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Universidade Federal do ABC
Graduação em Engenharia Biomédica
Juliana França Tossato
REVISÃO DE TESTES DIAGNÓSTIVOS PARA AUTOMAÇÃO DE ANÁLISE DE
FEZES
Trabalho de Graduação
São Bernardo do Campo - SP
2019
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Juliana França Tossato
REVISÃO DE TESTES DIAGNÓSTIVOS PARA AUTOMAÇÃO DE ANÁLISE DE
FEZES
Trabalho de Graduação
Trabalho de Graduação apresentado ao
curso de Engenharia Biomédica da
Universidade Federal do ABC, como
requisito para obtenção do título de bacharel
em Engenharia Biomédica.
Orientadora: Profa. Dra. Andrea Cecilia
Dórion Rodas.
São Bernardo do Campo - SP
2019
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AGRADECIMENTOS
Agradeço aos meus pais, por sempre me incentivarem e apoiarem nas minhas
decisões e sonhos; aos meus amigos, por todo o incentivo, apoio e paciência à minha
ausência no período que estive dedicada a este trabalho; ao meu namorado, por todo
o apoio, incentivo e ajuda na finalização deste trabalho; e, à minha professora
orientadora que contribuiu para a realização deste trabalho.
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RESUMO
As fezes são um produto biológico eliminado por todos os tipos de animais, e nos
seres humanos, como em outros mamíferos, elas podem dar indícios de seu estado
de saúde. A determinação de produtos metabólicos, microbiota e resíduos alimentares
presentes nas fezes humanas ou até mesmo o formato e cor delas podem dar
importantes pistas e ajudar no diagnóstico. Estudos com esse objetivo são realizados
rotineiramente em laboratórios, os quais são realizados por um profissional que
necessita de uma formação e treinamento prévio. Além disso, a coleta do material e
seu transporte ao local de diagnóstico geralmente é realizado pelo próprio paciente, o
que pode gerar desconfortos, além do risco de sua perda, ou extravio no ambiente,
gerando um risco ao paciente e ao meio ambiente. Diante disso, com o objetivo de
minimizar os riscos biológicos e o desconforto relacionado à manipulação deste tipo
de material, além do acompanhamento da eliminação de metabólitos que podem dar
indícios de doenças relacionadas ao trato gastro-intestinal, o projeto analisará a
possibilidade da automação da análise de fezes. Neste trabalho foi realizada uma
extensa revisão sobre eliminação das fezes, testes de diagnósticos relacionados e,
por fim, é apresentado um desenho teórico inicial de um dispositivo para instalação
nos vasos sanitários existentes nas residências.
Palavras-chave: exame de fezes, risco biológico, dispositivo portátil.
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LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Vaso sanitário adulto convencional – vista superior ................................ 25
Figura 2 - Corpo do vaso sanitário adulto convencional – vista lateral .................... 25
Figura 3 - Corpo e saída horizontal rente ao piso do vaso sanitário adulto convencional
– vista lateral ............................................................................................................ 25
Figura 4 - Corpo do vaso sanitário adulto convencional com caixa acoplada – vista
lateral ........................................................................................................................ 26
Figura 5 - Protótipo acoplado ao vaso sanitário comum .......................................... 28
Figura 6 - Protótipo acoplado ao vaso sanitário comum, num cenário de banheiro
domiciliar .................................................................................................................. 28
Figura 7 - Fluxograma do protótipo .......................................................................... 29
Figura 8 - Protótipo ................................................................................................... 29
Figura 9 - Escala de cor ........................................................................................... 30
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LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Escala médica de fezes de Bristol .......................................................... 10
Tabela 2 - Possíveis complicações indicadas pela alteração da cor das fezes ....... 11
Tabela 3 - Exemplos de doenças causadas por bactérias que pode ser detectada no
exame de fezes ........................................................................................................ 12
Tabela 4 - Testes de fezes realizados por ELISA .................................................... 20
Tabela 5 - Testes de fezes realizados por espectrofotometria ................................ 23
Tabela 6 - Dimensões padronizadas para vasos sanitários, tamanho adulto
convencional, segundo a ABNT ............................................................................... 24
Tabela 7 - Técnicas de análise utilizadas no dispositivo ......................................... 27
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SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO .................................................................................................................. 8
2. OBJETIVO......................................................................................................................... 9
3. METODOLOGIA ................................................................................................................ 9
4. REVISÃO DA LITERATURA ............................................................................................. 9
4.1. O que são fezes saudáveis ....................................................................................... 9
4.2. Doenças que podem ser detectadas pela análise de fezes .................................. 11
4.3. Fundamentos e procedimentos de técnicas de análise de fezes ........................ 12
4.3.1. Estudo das funções digestivas ............................................................................... 12
4.3.2. Dosagem de gordura fecal ..................................................................................... 16
