Matemática a serviço do coração

Representação geométrica do ventrículo esquerdo, detalhando músculos papilares e trabéculas carneae.
[Imagem: M. Fedele/Politecnico di Milano]

Matemática do coração

Uma equipe internacional, sediada no Instituto Politécnico de Milão (Itália), propôs-se o objetivo ambicioso de criar um modelo matemático completo para estudar o comportamento do coração humano, incluindo suas patologias.

O projeto, chamada iHEART, pretende criar uma espécie de "microscópio virtual", que integre todos os processos da função cardíaca, incluindo propagação de impulsos elétricos, ativação celular, contração e relaxamento do miocárdio durante a fase sistólica e diastólica, dinâmica dos fluidos sanguíneos nos ventrículos e átrios e dinâmica da abertura e fechamento das quatro válvulas cardíacas.

As simulações realizadas até o momento já permitiram iniciar operações de algumas questões parciais, que estão atraindo um interesse considerável da comunidade médica.

Isso está ajudando a direcionar o foco do projeto para os primeiros testes de campo, com matemáticos e médicos cooperando para otimizar as novas ferramentas para procedimentos cirúrgicos específicos, destinados a resolver condições cardíacas mais importantes.

Por exemplo, modelos iniciais já criados pelo projeto geraram indicadores quantitativos sobre fatores que contribuem para desencadear e manter arritmias, como a taquicardia ventricular. Os métodos cirúrgicos tradicionais consistem na realização de ablações por transcateter, que permitem, por meio de radiofrequências, desativar as áreas anormais causadoras da arritmia.

Algoritmos cada vez mais rápidos, que permitirão realizar esse tipo de análise em tempo real, vão beneficiar cada paciente individualmente, acelerando o processo decisório relacionado à cirurgia.

Evolução do potencial transmembranar nos átrios (em cima) e ventrículos (embaixo) nas diferentes fases do batimento cardíaco.
[Imagem: M. Fedele/Politecnico di Milano]

Simulador de coração

No momento, a equipe está desenvolvendo um modelo para fornecer indicações precisas ao cirurgião cardíaco sobre como realizar a miectomia (remoção) de uma porção do septo interventricular usando uma análise não invasiva de custo muito baixo.

Este tratamento é o mais utilizado nos casos de cardiomiopatia obstrutiva hipertrófica, que consiste em um espessamento septal que dificulta a ejeção de sangue do ventrículo esquerdo para a aorta ascendente. A simulação matemática é inserida na fase pré-operatória e foi considerada pelos médicos como uma ferramenta orientadora eficaz para essa operação cirúrgica.

Uma ferramenta computacional adicional foi desenvolvida para melhorar a terapia de ressincronização cardíaca (TRC), que consiste em implantar um dispositivo capaz de restaurar a sincronização correta da contração cardíaca prejudicada por distúrbios de condução ou pela presença de cicatrizes.

"Como resultado de todas as novas parcerias clínicas e da atividade integrada dos nossos jovens pesquisadores com a de pesquisadores hospitalares, abriremos o caminho para uma nova disciplina, a Medicina Computacional," resumiu o professor Alfio Quarteroni, gerente do projeto.