ESTUDO DE UMA BOMBA DE SANGUE CENTRFUGA IMPLANTVEL EM UM SIMULADOR CARDIOVASCULAR

Beatriz Uebelhart 1,2, Bruno Utiyama1,2, Jeison Fonseca1, Eduardo Bock1,3, Pedro Antunes1, Juliana Leme1, Cibele Silva1,2, Tarcsio Leo3, Jos Francisco Biscegli1, Aron Andrade11Instituto Dante Pazzanese de Cardiologia - IDPC

2Universidade de Campinas - UNICAMP

3Instituto Federal de Educao, Cincia e Tecnologia de So PauloE-mail: biauebelhart@gmail.comResumo. Uma Bomba de Sangue Centrfuga Implantvel (BSCI) est sendo desenvolvida para ser utilizada como dispositivo de assistncia ventricular em pacientes com doenas cardiovasculares graves. A BSCI consiste de um cone rotatrio acoplado a um motor que quando acionado, por meio da fora centrfuga promove a rotao do cone interno e o sangue impulsionado por aletas produzindo um fluxo sanguneo. Para avaliar o comportamento do organismo quando submetido ao implante da BSCI, utilizou-se um simulador cardiovascular, que consiste em um modelo hbrido fsico e matemtico do sistema cardiovascular humano. Por meio dele, simulou-se um caso de insuficincia cardaca (IC) em que o corao tende a aumentar a freqncia de batimentos para compensar a alterao do fluxo de sangue, o que pode levar o rgo a falncia. Portanto, este trabalho teve como objetivo analisar as alteraes de alguns parmetros fisiolgicos como dbito cardaco, presso arterial e frequncia cardaca em 3 situaes: organismo saudvel, organismo portador de IC, e em organismo portador de IC com assistncia circulatria esquerda. Atravs dos testes, observou-se que os parmetros fisiolgicos que se apresentavam alterados na simulao de um organismo doente, retornaram aos valores normais, quando a bomba foi conectada ao simulador. Deste modo, os resultados se apresentaram satisfatrios comprovando o desempenho da BSCI como dispositivo de assistncia ventricular.

Palavras-chave: Dispositivos de Assistncia Circulatria, Bomba Centrfuga, Simulador Cardiovascular1. INTRODUO

As doenas cardiovasculares so a principal causa de morte no Brasil e no mundo. Segundo a Organizao Mundial da Sade, em 2008 as doenas cardiovasculares causaram a morte de cerca de 17 milhes de pessoas. Estima-se que cerca de 2 milhes de brasileiros so portadores de insuficincia cardaca (IC), a via final para quase todas as cardiopatias, sendo que aps o diagnstico a sobrevida de 1,7 anos para homens e 3,2 para mulheres (Mesquita,2004).A insuficincia cardaca ocorre quando o corao no capaz de bombear sangue adequadamente para o organismo de modo a suprir as necessidades fisiolgicas bsicas. Muitas vezes, a nica sada para o tratamento da IC a realizao de um transplante cardaco, no entanto, muitas pessoas acabam morrendo enquanto aguardam na fila de espera por um rgo. Deste modo, para aumentar a sobrevida do paciente na fila por um transplante, pode-se utilizar um Dispositivo de Assistncia Ventricular (DAV).

O DAV estudado neste trabalho a Bomba de Sangue Centrfuga Implantvel (BSCI), em desenvolvimento no Instituto Dante Pazzanese de Cardiologia. A BSCI consiste em um cone rotatrio acoplado a um motor que quando acionada, por meio da fora centrfuga promove a ejeo do sangue. Um simulador cardiovascular (SC) hbrido, fsico e matemtico do sistema cardiovascular humano, foi utilizado para estudar o comportamento da BSCI quando implantada em um organismo.2. OBJETIVOS

Neste trabalho, utiliza-se um simulador cardiovascular para analisar as alteraes de parmetros fisiolgicos como dbito cardaco, presso arterial e frequncia cardaca em 3 situaes: organismo saudvel, organismo portador de IC, e em organismo portador de IC com assistncia circulatria esquerda utilizando-se a BSCI.3. METOLOGIAO simulador utilizado neste trabalho foi desenvolvido no Instituto Dante Pazzanese de Cardiologia e controlado pelo software LabView (National Instruments, Austin, TX, EUA). A parte fsica do simulador composta por um trio esquerdo, ventrculo esquerdo e parte da aorta, os outros rgos e vasos so modelados matematicamente. O simulador foi utilizado para verificar o comportamento do organismo quando submetido ao implante da BSCI.Inicialmente, simulou-se um organismo saudvel, utilizando parmetros fisiolgicos encontrados na literatura. Na Tabela 1, so apresentados os valores normais de cada parmetro analisado. Tabela 1. Parmetros Fisiolgicos de um organismo saudvel.(Guyton, 1976) (Mcgee, 2009) (Libby, 2008)

Volume ejetado pelo VE (ml/batimento)60 100

Frequncia Cardaca (bpm)70

Dbito Cardaco (L/min)5

Presso no VE (mmHg)0-140

Presso no VD (mmHg)30 0

Em seguida, simulou-se um organismo com insuficincia cardaca diminuindo-se o volume ejetado pelo ventrculo esquerdo. Na insuficincia cardaca, o corao no capaz de bombear sangue o suficiente para adequada perfuso de rgos e tecidos, devido diminuio do volume ejetado pelo ventrculo esquerdo. Essa diminuio pode ocorrer devido a um remodelamento ventricular, causada pelo aumento da presso artica que provoca o aumento da espessura da parede ventricular, enrijecendo-a. Este funcionamento inadequado do sistema cardiovascular se no revertido pode levar a falncia de outros rgos e tecidos. Os Dispositivos de Assistncia Ventricular so utilizados para restabelecer as condies fisiolgicas normais nos casos de IC. Para verificar o comportamento do dispositivo e os parmetros fisiolgicos, a BSCI foi conectada a uma velocidade de rotao de 1200 rpm no circuito simulado como organismo insuficiente e os dados foram coletados.4. RESULTADOS

Os resultados de cada teste foram coletados e so apresentados nos grficos 1,2,3 e Tabela 2 abaixo.

