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Ingeniería biomedica

Cerebro bajo vigilancia

Un sensor subcutáneo monitorea la presión intracraneal en casos de accidentes y de enfermedades

Tumor que se encuentra en el cerebelo, hemangioblastoma comprime área que controla la coordinación y el equilibrio

IMON FRASER/SCIENCE PHOTO LIBRARYTumor que se encuentra en el cerebelo, hemangioblastoma comprime área que controla la coordinación y el equilibrioIMON FRASER/SCIENCE PHOTO LIBRARY

La experiencia de tener una enfermedad rara y de difícil diagnóstico, llamada hidrocefalia de presión normal, llevó al profesor Sérgio Mascarenhas, coordinador del Instituto de Estudios Avanzados de São Carlos de la Universidad de São Paulo (USP), a desarrollar un aparato sencillo y escasamente invasivo destinado monitorear la presión interna del cerebro. El mismo consiste en un minúsculo sensor ubicado debajo de la piel de la cabeza del paciente y un monitor externo especial para la recepción y el análisis de la información. Este aparato evalúa el volumen del líquido cefalorraquídeo, una sustancia que reviste y protege al sistema nervioso central contra los impactos, y también la concentración de la sangre y la masa cerebral, entre otros factores de riesgo para el aumento de la presión. Denominado monitor de presión intracraneal, el equipo, que ya ha sido patentado, simplifica y hace más fácil el seguimiento del cuadro clínico de los portadores de hidrocefalia y de víctimas de traumas craneoencefálicos ocasionados por accidentes de motos, automóviles y caídas.

Actualmente este examen se lleva a cabo con el uso de un sensor ubicado dentro del cerebro, mediante un procedimiento quirúrgico invasivo, sujeto a infecciones. Como investigador, no me satisfacía que fuera necesario agujerear la cabeza para medir la presión, dice Mascarenhas, profesor jubilado del Instituto de Física de la USP de São Carlos, explicando el motivo que lo llevó hace dos años a empezar una nueva investigación a los 79 años, cuando todavía se recuperaba de la cirugía a la que se había sometido para la implantación de una válvula en el cerebro capaz de controlar el exceso de líquido producido por un defecto en el ventrículo cerebral. La acumulación de líquido comprime el tejido nervioso contra la caja craneal, provocando síntomas tales como mareos, problemas de coordinación motriz e incontinencia urinaria. El aumento de la presión intracraneal comienza a comprimir las neuronas, y así altera sus funcionalidades, dice Mascarenhas. Como la enfermedad afecta principalmente a personas de más de 60 años, los síntomas suelen confundirse con los del mal de Parkinson, lo que dificulta el diagnóstico.

Deformación medida
La inspiración para el desarrollo del sensor subcutáneo, que mide la presión intracraneal por la deformación que el exceso de líquido produce en el cráneo, provino de un aparato usado por los ingenieros para monitorear a presencia de rajaduras en paredes y el movimiento de vigas, llamado strain gage (sensor de deformación). Los primeros experimentos se hicieron en la casa do investigador, con un cráneo cedido por la Universidad Federal de São Carlos (UFSCar). Agarré el aparato que usan para medir la deformación de las vigas en el laboratorio de estructuras de la USP y lo pegué en el cráneo por fuera, informa el profesor, quien entre otras cosas fundó y dirigió Embrapa Instrumentación Agropecuaria, unidad de la Empresa Brasileña de Investigación Agropecuaria de São Carlos, y participó en la creación de la UFSCar y de la carrera de ingeniería de materiales (lea la entrevista con el investigador en Pesquisa FAPESP nº 137). Como el cráneo está lleno de agujeros, Mascarenhas necesitaba rellenarlo para simular la presión intracraneal. Empleó entonces un globo de cumpleaños de su nieto, que dispuso dentro del cráneo y lo infló. Mascarenhas quería simular la presión sobre el hueso y la deformación que causaría. Para completar ese experimento casero, desmontó un aparato de medir la presión arterial y usó el medidor de presión en milímetros de mercurio para hacer la lectura. Este experimento consistía en comparar el sensor externo con el usado actualmente dentro de la caja craneal y, al mismo tiempo, provocar la variación de presión para demostrar que era sensible a los cambios inducidos. Los resultados demostraron que estaba en el camino correcto.

Sensor subcutáneo probado inicialmente en un cráneo

Eduardo CesarSensor subcutáneo probado inicialmente en un cráneoEduardo Cesar

Luego de varios experimentos, realizados con ratones, conejos y ovejas, con los que realizó comparaciones entre el método invasivo y el sensor subcutáneo, el aparato empezará a ser probado en 30 pacientes del Hospital de Clínicas de la Facultad de Medicina de la USP de Ribeirão Preto, en colaboración con el jefe de neurocirugía, profesor Benedicto Oscar Colli. Los pacientes con traumas que lleguen al hospital serán evaluados con el sensor tradicional y con el nuestro, a los efectos de hacer la comparación, dice Mascarenhas. El aparato, que inicialmente se pensó para atender a pacientes con hidrocefalia, podrá emplearse con cualquier paciente con riesgo de aumento de la presión intracraneal producto de hemorragias, edemas, tumores e infecciones.

Víctimas de accidentes de tránsito con golpes en la cabeza y en la región cervical también se verán beneficiarios con este monitoreo, ya que el alto costo del examen actual constituye un obstáculo para su uso en gran escala. El sensor tradicional, descartable, dispuesto dentro del cerebro, cuesta en torno de 5.000 mil reales en el caso del importado, de la marca Codman Johnson, y 2.500 reales el nacional, del fabricante Ventura?, informa el investigador. El precio del monitor para el hospital es de alrededor de 30 mil reales. una diferencia de precios muy grande en relación con el aparato desarrollado por Mascarenhas. Este sensor, también descartable, costará alrededor de 350 reales con impuestos previstos incluidos, mientras que el monitor saldrá por 3.200 reales, compara.