4.3.3. Pesquisa de sangue oculto ..................................................................................... 17
4.3.4. Pesquisa de parasitas ............................................................................................ 18
4.3.5. Coprocultura ........................................................................................................... 18
4.4. Riscos associados a dietas ricas em lipídios, proteínas e carboidratos ............ 19
4.5. Análises Automatizadas ......................................................................................... 20
4.5.1. Analise para produtos metabólicos ......................................................................... 20
4.5.2. Biossensor para sangue oculto .............................................................................. 23
5. PROTÓTIPO .................................................................................................................... 24
5.1. Padrão de vasos sanitários .................................................................................... 24
5.2. O Protótipo - discussão .......................................................................................... 26
7. CONCLUSÃO .................................................................................................................. 30
8. PRÓXIMOS PASSOS ...................................................................................................... 31
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................................................... 32
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1. INTRODUÇÃO
Segundo a Secretaria Municipal de Saúde de São Paulo, o exame de fezes é
composto pela análise macroscópica, microscópica e bioquímica, que auxilia na
detecção de sangramento gastrintestinal, distúrbios hepáticos e dos ductos biliares e
síndromes de mal absorção. O exame é feito em laboratórios de análises, por
multiprofissionais da área de saúde. Ainda, segundo a Secretaria de Saúde, podemos
citar como principais finalidades do exame: estudo das funções digestivas, dosagem
da gordura fecal, pesquisas de sangue oculto e pesquisa de ovos e parasitas. [1]
A confiabilidade dos resultados de análises de fezes tem uma grande
dependência dos procedimentos de coleta e transporte da amostra. Podemos citar
como fatores que interferem no resultado: a padronização dos procedimentos, a
escolha do material a ser utilizado e o tempo decorrido entre a coleta e a realização
da análise. Um material colhido inadequadamente, como por exemplo contendo urina
ou a água do vaso sanitário, velho ou mal preservado pode gerar um diagnóstico de
baixa significância. [2]
Além do resultado do exame ser dependente dos procedimentos realizados na
coleta e no transporte da amostra, há o risco de contaminação do ambiente e
consequentemente a contaminação de outras pessoas, e até mesmo a contaminação
do profissional que realizará a análise.
Sammer Berry, residente no Cedars-Sinai Medical Center, em Los Angeles, em
entrevista à CNBC, disse que “um banheiro inteligente poderia nos impedir de
descartar informações valiosas sobre nossa saúde”, para ele precisamos entender da
saúde dos pacientes fora de hospitais e clinicas, onde normalmente se realizam os
exames de fezes. Informações básicas sobre as fezes de um paciente seriam valiosas
para um diagnóstico eficiente. [3]
Diante disso, propõe - se criar um analisador portátil de fezes, que visa diminuir
o risco biológico, fazendo com que o procedimento seja simplificado e que médicos
tenham acesso há um histórico sobre as fezes de seus pacientes, auxiliando em seus
diagnósticos.
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2. OBJETIVO
Objetivo geral: revisão de testes diagnósticos para automação de análise de
fezes.
Objetivos específicos:
Descrever o que são fezes saudáveis;
Enumerar as doenças que podem ser detectadas através do exame de
fezes;
Descrever os procedimentos já existentes de análise de fezes;
Propor um protótipo inicial de um analisador de fezes portátil.
3. METODOLOGIA
A metodologia do projeto se dividiu em duas etapas. A primeira foi a revisão da
literatura, onde foi levantado o que são fezes saudáveis, quais as doenças que podem
ser detectadas pelo exame de fezes. Na segunda etapa foram estudados os
fundamentos e procedimentos das técnicas de análise de doenças pelas fezes. A
última etapa foi a formulação de uma proposta inicial de protótipo para o analisador
portátil.
4. REVISÃO DA LITERATURA
4.1. O que são fezes saudáveis
As fezes humanas são compostas de aproximadamente 75% de água, os
outros 25% é composto por fibras, bactérias, muco e células. Uma maneira de
identificar se as fezes estão saudáveis é através da sua forma e consistência, para
que isso seja feito existe a escala médica de fezes de Bristol. Essa escala foi
desenvolvida por Ken Heaton na Universidade de Bristol e foi publicada em 1997 no
Scandinavian Journal of Gastroenterology. Seguindo a Tabela 1, as fezes idealmente
devem ser do tipo 4 com uma cor que varie entre o um marrom claro a um marrom
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mediano, mas estando entre o tipo 3 e 5 são consideradas saudáveis. Os tipos 1 e 2
são característicos de constipação, enquanto que os tipos 6 e 7 são indicativos de
diarreia. [4]
Tabela 1. Escala médica de fezes de Bristol [4].
Escala de fezes de Bristol
Tipo 1
Pedaços duros separados, parecidos com nozes
(difíceis de passar)
Tipo 2
Em formato de salsicha com grumos
Tipo 3
Em formato de salsicha com rachaduras na
superfície
Tipo 4
Em formato de salsicha, macia e suave
Tipo 5
Formatos de gotas com bordas definidas
Tipo 6
Peças fofas com bordas irregulares
Tipo 7
Aguados, sem partes sólidas, toda liquida
Além da escala médica de Bristol, também é possível identificar alguma
alteração na saúde do indivíduo através da coloração das fezes. Idealmente elas
devem ser da cor marrom, podendo variar de um marrom claro a um mediano.
Qualquer alteração nessa cor pode indicar alguma possível complicação, na Tabela 2
é mostrado exemplos.
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Tabela 2. Possíveis complicações indicadas pela alteração da cor das fezes.
