Desenvolvimento de um projeto para construção de bomba-balão para contrapulsação aórtica

Development and construction of a balloon-pump for aortic counterpulsation

Desenvolvimento de um projeto para construção de bomba-balão para contrapulsação aórtica

Development and construction of a balloon-pump for aortic counterpulsation

Celso Luiz dos Reis; Paulo Roberto Barbosa Évora; José Carlos Franco Brasil; Paulo José de Freitas Ribeiro; Adonis Garcia Otaviano; Hércules Lisboa Bongiovani; Rúbio Bombonato; Marcus Antônio Ferez; Ricardo Nilsson Sgarbieri; Francisco Fernandes Moreira Neto; Almir Sales Pereira; Percival Gomes

Do Hospital do Coração de Ribeirão Preto. Fundação Dr. Waldemar B. Pessoa

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RESUMO

O presente trabalho tem por finalidade apresentar as etapas de um projeto para construção de uma bomba-balâo para contrapulsação aórtica. Desenvolveram-se três protótipos, sendo que os dois primeiros utilizavam ar comprimido e vácuo hospitalares para insuflação e deflação do cateter-balão. Esses dois protótipos apresentavam como diferenças fundamentais: o tipo de dispositivo que captava o sinal luminoso da onda R do ECG utilizado para a sincronização do bombeamento; o tipo de válvula solenóide e os componentes eletrônicos de maior resolução utilizados no segundo protótipo. O terceiro e atual protótipo passou a obter o sinal da onda R diretamente da saída de cardioversão do monitor de ECG e substituiu o ar comprimió e o vácuo hospitalares, além das válvulas solenóides, por uma bomba eletromagnética. Está em fase de resolução o problema de deflação tardia que ainda ocorre no sistema.

Descritores: balão intra-aórtico; contrapulsação; circulação assistida, mecânica.

ABSTRACT

The present paper presents the project and construction of a balloon-pump for aortic counterpulsation. Three experimental models were developed, the first two using hospital air and vacuum lines for inflation and deflation of the balloon catheter. These two inicial models diffères among themselves in the mechanism used to capture the light signal corresponding to the R wave of the ECG, which was used to sincronize the pumping. The solenoid valve and electronic components were of higher resolution in the second model. The third and present model recieves the R wave signal from the cardioversor adaptor of ECG monitor and the hospital vacuum and air lines along with the solenoid valve were substituted by an electromagnetic pump. The problems related to late deflation that have ocurred in the system are still in study. Emphasis is given on the importance of this research, which has incremented knowledge for the construction of other medical equipment, mainly in the area of respiratory care.

Descriptors: aortic balloon-pump; counterpulsation; assisted circulation, mechanic.

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AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem ao Sr. João Inácio dos Reis, pelos ensinamentos, constante incentivo e confecções de componentes mecânicos. Ao Prof. João José Carneiro, pelo estudo hemodinâmico realizado.

Trabalho realizado no Hospital do Coração de Ribeirão Preto. Fundação Dr. Waldemar B. Pessoa. Ribeirão Preto, SP, Brasil.

Apresentado ao 16º Congresso Nacional de Cirurgia Cardíaca. São Paulo, SP, 7 e 8 de abril, 1989.

Discussão

DR. HÉLIO PEREIRA MAGALHÃES

São Paulo, SP

Agradeço o convite para comentar este trabalho e me congratulo com a Comissão Organizadora, por ter propiciado que o trabalho completo tenha chegado às nossas mãos, para melhor análise do material. Inicialmente, parabenizo os autores por mais uma contribuição na área da circulação assistida no Brasil. Sobre o trabalho em si, apesar de muito importante, o considero ainda num estágio prematuro para ser apreciado e discutido neste tipo de congresso. Como o projeto ainda está em fase de desenvolvimento, melhor seria discutí-lo em congresso de Bioengenharia, para busca da solução do problema ainda pendente, levantado pelo autor. Apesar disso, procurei analisar o aparelho, para dar alguma contribuição, mas faltam dados técnicos, principalmente um desenho em escala da bomba, potência eletromagnética e curso do pistão, porém creio que o problema de deflação esteja relacionado com esses três itens. No teste in vitro, entendo que as linhas AB compreendam a fase de contração isométrica e as linhas BC correspondam ao período de expulsão rápida do ventrículo, alcançando o pico máximo de pressão dentro da aorta na linha C. A curva de pressão do balão mostra uma queda abrupta e, depois, um retorno parcial até 150 ms, depois segue um plateau de 25 ms, sem alcançar a linha de base, e estes eventos da curva de pressão deveriam ser identificados e, inclusive, fazer a curva do aparelho AVCO no mesmo esquema in vitro para correlação. No registro feito in vitro, existe uma correlação aproximada e esperada entre o pico de pressão e o pico da onda T, com leve retardo de 20 ms em circulação não assistida e, quando entra a circulação assistida pelo protótipo, esse retardo aumentou para cerca de 60 ms. Esses eventos deveriam ser melhor comentados pelo autor e, até, colocar na mesma figura o registro com o aparelho AVCO, para podermos analisar comparativamente as três curvas. Gostaria que este trabalho voltasse, futuramente, a este congresso, com seus problemas técnicos resolvidos e com casuística experimental e clínica suficiente para podermos apreciar e discutir as indicações, as complicações e os resultados finais.

