Aplicabilidade da espectroscopia vibracional na análise de biópsia líquida após teste de contra-relógio no ciclismo
Artigo original - e235548 - Publicado 15 de dezembro de 2024
DOI:
https://doi.org/10.33233/rbfex.v23i3.5548Palavras-chave:
espectroscopia vibracional, ATR-FTIR, ciclismo, quimiometriaResumo
Introdução: A espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier e refletância total atenuada (ATR-FTIR) é uma técnica utilizada para analisar alterações bioquímicas em amostras biológicas. Entretanto, são necessários métodos quimiométricos e uso de ferramentas de inteligência artificial (IA) para análise desses dados. Objetivo: Investigar se o ATR-FTIR pode ser usado para caracterizar e distinguir o perfil bioquímico de atletas antes e após um teste de ciclismo. Métodos: Estudo transversal com 10 ciclistas realizando um teste contra o relógio de 20 km. Resultados: Os dados do ATR-FTIR, combinado com abordagens de reconhecimento de padrões, permitiram identificar diferenças bioquímicas entre os momentos pré e pós-teste. Após remoção de duas amostras outliers, análise de componentes principais (PCA) revelou uma separação distinta de pré e pós-teste a partir da região espectral fingerprint (1800 – 900 cm-1). A análise com amostragem pelo método de Monte Carlo associado ao algoritmo genético e análise discriminante (MC-GA-LDA) identificou regiões espectrais específicas relacionadas a essas diferenças, indicando as variações bioquímicas mais relevantes (bandas de 1338-1308, estiramento C-H assimétrico – amida III; e 1125-1108, estiramento assimétrico C-O-lactato). Esses resultados demonstram a sensibilidade do ATR-FTIR em detectar alterações metabólicas e sugerem sua aplicabilidade como ferramenta para monitorar respostas fisiológicas em atividades esportivas. A técnica pode ser útil no acompanhamento personalizado da carga de treinamento e identificação de marcadores específicos de desempenho, fadiga ou estresse fisiológico. Conclusão: A técnica espectroscópica ATR-FTIR, associada à quimiometria, pode ser uma abordagem promissora para caracterizar e distinguir o perfil bioquímico de atletas em resposta a estímulos físicos.
Referências
Movasaghi Z, Rehman S, Rehman I. Fourier Transform Infrared (FTIR) Spectroscopy of Biological Tissues. Applied Spectroscopy Reviews. 2008;43(2):134-79. doi: 10.1080/05704920701829043
Cunha BR, Ramalhet L, Fonseca LP, Calado CRC. Fourier-Transform Mid-Infrared (FT-MIR) Spectroscopy in Biomedicine. Essential Techniques for Medical and Life Scientists. 2020;1:1-39. doi: 10.2174/9789811464867120010004
Theakstone AG, Rinaldi C, Butler HJ, Cameron JM, Confield LR, Rutherford SH, et al. Fourier-transform infrared spectroscopy of biofluids: A practical approach. Translational Biophotonics. 2021;3(e202000025):1-20. doi: 10.1002/tbio.202000025
Mitchell AL, Gajjar KB, Theophilou G, Martin FL, Martin-Hirsch PL. Vibrational spectroscopy of biofluids for disease screening or diagnosis: translation from the laboratory to a clinical setting. J Biophotonics. 2014;7(3-4):153–65. doi: 10.1002/jbio.201400018
Hughes C, Brown M, Clemens G, Henderson A, Monjardez G, Clarke NW, et al. Assessing the challenges of Fourier transform infrared spectroscopic analysis of blood serum. J Biophotonics. 2014;7(3-4):180–8. doi: 10.1002/jbio.201300167
Borchman D, Foulks GN, Yappert MC, Tang D, Ho DV. Spectroscopic evaluation of human tear lipids. Chem Phys Lipids. 2007;147(2)87–102. doi: 10.1016/j.chemphyslip.2007.04.001
Martins TS, Magalhães S, Rosa IM, Vogelgsang J, Wiltfang J, Delgadillo I, et al. Potential of FTIR spectroscopy applied to exosomes for Alzheimer's disease discrimination: a pilot study. Journal of Alzheimer's Disease 2020;74(1):391–405. doi: 10.3233/JAD-191034
Grigoruţă M, Vargas-Caraveo A, Vázquez-Mayorga E, Castillo-Michel HA, Díaz-Sánchez ÁG, Reyes-Herrera J, et al. Blood mononuclear cells as speculum of emotional stress analyzed by synchrotron infrared spectroscopy and a nootropic drug. Spectrochimica Acta. Part A, Molecular and Biomolecular Spectroscopy. 2018;204:475–83. doi: 10.1016/j.saa.2018.06.075
Bujok J, Gąsior-Głogowska M, Marszałek M, Trochanowska-Pauk N, Zigo F, Pavľak A, et al. Applicability of FTIR-ATR Method to Measure Carbonyls in Blood Plasma after Physical and Mental Stress. Biomed Res Int. 2019;2019(2181370):1-9. doi: 10.1155%2F2019%2F2181370
Meeusen R, Duclos M, Foster C, Fry A, Gleeson M, Nieman D, et al. Prevention, diagnosis, and treatment of the overtraining syndrome: joint consensus statement of the European College of Sport Science and the American College of Sports Medicine. Med Sci Sports Exerc. 2012;45(1):186–205. doi: 10.1249/MSS.0b013e318279a10a
Mohabbati-Kalejahi E, Azimirad V, Bahrami M, Ganbari A. A review on creatinine measurement techniques. Talanta. 2012;97:1–8. doi: 10.1016/j.talanta.2012.04.005
