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Ingeniería

Protección en tiempo real

Ya se encuentra operando un aparato que evalúa continuamente cómo reaccionan los pulmones sometidos a ventilación artificial en las UTI'ss

REPRODUÇÃO DO CATÁLOGO "BODIES - THE EXIBITION"Un tomógrafo innovador, que monitorea en tiempo real la condición de los pulmones, ya está utilizándose con pacientes de unidades de terapia intensiva (UTIs) del Hospital de Clínicas y del Instituto del Corazón (In Cor) de São Paulo sometidos a respiración artificial. El equipamiento ayuda al médico a calibrar y controlar las tres variables básicas utilizadas cuando se inyecta aire dentro del pulmón mediante el respirador mecánico: volumen, presión y flujo. Este control ayuda a reducir la cantidad de muertes en las UTI’s, pues permite visualizar la reacción del órgano mientras que éste recibe el aire. “El pulmón contiene varios lóbulos y, en algunos casos, uno está enfermo y el otro sano. Esto hace que, sin ese auxilio, haya una distribución desigual del aire dentro del órgano, los que es extremadamente perjudicial”, explica el profesor Marcelo Amato, responsable del Laboratorio de Neumología Experimental de la Facultad de Medicina de la Universidad de São Paulo (FMUSP) y coordinador de la investigación. “Además de ser un desperdicio de la ventilación artificial, esa mala distribución del aire origina una lesión extra, que comienza literalmente a desgarrar el pulmón”.

Como la creación de equipamientos y dispositivos en el área de bioingeniería aplicada a la medicina requiere, además del conocimiento de la mecánica de los materiales utilizados, una comprensión profunda del complejo sistema biológico que rige al cuerpo humano, fueron necesarios diez años de investigaciones para llegar el tomógrafo de impedancia eléctrica, una cinta con 32 electrodos que, colocada en el tórax del paciente y conectada a un monitor, indica continuamente las reacciones del órgano mediante imágenes captadas por la emisión de pulsos eléctricos de alta frecuencia y baja intensidad. Actualmente no existe ningún tomógrafo comercial para monitoreo del pulmón en tiempo real. “Existe otro prototipo que se basa en los mismos principios, desarrollado por investigadores de una universidad alemana, aunque ése aún está utilizando 16 electrodos en lugar de 32”, dice Amato. El número de electrodos marca la diferencia en cuanto a la nitidez y la visualización de las imágenes.

“Esto significa que ellos se encuentran entre tres y cinco años atrasados en relación con nuestro equipamiento”, compara. Entre los planes de los investigadores brasileños figura la ampliación de los 32 electrodos a 64 ó 128, pero a futuro, ya que esa modificación encarecerá bastante el costo. El investigador estima que todavía faltan por lo menos dos años para los ajustes finales, necesarios para dejar el equipamiento listo para su utilización por parte de cualquier médico de las UTI’s, sin grandes instrucciones previas.

Desde 2006, dos tomógrafos se están utilizando con pacientes del Hospital de Clínicas y uno en el InCor. En uno de los estudios realizados, el aparato hizo posible la detección de problemas que ocurren durante el trasplante pulmonar. “En los casos de trasplante unilateral del pulmón, observamos que el pulmón remanente presenta un comportamiento paradójico que obstaculiza el proceso de ventilación alveolar, disminuyendo la eficiencia ventilatoria y del intercambio gaseoso”, informa Amato. Este descubrimiento puede tener implicaciones en los procedimientos quirúrgicos que serán adoptados en el futuro. Es posible que un trasplante unilateral de pulmón sea más exitoso cuando se realice una remoción total de los pulmones enfermos, en lugar de dejar uno de los pulmones dentro del tórax. “Del mismo modo que la resonancia magnética funcional permitió la comprensión de cómo el cerebro procesa las informaciones, la tomografía de impedancia eléctrica está permitiendo observar la ventilación y perfusión pulmonar en tiempo real, revelando fenómenos hasta entonces desconocidos”, compara.