Coloração das fezes Possível complicação
Escura
Pode indicar sangramento do sistema gastrointestinal
Amarelada
Pode indicar a presença de gorduras em excesso
Esverdeada Pode indicar que a bile não decompôs o que foi ingerido
da maneira correta
Cor clara Pode indicar diversas complicações, desde deficiência de
bile, doenças hepáticas, até mesmo câncer
Avermelhada Pode indicar sangramento na parte inferior do trato
digestivo ou a presença de hemorroidas
Além de estar entre o tipo 3 e 5 de formato, apresentar uma coloração entre o
marrom claro e marrom mediano. Para considerar as fezes saudáveis, elas devem ser
livres de parasitas, sangue e bactérias patológicas. [4]
4.2. Doenças que podem ser detectadas pela análise de fezes
Como mostrado na Tabela 2, as fezes de cores claras podem ser indicativas
de diversas doenças, sendo a cor mais preocupante. Além das já mostradas na tabela,
elas podem indicar hepatite viral, hepatite alcoólica, defeitos estruturais do sistema
biliar, cálculos biliares, estenose biliar, cisto do ducto biliar, cirroso e tumores. [4]
O exame de fezes tem como objetivo a verificação de possíveis bactérias,
parasitas ou ovos de parasitas na amostra biológica e a possível presença de sague
ou excesso de gordura. Podendo auxiliar o médico no diagnóstico. A presença de
sangue pode indicar sangramentos no trato intestinal ou hemorroidas, já o excesso de
gordura pode indicar má absorção intestinal ou intolerâncias alimentares, como à
lactose ou ao glúten. [1]
A identificação de parasitas pode muitas vezes ser feita a olho nú, em outras
vezes é necessário a análise laboratorial. Os parasitas que causam algum tipo de
infecção que comumente são encontrados em fezes são: Giardia lamblia, Enterobius
vermicularis, Ascaris lumbricoides, Trichuris trichiura, Entamoeba histolytica,
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Cryptosporidium, ténias, ancilostomas, Strongyloides stercoralis, Anisakis simplex e
Schistosomas. [5]
Alguns tipos de vírus também podem ser identificados pelo exame de fezes,
identificando algumas doenças. A diarreicas aguas, doença caracterizada pelo
aumento do número de evacuações, com fezes de consistência líquida, causada por
diferentes agentes etiológicos, pode ser identificada pela detecção da infecção por
rotavírus. Pode-se identificar meningite viral, poliomielite e também eventos de reação
adversa à aplicação de vacina. Além de vírus e parasitas, é possível identificar
bactérias presentes nas fezes, as principais bactérias e a doença relacionada a ela
estão indicados na Tabela 3. [6]
Tabela 3. Exemplo de doenças causadas por bactérias que pode ser detectada no exame de fezes
[7].
Bactéria Doença
Salmonella Intoxicação alimentar
Escherichia coli Infecções
Shigella Disenteria bacilar
4.3. Fundamentos e procedimentos de técnicas de análise de fezes
Existem cinco finalidades para a análise fecal: estudo das funções digestivas,
dosagem de gordura fecal, pesquisa de sangue oculto, pesquisa de parasitas e
coprocultura. [8]
4.3.1. Estudo das funções digestivas [8]
Material necessário: microscópio, lâminas e lamínulas, tubos de ensaio,
pipetas, buretas, baquetas de vidro e soluções.
Preparo do paciente: o paciente deve submeter-se a uma dieta normal que
contenha carboidratos, gorduras e proteínas, além disso, nos dias que antecedem a
coleta das fezes, não devem utilizar medicamentos, incluindo laxantes que podem
interferir na interpretação do exame.
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Coleta das fezes: é preferível que se utilizem recipientes esterilizados, tais
como frascos de boca larga, placas de Petri ou latas previamente limpas. Deve ser
colhido o material correspondente a parte média da amostra geralmente mais
uniforme, evitando contaminação de outras substâncias, como urina e água. Após a
coleta, deve-se encaminhar a amostra ao laboratório o mais rápido possível, a fim de
evitar quaisquer possíveis contaminações, da amostra e do ambiente.
Exame macroscópico: o primeiro procedimento realizado é utilizando o papel
de tornassol, para a verificação do pH da amostra e primeira verificação de possível
presença de sangue. Em seguida, é feita a diluição das fezes, tritura-se um pouco da
amostra adicionando água, de modo que se obtenha 1 parte de fezes para 10 partes
de água. A mistura obtida é colocada numa placa de Petri, de modo que possam ser
observados os detritos suspeitos.
Consistência: fezes normais contêm por volta de 75% de água, essa
porcentagem pode aumentar por diarreia, alimentação vegetariana e
outros fatores. Por outro lado, pode diminuir por alimentação rica em
proteína, baixa ingestão de liquido e constipação intestinal.
Peso: um indivíduo com uma dieta normal elimina por volta de 100 a 150
g por dia, essa quantidade pode aumentar por uma alimentação mais
abundante, fermentação intestinal intensa, insuficiência pancreática ou
síndromes de malabsorção, e podem diminuir nos portadores de
constipação intestinal.
Forma: a forma das fezes é moldada pelo esfíncter anal, elas podem
sofrer estreitamento por estreitamento ou espasmo do reto.
