The revolutions in biotech and
infotech will give us control of the world inside us, and will enable us to
engineer and manufacture life.Yuval Noah Harari
A Medicina Biônica é um campo de atuação e pesquisa médicas promissor envolvendo a intersecção da medicina com a engenharia biomecânica. A principal base dessa nova tecnologia está em como os nervos respondem a estímulos elétricos, tencionando a substituição ou o aprimoramento de estruturas anatômicas e processos fisiológicos através de recursos eletrônicos e mecânicos.
Evidências de
sucesso de modelos biônicos na medicina envolvem principalmente o manejo de
desordens neurológicas, como o uso de estimuladores da medula espinhal para dor
neuropática crônica, implantes cocleares para surdez e estimulação cerebral
profunda tanto para doença de Parkinson quanto para tremor essencial. Aplicações
ainda em estudo também já ganharam notoriedade, permitindo, por exemplo, que
pacientes com lesão grave da medula espinhal possam agarrar objetos e controlar
membros artificiais.
Algumas das mais recentes tecnologias e projetos promitentes envolvendo o desenvolvimento de um “corpo biônico” serão abordadas a seguir.
Membros biônicos
O sistema nervoso central (SNC) baseia-se na propriocepção para
controlar e corrigir os movimentos do corpo, influenciando no tônus muscular, equilíbrio postural, execução
motora e coordenação, cinestesia, reflexos musculares e estabilidade articular.
Em um indivíduo com o membro amputado, as vias aferentes responsáveis por essas
habilidades estão comprometidas e, mesmo depois da perda do membro, os nervos
remanescentes mantêm-se ativos, transmitindo impulsos que outrora seriam
direcionados ao membro ausente.
As próteses
mecânicas garantem somente certo movimento a esses pacientes, uma vez que, por
valerem-se apenas da propulsão muscular, carecem de mecanismos de propriocepção
e, por conseguinte, do controle intuitivo e natural dos movimentos. Diante desse cenário, a
tecnologia biônica corroborou para o desenvolvimento de próteses capazes de
prover esse controle por intermédio da conexão do membro remanescente com o
SNC.
O mecanismo envolve primeiramente
um procedimento cirúrgico de restauração nervosa muscular dirigida (Targeted Muscle Reinnervation, TMR em inglês), no qual os pacientes com o membro
amputado são submetidos a um redirecionamento das fibras nervosas remanescentes
para um músculo próximo. Quando o paciente tenciona mover o membro ausente, os
sinais motores do SNC são transferidos para o músculo que recebeu a inervação
remanescente. O músculo, então, contrai gerando sinais eletromiográficos (EMG)
que são usados para o controle da prótese biônica.
Outro grande
desafio para a tecnologia biônica foi devolver não apenas a capacidade de
controle dos movimentos, mas principalmente a capacidade de sentir. As próteses
mais avançadas do mundo contêm mais de 100 sensores, detectando força,
vibração, contato fino e temperatura. Nestes modelos biônicos, há também
sensores nas articulações mensurando ângulo, velocidade e torque.
Para que os usuários tenham essas sensações, os sensores traduzem, mediante algoritmos, informações táteis e de movimentos em impulsos nervosos. Por sua vez, o membro biônico envia esses sinais elétricos para eletrodos implantados cirurgicamente aos nervos residuais do membro ausente que, por conseguinte, alcançam o cérebro, sendo este capaz de detectar as informações transmitidas pela prótese.
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Coração artificial
A tecnologia
biônica de cunho médico não apenas se manifesta para membros artificiais, mas
também para órgãos. Um importante exemplo é o coração totalmente artificial (Total Artificial Heart, TAH em inglês) desenvolvido por uma empresa americana para
pacientes críticos cuja sobrevivência é dependente principalmente de um
transplante total de coração. Quando não há disponibilidade de um coração para
transplante ou quando o procedimento não é uma opção, o TAH é uma alternativa
para prolongar a vida ou evitar a piora do quadro clínico do paciente, impedindo
que ele fique doente demais para ser submetido a um transplante
posteriormente.
Assim como um
coração humano, o TAH é
pulsátil e compreende dois ventrículos e quatro valvas que bombeiam o sangue
para o corpo. Diferentemente de outros suportes mecânicos para a circulação,
como o dispositivo de assistência ventricular esquerda (DAVE ou left ventricular assist device, LVAD em
inglês), o TAH substitui ambos os lados direito e esquerdo do coração
comprometido, evitando uma das principais complicações do DAVE que é a
disfunção circulatória do ventrículo direito.
O mecanismo do TAH baseia-se nos diafragmas (membranas em formato de balão) que estão dentro de cada ventrículo, dividindo cada um deles em duas câmaras – uma portando sangue e a outra, ar. Um aparelho condutor externo, mediado por bateria, infla e desinfla os diafragmas, dando propulsão ao sangue dentro e fora dos ventrículos. Ainda que o TAH não seja uma solução permanente, ele já ajudou mais de 1250 pacientes, alguns deles portando o órgão biônico por mais de 4,5 anos.
Implantes
de retina
O olho biônico, que já foi adotado por mais de 100 pacientes nos Estados Unidos e Europa, compreende uma pequena câmera acoplada em um par de óculos que envia informações para uma prótese epiretinal cirurgicamente implantada. O mecanismo envolve a transferência de imagens capturadas pela câmera para um processador visual, onde são transformadas em algoritmo e enviadas a um estimulador. Este último, por sua vez, ativa mediante impulsos elétricos os eletrodos implantados próximos da retina, cujas células projetam estes impulsos para áreas visuais do cérebro para interpretação das imagens. É importante ressaltar que, apesar do dispositivo não restaurar a visão completamente, ele permite que pacientes enxerguem formas e distingam áreas claras e escuras.
