ESTUDO DE UMA BOMBA DE SANGUE CENTRÍFUGA

ESTUDO DE UMA BOMBA DE SANGUE CENTRÍFUGA
IMPLANTÁVEL EM UM SIMULADOR CARDIOVASCULAR
Beatriz Uebelhart 1,2, Bruno Utiyama1,2, Jeison Fonseca1, Eduardo Bock1,3, Pedro
Antunes1, Juliana Leme1, Cibele Silva1,2, Tarcísio Leão3, José Francisco Biscegli1, Aron
Andrade1
1
Instituto Dante Pazzanese de Cardiologia - IDPC
2
Universidade de Campinas - UNICAMP
3
Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de São Paulo
E-mail: [email protected]
Resumo. Uma Bomba de Sangue Centrífuga Implantável (BSCI) está sendo
desenvolvida para ser utilizada como dispositivo de assistência ventricular em
pacientes com doenças cardiovasculares graves. A BSCI consiste de um cone rotatório
acoplado a um motor que quando acionado, por meio da força centrífuga promove a
rotação do cone interno e o sangue é impulsionado por aletas produzindo um fluxo
sanguíneo. Para avaliar o comportamento do organismo quando submetido ao implante
da BSCI, utilizou-se um simulador cardiovascular, que consiste em um modelo híbrido
físico e matemático do sistema cardiovascular humano. Por meio dele, simulou-se um
caso de insuficiência cardíaca (IC) em que o coração tende a aumentar a freqüência de
batimentos para compensar a alteração do fluxo de sangue, o que pode levar o órgão a
falência. Portanto, este trabalho teve como objetivo analisar as alterações de alguns
parâmetros fisiológicos como débito cardíaco, pressão arterial e frequência cardíaca
em 3 situações: organismo saudável, organismo portador de IC, e em organismo
portador de IC com assistência circulatória esquerda. Através dos testes, observou-se
que os parâmetros fisiológicos que se apresentavam alterados na simulação de um
organismo doente, retornaram aos valores normais, quando a bomba foi conectada ao
simulador. Deste modo, os resultados se apresentaram satisfatórios comprovando o
desempenho da BSCI como dispositivo de assistência ventricular.
Palavras-chave: Dispositivos de Assistência Circulatória, Bomba Centrífuga,
Simulador Cardiovascular
1. INTRODUÇÃO
As doenças cardiovasculares são a principal causa de morte no Brasil e no mundo.
Segundo a Organização Mundial da Saúde, em 2008 as doenças cardiovasculares
causaram a morte de cerca de 17 milhões de pessoas. Estima-se que cerca de 2 milhões
de brasileiros são portadores de insuficiência cardíaca (IC), a via final para quase todas
as cardiopatias, sendo que após o diagnóstico a sobrevida é de 1,7 anos para homens e
3,2 para mulheres (Mesquita,2004).
A insuficiência cardíaca ocorre quando o coração não é capaz de bombear sangue
adequadamente para o organismo de modo a suprir as necessidades fisiológicas básicas.
Muitas vezes, a única saída para o tratamento da IC é a realização de um transplante
cardíaco, no entanto, muitas pessoas acabam morrendo enquanto aguardam na fila de
espera por um órgão. Deste modo, para aumentar a sobrevida do paciente na fila por um
transplante, pode-se utilizar um Dispositivo de Assistência Ventricular (DAV).
O DAV estudado neste trabalho é a Bomba de Sangue Centrífuga Implantável
(BSCI), em desenvolvimento no Instituto Dante Pazzanese de Cardiologia. A BSCI
consiste em um cone rotatório acoplado a um motor que quando acionada, por meio da
força centrífuga promove a ejeção do sangue. Um simulador cardiovascular (SC)
híbrido, físico e matemático do sistema cardiovascular humano, foi utilizado para
estudar o comportamento da BSCI quando implantada em um organismo.
