Biofísica Clínica do Marca-Passo Cardíaco Artificial

Resumo

Introdução: No ser humano adulto saudável o nódulo sinusal é o marca-passo cardíaco natural, o qual produz impulsos elétricos que determinam a frequência cardíaca (FC) entre 60 e 100 batimentos cardíacos por minuto (bcm). Na disfunção desses impulsos elétricos pode ser indicado o uso do marca-passo cardíaco artificial, um aparelho eletrônico de estimulação multiprogramável que pode ser empregado no tratamento de pacientes que apresentam problemas no sistema de condução elétrica cardíaca, FC irregular, taquicardia (i.e. FC>100 bpm), bradicardia (i.e. FC<50 bpm) (MALCOLM & BURNIER, 2017; REIS, 2013). Objetivo: Analisar a modelagem do marca-passo cardíaco artificial. Metodologia: Foi efetuada revisão da literatura nas bibliotecas virtuais IEEE Xplore e PUBMED, sem limitações de ano de publicação. Resultados: No marca-passo cardíaco artificial o gerador de pulsos emite um impulso elétrico que estimula o coração quando não existe uma atividade elétrica intrínseca apropriada, e os eletrodos, formados por ligas metálicas, conduzem os impulsos elétricos desde o gerador até o coração. Se o sistema de detecção identifica que o ritmo natural está interrompido, irregular ou muito lento, o sistema de estimulação restaura a frequência cardíaca, enviando um pulso elétrico ao coração (SAHRANI et al., 2008; KOTSAKOU et al., 2015). Uma fonte de energia deve alimentar o marca-passo durante toda vida útil do dispositivo, enquanto estiver implantado no paciente (KONSTANTINOV et al.,  2021). As gerações atuais de baterias de marca-passos cardíacos utilizam iodeto de lítio devido seu melhor desempenho, além de serem mais leves, menores e poderem durar, em média, 10 anos ou mais (DEFORGE, 2019). A impedância elétrica está associada à oposição que um circuito elétrico estabelece a passagem de corrente quando sujeito a uma tensão, e nos marca-passos a impedância está na interface entre o corpo humano e o eletrodo, e não no eletrodo (SHEPARD & ELLENBOGEN, 2008). A energia usada para estimular impulsos elétricos cardíacos pode ser calculada através da Equação: , onde  é a tensão,  é a largura do pulso e  a impedância. Além disso, a tensão elétrica se relaciona com a impedância pela Lei de Ohm, definida como , onde é a impedância, a corrente elétrica e  a tensão (NILSSON & RIEDEL, 2008). De acordo com a Lei de Ohm, a corrente é inversamente proporcional à impedância. Assim, para marca-passos permanentes, onde a tensão () é constante, quanto maior for à impedância, menor será o consumo de corrente e, portanto, menor será a taxa de esgotamento da bateria por cada pulso estimulado (SIVA et al., 2017; MALLELA et al., 2004). Há uma relação linear entre a quantidade de eletricidade, , e o pulso, para ativar o estímulo:  onde  e  são coeficientes que devem ser determinados experimentalmente,  é o produto intensidade-tempo  em que a intensidade é o potencial ou a corrente do pulso, desde que a média da voltagem do pulso seja calculada ao longo do tempo e  seja a duração do pulso (NORLIN, 2005). O circuito eletrônico do marca-passo abrange funções como a telemetria ou transmissão bidirecional de informações do ritmo cardíaco, entre paciente e médico; e a memória, onde são armazenados parâmetros do gerador de pulsos. Telemetria e memória são importantes para a avaliação clínica do tratamento e no monitoramento do paciente. A depender do quadro clínico do paciente, o marca-passo poderá ser do tipo unipolar ou bipolar, de acordo com os polos que se conectam com o miocárdio; os unicamerais ou bicamerais, se átrios e ou ventrículos são estimulados; e os temporários, geralmente usados em tratamento de bradicardias reversíveis (PÁCHON, 1990; RAMOS et al., 2003). Na modelagem do marca-passo artificial, além do hardware implantável, também existe o algoritmo de estimulação e um programador, de modo que o programador é um sistema computacional responsável por produzir o algoritmo de estimulação (SAYAHKARAJY et al., 2017). Uma das linguagens utilizadas para implementar o algoritmo é o MATLAB, e o aplicativo pode ser usado para analisar sinais cardíacos com especificações de estimulação de acordo com a necessidade de cada paciente. Conclusão: Marca-passos cardíacos artificiais melhoram a qualidade de vida e reduzem a mortalidade das pessoas, embora na prática clínica ainda haja sérias complicações relacionadas ao dispositivo. Através da modelagem de marca-passos que minimizem essas complicações, pacientes podem viver sem limitações associadas ao dispositivo.
Palavras-chave: Eletrodiagnóstico Cardíaco; Eletroestimulação Cardíaca; Engenharia Biomédica; Marca-Passo Cardíaco.
Referências:
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