Há, ainda, uma pesquisa promissora
em voga encabeçada por uma empresa australiana sobre como a tecnologia biônica
na forma de implante poderia postergar a cegueira. Trata-se de um dispositivo
(em inglês, Minimally Invasive
Retinal-degeneration Arrestor, ou MIRA) que tenciona prolongar e estender
os anos de visão funcional para os pacientes com retinopatia degenerativa
mediante emprego de estimulação elétrica de baixa potência. O projeto MIRA
ainda está em fase de desenvolvimento, no entanto, além de postergar o progresso
de retinite pigmentosa, os pesquisadores acreditam que o dispositivo possa ser
importante para outras condições oculares, como glaucoma e degeneração macular.
Implante coclear
O implante coclear foi desenvolvido para
produzir sensações auditivas mediante estimulação elétrica dos nervos da orelha
interna, traduzindo informações sonoras para o cérebro. O dispositivo consiste
na implantação de uma placa de eletrodo dentro da cóclea e um estimulador que é
cirurgicamente colocado embaixo da pele atrás da orelha externa. Um processador
externo do som, similar a um aparelho auditivo, captura sons e os converte em
um código digital. Essa informação, por sua vez, é transmitida via wireless
para um estimulador que transforma o som codificado em impulso elétrico,
enviando-o para a placa de eletrodo. A transmissão estimula os neurônios
auditivos que enviam impulsos para o cérebro onde são interpretados como som.
Tecnologia biônica
na doença de Parkinson
A doença de Parkinson é uma condição
degenerativa em que há perda progressiva de células nervosas localizadas em uma
área cerebral crucial para os movimentos normais. Essa degeneração implica em uma
perda da função motora com sintomas típicos de tremor nos braços e pernas,
rigidez muscular, postura inclinada e ambulação mais lenta e descoordenada.
Medicamentos convencionais podem ser
empregados para o manejo da doença de Parkinson, entretanto, mais de 30% dos
pacientes não conseguem se beneficiar da terapia tradicional. Para esses casos,
a estimulação cerebral profunda (deep
brain stimulation, DBS em inglês) pode ser uma opção de tratamento efetiva.
A DBS já foi comprovada há quase 15 anos para controle de tremor debilitante em
pessoas com doença de Parkinson e tremor essencial.
A DBS consiste na implantação cirúrgica profunda e bilateral de eletrodos conectados a um dispositivo, similar a um marcapasso cardíaco, inserido embaixo da pele (geralmente próximo à clavícula). Esse dispositivo gera impulsos elétricos para as áreas afetadas do cérebro por meio do par de eletrodos, bloqueando ou alterando a atividade neural anormal.
Apesar de significativamente melhorar a
qualidade de vida dos pacientes, a DBS pode não atender o alívio adequado dos
sintomas. Isso porque, a DBS disponibiliza apenas um nível de estimulação,
determinado durante a consulta com o neurologista. Dessa forma, considerando-se
a variação dos sintomas da doença em um mesmo dia, a DBS acaba por vezes sendo
ineficaz ou produzindo efeitos adversos.
Constatado isso, um instituto australiano
engatou em uma pesquisa a fim de desenvolver uma estimulação adaptativa para
que o tratamento seja individualizado e devidamente ajustado em tempo real.
Manejo biônico da
epilepsia
Crises
epilépticas são imprevisíveis e podem variar desde convulsões breves à perda de
consciência. A epilepsia é diagnosticada mediante eletroencefalografia (EEG),
mas, devido à aleatoriedade dos eventos, o exame convencional pode não diagnosticar
a atividade elétrica, além de aumentar as visitas e custos hospitalares.
Diante desse
cenário, pesquisadores australianos desenvolveram um dispositivo pequeno e
implantável por baixo do couro cabeludo que permite monitorizar as crises fora
da estrutura hospitalar, permitindo que os pacientes tenham maior autonomia.
Ademais, estima-se que esse dispositivo possa melhorar a segurança do paciente
através do monitoramento remoto, incorporando um alerta para os cuidadores do
paciente quando este sofrer uma crise.
Tratamento da
doença inflamatória intestinal
Doenças inflamatórias do trato intestinal,
como doença de Crohn e colite ulcerativa, são condições debilitantes e
recidivantes que costumam emergir pela primeira vez no paciente enquanto adulto
jovem, afetando-o durante toda a vida. O manejo medicamentoso é comumente
associado a eventos adversos e ao alívio ineficaz dos sintomas. Através de um
projeto colaborativo, um instituto de pesquisa australiano desenvolveu um
dispositivo inovador que permite a detecção das condições inflamatórias do
intestino, estimulando terapeuticamente o nervo vago.
Diante
de um determinado limiar de grau inflamatório, um sinal é enviado do
dispositivo para um estimulador subcutâneo. Este estimulador, por sua vez,
envia impulsos elétricos ajustados automaticamente de acordo com o grau de
inflamação para um eletrodo em contato com o nervo vago. Dessa forma, com essa
técnica, os pesquisadores tencionam um tratamento mais seguro, eficaz e
individualizado da inflamação intestinal, além de reduzir a necessidade
constante de consultas com o médico.