Cor: como a alteração da cor das fezes pode indicar algumas patologias,
fezes esbranquiçadas ou descoradas por ausência de estercobilina,
fezes pretas por presença de sangue digerido, verdes por aceleração do
trânsito intestinal ou avermelhadas por conter sangue não digerido.
Odor: a amostra fecal pode ficar com cheiro butírico ou rançoso por
fermentação intestinal acentuada, pútrido por intensa putrefação, com
odor semelhante ao de esperma por disenteria bacilar ou pútrido
penetrante por carcinomas de cólon ou reto.
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Viscosidade: a viscosidade depende do teor de muco, fezes normais
apresentam pouca viscosidade, ela pode ser aumentada por putrefação
intestinal ou por colite.
Elementos anormais:
o Muco ou catarro: indica irritação ou inflamação do trato intestinal.
A sua presença pode ser indicada por pequenas estrias e
filamentos maiores
o Sangue: o aparecimento de sangue vivo indica a necessidade de
se fazer o exame retossigmoidoscópico, para identificar um
possível câncer.
o Pus: em grande quantidade dá a coloração cinzenta à amostra.
Resíduos alimentares: o exame macroscópico possibilita a identificação
de alguns resíduos alimentares, tais como tecido conjuntivo, fibras
musculares, gordura, detritos vegetais, cálculos, área intestinal
(associada a células vegetais), falsa areia intestinal (associada a
digestão de banana, maçã e alguns vegetais), corpos estranhos e
fragmentos de neoplasma e pólipos.
Exame microscópico: as partes da amostra fecal mais suspeitas são levadas
ao exame microscópico. Para tal procedimento, é necessário colocar-se a amostra
sobre a lâmina e adicionar solução de Lugol forte, para que então o exame direto
possa ocorrer. Tem-se como objetivo a identificação de resíduos alimentares de
origem animal e vegetal e substâncias de origem intestinal.
Resíduos alimentares de origem animal:
o Fibras musculares: geralmente encontradas na coloração
amarelada ou alaranjada pela bile, podem indicar aceleração do
trânsito intestinal ou insuficiência pancreática.
o Tecido conjuntivo: encontrado na forma de feixes de filamentos
alongados ou fibras isoladas sinuosas, pode indicar possível
insuficiência gástrica. Se tornam vermelhos pelo reativo Hecht.
o Gorduras: estão presentes em fezes saudáveis em pequena
quantidade. As gorduras neutras tornam-se avermelhadas na
presença de Sudan II e o aumento de sua quantidade pode
indicar insuficiência pancreática, já os ácidos graxos tornam-se
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avermelhados na presença de Hecht e podem indicar
insuficiência biliar. Os sabões tornam-se esverdeados pelo Hecht,
e podem indicar a presença de cálcio e magnésio no intestino.
Resíduos alimentares de origem vegetal:
o Amido: o amido situado no interior das células dos feculentos e o
amido amorfo apresentado sob forma de faixas isoladas tornam-
se rosados pelo Lugol, enquanto que o amido cru se torna preto.
A elevada concentração de amido por indicar trânsito intestinal
rápido, excesso de ingestão de faculentos ou fermentação
intestinal hidrocarbonada.
o Celulose digestível: são arredondadas, ovais ou irregulares, com
contornos muito nítidos, a sua abundancia indica aceleração do
trânsito cólico.
o Flora idófila: é a flora normalmente encontrada no ceco e cólon,
quando encontrada de forma abundante nas fezes pode indicar
fermentação intestinal exagerada ou evacuação prematura do
ceco e cólon direto.
o Cristais: os cristais de oxalato de cálcio (associado a ingestão de
certos vegetais) em abundancia pode indicar insuficiência
gástrica, os cristais de Charcot-Leyden podem indicar ulceração
intestinal.
Substâncias de origem intestinal: podem ser encontrados muco,
hemácias, leucócitos e células epiteliais. O muco tem a estrutura
organizada em filas alongadas. As hemácias e leucócitos indicam que a
evacuação foi muito rápida a partir da lesão ou que a lesão está
localizada nas partes finais dos terminais do intestino. Por fim, as células
epiteliais podem indicar descamação intestinal.
Exame químico: algumas reações químicas fáceis são de grande importância
na análise fecal, a reações são realizadas depois da diluição e sem filtração.
pH: utiliza-se o papel de tornassol azul e vermelho para identificar se as
fezes estão ácidas, alcalinas ou neutras. Em estado normal, a ração
deve ser neutra ou ligeiramente alcalina, em adultos fezes com pH 6 já
podem irritar a mucosa. Quando a reação indicar uma amostra ácida,
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pode indicar fermentação, já quando indicar uma amostra alcalina
demais, pode indicar a putrefação.
Pigmentos biliares: identifica-se a presença através da adição de uma
solução aquosa saturada de sublimado corrosivo, os sedimentos
tornam-se vermelho-tijolo se houver estercobilina ou estercobilinogênio,
tornam-se verde na presença de bilirrubina ou não muda de cor de não
houver nenhum dos pigmentos. A reação pode indicar acolia caso dê
negativa e pode indicar que a amostra tem origem no intestino delgado
se ficar verde.
