‘Vibração’ instável prevê aneurisma da aorta com 98% de precisão

Pesquisadores da Northwestern University desenvolveram a primeira métrica baseada na física para prever se uma pessoa poderá algum dia sofrer um aneurisma da aorta, uma condição mortal que muitas vezes não causa sintomas até se romper.

No novo estudo, os pesquisadores previram o crescimento anormal da aorta medindo a “vibração” sutil no vaso sanguíneo de um paciente. À medida que o sangue flui pela aorta, pode fazer com que a parede do vaso vibre, semelhante à forma como uma bandeira ondula ao vento. Embora o fluxo estável preveja o crescimento normal e natural, a vibração instável é altamente preditiva de crescimento anormal futuro e ruptura potencial, descobriram os pesquisadores.

Chamada de “parâmetro de instabilidade de vibração” (FIP), a nova métrica previu aneurismas futuros com 98% de precisão, em média, três anos após a primeira medição do FIP. Para calcular um PIF personalizado, os pacientes precisam apenas de uma única ressonância magnética (MRI) de fluxo 4D.

Usando a métrica preditiva clinicamente mensurável, os médicos poderiam prescrever medicamentos a pacientes de alto risco para intervir e potencialmente impedir que a aorta inche até um tamanho perigoso.

A pesquisa foi publicada esta semana (11 de dezembro) na revista Engenharia Biomédica da Natureza.

“Os aneurismas da aorta são coloquialmente chamados de ‘assassinos silenciosos’ porque muitas vezes passam despercebidos até que ocorra uma dissecção ou ruptura catastrófica”, disse Neelesh A. Patankar da Northwestern, autor sênior do estudo. “A física fundamental que conduz os aneurismas é desconhecida. Como resultado, não existe um protocolo clinicamente aprovado para prevê-los. Agora, demonstramos a eficácia de uma métrica baseada na física que ajuda a prever o crescimento futuro. Isto pode ser transformacional na previsão cardíaca. patologias.”

Especialista em dinâmica de fluidos, Patankar é professor de engenharia mecânica na Escola de Engenharia McCormick da Northwestern. Ele co-liderou o estudo com o Dr. Tom Zhao, especializado em primeiros princípios da biomecânica.

Perigo crescente

Um aneurisma da aorta ocorre quando a aorta (a maior artéria do corpo humano) incha mais de 1,5 vezes seu tamanho original. À medida que cresce, a parede da aorta enfraquece. Eventualmente, a parede torna-se tão fraca que não consegue mais suportar a pressão do sangue que flui através dela, causando a ruptura da aorta. Embora rara, a ruptura aórtica é geralmente imprevisível e quase sempre fatal.

Várias pessoas importantes morreram de aneurisma da aorta, incluindo Grant Wahl, um jornalista esportivo que morreu repentinamente há um ano, na Copa do Mundo FIFA de 2022. Outras mortes de celebridades incluem John Ritter, Lucille Ball e Albert Einstein.

“A maioria das pessoas não percebe que tem um aneurisma, a menos que seja detectado acidentalmente quando fazem um exame para detectar um problema não relacionado”, disse Patankar. “Se os médicos detectarem, podem sugerir mudanças no estilo de vida ou prescrever medicamentos para baixar a pressão arterial, a frequência cardíaca e o colesterol. Se não forem detectados, podem romper, o que é um evento catastrófico imediato.”

“Se romper quando a pessoa estiver fora do hospital, a taxa de mortalidade será próxima de 100%”, acrescentou Zhao. “O suprimento de sangue para o corpo é interrompido, então órgãos críticos como o cérebro não podem mais funcionar”.

Removendo as suposições

Para o padrão atual de atendimento, os médicos estimam a chance de ruptura com base em fatores de risco (como idade ou histórico de tabagismo) e no tamanho da aorta. Para monitorar o crescimento de uma aorta, os médicos a acompanham com exames de imagem regulares. Se a aorta começar a crescer muito rapidamente ou ficar muito grande, o paciente geralmente será submetido a um enxerto cirúrgico para reforçar a parede do vaso, um procedimento invasivo que traz seus próprios riscos.

