to efficiently process the glucose due to a deficiency or even the interrup- tion of insulin production, which is responsible for the transformation of glucose that is in our bloodstream into energy causing the body to enter the ketosis process using fat as the energy source. The inefficiency or absence of insulin causes hyperglycemia, favoring lipolysis, causing an increase in the concentration of fatty acids in the blood. These acids are converted to acetyl CoA, and these, in turn, if they exceed the ca- pacity of hepatic use, become ketone bodies. Ketones are acids that accumulate in excess in the blood causing diabetic ketoacidosis which is used as an initial diagnostic condition for Diabetes Mellitus because it is common in Type 1 Diabetes and also occurs in people with Type 2 Diabetes. The actual measurement of ketoacidosis is by urine or blood test with the use of test strips and it is ideal to do this test whenever the blood glucose is above 250 mg / dL. The prototype developed uses, for information input, two sensors, one being digital and the other analog. The DHT11 is a digital humidity and temperature sensor and provides temperature in degree celsius and relative humidity in percentage ob- serving that the humidity measurement works with a range of 20 to 90 % RH with an accuracy of 5 % RH and the temperature has a range of 0 to 50◦C with an accuracy of ±2 ◦C. The analog sensor is the TGS822 wich detects organic gases such as ethanol, acetone, carbon monoxide and others. After blowing the nozzle of the equipment, it reads the in- formation obtained by the sensors and, through an Arduino Uno that receives both data, analog and digital, processes a code developed to carry out the transformations in the data and finally displays the data read to the user in an LCD display. If the measured ketone value is greater than 40 mg/dL, a message will appear on the screen reminding the person to check its glucose. In addition, a comparative measure- ment accuracy analysis was performed between the prototype and the usual tests to carry out the validation of the values measured by the sensor, using strips for urine tests to measure 10 parameters, including glucose and ketone bodies. A first measurement was made in the air, without blowing on the meter, to ensure that the measurement would give 0.00 mg/dL, and therefore a series of measurements were taken at normal ketone levels.