2. OBJETIVOS
Neste trabalho, utiliza-se um simulador cardiovascular para analisar as alterações de
parâmetros fisiológicos como débito cardíaco, pressão arterial e frequência cardíaca em
3 situações: organismo saudável, organismo portador de IC, e em organismo portador
de IC com assistência circulatória esquerda utilizando-se a BSCI.
3. METOLOGIA
O simulador utilizado neste trabalho foi desenvolvido no Instituto Dante Pazzanese
de Cardiologia e é controlado pelo software LabView® (National Instruments, Austin,
TX, EUA). A parte física do simulador é composta por um átrio esquerdo, ventrículo
esquerdo e parte da aorta, os outros órgãos e vasos são modelados matematicamente. O
simulador foi utilizado para verificar o comportamento do organismo quando submetido
ao implante da BSCI.
Inicialmente, simulou-se um organismo saudável, utilizando parâmetros fisiológicos
encontrados na literatura. Na Tabela 1, são apresentados os valores normais de cada
parâmetro analisado.
Tabela 1. Parâmetros Fisiológicos de um organismo saudável.
(Guyton, 1976) (Mcgee, 2009) (Libby, 2008)
Volume ejetado pelo VE (ml/batimento)
Frequência Cardíaca (bpm)
Débito Cardíaco (L/min)
Pressão no VE (mmHg)
Pressão no VD (mmHg)
60 – 100
70
5
0-140
30 – 0
Em seguida, simulou-se um organismo com insuficiência cardíaca diminuindo-se o
volume ejetado pelo ventrículo esquerdo. Na insuficiência cardíaca, o coração não é
capaz de bombear sangue o suficiente para adequada perfusão de órgãos e tecidos,
devido à diminuição do volume ejetado pelo ventrículo esquerdo. Essa diminuição pode
ocorrer devido a um remodelamento ventricular, causada pelo aumento da pressão
aórtica que provoca o aumento da espessura da parede ventricular, enrijecendo-a. Este
funcionamento inadequado do sistema cardiovascular se não revertido pode levar a
falência de outros órgãos e tecidos. Os Dispositivos de Assistência Ventricular são
utilizados para restabelecer as condições fisiológicas normais nos casos de IC. Para
verificar o comportamento do dispositivo e os parâmetros fisiológicos, a BSCI foi
conectada a uma velocidade de rotação de 1200 rpm no circuito simulado como
organismo insuficiente e os dados foram coletados.
4. RESULTADOS
Os resultados de cada teste foram coletados e são apresentados nos gráficos 1,2,3 e
Tabela 2 abaixo.
1
2
3
4
5
Gráfico 1. Parâmetros Fisiológicos de um Organismo Saudável: 1- Pressão Aórtica,
2- Pressão no Ventrículo Esquerdo, 3- Pressão no Ventrículo Direito, 4- Pressão da
Artéria Pulmonar, 5- Pressão da Veia Cava.
1
2
4
3
5
Gráfico 2. Parâmetros Fisiológicos de um organismo portador de IC : 1- Pressão
Aórtica, 2- Pressão no Ventrículo Esquerdo, 3- Pressão no Ventrículo Direito, 4Pressão da Artéria Pulmonar, 5- Pressão da Veia Cava.
1
4
2
3
5
Gráfico 3. Parâmetros Fisiológicos de um organismo portador de IC com
Assistência Ventricular Esquerda: 1- Pressão Aórtica, 2- Pressão no Ventrículo
Esquerdo, 3- Pressão no Ventrículo Direito, 4- Pressão da Artéria Pulmonar, 5- Pressão
da Veia Cava.
