Ambiente inteligente de tomada de decisão médica para pacientes com dispositivo de assistência ventricular (dav) no contexto da saúde 4.0

67 Revista Processando o Saber – Ano 11 – nº 11 – 2019 AMBIENTE INTELIGENTE DE TOMADA DE DECISÃO MÉDICA PARA PACIENTES COM DISPOSITIVO DE ASSISTÊNCIA VENTRICULAR (DAV) NO CONTEXTO DA SAÚDE 4.0 https://doi.org/10.5281/zenodo.15531211 INTELLIGENT ENVIRONMENT OF MEDICAL DECISION MAKING FOR VENTRICULAR ASSISTANCE DEVICE (VAD) PATIENTS IN THE HEALTH CONTEXT 4.0 DIAS, Jônatas C., Mestre* DIAS, Jeferson Cerqueira, Mestre* * Faculdade de Tecnologia de Praia Grande Curso Análise e Desenvolvimento de Sistemas Pça. 19 de Janeiro, 144, Boqueirão, Praia Grande / SP, CEP: 11700-100 Fone (13) 3591-1303 [email protected] jefersonc[email protected] RESUMO Com a prevalência das doenças como a insuficiência cardíaca (IC), como principal causa mortis populacional, e a existência fundamental de incompatibilidade entre oferta e demanda de órgãos para a realização de transplante cardíaco, os dispositivos de suporte de circulação mecânica, utilizados como alternativa para melhorar a circulação do sangue no corpo com uma bomba cardíaca, mais comumente designada por dispositivo de assistência ventricular (DAV), vem se mostrando uma importante opção para o tratamento de IC refratária. No entanto diversos desafios ainda precisam ser vencidos no uso desses dispositivos, sejam eles intrínsecos a suas características eletromecânicas das quais permeiam o campo da engenharia, ou mesmo desafios relacionados as deficiências de informações adequadas em tempo hábil para tomada de decisões médicas. Além, do modo como são ajustados esses dispositivos frente as exigências físicas e diferentes características fisiológicas dos pacientes. Porém, como todo peso tem seu contrapeso, para o equilíbrio universal, a presença cada vez mais marcante de mudanças tecnológicas, sobre tudo acerca da tecnologia da informação (TI), a presença de produtos inteligentes; resultantes dos avanços da microeletrônica; a digitalização; a internet das coisas (IoT) e o uso da internet como plataforma de comunicação, propiciam um ferramental oportuno para criar um sistema inteligente com interação preditiva nas decisões médicas em pacientes com DAV. Este artigo conduz o uso dessas tecnologias; das quais já se observa a sua utilização em soluções na Saúde 4.0; para uma proposta de um novo ambiente inteligente de apoio a decisões médicas em pacientes com DAV implantado. PALAVRAS-CHAVE: Ambiente Inteligente. Dispositivo de Assistência Ventricular (DAV). Órgãos Artificiais. Produtos Inteligentes. Saúde 4.0. e-Saúde. Telemedicina. m-Health. Context Rich Systems. ABSTRACT With the prevalence of diseases such as heart failure (HF) as the main cause of population mortis and the fundamental existence of incompatibility between supply and demand of organs 68 Revista Processando o Saber – Ano 11 – nº 11 – 2019 for heart transplantation, mechanical circulation support devices, are used as an alternative to improve circulation of blood in the body with a heart pump, more commonly called a ventricular assist device (VAD), has been shown to be an important option for the treatment of CVDs. However various challenges still need to be overcome in the use of these devices, whether they are intrinsic to the electromechanical characteristics of which permeate the field of engineering, or even challenges related to inadequate information in a timely manner for medical decision making. In addition, how these devices are adjusted to the physical requirements and different physiological characteristics of each patient. However, as all weight has its counterbalance, for the universal balance, the presence more and more marked of technological changes, especially about information technology (IT), the presence of intelligent products; resulting