“Nossa falta coletiva de compreensão torna difícil monitorar a progressão do aneurisma”, disse Zhao. “Os médicos precisam monitorar regularmente o tamanho de um aneurisma, fazendo imagens de sua localização a cada um a cinco anos, dependendo da rapidez com que ele cresceu anteriormente e se o paciente tem alguma doença associada. Durante esse período de ‘esperar para ver’, um aneurisma pode explodir fatalmente. .”

Para eliminar as suposições na previsão de aneurismas futuros, Patankar, Zhao e seus colaboradores procuraram capturar a física fundamental subjacente ao problema. Em extensos trabalhos e análises matemáticas, eles descobriram que surgem problemas quando a vibração da parede do vaso passa de estável para instável. Essa instabilidade causa ou sinaliza um aneurisma.

“A vibração é uma assinatura mecânica do crescimento futuro”, disse Patankar.

Capturando a física subjacente

Para quantificar a transição da estabilidade para a instabilidade, os investigadores combinaram a pressão arterial, o tamanho da aorta, a rigidez da parede aórtica, a tensão de cisalhamento na parede e a pulsação. O número resultante (ou FIP) caracteriza a interação exata entre a pressão arterial e a rigidez da parede que, em última análise, desencadeia a instabilidade vibratória.

“Os médicos sabiam que esses fatores – pressão arterial, frequência cardíaca e tamanho da aorta – estavam envolvidos, mas não sabiam como quantificá-los”, disse Patankar. “Acontece que a combinação dos fatores é o que importa. Um paciente pode ter uma parede instável, mas uma aorta de tamanho normal, então o médico nem perceberia que havia um problema.”

Surpreendentemente, os investigadores descobriram que a instabilidade tende a surgir quando a parede é mais flexível. Este achado contradiz diretamente o conhecimento comum de que a rigidez aórtica é um sinal de doença.

“Mostramos que quanto menos rígido for, maior será o risco do paciente de crescimento e ruptura futura”, disse Zhao. “Isso ocorre porque quando a aorta atinge um certo tamanho, o corpo tenta enrijecê-la para aparentemente protegê-la do crescimento futuro. Mas as que ainda estão crescendo são menos rígidas. A aorta irá vibrar se a parede for mais complacente.”

Validando a métrica

Para testar a nova métrica, os pesquisadores revisaram dados de ressonância magnética de fluxo 4D de 117 pacientes submetidos a exames de imagem cardíaca para monitorar doenças cardíacas e de 100 voluntários saudáveis. Com base nesta ressonância magnética, os pesquisadores atribuíram a cada paciente um PIF personalizado. Nesta métrica, zero marca o limite entre estável e instável.

Para pacientes com PIF abaixo de zero, era improvável que a aorta apresentasse crescimento anormal. Os pesquisadores previram que os pacientes com PIF superior a zero, entretanto, apresentariam crescimento anormal e ruptura futura.

“Ao estabelecer o valor prognóstico desta métrica quantitativa para ressonância magnética de fluxo 4D cardiovascular, podemos melhorar significativamente o valor da imagem oferecida como padrão de tratamento para pacientes com aneurismas”, disse o Dr. Ethan Johnson, coautor do estudo e pós-doutorado. em imagens cardiovasculares na Northwestern University Feinberg School of Medicine.

Quando os pesquisadores compararam essas previsões com ressonâncias magnéticas de acompanhamento ou diagnósticos médicos, descobriram que suas previsões eram precisas em 98% dos casos. Embora o FIP tenha previsto o crescimento futuro em média três anos após a ressonância magnética inicial (quando o FIP foi calculado), os investigadores dizem que esta métrica pode até oferecer uma visão mais granular da saúde do coração numa base diária ou mensal.

“O período de um a oito anos é o intervalo de tempo em que se situam os nossos dados clínicos”, disse Zhao. “Não é o intervalo de tempo total em que o FIP é necessariamente eficaz.”

Em seguida, Patankar, Zhao e sua equipe planejam explorar se o FIP pode fornecer pistas sobre como outras doenças cardíacas se desenvolvem. Eles também estão estudando se a PIF específica do paciente pode indicar quais métodos de prevenção são mais eficazes para interromper a progressão do aneurisma.

A pesquisa é intitulada “Instabilidade de vibração da parede sanguínea como fisiomarcador da progressão dos aneurismas da aorta torácica”.