Implicaciones futuras
Fue durante una visita al laboratorio del profesor Bruchard Lachmann en la Universidad Erasmus de Roterdam, en Holanda, en 1997, que Amato comenzó a planificar la construcción de un tomógrafo de ese tipo. Un estudiante apareció en el laboratorio con un prototipo de la Universidad de Sheffield, en Inglaterra, que utilizaba el mismo principio de inyectar corrientes eléctricas y medir los voltajes. “Era un prototipo bastante primitivo, que nunca había sido utilizado con pacientes o en experimentos de ventilación artificial”, recuerda Amato. “Pero cuando observé los resultados de los experimentos con cerdos, percibí que aquello era justamente lo que yo estaba buscando. Un monitor que lograra ver dentro del pulmón, capaz de observar fenómenos distintos y simultáneos sucediendo en diferentes zonas pulmonares, durante la respiración asistida”.

Las imágenes no eran nítidas y no podían verse en tiempo real, pero el comienzo era bastante alentador para el investigador, quien, a comienzos de la década de 1990, al tratar en la UTI a pacientes con leptospirosis afectados de hemorragias en los pulmones, percibió que se podía detener la hemorragia haciendo algunos ajustes en la presión y en el volumen del aire del respirador artificial. “Notamos que la mortalidad de los pacientes sometidos a ventilación artificial podría reducirse a la mitad si consiguiéramos disminuir los problemas de heterogeneidades y estrés excesivo dentro del pulmón, por medio de maniobras especiales y un tratamiento ventilatorio más ameno”, explica Amato, que en esa época era médico asistente en Neumología y trabajaba en la UTI respiratoria del Hospital de Clínicas. La técnica sobre estrategias protectoras pulmonares, fue tema de un artículo publicado en la revista The New England Journal of Medicine en 1998. “El artículo cuenta con más de mil citas y se convirtió en una referencia en el área”, dice el investigador. A partir de los datos de ese trabajo, que fueron confirmados mediante un estudio realizado en 2000 por un grupo de investigadores de la red ARDSnet (Acute Respiratory Distress Syndrome Network) patrocinados por los Institutos Nacionales de Salud (NIH) de Estados Unidos, no se utilizan más los mismos volúmenes usados hasta entonces. “Era común colocar un litro de aire dentro del pulmón con cada inspiración del paciente, lo que hoy en día resulta impensable”, dice el investigador.

EDUARDO CESARDe regreso en Brasil luego de su visita a Holanda, Amato entró en contacto con la Universidad de Sheffield y consiguió adquirir el último prototipo disponible, que llegó aquí prácticamente roto. Fue cuando decidió comenzar a desarrollar un equipamiento que pudiese monitorear al paciente al lado de su lecho. El primer desafío era lograr producir una imagen a partir de las corrientes eléctricas atravesando el tórax. Mientras que en el tomógrafo de rayos X el detector capta emisiones lineales de rayos X, medidas secuencialmente por cambios en el ángulo de emisión menores a un grado, en el tomógrafo de impedancia la corriente eléctrica llega al detector en forma difusa, con cambios en el ángulo de emisión a intervalos mayores. “Un problema difícil, aunque no imposible de resolver”, dice Amato. En la Escuela Politécnica de la USP, Amato encontró en el profesor Raul Gonzalez Lima uno de los colaboradores para el emprendimiento, que comenzaba con la resolución de un problema matemático. Un tiempo después, se unió al grupo la profesora Joyce Bevilaqua, del Instituto de Matemáticas y Estadística, también de la USP.