from advances in microelectronics; the Internet of Things (IoT) and the use of the Internet as a communication platform, provide an opportune tool to create an intelligent system with predictive interaction in medical decisions in patients with VAD. This article drives the use of these technologies; of which it is already observed its use in solutions in Health 4.0; to propose a new intelligent environment to support medical decisions in patients with VAD implanted. KEY-WORDS: Intelligent Environmen. Ventricular Assist Device (VAD). Artificial Organs. Intelligent Products. Health 4.0. e-Health. Telemedicine. m-Health. Context Rich Systems. INTRODUÇÃO O sistema cardiovascular é formado pelos vasos sanguíneos 1 e o coração, sendo responsável pela circulação do sangue, com a finalidade de fornecer: oxigênio, glicose, vitaminas, hormônios e calor para as células do corpo, possuem também a finalidade de remover as substâncias resultantes de seu metabolismo: gás carbônico e água (HELITO; KAUFFMAN, 2007). Ataque cardíaco, enfarte 2 ou infarto são os nomes populares do Infarto Agudo do Miocárdio (IAM). O coração, conhecido cientificamente como miocárdio, é formado por inúmeras células contráteis. O ataque cardíaco é a insuficiência de sangue oxigenado na área do coração devido a obstrução de uma veia coronária. Pelo fato do sangue não conseguir fluir normalmente, o músculo entra em um processo de necrose 3 , o que pode levar o paciente à morte. De acordo com a Organização Pan-Americana da Saúde (Opas), as Doenças Cardiovasculares (DCV) são a principal causa de morte no mundo, com 17 milhões de pessoas 1 Os vasos sanguíneos são constituídos de: artérias, arteríolas, vênulas, veias e capilares; dos quais formam uma rede de tubos que se ramificam por todo o organismo da maior parte dos seres-vivos; por onde circula o sangue. 2 O termo infarto ou enfarte (utilizado habitualmente para se referir ao coração), também pode ser utilizado para referir-se ao cérebro, rins e intestinos. Assim, podemos ter: infarto miocárdio (músculo do coração), infarto cerebral, infarto renal e infarto intestinal (HELITO; KAUFFMAN, 2007). 3 Necrose consiste na morte de um tecido, órgão ou grupo de células que compõem um organismo vivo. A necrose ocorre quando há a falta de irrigação do suplemento sanguíneo para as células, provocando a sua deterioração. 69 Revista Processando o Saber – Ano 11 – nº 11 – 2019 vítimas de ataques cardíacos e derrames em 2016 (PORTAL BRASIL, 2017). Entre as doenças cardiovasculares a insuficiência cardíaca (IC) é a terceira doença clínica que mais causa internação pelo Sistema Único de Saúde (SUS) no país. Estima-se que 2% da população brasileira tenha IC. A cada ano, são 200 mil novos casos, segundo relatório divulgado recentemente pela Sociedade Brasileira de Cardiologia (SBC). A IC é uma síndrome 4 clínica complexa de caráter sistêmico (contínuo, regular), definida como disfunção cardíaca que ocasiona inadequado suprimento sanguíneo para atender as necessidades metabólicas teciduais. É uma doença que se manifesta na maioria da população de forma crônica 5 , progressiva e tem causa multifatorial 6 . A doença ocorre quando o músculo cardíaco começa a ficar fraco, dilatar e passa a ter um desempenho muito ruim. O indivíduo não consegue realizar esforço simples: como subir um lance de escada, pois, fica tomado pela fadiga. No Brasil, a principal etiologia 7 da IC é a cardiopatia 8 isquêmica 9 crônica associada à hipertensão 10 arterial (SBC, 2009). Além disso, com o envelhecimento populacional e o aumento da sobrevida de pacientes cardiopatas, espera-se um aumento progressivo dos casos de IC (ROGER, 2010) O transplante cardíaco persiste sendo o tratamento de escolha para a IC refratária 11 , apesar da grande melhora na expectativa de vida com o tratamento clínico. Sobrevida estimada