Sinais elétricos dizem ao coração para se contrair, mas quando os sinais formam ondas espirais, eles podem levar a eventos cardíacos perigosos, como taquicardia e fibrilação. Pesquisadores do Instituto de Tecnologia da Geórgia e médicos da Escola de Medicina da Universidade Emory estão trazendo uma nova compreensão para essas condições complicadas com as primeiras visualizações de alta resolução de ondas espirais estáveis em ventrículos humanos.
“Os médicos sabem há décadas que ondas espirais de atividade elétrica podem ocorrer no coração, e os pesquisadores já fizeram experimentos em corações de animais e humanos antes”, disse o professor da Escola de Física Flavio Fenton. “No entanto, esta é a primeira vez que a evolução de ondas espirais relativamente estáveis de voltagem e cálcio nos ventrículos de corações humanos foi mapeada em resolução espacial e temporal muito alta”.
Estudar corações vivos de pacientes de transplante cardíaco oferece uma rara janela para o comportamento detalhado do coração durante condições difíceis de tratar, como fibrilação. Como resultado, os médicos podem obter uma melhor compreensão de como as ondas espirais começam e são mantidas, o que pode levar a novas terapias.
O presente trabalho faz parte de uma colaboração de uma década entre a Georgia Tech School of Physics e a Emory School of Medicine. Os pesquisadores publicaram suas últimas descobertas, “Observação direta de uma reentrada de onda espiral estável nos ventrículos de um coração humano inteiro usando mapeamento óptico para voltagem e cálcio” e “Rompimento de onda espiral: mapeamento óptico em um coração humano explantado mostra a transição da taquicardia ventricular à fibrilação ventricular e auto-terminação”, na revista Heart Rhythm.
Mapeando o coração
Para gerar as condições para as ondas espirais, os pesquisadores aplicaram choques elétricos cronometrados no coração. Então, para visualizar e registrar as ondas espirais, eles injetaram corantes fluorescentes para voltagem e cálcio no substituto do sangue que mantém o coração vivo. As mudanças na intensidade da luz permitem que eles registrem sinais no tecido cardíaco, uma técnica conhecida como mapeamento óptico.
“Dessa forma, podemos visualizar simultaneamente as ondas de cálcio e elétricas no coração, medindo as mudanças na intensidade da luz como mudanças diretas no cálcio e na voltagem nas células cardíacas”, disse Ilija Uzelac, cientista de pesquisa em física da Georgia Tech. “O incrível dessa técnica é que, usando uma câmera de alta resolução, podemos obter medições de voltagem e cálcio em resoluções espaciais e temporais muito altas que não seriam possíveis mesmo usando milhares de eletrodos de gravação ao redor do coração”.
Cada coração tem uma condição ligeiramente diferente, levando à necessidade de um transplante, para que os pesquisadores possam investigar a dinâmica das ondas espirais com diferentes tipos e gravidades da doença.
Colaborando com os Clínicos
O grupo de Fenton estuda ondas espirais em corações há mais de duas décadas. As ondas espirais são boas candidatas para o campo da física da dinâmica não linear, onde sistemas que parecem ser imprevisíveis não são aleatórios, mas caóticos. Métodos podem ser desenvolvidos para controlar e encerrar as ondas espirais para interromper a fibrilação com pouca energia, como o grupo de Fenton demonstrou teoricamente no início deste ano.
Anteriormente, o grupo trabalhou com peixes, répteis, anfíbios e alguns corações de mamíferos. No entanto, graças à parceria com a Emory, eles puderam estudar 10 corações humanos de pacientes transplantados que receberam um novo coração no ano passado.
“Temos muita sorte de ter essa forte colaboração entre a Emory e a Georgia Tech para realizar esses experimentos”, disse Fenton. “Há pouquíssimos médicos que, além de tratar os pacientes, querem fazer parceria com físicos para investigar arritmias.”
A pesquisa também foi reveladora do ponto de vista médico.
“Eu tinha uma visão simplista da fibrilação ventricular com base no que vejo na clínica e no que li, mas, na verdade, observar a fibrilação ventricular diretamente por meio desses experimentos dá uma perspectiva diferente da complexidade e do que está acontecendo com sua dinâmica”, disse Shahriar Iravanian, um cardiologista Emory no grupo.
“Mapear ondas elétricas e químicas simultaneamente no coração humano isolado oferece uma possibilidade única de investigar mecanismos de morte súbita cardíaca em um novo nível funcional e associar as mudanças elétricas dinâmicas que caracterizam arritmias malignas à patologia específica e individual dos pacientes”, disse o Dr. André G. Kléber, Professor de Patologia no Grupo de Biofísica de Doenças da Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas A. Paulson, Universidade de Harvard.
Os pesquisadores continuam estudando corações explantados e esperam adaptar os experimentos não apenas para a ciência básica, mas também para melhorar os tratamentos. Por exemplo, a maioria das arritmias é tratada por meio de ablação, queimando o substrato de circuitos defeituosos, ou choques elétricos, e essa pesquisa pode tornar esses tratamentos mais direcionados e até personalizados. Tais avanços podem ter enormes implicações para o futuro do tratamento de arritmias cardíacas, uma das principais causas de morte nos EUA.
“É difícil mapear a fibrilação ventricular por causa da instabilidade do paciente e da complexidade dos sinais”, disse Neal Bhatia, professor assistente de medicina da Emory e membro da colaboração. “Esta pesquisa tem potenciais complicações clínicas significativas. Por mapeamento detalhado da dinâmica da onda espiral, podemos entender melhor sua evolução e, finalmente, identificar se e como o coração pode ser tratado com melhores estratégias de ablação por cateter”.
Publicado em 10/09/2022 00h29
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