Albumina: a sua detecção faz-se da forma similar ao de pigmentos
biliares, é adicionado uma solução aquosa saturada de sublimado, se
houver excesso de albumina ao fim de 2 a 24 horas as partículas vão se
sedimentar completamente e na parte superior vai sobrar um líquido
totalmente claro e transparente.
Muco: a sua detecção ocorre através da diluição das fezes e adição de
uma gota de amoníaco e 2 ml de ácido acético.
4.3.2. Dosagem de gordura fecal [8]
O método mais recomendado para a determinação da dosagem de gordura
fecal presente na amostra é o de Van de Kamer, Wuinink, Tem e Weyers,
desenvolvido em 1949. O método se dá da seguinte forma: os triglicerídeos da
amostra são saponificados através de uma solução alcoólica de hidróxido de potássio,
em seguida adiciona-se ácido clorídrico para que os ácidos graxos possam ser
liberados, os ácidos graxos são extraídos com éter de petróleo e por fim titulados com
solução alcoólica de hidróxido de tetrametilamônio. A dosagem de gorduras
encontradas no procedimento é expressa em gramas de ácido esteárico.
Outro método possível é o da capacitância elétrica, nesse método é extraída
uma alíquota de suspensão fecal com um solvente composto principalmente de
benzenos clorados, em seguida, filtra-se o extrato e mede-se a capacitância elétrica.
A capacitância elétrica obtida é comparada com padrões definidos para determinar a
dosagem de gordura fecal. A eliminação de mais de 5 g de gordura por dia é
considerada anormal e é denominada esteatorréia.
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4.3.3. Pesquisa de sangue oculto [8]
A pesquisa de sangue oculto é de extrema importância, tanto o resultado
positivo quanto o negativo podem contribuir para a análise clínica. Ela é feita a partir
de 4 reações possíveis, que chegam a compostos de diferentes cores, chegando a
eles, indica a presença de sangue oculto.
Reação do guáiaco: a atividade de peroxidase do sague decompõe o
peróxido de hidrogênio, o oxigênio liberado oxida o complexo do
guáliaco, chegando em um composto azulado.
Reação da benzidina: a atividade de peroxidase do sangue decompõe a
água oxigenada, o oxigênio liberado oxida a benzidina, chegando em
um composto azulado ou esverdeado. Esse tipo de reação tem um ponto
de atenção, as gorduras podem dar um falso-positivo, sendo necessário
fazer a extração delas antes de reação.
Reação de Meyer-Johannessen: a fenolftaleína é reduzida pelo zinco
em anidrido ftálico, que ao ser oxidado pelo oxigênio desprendido da
água oxigenada se transforma de novo em fenolftaleína, assumindo a
coloração vermelha.
Reação de Thevenon e Rolland: também é baseado na atividade de
peroxidase do sangue, que decompõe a água oxigenada, e o oxigênio
oxida o ácido piramido, chegando em uma coloração violeta.
A identificação de sague nas fezes pode indicar ulceração ou câncer em algum
ponto do tubo digestivo. Outra possível causa da presença de sangue é o consumo
de aspirinas.
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4.3.4. Pesquisa de parasitas [8]
O material necessário para esse tipo de análise é o mesmo utilizado no estudo
das funções digestivas, com a diferença da possibilidade de utilização de purgantes
salinos, principalmente em pacientes com prisão de ventre.
Exame macroscópico: deve sempre ser feito antes do microscópico pois
permite a verificação de tênias, áscaris, oxiúros e necátor, além de guiar na escolha
de qual parte da amostra deve seguir nos demais exames.
Exame microscópico:
Exame direto: leva-se ao microscópio uma pequena porção da amostra
fecal diluída com solução fisiológica. Tem como objetivo a identificação
de ameba, balantídio ou flagelos. Em seguida, leva-se ao microscópio
outra pequena porção da amostra fecal diluída em Lugol forte, que
colore cistos de protozoários. A sensibilidade do exame direto depende
da quantidade de cistos e ovos presentes na amostra em questão.
Coloração pela hematoxilina férrica: tem-se como objetivo nesse exame
a identificação de flagelados e amebas através da coloração de seus
núcleos.
Identificação de ovos e cistos: técnicas utilizadas em casos em que o
exame direto deu negativo e sabe-se que o paciente está com infecção
por outros exames: método de Willis, método de De Rivas, método de
Craig, método de sedimentação espontânea, método de centrifugação-
flutuação, método do mertiolato-iodo-formol, método de Baerman-
Moraes, método de Stoll.
4.3.5. Coprocultura [8]
A coprocultura é o exame bacteriológico para amostras fecais. O exame deve
ser feito o mais rápido possível após a evacuação, quando não há essa possibilidade,
deve-se utilizar líquidos conservadores. A preparação do material se dá pela adição
de um meio de enriquecimento e um meio seletivo ou diferencial, esses meios têm
como objetivo inibir a flora fecal normal, favorecendo a multiplicação dos patogênicos.
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Após 24 horas que a amostra já está em contato com os meios, é feita
pescagem das colônias suspeitas. Essas colônias são passadas para ágar e meios
ricos em carboidratos. Por fim, isola-se a bactéria suspeita para realizar provas
bioquímicas e serológicas.