La presión intracraneal se mide en milímetros de mercurio, al igual que la presión arterial. En condiciones normales, la presión intracraneal registra fluctuaciones determinadas por los ciclos respiratorio y cardíaco y oscila de 5 a 15 milímetros de mercurio (mmHg2). Entre 20 y 30 se encuadra en la hipertensión intracraneal causada por traumas o enfermedades. Arriba de ese límite, el paciente puede  entrar en coma. En casos de accidentes con traumatismo de cráneo, por ejemplo, la presión podría monitorearse en forma constante en el hospital con el nuevo aparato, evitándose así muchas muertes. Actualmente eso no se hace porque el sensor tradicional no está disponible en el Sistema Único de Salud (SUS) debido al alto costo, y la gran mayoría de los accidentados no puede pagar el procedimiento. Éste es el  público al que Mascarenhas quiere llegar. Yo no quiero ser un académico que se olvida de que el conocimiento debe ponerse al servicio de la sociedad, dice.

El traumatismo craneoencefálico es una de las causas más frecuentes de aumento de la presión intracraneal en Brasil. Datos del SUS demuestran que solamente en 2007 se notificaron 98.945 casos de traumatismos intracraneales, 12.800 de neoplasias malignas de encéfalo y 12.630 de hidrocefalias, totalizando 124.375 casos con potencial de monitoreo. Estas cifras no corresponden a la realidad, porque muchos pacientes mueren sin diagnóstico, dice Mascarenhas. Y la tendencia apunta que los traumatismos aumentarán aún más, ya que diariamente más coches y motos entran en circulación en el país. Son 430 mil accidentes automovilísticos por ano, de los cuales 35 mil resultan en muertes. Fue pensando en esa gran cantidad de pacientes que no tienen acceso al monitoreo de la presión intracraneal que el profesor decidió transformar el sensor subcutáneo en un producto, apoyado por la FAPESP en la modalidad Investigación Innovadora en Pequeñas Empresas (Pipe). La empresa asociada al proyecto es Sapra, de São Carlos, que actúa en el área de tecnología de la salud y fue creada por el investigador en 1979. Actualmente quien está al frente de la empresa es su hija Yvone Mascarenhas, doctora en física.

Cráneo en el que se probó el sensor

Eduardo CesarCráneo en el que se probó el sensorEduardo Cesar

Las pruebas destinadas a evaluar la biocompatibilidad del sensor estuvieron a cargo del doctorando Gustavo Frigieri, graduado en farmacia y bioquímica y dirigido por el profesor Mascarenhas en el Instituto de Física de la USP. Al 21º día de la implantación del sensor en la cabeza de la oveja, se extrajeron muestras de tejido en el local y se hicieron análisis citológicos y microbiológicos para evaluar riesgos de alergia, inflamación o infección. No se observaron ninguno de estos tres riesgos, dice Frigieri. Mascarenhas hace hincapié en que ése es un aspecto importante, pues en el caso del sensor tradicional el riesgo de infección hace que deba retirárselo en pocos días.

El sensor subcutáneo permaneció durante 21 días en la cabeza de la oveja, sin ninguna alteración de la normalidad de los parámetros evaluados. La variación de la presión intracraneal fue inducida en el animal mediante alteraciones posturales, tales como levantar y bajar la cabeza, y por la compresión de las yugulares. En los ratones, Mascarenhas evaluó también las variaciones de presión durante un ataque epiléptico. Las pruebas se efectuaron con una cepa de ratones audiogénicos cuando la epilepsia se induce vía sonido criados por el profesor Norberto Garcia-Cairasco, de la Facultad de Medicina de Ribeirão Preto de la USP. Durante la crisis, cuando el ratón levanta la cabeza, manda el líquido cefalorraquídeo hacia la columna y la presión interna del cerebro baja, dice Mascarenhas. Cuando baja la cabeza, el líquido va al cerebro y la presión aumenta.

Nuevas evaluaciones
Al mismo tiempo en que están haciendo nuevos experimentos destinados a probar varias aplicaciones del sensor, Mascarenhas y su equipo, del cual también forma parte el doctorando Wilson Seluque, trabajan en otros métodos aún más avanzados de medición de la presión intracraneal. Uno de ellos consiste en un casco que, al entrar en contacto con el hueso, funciona como un sensor. De esta forma, no será necesario ni siquiera rapar el cuero cabelludo para poner el sensor. Uno de nuestros focos de estudio consiste en saber cómo se comporta la presión intracraneal durante una crisis de jaqueca, dice el investigador. O evaluar la respuesta de un tumor cerebral a la quimioterapia. Si el tumor diminuye, la presión intracraneal también disminuirá, dice, añadiendo que el seguimiento de la evolución de la enfermedad puede hacerse sin necesidad de hacer estudios caros. La idea es en el futuro transformar el monitor de presión intracraneal en un instrumento doméstico, como el termómetro y el medidor de presión arterial, para dar auxilio rápido en caso de elevación de la presión intracraneal.

El proyecto
Desarrollo de un aparato poco invasivo de monitoreo de la presión intracraneal (nº 08/53436-2); Modalidad Investigación Innovadora en Pequeñas Empresas (Pipe); Coordinador Sérgio Mascarenhas – Sapra; Inversión R$ 203.010,88 (FAPESP)

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