Quando os médicos desejam saber mais sobre o risco de doença cardiovascular de um paciente, eles podem solicitar um teste de estresse cardíaco. Mas quando se trata do risco de acidente vascular cerebral, não existe um teste equivalente, escalonável e rentável da função cerebral para ajudar os médicos a aconselhar os pacientes sobre o seu risco potencial. Um questionário que pergunte aos pacientes sobre os fatores de risco contribuintes é atualmente a melhor ferramenta para estimar esse risco.
Agora, uma equipe de engenheiros e cientistas da Caltech e da Keck School of Medicine da USC desenvolveu um dispositivo baseado em fone de ouvido que pode ser usado para avaliar de forma não invasiva o risco de acidente vascular cerebral de um paciente, monitorando alterações no fluxo e volume sanguíneo enquanto o participante prende a respiração. O dispositivo incorpora um sistema baseado em laser e tem mostrado resultados promissores em termos de diferenciação entre indivíduos com baixo e alto risco de acidente vascular cerebral.
O AVC afeta quase 800.000 americanos a cada ano e é a principal causa de incapacidade grave e de longo prazo nos Estados Unidos. É causada pelo bloqueio ou ruptura de uma artéria no cérebro, o que resulta na redução do fluxo sanguíneo. Privadas de oxigênio, as células do cérebro morrem rapidamente – cerca de 2 milhões a cada minuto durante um derrame.
“Com este dispositivo, pela primeira vez, teremos uma forma de saber se o risco de alguém sofrer um acidente vascular cerebral no futuro é significativo ou não, com base numa medição fisiológica”, afirma Simon Mahler, co-autor principal. de um artigo descrevendo a nova técnica e dispositivo na revista Óptica Biomédica Express e pós-doutorado no laboratório de Changhuei Yang, professor Thomas G. Myers de Engenharia Elétrica, Bioengenharia e Engenharia Médica na Caltech e investigador do Heritage Medical Research Institute. “Acreditamos que isso pode realmente revolucionar a forma como o risco de AVC é avaliado e, eventualmente, ajudará os médicos a determinar se o risco de um paciente está estável ou piorando”.
“Espera-se que nossa tecnologia óptica para medir o fluxo sanguíneo de forma não invasiva seja útil para uma série de aplicações em doenças cerebrais”, diz Yang, que também é diretor executivo de engenharia elétrica da Caltech. Ele observou que este projeto faz parte de um esforço de colaboração maior com o Dr. Charles Liu, professor de cirurgia neurológica clínica, cirurgia, psiquiatria e ciências comportamentais e engenharia biomédica na Keck School of Medicine da USC, e sua equipe.
Espectroscopia Óptica de Contraste Speckle para Avaliação de Risco de AVC
Em geral, os vasos sanguíneos tornam-se mais rígidos à medida que a pessoa envelhece, o que significa que têm mais dificuldade em dilatar para permitir a passagem do sangue. Isso, por sua vez, significa que a pessoa está mais propensa a sofrer um derrame.
A equipe do Caltech desenvolveu um dispositivo compacto que emite luz laser infravermelha através do crânio até o cérebro em um local e, em seguida, usa uma câmera especial próxima para coletar a luz que retorna depois de ser espalhada pelo sangue que flui dentro dos vasos sanguíneos. A abordagem, chamada espectroscopia óptica de contraste speckle (SCOS), mede a diminuição da intensidade da luz desde o ponto onde ela entra no crânio até o local onde a luz refletida é coletada para determinar o volume de sangue nos vasos sanguíneos do cérebro; ele também observa como a luz se espalha e cria manchas no campo de visão da câmera. As manchas flutuam nas imagens dependendo da taxa de fluxo sanguíneo nos vasos sanguíneos. Quanto mais rápido o sangue flui, mais rapidamente o campo de manchas muda.
Os pesquisadores podem usar essas medições para calcular a relação entre o fluxo e o volume de sangue que flui através do vaso para ter uma ideia do risco de acidente vascular cerebral do paciente.