Identificação bioquímica: é feita através da fermentação de açucares (glicose,
manita, maltose, lactose e sacarose), produção de indol, H2S, citrato, urease, reação
de VM (Vermelho-de-Metila) e VP (Voges-Proskauer), lisina-descarboxilase e
triptofano-desaminase. A bactéria suspeita é colocada nos diferentes meios e
dependendo de quais deles ele reagir é feita a identificação de qual bactéria está
presente na amostra.
Identificação serológica: é feita utilizando anti-soros específicos, mede-se a
aglutinação depois da amostra passar três minutos em contato com o anti-soro, a fim
de se identificar qual bactéria está presente na amostra fecal.
4.4. Riscos associados a dietas ricas em lipídios, proteínas e carboidratos
A alta ou a baixa concentração de lipídios, carboidratos e proteínas na dieta, e
consequentemente nas fezes, pode ser um fator de risco associados a diversas
doenças. Dessa forma, a identificação desses resíduos alimentares pode funcionar
como prevenção.
Lipídios: a alta concentração de lipídios na dieta pode aumentar o risco a
doenças como hipertensão arterial, diabetes, arterosclerose, obesidade e doenças
cardiovasculares, que são responsáveis por grande parte das mortes em pacientes
idosos. [9, 10]
Proteínas: o acumulo de produtos do metabolismo do nitrogênio, devido à alta
concentração de proteínas na dieta pode afetar o metabolismo hepático e renal, sendo
um risco para a doença renal crônica. [11, 12, 13]
Carboidratos: a alta concentração de carboidratos na dieta pode ser um fator
de risco para doenças cardiovasculares, resistência à insulina e diabetes tipo 2. [14]
20
4.5. Análises Automatizadas
Após a revisão bibliográfica anterior, decidiu-se como foco do protótipo do
analisador de fezes a detecção de sangue oculto e a detecção de produtos
metabólicos.
Para que seja possível a leitura de sinais biológicos, eles precisam ser
transduzidos em sinais elétricos, os dispositivos que são capazes de fazer essa
transdução são chamados de biossensores. [15] Para que o analisador cumpra o seu
objetivo, é preciso que ele contenha biossensores capazes de detectar sangue oculto
e produtos metabólicos. Fez-se uma procura bibliográfica de biossensores para estas
análises já existentes no mercado, mas não foi encontrado. Dessa forma, fez
necessário uma revisão bibliográfica de análises automatizadas para exame de fezes
existentes.
4.5.1. Analise para produtos metabólicos
O Enzyme Linked ImmunonoSorbent Assay, (teste de ELISA) é um método
baseado na relação antígeno-anticorpo, enquanto que o método da
espectrofotometria é baseado na quantidade de luz que é absorvida pela solução de
interesse. A Tabela 4 traz os testes realizados por ELISA e a Tabela 5 os realizados
por espectrofotometria.
Tabela 4. Testes de fezes realizados por ELISA.
Molécula de
detecção [16] Função
Valor de
Referência [16]
Calprotectina
fecal
Proteína ligadora de cálcio e zinco, presente
nos granulócitos. Sua quantidade nas fezes
está ligada a migração de neutrófilos da
parede intestinal inflamada para a mucosa.
[17]
Ligada a quadros de constipação intestinal e
de diarreia. [16]
< 50 µU/g
21
Tabela 4. Testes de fezes realizados por ELISA. continuação
Molécula de
detecção [16] Função
Valor de
Referência [16]
Imunoglobulina A
Responsável pela proteção contra
microrganismos invasores nas superfícies
das mucosas, inibindo o mecanismo de
aderência dos invasores às células epiteliais.
A sua deficiência é um fator de risco para
quadros infecciosos do aparelho
gastrointestinal. [18]
510 - 2040
µg/ml
Zonulina Proteína que modula a permeabilidade
intestinal. [19]
Ótimo: < 60
µU/g
Ligeiramente
aumentado: 60
– 104 µU/g
Aumentado: >
140 µU/g
Elastase
pancreática fecal
A sua diminuição está relacionada com a
insuficiência pancreática. [20] > 200 µg/g
Beta-defensina
Integrante do sistema imunológico congênito
e contribuem para a função de barreira das
células epiteliais intestinais. [21]
8 – 60 ng/ml
Hemoglobina Ligada a quadros de constipação intestinal e
de diarreia. [16] < 50 ng/ml
Histamina
Relacionada a sintomas das doenças
alérgicas e a contração da musculatura lisa
intestinal. [22]
< 1425 ng/ml
Lactoferrina
Segunda proteína predominante no leite
humano, possui função de proteção do trato
gastrointestinal. [23] Ligada a quadros de
diarreia. [16]
Negativo
Lisozima Enzimas do mecanismo de defesa contra
bactérias e com função digestiva [24] < 600 ng/g
22
Tabela 4. Testes de fezes realizados por ELISA. continuação
Molécula de
detecção [16] Função
Valor de
Referência [16]
Anticorpos de
transglutaminase Ligada a quadros de diarreia. [16] < 100 um/g
Vírus tipo
Norwalk Ligada a quadros de diarreia. [16] Negativo
PMN-elastase Ligada a quadros de diarreia. [16] < 135 ng/ml
Anticorpos
gliadina
(polivalente)
Fator de risco para doença celíaca. [25] < 100 mU/g
Anticorpos
transglutaminase
(polivalente)
Fator de risco para doença celíaca. [25] < 100 mU/g
Complexo de
hemoglobina-
heptoglobina
Pode indicar doenças hemolíticas,
mononucleose infecciosa, doenças hepáticas
e processos inflamatórios agudos. [26]
Negativo
Antígeno
Helicobacter
pylori
Está associada à úlcera gástrica, gastrite
crônica, câncer gástrico e doenças
linfoproliferativas. [27]
Negativo
Adenovírus Fator de risco para infecções e diarreias. [28,
29] Negativo
Astrovírus Fator de risco para diarreias. [29] Negativo
M2-PK Marcador para câncer do colo. [30] < 4 U/ml
23
Tabela 5. Testes de fezes realizados por espectrofotometria.
