Equipe de pesquisa multidisciplinar cria modelos computacionais para prever vazamento de válvula cardíaca em crianças

Um novo e inovador campo de pesquisa promete aos cardiologistas pediátricos e cirurgiões cardíacos prever a futura integridade estrutural das válvulas cardíacas de uma criança, para que possam realizar hoje a melhor cirurgia possível.

Na Universidade de Oklahoma, um cirurgião cardíaco pediátrico e um cardiologista estão colaborando com um engenheiro biomédico em um tipo de pesquisa que poucos no país estão fazendo. Ao aproveitar a experiência e a tecnologia das suas respectivas áreas, estão a criar modelos computacionais para os ajudar a compreender mais plenamente as complexidades dos corações individuais.

Até agora, a equipe de pesquisa publicou cerca de dez artigos sobre sua modelagem computacional para a síndrome do coração esquerdo hipoplásico e publicou recentemente um artigo sobre defeito do canal atrioventricular no Anais de Engenharia Biomédica.

Enquanto as técnicas de imagem tradicionais, como o ecocardiograma, fornecem uma imagem do coração em movimento, um modelo computacional oferece uma visão simulada do formato das válvulas, possíveis pontos fracos, o sangue movendo-se através das válvulas e possíveis etapas cirúrgicas para prevenir problemas futuros.

“Esta é uma medicina verdadeiramente translacional”, disse o cirurgião cardíaco pediátrico da OU Health, Harold Burkhart, MD, que também é professor e chefe de cirurgia cardiovascular e torácica na OU College of Medicine.

“Devido à nossa colaboração multidisciplinar, juntos temos o conhecimento para criar um modelo computacional que vai além do que podemos ver com o ecocardiograma 2D e 3D. Ele nos permite dar um passo além e visualizar o coração como seria em vida real com as características de cada indivíduo”, disse Burkhart.

“Com esse entendimento, podemos testar o que aconteceria se colocássemos um ponto aqui ou apertassemos uma válvula ali – isso coloca muita pressão na válvula ou resolve o problema? Pode nos dar muito mais orientação antes nós até entramos na sala de cirurgia.”

O grupo de pesquisa iniciou seus estudos com a síndrome do coração esquerdo hipoplásico, um grave defeito congênito no qual o lado esquerdo do coração do bebê não se forma corretamente e não consegue bombear bem o sangue, deixando o lado direito do coração bombear o sangue para os pulmões e o resto do corpo.

Sem um conjunto de três cirurgias de coração aberto para reparar o defeito, a condição costuma ser fatal. Ao mesmo tempo que continuam esses estudos, estão agora a desenvolver modelos computacionais para o defeito do canal atrioventricular, por vezes chamado de buraco no coração, porque o bebé nasce com um buraco na parede que separa as câmaras do coração.

Embora as cirurgias para ambas as condições sejam frequentemente bem-sucedidas, as crianças às vezes enfrentam o risco de uma nova operação no futuro devido a vazamentos nas válvulas, disse Burkhart. Na síndrome do coração esquerdo hipoplásico, cerca de 25% dos pacientes apresentam vazamento nas válvulas quando estão na pré-escola.

Bebês com defeito no canal atrioventricular às vezes apresentam vazamento valvular seis meses a dois anos após o reparo cirúrgico inicial, por razões que ainda não são compreendidas. As cirurgias de acompanhamento têm cerca de metade do sucesso do procedimento original e, se o reparo não puder ser feito, a criança pode precisar de uma válvula cardíaca mecânica, que apresenta seu próprio conjunto de riscos e complicações.

Durante a cirurgia, quando o coração está parado e em uma máquina de bypass, ele fica plano e não mantém sua estrutura como faria se estivesse bombeando sangue. Os cirurgiões empregam técnicas para inflar as válvulas para melhorar sua visão, mas a cirurgia cardíaca é limitada no tempo e não permite tentativa e erro. Se um modelo computacional puder prever quais áreas das válvulas cardíacas podem se tornar problemáticas, os cirurgiões poderão tomar medidas para evitar esse vazamento no futuro.

“Mesmo com o ecocardiograma 3D, é difícil ver os detalhes mais sutis das válvulas”, disse o cardiologista da OU Health, Arshid Mir, MD, professor associado de cardiologia pediátrica na OU College of Medicine. “A maioria das válvulas cardíacas são como chips Pringle – são mais angulares e têm pontos altos e baixos. Queremos aprender sobre essas válvulas e tentar prever quais válvulas, logo no nascimento, correm o risco de vazar quando a criança está entre 1 e 5 anos, para que possamos tentar abordá-los cirurgicamente no momento do primeiro reparo.

“O que estamos fazendo é avançar em direção à medicina personalizada”, acrescentou Mir. “Como podemos pensar em cada paciente de forma diferente, em vez de pensar em uma condição como uma doença única? O que há de único na anatomia desta criança que a torna em maior risco de reoperações? É assim que pensaremos sobre essas doenças à medida que avançamos no futuro.”

Burkhart e Mir trabalham com Chung-Hao Lee, Ph.D., ex-pesquisador de engenharia biomédica da OU, agora na Universidade da Califórnia, Riverside. Ele constrói modelos computacionais baseados nos campos da física, dinâmica de fluidos, geometria e bioengenharia para criar algo que não existia antes. Burkhart e Mir fornecem ecocardiogramas 2D e 3D de pacientes inscritos nos estudos para calibração dos modelos e para predição do modelo. Eles continuarão a coletar dados de pacientes em vários momentos ao longo dos próximos anos.

“Através deste modelo computacional baseado em imagens, queremos fornecer as informações que faltam – quais pacientes terão disfunção valvar”, disse Lee. “Se pudermos entender melhor quais válvulas têm pontos fracos e podem começar a vazar, os cirurgiões poderão planejar suas cirurgias de maneira diferente e os cardiologistas poderão querer monitorar ou acompanhar o paciente mais de perto após a cirurgia”.