ENGº JOSÉ FRANCISCO BISCEGLI

São Paulo, SP

Nossa experiência, do grupo de Engenharia Biomédica do Instituto Dante Pazzanese de Cardiologia, que, na década de 70, desenvolveu e testou um modelo de bomba-balão intra-aórtico, baseia-se nas pesquisas e protótipos que geraram as teses dos Engenheiros Rodrigo Araês Caldas Farias e Ivan Kyanitza. Fazemos referências a dois aspectos: 1) sobre a idéia da construção a bomba em si; 2) sobre a apresentação na "Revista Brasileira de Cirurgia Cardiovascular". Primeiro aspecto: Não entraremos no mérito da discussão da utilidade do aparelho, dentro dos objetivos que os autores especificam. A utilidade e a aplicação estão experimentadas e comprovadas,bem como a inutilidade do sistema bomba-balão em aplicações outrora consideradas úteis. A nossa opinião sobre a idéia de se construir uma bombabalão para contrapulsaçáo aórtica, através da utilização de uma bomba eletromagnética tipo pistão de duas fases, é que ela é extremamente interessante e enriquecedora, pois é uma novidade e demonstra criatividade e objetividade, tendo, inclusive, eliminado o uso de componentes, como compressores, aspiradores, válvulas, etc, que apresentavam problemas de confiabilidade. Segundo aspecto: 1) A forma de apresentação do projeto que, do ponto de vista da Engenharia Biomédica, não se pode usar o termo pressão negativa, que não tem nexo em Engenharia. Dentro dos estudos de pressão, pode-se falar em pressão abaixo ou acima de uma pressão referencial positiva, mas nunca abaixo de zero, ou seja, negativa. 2) Sobre o circuito sensor de cardioversão que comuta o circuito temporizador no ramo ascendente da onda R do ECG a cada ciclo cardíaco, não temos informações se ele vai comutar no próximo ciclo, ou no ciclo em que ele detecta a onda R. 3) Quanto ao circuito de alarme, que avisa, sempre que o pistão da bomba eletromagnética parar em posição de balão insuflado, achamos estranho o fato do circuito não ser concebido de forma a que sempre o pistão volta para uma posição de deflação de balão, quando das condições críticas citadas (como parada cardiocirculatória, desconexão paciente-monitor, ausência de sinal de saída dos monitores, etc). Isto não foi previsto? Não foi possível fazê-lo? Seria necessário um plantonista que, ao sinal de alarme, liberasse o balão? 4) Fizeram-se testes em pacientes humanos. Por que não se testou em animais? O ar atmosférico usado era livre de umidade e microorganismo? Caso positivo, como fizeram? E se, num acontecimento não incomum, o balão tivesse vazado? Qual a segurança nos testes? 5) Na discussão do trabalho escrito, existe toda uma recapitulação histórica, que caberia mais apropriadamente na introdução do trabalho. 6) No preâmbulo da discussão, temos uma falha que reputamos grave, na definição do que seja assistência circulatória mecânica. Não acreditamos que ela seja capaz de substituir a função de um sistema circulatório. Achamos que ela seja capaz de substituir uma determinada função de um órgão do sistema circulatório e, eventualmente, no progresso da Engenharia Biomédica, todo um órgão, mas nunca um sistema. 7) Como último comentário, temos uma estranha observação sobre "inércia e mecânica do sensor foto-elétrico com LDR e da câmara de segurança". Sabemos que a inércia do LDR é desprezível, face aos tempos envolvidos nos mecanismo do aparelho. Apesar das críticas, que reputamos construtivas, cabe-nos louvar o trabalho como um todo, já que as observações e críticas feitas são facilmente sanáveis e os aspectos positivos do trabalho merecem nossos cumprimentos.