Molécula de
detecção [16] Função
Valor de
Referência [16]
Teor proteico Ligada a quadros de constipação intestinal e
de diarreia. [16] < 1 g/100g
Teor de gordura Ligada a quadros de constipação intestinal e
de diarreia. [16] < 4,6 g/100g
Ácidos biliares - Negativo
Teor de amido Ligada a quadros de constipação intestinal e
de diarreia. [16]
2,2 – 10,2
g/100g
Teor de água Ligada a quadros de constipação intestinal e
de diarreia. [16] 75 – 85 g/100g
Teor de açúcar Ligada a quadros de constipação intestinal e
de diarreia. [16] < 2,5 g/100g
Beta-
glucuronidase Fator de risco para a síndrome de Sly. [16]
25,4 – 107,1
kU/g
Clivagem de
frutose Ligada a quadros de diarreia. [16] > 5,1 g/l
Sorbitol Ligada a quadros de diarreia. [16] > 4,3 g/l
Fosfatase
alcalina
Fator de risco para doenças do fígado,
doenças ósseas e do intestino delgado. [31] 46 – 116 U/l
4.5.2. Biossensor para sangue oculto
Uma maneira de se identificar o sangue oculto presente nas fezes é através da
identificação de moléculas de pofirinas, que são parte da estrutura da hemoglobina.
Essa identificação pode ser feita por espectrofotometria, excitando a amostra com um
comprimento de onda de 405 nm dentro de um trajeto óptico de 1mm, sendo
observada uma faixa de emissão de 670–675 nm [32, 33]
24
5. PROTÓTIPO
5.1. Padrão de vasos sanitários
Para o desenho apropriado do dispositivo a ser acoplado ao vaso sanitário são
apresentadas as especificações da norma ABNT NBR 15099 – “Aparelhos sanitários
de material cerâmico – dimensões padronizadas” especifica as dimensões ideais para
um vaso sanitário adulto. Essas especificações são mostradas na Tabela 6. [34] e suas
localizações estão desenhadas nas Figuras 1 a 4.
Tabela 6. Dimensões padronizadas para vasos sanitários, tamanho adulto convencional, segundo a
ABNT. [34]
Secção Valor e tolerância (mm)
A1 regular 420 ± 20
A1 alongado 470 ± 15
A2 375 ± 25
A3 150 ± 10
A4 13 ± 2
A5 Mínimo 6
A6 Mínimo 345
A7 330 ± 10
A8 260 ± 10
A9 100 ± 40
A10 190 ± 5
A11 Máximo 40
A12 Máximo 80
A13 90 ± 5
A14 Mínimo 40
A15 Mínimo 25
A16 Máximo 30
A17 Máximo 250
25
Figura 1. Vaso sanitário adulto convencional – vista superior. [34]
Figura 2. Corpo do vaso sanitário adulto convencional – vista lateral. [34]
Figura 3. Corpo e saída horizontal rente ao piso do vaso sanitário adulto convencional – vista lateral.
[34]
A2
26
Figura 4. Corpo do vaso sanitário adulto convencional com caixa acoplada – vista lateral. [34]
5.2. O Protótipo - discussão
Inicialmente, pensou-se em modificar todo o vaso sanitário para obter o
analisador de fezes, mas o custo seria muito elevado. O dispositivo proposto é então
uma caixa portátil que se acople ao vaso sanitário comum.
O protótipo, proposto está ilustrado na Figura 5 e 6, é um equipamento portátil,
que deverá ser instalado ao lado do vaso sanitário junto a parede, sendo colocado em
torno de 35 cm do chão, com o apoio de uma prateleira. Esse dispositivo terá um cano
que faz a conexão dele com as fezes no vaso, que será responsável por fazer a sucção
da amostral a ser analisada. Para que o cano não sofra nenhum tipo de contaminação,
ele será revestido internamente por nanopartículas de prata, que possuem
propriedades desinfetantes e antissépticas [35].
Após o levantamento bibliográfico das técnicas de análise de fezes existentes,
e levando em conta o foco do dispositivo na detecção de sangue oculto e a detecção
de produtos metabólicos, decidiu-se utilizar a espectrofotometria na detecção de
sangue oculto na amostra, uma vez que as moléculas de porfirinas possuem um
comprimento de onda especifico de absorção de luz.