em mais de 20 anos, com qualidade de vida a custo seguramente inferior comparado as custosas internações que tais pacientes invariavelmente necessitariam (SBC, 2010). A saber, o primeiro transplante cardíaco (TC) foi realizado em 1967 por Christian Barnard, na Africa do Sul, seis meses depois, Euryclides Zerbini realizou o primeiro TC no Brasil (MANGINI et al., 2015; MAREN HELLWEGE, 2017). Vários avanços nessa área foram observados na última década, desde a realização do primeiro transplante, com a incorporação de novas técnicas cirúrgicas, novos imunossupressores 12 , novos métodos diagnósticos e abordagens nos pós-operatórios precoce e tardio. O Brasil tem ocupado cada vez mais espaço no campo dos transplantes, já se 4 Síndrome é o conjunto de sinais e sintomas observáveis em vários processos patológicos diferentes e sem causa específica. 5 Crônico (a) refere-se a longa duração; que vem de longa data. As doenças crônicas são caracterizadas basicamente por serem doenças que se desenvolvem ao longo do tempo. 6 Causa multifatorial indica a decorrência da combinação de fatores, que concorrem para um resultado. 7 Etiologia é um ramo de estudo destinado a pesquisar a origem e a causa de um determinado fenômeno. 8 Cardiopatia é a designação genérica das doenças do coração. 9 Isquemia é a falta de fornecimento sanguíneo para um tecido orgânico devido a obstrução causada por um trombo, seja ele formado por placas gordurosas ou por coágulos sanguíneos. 10 Tensão acima do normal exercida pelo sangue sobre as paredes dos vasos de um determinado órgão; pressão alta. 11 Insuficiência cardíaca (IC) refratária indica resistência à terapia (tratamento) comum, sendo necessárias intervenções especiais como: ressincronização ou transplante. 12 Imunossupressores são medicamentos, usados para evitar a rejeição do órgão transplantado. 70 Revista Processando o Saber – Ano 11 – nº 11 – 2019 tornou um país referência no transplante cardíaco na doença de Chagas no mundo todo (SBC, 2010). Porém, há um problema fundamental na prática de transplante de órgãos; que é o número de pacientes que necessitam de doação de órgão para o tratamento de doenças terminais e a respectiva oferta desses órgãos destinados ao transplante, sobretudo em nosso país. Segundo dados do relatório da International Society for Heart & Lung Transplantation (ISHLT), no ano de 2010 foram realizados 3.892 transplantes cardíacos somando-se os procedimentos de todas as instituições associadas, número inferior à crescente demanda mundial (STEHLIK et al., 2010). Ainda, conforme a “II Diretriz Brasileira de Transplante Cardíaco”, a quantidade de transplantes de coração realizados no mundo não cresce de forma expressiva, e a terapia medicamentosa sozinha para a IC terminal continua a ter resultados desanimadores (SBC, 2010). Entretanto, atualmente o transplante não é a única solução, diante da necessidade de se estender o acesso ao tratamento das doenças cardíacas, como é o caso de IC Refratária, e solucionar a ausência de órgãos disponíveis para doação, houve um grande impulso ao desenvolvimento da Assistência Circulatória Mecânica (ACM), onde dispositivos mecânicos (Dispositivos de Assistência Circulatória Mecânica - DACM) são utilizados para auxiliar o coração deficiente, sobretudo os dispositivos de assistência ventricular (DAVs) (SBC, 2016). No entanto diversos desafios ainda precisam ser vencidos no uso desses dispositivos (DAVs), sejam eles intrínsecos a suas características eletromecânicas das quais permeiam o campo da engenharia, ou mesmo desafios relacionados as deficiências de informações adequadas em tempo hábil para tomada de decisões médicas; bem como, o modo de ajustade desses dispositivos frente as exigências físicas e diferentes características fisiológicas dos pacientes. Porém, como todo peso tem seu contrapeso, para o equilíbrio