Tabela 2. Resultados dos parâmetros fisiológicos obtidos
Parâmetro
Saúdavel
Insuficiente
Com Assistência
Pressão no ventrículo
direito [mmHg]
35-0
41-0
36-0
Pressão no ventrículo
esquerdo [mmHg]
120-0
90-0
100-10
Pressão aórtica [mmHg]
120-80
90-70
100-70
Volume ejetado [mL]
80
44
45
Frequência cardíaca
[bpm]
75
115
95
Fluxo de sangue
[L/min]
4,2
2,5
3
No caso de um organismo insuficiente, a diminuição do volume ejetado, induzido
durante o experimento para simular uma IC, provocou um aumento na frequência
cardíaca. Quando isso ocorre, os mecanismos reguladores do organismo induzem o
aumento da frequência cardíaca na tentativa de manter os valores normais de débito
cardíaco. No experimento, a frequência cardíaca do organismo insuficiente atingiu 115
bpm com um débito de 2,5 L/min, condição insuficiente para manter a adequada
perfusão dos órgãos e tecido, o que poderia levar a falência de outros órgãos.
Quando conectada a BSCI no circuito pôde-se verificar uma melhora nos valores dos
parâmetros obtidos, pois, quando comparados a condição do organismo insuficiente,
verificou-se um aumento no fluxo de sangue e uma diminuição na frequência cardíaca.
5. CONCLUSAO
Observou-se ao comparar os resultados, que quando a BSCI foi conectada ao
organismo portador de IC ocorreu uma normalização no valor dos parâmetros
fisiológicos. Ao atingir estes resultados a BSCI demonstra ser capaz de manter os
parâmetros fisiológicos do paciente em condições normais enquanto ele aguarda na fila
por um transplante de coração.
AGRADECIMENTOS
Fundação Adib Jatene, Instituto Dante Pazzanese de Cardiologia, Fundação de
Amparo a Pesquisa – FAPESP, Ministério da Saúde, HCOR.
REFERÊNCIAS
Mesquita, Evandro Tinoco et al. Insuficiência cardíaca com função sistólica preservada.Arq. Bras.
Cardiol. 2004, vol.82, n.5, pp. 494-500. ISSN 0066-782X.
Guyton, A. Textbook of medical physiology. W. B. Saunders CO., Philadelphia, 1976.
Mcgee, Willian T; Headley, Jan M; Frazier, John A. Guia rápido para tratamento cardiopulmonar.
Irvine: Edwards Lifesciences LLC, 2009, 176p.
Libby, P (editor); et al. Braunwald’s Heart Disease: A textbook of Cardiovascular Medicine.
Philadelphia: Saulders Elsevier, 2008, ed 8, 1900 p
STUDY OF A CENTRIFUGAL BLOOD PUMP IN A MOCK LOOP
SYSTEM
Beatriz Uebelhart 1,2, Bruno Utiyama1,2, Jeison Fonseca1, Eduardo Bock1,3, Pedro
Antunes1, Juliana Leme1, Cibele Silva1,2, Tarcísio Leão3, José Francisco Biscegli1, Aron
Andrade1
1
Institute Dante Pazzanese of Cardiology - IDPC
2
State University of Campinas - UNICAMP
3
Federal Institute of Education, Science and Technology of São Paulo
E-mail: [email protected]
Resumo: An Implantable Centrifugal Blood Pump (ICBP) is being developed to be used as ventricular
assist device in patients with severe cardiovascular diseases. The ICBP consists of a cone coupled to a
driver that when activated promotes the rotation of an impeller and propels the blood. A Cardiovascular
Simulator was used to evaluate the behavior of the organism when submitted to the ICBP implant. This
simulator consists of a physical and mathematical model of the human cardiovascular system where was
simulated a heart failure (HF) in which the heart tends to increase the beat frequency to compensate the
change of blood flow, which can lead to organ failure. This work aims to analyze some physiological
parameters as cardiac output, blood pressure and heart rate in three situations: a healthy organism, an
organism with heart failure, and an organism with heart failure supported by an Implantable Centrifugal
Blood Pump. The results showed that the physiological parameters that had changed in the simulation of
an organism with heart failure, returned to normal values when the pump was connected to the simulator.
The results presented satisfactory proving the efficiency of the ICBP as a ventricular assist device.
Keywords: Circulatory Assist Device, Centrifugal Blood Pump, Cardiovascular
Simulator