A equipe conduziu um estudo com 50 participantes. Eles usaram o questionário de risco de AVC atualmente usado, o Cleveland Stroke Risk Calculator, para dividir os participantes em dois grupos: um de baixo risco e outro de alto risco. Eles então mediram o fluxo sanguíneo em cada voluntário durante três minutos, quantificando a taxa de fluxo e o volume de sangue que chega ao cérebro. Após um minuto, eles pediram aos participantes que prendessem a respiração.
Prender a respiração estressa o cérebro quando ele começa a perceber que está ingerindo muito dióxido de carbono e oxigênio insuficiente. Ele entra no que Mahler chama de “modo de pânico” e começa a bombear oxigênio do resto do corpo para si mesmo. Isso aumenta muito o fluxo sanguíneo no cérebro. Depois que você para de prender a respiração, os níveis de oxigênio retornam aos valores basais. Embora isto aconteça tanto em pessoas com baixo como com alto risco de acidente vascular cerebral, os investigadores descobriram que havia diferenças entre os grupos em termos de como o sangue se movia através dos vasos.
A técnica SCOS permite aos pesquisadores medir o quanto os vasos sanguíneos se expandem enquanto o sujeito prende a respiração e quão mais rápido o sangue flui através dos vasos em resposta. “Essas medições reativas são indicativas da rigidez do vaso”, diz Yang. “Nossa tecnologia torna possível fazer esse tipo de medição de forma não invasiva pela primeira vez”.
As descobertas
“O que descobrimos é uma evidência clara e marcante de uma reação diferente do fluxo sanguíneo e do volume sanguíneo entre os dois grupos”, diz Yu Xi Huang, co-autor principal do novo artigo e estudante de pós-graduação no laboratório de Yang.
No grupo de baixo risco de AVC, os investigadores observaram um aumento menor no fluxo sanguíneo durante o exercício de apneia em comparação com o grupo de alto risco de AVC, mas um aumento maior no volume sanguíneo – uma indicação de que mais sangue é capaz de fluir através dos vasos sanguíneos dilatados.
“Podemos ver claramente que o grupo de maior risco tem uma relação fluxo/volume mais elevada, onde têm um fluxo mais rápido, mas um volume de sangue menor durante a retenção da respiração”, diz Mahler. Isso é causado pela rigidez dos vasos sanguíneos e indica maior chance de ruptura. “Se alguém chegasse com um valor de relação fluxo/volume extremamente alto, poderíamos suspeitar que essa pessoa sofrerá um derrame num futuro próximo”.
Um futuro promissor
A equipe está conduzindo pesquisas adicionais usando o protótipo atual do dispositivo de imagem em pacientes de um hospital em Visalia, Califórnia, para coletar dados adicionais de uma população maior e mais diversificada. Os pesquisadores também planejam incorporar o aprendizado de máquina ao processo de coleta de dados do dispositivo e conduzir um ensaio clínico que envolveria o rastreamento de pacientes durante mais de dois anos para aprimorar a tecnologia. Eles esperam que o dispositivo possa eventualmente ser amplamente utilizado, não apenas para pré-seleção do risco de acidente vascular cerebral, mas também para ajudar a detectar exatamente onde no cérebro um acidente vascular cerebral já pode ter ocorrido.
Autores adicionais no artigo, “Correlacionando o risco de acidente vascular cerebral com a dinâmica de perfusão cerebrovascular não invasiva usando um dispositivo portátil de espectroscopia óptica de contraste speckle”, são Julian Michael Tyszka, diretor associado do Caltech Brain Imaging Center; e Dr. Aidin Abedi, Yu Tung Lo, Patrick D. Lyden e Dr. Jonathan Russin da Keck School of Medicine da USC. O trabalho foi apoiado pelos Institutos Nacionais de Saúde e pelo Centro de Neurorestauração da USC.