Para os produtos metabólicos decidiu-se utilizar três técnicas, a microscopia, a
espectrofotometria e o ELISA. O teor proteico, de gordura e de amido pode ser medido
por espectrofotometria, no entanto, todos são medidos no espectro do infravermelho,
o que dificulta na sua diferenciação, dessa forma, esses três produtos metabólicos
27
serão medidos por microscopia, assim como o teor de açucares e fibras. As demais
moléculas mostradas na Tabela 5, serão detectadas por espectrofotometria, enquanto
que as moléculas de produtos metabólicos da Tabela 4 serão detectadas por ELISA,
como mostra a Tabela 7.
Tabela 7. Técnicas de análise utilizadas no dispositivo.
Objetivo Técnica de Análise Molécula de detecção
Detecção de sangue oculto Espectrofotometria Pofirinas
Detecção de produtos
metabólicos
Microscopia Gorduras, amido, cristais,
açucares e fibras
Espectrofotometria
Ácidos biliares, água, beta
glucuronidase, frutose,
sorbitol, fosfatase alcalina
ELISA
Calprotectina, alfa-1
antitripsina, imunoglobulina
A, zonulina, elastase
pancreática, beta-defensina,
histamina, lactoferrina,
lisozima, PMN-elastase,
M2-PK
Tanto o fluxo da amostra a ser percorrido no dispositivo, quanto da informação,
está ilustrado no fluxograma na Figura 7.
28
Figura 5. Protótipo acoplado ao vaso sanitário comum.
Figura 6. Protótipo acoplado ao vaso sanitário comum, num cenário de banheiro domiciliar.
29
Figura 7. Fluxograma do protótipo.
Figura 8. Protótipo.
Como ilustrado na Figura 7 e 8, o cano coletor faz a coleta da amostra de fezes
no vaso sanitário, que é sugada para dentro do dispositivo, é misturada com água e
continua para as análises. A primeira analise a ser feita é a microscopia, em seguia
espectrofotometria e por fim ELISA, a amostra passa por todas elas através de um
cano transparente, após a última análise, a amostra volta para o vaso sanitário para
descarte. Os sinais de todas análises são processados juntamente e são enviados via
30
wi-fi diretamente para o celular do usuário, através de um aplicativo, onde o usuário
poderá guardar um histórico da saúde de suas fezes.
Nesse aplicativo, além de fazer o acompanhamento dos resultados, o usuário
também terá a possibilidade de fazer um acompanhamento do formato e cor de suas
fezes, utilizando a escala Bristol ilustrada na Tabela 1 e a escala de cor ilustrada na
Figura 9. Esse acompanhamento é feito de forma manual, onde o usuário, olhando
para as fezes, diz para o aplicado qual o tipo e cor das suas fezes naquela utilização
do vaso sanitário, sendo avisado quando o padrão marcado fugir do considerado como
saudável (entre o tipo 3 e 5 de formato e coloração entre o marrom claro e marrom
mediano). Servindo como um acompanhamento, que poderá ser útil em idas ao
médico.
Figura 9. Escala de cor.
7. CONCLUSÃO
Conclui-se que o exame de fezes tem uma grande contribuição no auxílio ao
médico a chegar em um diagnóstico ao paciente, podendo identificar diversos tipos
de doenças, desde doenças mais brandas até doenças mais graves. Entretanto, a
maneira que hoje em dia o exame é realizado apresenta diversas dificuldades, como
por exemplo, o desconforto ao paciente, o risco biológico da manipulação da amostra
biológica e do transporte até o laboratório e a necessidade de se coletar seguindo as
indicações dadas ao paciente para não inviabilizar o exame.
Diante disso, a criação de um dispositivo que faça a análise das fezes
eliminando todas as dificuldades hoje existentes é de grande ajuda no diagnóstico
médico. O protótipo proposto é apenas o começo para que seja possível eliminar todas
as dificuldades envolvidas no exame convencional de fezes, e passemos a contar com
uma alternativa totalmente automatizada e portátil, reduzindo a manipulação da
amostra e, consequentemente, as possibilidades de contaminação ambiental e
humana.
31
A maior dificuldade encontrada na proposta do protótipo foi na maneira como a
amostra de fezes seria coletada do vaso sanitário, foi proposto um cano que faz a
sucção. Entretanto, entende-se que é nessa parte do protótipo que se faz necessário
mais estudos para entender qual seria a forma mais adequada, evitando
contaminações e possibilitando as análises.
8. PRÓXIMOS PASSOS
Após toda a revisão bibliográfica, chegou-se a próximos passos para futuros
trabalhos:
Desenvolvimento de biossensores capazes de fazer todas as análises
necessárias (detecção de sangue oculto, dosagem de gordura fecal, dosagem
de produtos metabólicos e presença de parasitas);
Pesquisa de como colocar o teste de ELISA dentro do dispositivo;
Pesquisa de como realizar a limpeza do dispositivo (idealmente de forma
automatizada);
Estudo de como fazer a coleta adequada da amostra fecal, evitando
contaminações;
Estudo de como todos os tipos de análise de fezes podem ser englobados no
dispositivo.
Vale destacar que os próximos passos citados são independentes e podem ser
feitos fora de ordem.
32
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