DR. REIS

(Encerrando)

Gostaríamos de expressar nossos agradecimentos aos comentadores oficiais deste trabalho, Engenheiro José Francisco Biscegli e o colega Hélio Pereira Magalhães. Agradecemos, também, aos colegas Domingos Marcolino Braile, Marcos Ramos Carvalho e Euclides Marques, cujas opiniões, sugestões e comentários são sempre enriquecedores. Ao Engenheiro Biscegli, cujo empenho no desenvolvimento de equipamentos médicos, principalmente na área de Cardiologia Cirúrgica, há muito conhecemos, gostaríamos de dizer o seguinte: 1) Aceitamos, sem contestação, a crítica quanto à inadequação do termo "pressão negativa", que, sem dúvida, não tem significado em Física. Teria sido melhor se tivéssemos utilizado o termo "sucção", em lugar dele. 2) O sinal retirado da saída de cardioversão do monitor comuta o circuito temporizador no mesmo ciclo, e não próximo. Conforme o exposto na Discussão deste trabalho, utilizamos a lógica "exaustão-pressão", numa tentativa de simplificar a construção e o sincronismo da bomba (variação da freqüência cardíaca e arritmias). O uso desta lógica, entre outros fatores, tem sido a causa de nossas dificuldades, na resolução do problema dos atrasos observados na deflação da câmara de cateter-balão. 3) Com relação ao fato do balão parar insuflado na ausência de sinal (onda R), o mesmo sinal que comuta o sistema de alarme pode, sem qualquer dificuldade técnica, comutar o circuito de comando de solenóide de tração da bomba eletromagnética. Isto, evidentemente, foi previsto e será modificado no protótipo atual. Embora, na Discussão deste trabalho, se faça referência a testes experimentais apenas com o Protótipo II, gostaríamos de salientar que também os Protótipos I e III foram submetidos a estes testes. O ar atmosférico utilizado na câmara de bombeamento foi introduzido na mesma após passagem por filtro de bronze sinterizado. Esclarecemos, também, que o volume introduzido na câmara de bombeamento, ao preencher a câmara do cateter-balão, eleva a pressão na mesma a 120 mmHg sob pressão atmosférica, valor muito inerior ao necessário para sua rotura no cateter-balão utilizado. Quanto à falha apontada na definição de Assistência Circulatória Mecânica, afirmamos que a mesma deveu-se a um deslize na revisão do texto, tanto que se encontra praticamente corrigida no parágrafo seguinte. Finalmente, devido à lógica utilizada nos Protótipos I e II (a mesma do Protótipo III), no Protótipo II procuramos empregar componentes com maior velocidade de resposta, razão pela qual decidimos pelo uso de fototransistor como sensor foto-elétrico. Ao colega Hélio Pereira, que já forneceu contribuições inestimáveis à Cirurgia Cardíaca, respondemos a seguir. Sem dúvida o Protótipo III da nossa bomba balão intraaórtico necessita completar seu desenvolvimento. O objetivo deste trabalho, contudo, foi o de enunciar as dificuldades e os problemas existentes em nosso meio, para realização de um projeto como este e, ao mesmo tempo, demonstrar os resultados que obtivemos. Sua apresentação, como propõe o colega, em um congresso de Bioengenharia, poderia trazer outras sugestões de grande valia. Os dados técnicos descritivos da Bomba Eletromagnética desenvolvida foram omitidos, numa tentativa de tornar menos enfadonha a apresentação deste trabalho em um congresso médico; porém com satisfação os forneceríamos ao colega, para sua melhor avaliação posterior. Infelizmente, não nos foi possível, com a bomba AVCO-Kontron, realizar os mesmos testes que realizamos com a nosssa, pelo fato de não dispormos da referida bomba no local onde os testes ocorreram. Concordamos em que isto seria de grande utilidade para comparação. Quanto ao traçado in vivo, os picos sistólicos posicionam-se da mesma maneira em relação ao ECG, tanto no pulso assistido como no não assistido. Já o pico diastólico gerado pela contrapulsação (creio ser a este que o colega se refere), terá sua posição determinada pelo ajuste do circuito de temporização, que, em última análise, irá comandar o início do período de insuflação do cateter balão, o que, como é sabido, considerando-se o traçado obtido pela artéria radial, deverá ocorrer 50 ms antes da incisura dicrótica. A breve duração do teste in vivo não nos permitiu obter traçados com diferentes ajustes do circuito temporizador. Agradecendo, novamente, a todas as críticas, sugestões e opiniões apresentadas, reafirmamos nossa intenção de considerá-las com grande apreço, no desenvolvimento final deste projeto. Obrigado.

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Celso Luiz dos Reis

Av. Cândido Pereira Lima nº 1010, Jardim Recreio

14.100 Ribeirão Preto, SP, Brasil

Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  17 Fev 2011
• Data do Fascículo
  Dez 1989