El tomógrafo cobró impulso con la aprobación del proyecto temático de la FAPESP en 2002. Ahí se inició el desarrollo de la parte electrónica con el apoyo del investigador Harki Tanaka, quien estaba concluyendo su carrera en la Facultad de Medicina de la Universidad de São Paulo, más de dos décadas después de graduarse como ingeniero electrónico en el Instituto Tecnológico de Aeronáutica. “Nos reuníamos de dos a cuatro veces por semana con varios ingenieros, hasta que logramos montar un prototipo”, comenta Amato. Muy diferente del tomógrafo actual, ese primer prototipo era medio destartalado, pero funcionó muy bien con un cerdito.

Como aún faltaban varias etapas para perfeccionar el equipamiento, y una de ellas rezaba respecto del área médica, Amato presentó en 2004 el proyecto a la empresa brasileña Dixtal Biomédica, que se convirtió inicialmente en una colaboradora sin vínculo oficial. En 2007, casi en la etapa final del proyecto temático, la Financiadora de Estudios y Proyectos (Finep) aprobó un proyecto en la misma línea de investigación, una cooperación entre la universidad, representada por la Fundación Facultad de Medicina, y Dixtal Biomédica, recientemente incorporada por Philips.

Blindaje individual
Para que los ruidos e interferencias electromagnéticas provenientes de otros equipamientos de la UTI no comprometiesen la precisión de la medida de voltaje de cada electrodo, los investigadores desarrollaron una cinta de electrodos en las que los cables son completamente blindados. “Cada cable tiene un circuito electrónico interno para anular el ruido electromagnético individual”, dice Amato. El costo actual de los componentes utilizados en el tomógrafo es de alrededor de 10 a 15 mil reales. “La principal ventaja del equipamiento es que no necesita de ningún componente de hardware caro”. Se depositaron dos patentes para el equipamiento. Una de ellas, en nombre del médico e ingeniero Tanaka, acerca de las configuraciones electrónicas. La otra, en nombre de Dixtal, sobre configuraciones de la cinta de electrodos. “Existe un acuerdo de traspaso de royalties firmado entre la empresa y la Fundación Facultad de Medicina”, resalta Amato. “O sea, que si la industria vende el tomógrafo, obtendremos más recursos para investigación”.

Antes del tomógrafo, Amato condujo otras investigaciones en el rubro de la ventilación artificial. Una de las tecnologías desarrolladas por él y adoptadas en la práctica médica es la ventilación con soporte presurizado y volumen asegurado (VAPSV), incorporada en los respiradores artificiales de Intermed, una empresa paulista fabricante de productos de respiración mecánica para UTI y anestesia, y en tres respiradores de empresas internacionales. La técnica consiste en optimizar la oferta de flujo al pulmón del paciente cuando él despierta de la anestesia y comienza a respirar. “Mediante esta tecnología, el respirador percibe el ritmo respiratorio del paciente y realiza una calibración para trabajar en sincronía, ajustando la oferta a la demanda de flujo, al mismo tiempo que asegura el mantenimiento de un volumen mínimo de ventilación”.

Los Proyectos
1. Nuevas estrategias en respiración artificial: diagnóstico y prevención del barotrauma/biotrauma por medio de la tomografía de impedancia eléctrica (TIE) (nº 01/05303-4); Modalidad Proyecto Temático; Coordinador
Marcelo Britto Passos Amato – USP; Inversión R$ 4.947.662,98 (FAPESP)
2. Inteligencia clínica para la tomografía por impedancia eléctrica; Modalidad Cooperación ICTS – Empresas; Coordinador Marcelo Britto Passos Amato – USP; Inversión R$ 898.600,00 (Finep)

Artículos científicos
AMATO, M. B. P. et al. Effect of a protective-ventilation strategy on mortality in the acute respiratory distress syndrome. The New England Journal of Medicine. v. 338, n. 6, p. 347-354. 5 Febrero 1998.
COSTA, E. L. V. et al. Real-time detection of pneumothorax using electrical impedance tomography. Critical Care Medicine. v. 36, n. 4, p. 1230-1238. Abril 2008.

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