Koczoń P, Hołaj-Krzak JT, Palani BK, Bolewski T, Dąbrowski J, Bartyzel BJ, et al. The analytical possibilities of FT-IR spectroscopy powered by vibrating molecules. Int J Mol Sci. 2023;24(2):1013. doi: 10.3390/ijms24021013
Silva RA, Silva-Júnior FL, Pinheiro FA, Souza PF, Boullosa DA, Pires FO. Acute prior heavy strength exercise bouts improve the 20-km cycling time trial performance. J Strength Cond Res. 2014;28(9):2513–20. doi: 10.1519/JSC.0000000000000442
Jolliffe IT, Cadima J. Principal component analysis: a review and recent developments. The Royal Society. 2016;374(20150202):1-16. doi: 10.1098/rsta.2015.0202
Cui M, Prasad S, Mahrooghy M, Bruce LM, Aanstoos J. Genetic algorithms and Linear Discriminant Analysis based dimensionality reduction for remotely sensed image analysis. 2011 IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium, Vancouver, BC, Canada, 2011, pp. 2373-6. Available at: https://www.cavs.msstate.edu/publications/docs/2011/07/9003cui_igarss2011.pdf
Tang KS, Man KF, Kwong S, He Q. Genetic algorithms and their applications. IEEE Signal Processing Magazine. 1996;13(6):22-37. doi: 10.1109/79.543973
Petibois C, Déléris G. Fourier-transform infrared spectrometry determination of the metabolic changes during a maximal 400-meter swimming test. Int J Sports Med. 2003;24(5). doi: 10.1055/s-2003-40707
Khaustova S, Shkurnikov M, Tonevitsky E, Artyushenko V, Tonevitsky, A. Noninvasive biochemical monitoring of physiological stress by Fourier transform infrared saliva spectroscopy. Analyst. 210;135(12):3183–92. doi: 10.1039/c0an00529k
Caetano Júnior PC, Lemes LC, Aguiar JC, Strixino JF, Raniero L. Application of FT-IR spectroscopy to assess physiological stress in rugby players during fatigue test. Rev Biomed Eng. 2016;32(2):123-8. doi: 10.1590/2446-4740.05315
Chrimatopoulos C, Pavlou E, Kourkoumelis N, Sakkas V. Discriminating the salivary profile of athletes using ATR-FTIR spectroscopy and chemometrics. Chemometrics and Intelligent Laboratory Systems. 2022;230:104660. doi: 10.1016/j.chemolab.2022.104660
Souza AV, Teixeira RR, Caixeta DC, Silva ATF, Gonçalves LCO, Giolo JS, et al. Salivary spectral signature using ATR-FTIR spectroscopy in different exercise protocols. Spectrochim Acta A Mol Biomol Spectrosc. 2024;320:124599. doi: 10.1016/j.saa.2024.124599
Nascimento MHC, Marcarini WD, Folli GS, Silva Filho WG, Barbosa LL, Paulo EH, et al. Noninvasive diagnostic for COVID-19 from saliva biofluid via FTIR Spectroscopy and Multivariate Analysis. Analytical Chemistry. 2022;94(5):2425-33. doi: 10.1021/acs.analchem.1c04162
Barauna VG, Singh MN, Barbosa LL, Marcarini WD, Vassallo PF, Mill JG, et al. Ultrarapid on-site detection of SARS-CoV-2 infection using simple ATR-FTIR spectroscopy and an analysis algorithm high sensitivity and specificity. Analytical Chemistry. 2021;93(5):2950–2958. doi: 10.1021/acs.analchem.0c04608
Pinto GC, Leal LB, Magalhães NC, Pereira MF, Vassallo PF, Pereira TM, et al. The potential of FT-IR spectroscopy for improving healthcare in sepsis - An animal model study. Photodiagnosis Photodyn Ther. 2021;34(02312). doi: 10.1016/j.pdpdt.2021.102312
Nogueira MS, Leal LB, Marcarini WD, Pimentel RL, Muller M, Vassallo PF, et al. Rapid diagnosis of COVID-19 using FT-IR ATR spectroscopy and machine learning. Sci Rep. 2021;11(1):15409. doi: 10.1038/s41598-021-93511-2
Downloads
Publicado
Edição
Seção
Licença
Copyright (c) 2024 Leandro dos Santos, Marcia Helena Cassago Nascimento, Leonardo Barbosa Leal, Ian Manhoni Baiense, Ana Luiza de Castro Lopes, Amanda Piaia Silvatti, Richard Diego Leite, Valerio Garrone Barauna
Este trabalho está licenciado sob uma licença Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Autores que publicam nesta revista concordam com os seguintes termos: Autores mantém os direitos autorais e concedem à revista o direito de primeira publicação, com o trabalho simultaneamente licenciado sob a Licença Creative Commons Attribution que permite o compartilhamento do trabalho com reconhecimento da autoria e publicação inicial nesta revista; Autores têm autorização para assumir contratos adicionais separadamente, para distribuição não-exclusiva da versão do trabalho publicada nesta revista (ex.: publicar em repositório institucional ou como capítulo de livro), com reconhecimento de autoria e publicação inicial nesta revista; Autores têm permissão e são estimulados a publicar e distribuir seu trabalho online (ex.: em repositórios institucionais ou na sua página pessoal) a qualquer ponto antes ou durante o processo editorial, já que isso pode gerar alterações produtivas, bem como aumentar o impacto e a citação do trabalho publicado (Veja O Efeito do Acesso Livre).