Grfico 1. Parmetros Fisiolgicos de um Organismo Saudvel: 1- Presso Artica, 2- Presso no Ventrculo Esquerdo, 3- Presso no Ventrculo Direito, 4- Presso da Artria Pulmonar, 5- Presso da Veia Cava.

Grfico 2. Parmetros Fisiolgicos de um organismo portador de IC: 1- Presso Artica, 2- Presso no Ventrculo Esquerdo, 3- Presso no Ventrculo Direito, 4- Presso da Artria Pulmonar, 5- Presso da Veia Cava.

Grfico 3. Parmetros Fisiolgicos de um organismo portador de IC com Assistncia Ventricular Esquerda: 1- Presso Artica, 2- Presso no Ventrculo Esquerdo, 3- Presso no Ventrculo Direito, 4- Presso da Artria Pulmonar, 5- Presso da Veia Cava.

Tabela 2. Resultados dos parmetros fisiolgicos obtidosParmetroSadavelInsuficienteCom Assistncia

Presso no ventrculo direito [mmHg]35-041-036-0

Presso no ventrculo esquerdo [mmHg]120-090-0100-10

Presso artica [mmHg]120-8090-70100-70

Volume ejetado [mL]804445

Frequncia cardaca [bpm]7511595

Fluxo de sangue [L/min]4,22,53

No caso de um organismo insuficiente, a diminuio do volume ejetado, induzido durante o experimento para simular uma IC, provocou um aumento na frequncia cardaca. Quando isso ocorre, os mecanismos reguladores do organismo induzem o aumento da frequncia cardaca na tentativa de manter os valores normais de dbito cardaco. No experimento, a frequncia cardaca do organismo insuficiente atingiu 115 bpm com um dbito de 2,5 L/min, condio insuficiente para manter a adequada perfuso dos rgos e tecido, o que poderia levar a falncia de outros rgos.

Quando conectada a BSCI no circuito pde-se verificar uma melhora nos valores dos parmetros obtidos, pois, quando comparados a condio do organismo insuficiente, verificou-se um aumento no fluxo de sangue e uma diminuio na frequncia cardaca. 5. CONCLUSAOObservou-se ao comparar os resultados, que quando a BSCI foi conectada ao organismo portador de IC ocorreu uma normalizao no valor dos parmetros fisiolgicos. Ao atingir estes resultados a BSCI demonstra ser capaz de manter os parmetros fisiolgicos do paciente em condies normais enquanto ele aguarda na fila por um transplante de corao.AGRADECIMENTOS

Fundao Adib Jatene, Instituto Dante Pazzanese de Cardiologia, Fundao de Amparo a Pesquisa FAPESP, Ministrio da Sade, HCOR.REFERNCIAS Mesquita, Evandro Tinoco et al. Insuficincia cardaca com funo sistlica preservada.Arq. Bras. Cardiol. 2004, vol.82, n.5, pp. 494-500. ISSN 0066-782X.Guyton, A. Textbook of medical physiology. W. B. Saunders CO., Philadelphia, 1976.Mcgee, Willian T; Headley, Jan M; Frazier, John A. Guia rpido para tratamento cardiopulmonar. Irvine: Edwards Lifesciences LLC, 2009, 176p.Libby, P (editor); et al.Braunwalds Heart Disease: A textbook of Cardiovascular Medicine. Philadelphia: Saulders Elsevier, 2008, ed 8, 1900 p

STUDY OF A CENTRIFUGAL BLOOD PUMP IN A MOCK LOOP SYSTEMBeatriz Uebelhart 1,2, Bruno Utiyama1,2, Jeison Fonseca1, Eduardo Bock1,3, Pedro Antunes1, Juliana Leme1, Cibele Silva1,2, Tarcsio Leo3, Jos Francisco Biscegli1, Aron Andrade11Institute Dante Pazzanese of Cardiology - IDPC

2 State University of Campinas - UNICAMP

3 Federal Institute of Education, Science and Technology of So Paulo

E-mail: biauebelhart@gmail.com

Resumo: An Implantable Centrifugal Blood Pump (ICBP) is being developed to be used as ventricular assist device in patients with severe cardiovascular diseases. The ICBP consists of a cone coupled to a driver that when activated promotes the rotation of an impeller and propels the blood. A Cardiovascular Simulator was used to evaluate the behavior of the organism when submitted to the ICBP implant. This simulator consists of a physical and mathematical model of the human cardiovascular system where was simulated a heart failure (HF) in which the heart tends to increase the beat frequency to compensate the change of blood flow, which can lead to organ failure. This work aims to analyze some physiological parameters as cardiac output, blood pressure and heart rate in three situations: a healthy organism, an organism with heart failure, and an organism with heart failure supported by an Implantable Centrifugal Blood Pump. The results showed that the physiological parameters that had changed in the simulation of an organism with heart failure, returned to normal values when the pump was connected to the simulator. The results presented satisfactory proving the efficiency of the ICBP as a ventricular assist device.

Keywords: Circulatory Assist Device, Centrifugal Blood Pump, Cardiovascular Simulator1

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