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Uma equipe de pesquisa multi-campus desenvolveu um novo dispositivo para medir de forma não invasiva a atividade do nervo cervical em humanos. O dispositivo, descrito em um artigo na Relatórios Científicostem aplicações potenciais para apoiar tratamentos mais personalizados para sepse e condições de saúde mental, como transtorno de estresse pós-traumático (TEPT).
“Com este dispositivo recém-desenvolvido, identificamos (pela primeira vez) evidências eletroneurográficas cervicais de biótipos autônomos (lutar ou fugir versus descansar e digerir) que eram notavelmente consistentes em diferentes desafios para o sistema nervoso autônomo ou involuntário”, disse o autor sênior do estudo. Imanuel Lerman do Qualcomm Institute da UC San Diego, School of Medicine e Jacobs School of Engineering, bem como do VA Center of Excellence for Stress and Mental Health.
O dispositivo apresenta um conjunto flexível de eletrodos que se estendem da parte inferior da frente à parte superior das costas do pescoço, permitindo que os pesquisadores capturem a atividade elétrica em diferentes nervos. Outros recursos incluem uma interface de usuário integrada para visualização de dados em tempo real e um algoritmo personalizado para agrupar pessoas de acordo com a resposta de seus sistemas nervosos ao estresse.
Uma maneira mais segura e menos invasiva de estudar o sistema nervoso
No passado, as formas mais confiáveis de medir a atividade nervosa no pescoço exigiam microeletrodos implantados cirurgicamente.
Lerman e Todd Coleman, da Jacobs School da UC San Diego e da Universidade de Stanford, decidiram criar um meio menos arriscado e invasivo de monitorar essa parte do sistema nervoso, adaptando a tecnologia existente que Coleman desenvolveu com o coautor Jonas Kurniawan, agora pesquisador de pós-doutorado na Stanford. A nova matriz flexível pode ser usada por até um dia e se move facilmente com os movimentos da cabeça e do pescoço do paciente para um monitoramento mais longo e indolor.
Para explorar os biótipos autonômicos humanos, ou grupos de pacientes cujos sistemas nervosos involuntários responderam de maneira semelhante ao estresse, os pesquisadores realizaram uma série de testes que pediram aos participantes do estudo que colocassem e segurassem a mão em água gelada, seguida de um exercício respiratório cronometrado. A matriz de eletrodos registrou a sinalização do nervo cervical, denominada eletroneurografia cervical pela equipe, e a frequência cardíaca em indivíduos antes e depois do desafio da água gelada e durante o exercício respiratório.
Os pesquisadores descobriram que os participantes do estudo caíram consistentemente em dois grupos de biótipos distintos: aqueles cujo disparo neural e frequência cardíaca aumentaram durante os dois testes e aqueles que exibiram a tendência oposta. O algoritmo exclusivo do dispositivo também oferece a chance de identificar diferenças na resposta de grupos nervosos específicos a estressores, como a dor induzida pelo desafio da água gelada e sintomas físicos, incluindo sudorese e aumento da frequência cardíaca, associados ao desafio respiratório cronometrado.
“Os resultados são empolgantes. Nosso conjunto de sensores recém-desenvolvidos foi capaz de registrar a atividade do sistema nervoso autônomo”, disse Coleman. “Ficamos agradavelmente surpresos ao observar uma resposta autonômica consistente em testes de estresse, ou seja, o teste de pressão fria e o desafio de respiração profunda. Mais trabalho é necessário para demonstrar nossas capacidades de sensor em populações maiores.”
Rumo a um futuro de medicina personalizada
Embora o conjunto de eletrodos não possa identificar os nervos exatos que disparam em resposta ao estresse e à dor do desafio da água fria, os pesquisadores esperam que algum dia ajude no diagnóstico e tratamento de condições que incluem TEPT e sepse.
O nervo vago, por exemplo, desencadeia a inflamação em resposta a lesões ou infecções no corpo, um mecanismo que pode ser interrompido no TEPT. Lerman e seus colegas esperam que seu novo dispositivo possa um dia ajudar os médicos a medir a resposta dos pacientes à terapia para PTSD, como exercícios de respiração profunda empregados durante a meditação mindfulness, monitorando o disparo neural no nervo vago. Já, Lerman é um dos vários pesquisadores que usam a estimulação elétrica do nervo vago para testar se estimular essas estruturas neurais pode diminuir a inflamação e a dor em pessoas com TEPT.
Em uma aplicação relacionada, a matriz também pode ser usada para promover a segurança em pilotos que operam aeronaves militares, detectando explosões na atividade nervosa que provocam tontura ou náusea.
Em ambientes hospitalares, o dispositivo pode ajudar a sinalizar pacientes suscetíveis a condições de risco de vida, como sepse, identificando pessoas que reagem fortemente ao estresse físico. A sepse ocorre quando o sistema imunológico do corpo reage exageradamente a uma infecção, danificando seus próprios tecidos no processo. O risco de mortalidade aumenta em sete por cento a cada hora. A tecnologia que auxilia na detecção e sinalização de pacientes hospitalizados em risco forneceria aos médicos um aviso prévio para administrar antibióticos, melhorando assim as chances de um paciente evitar ou sobreviver à sepse.
Como próximo passo, os pesquisadores planejam integrar a matriz com hardware adicional para um sensor vestível sem fio que pode ser implantado fora do laboratório. Os pesquisadores agora estão avançando com um ensaio clínico de detecção de sepse intra-hospitalar.
Este estudo foi um esforço multifacetado entre pesquisadores do UC San Diego Qualcomm Institute, School of Medicine, Jacobs School of Engineering (Departamentos de Engenharia Elétrica e de Computação, Ciência e Engenharia de Materiais, NanoEngenharia e Bioengenharia), Departamento de Física e o Herbert Wertheim School of Public Health and Human Longevity Science, Stanford University e Veteran Affairs San Diego Healthcare System. O financiamento foi possibilitado pela Autoridade Biomédica de Pesquisa e Desenvolvimento Avançado e pelo Fundo de Pesquisa do Sensor Neural de David e Janice Katz em memória de Allen E. Wolf.
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