universal, a presença cada vez mais marcante de mudanças tecnológicas, sobre tudo acerca da tecnologia da informação (TI), a presença de produtos inteligentes; resultantes dos avanços da microeletrônica; a digitalização, a internet das coisas (IoT) e o uso da internet como plataforma de comunicação, propiciam um ferramental oportuno para criar um ambiente inteligente com interação preditiva nas decisões médicas em pacientes com DAV. Este artigo conduz o uso dessas tecnologias; das quais já se observa a sua utilização em soluções na Saúde 4.0; para uma proposta de um novo ambiente inteligente de apoio a decisões médicas em pacientes com DAV implantado, com foco nos dispositivos de fluxo contínuo de longa permanência. 71 Revista Processando o Saber – Ano 11 – nº 11 – 2019 1. ESTRATÉGIA DE IMPLANTAÇÃO DE DISPOSITIVO DE ASSISTÊNCIA CIRCULATÓRIA MECÂNICA (DACM) Os dispositivos de assistência circulatória mecânica (DACM), como tratamento de cardiopatias, estão divididos considerando o tempo de permanência no paciente e são classificados em Dispositivos Temporários e Dispositivos de Longa Permanência (SBC, 2016). Os DACMs temporários podem ser utilizados em três estratégias que podem ser sobrepostas conforme o Quadro 1. Quadro 1 – Estratégia de uso dos DCAMs Temporários. Ponte para decisão Deve ser considerada em pacientes gravemente enfermos, cuja necessidade de suporte hemodinâmico13 é imediata, devido ao alto risco de morte por falência cardíaca. Ponte para recuperação Esses casos ocorrem quando existe perspectiva de melhora da IC, como por exemplo: disfunção ventricular pós-Infarto Agudo do Miocárdio (IAM), Takotsubo14 e miocardite15. Ponte para transplante Situação em que os dispositivos podem oferecer suporte hemodinâmico e estabilidade clínica até a realização do Transplante Cardíaco. Fonte: Sociedade Brasileira de Cardiologia, 2016. Uma das vantagens desses dispositivos relativamente ao coração artificial é que preserva a existência dos ventrículos, do qual, e eventualmente, podem se recuperar, uma vez que deixam de estar consecutivamente em sobrecarga. Já para os DCAMs de longa permanência observa-se uma evolução nos modelos dos equipamentos, baseada em avanços tecnológicos, principalmente em seus princípios de propulsão e tipo de fluxo, com significativa redução de suas dimensões. Na indicação de DACM de longa duração, alguns fatores são relevantes na tomada de decisão. No caso de ponte para transplante, a expectativa de tempo de espera em fila deve ser considerada, vide Quadro 2. 13 Hemodinâmica é o estudo dos fenômenos que se relacionam à circulação sanguínea. 14 A cardiomiopatia de Takotsubo, mais conhecida como doença de Takotsubo, é uma disfunção do ventrículo esquerdo (VE) reversível na ausência de coronariopatia obstrutiva, frequentemente causada por estresse intenso e que apresenta quadro clínico idêntico ao infarto agudo do miocárdio (IAM). 15 Miocardite é uma inflamação do miocárdio, a camada muscular grossa da parede do coração. 72 Revista Processando o Saber – Ano 11 – nº 11 – 2019 Quadro 2 - Estratégia de uso dos DCAMs de Longa Permanência. Ponte para decisão Pode ser considerada em pacientes com condições clínicas proibitivas ao TC, porém, se modificáveis, permitem que o paciente se torne candidato ao transplante (por exemplo: hipertensão pulmonar e neoplasias16 com potencial cura). Ponte para transplante Situação em que o dispositivo pode oferecer suporte hemodinâmico e estabilidade clínica até a realização do TC, no contexto da gravidade progressiva do paciente e da indisponibilidade de realização do transplante em um prazo curto. Terapia de destino Situação em que o dispositivo pode oferecer suporte hemodinâmico e estabilidade clínica em paciente com IC refratária, que apresenta contraindicação para o TC, possibilitando maior sobrevida e melhor qualidade de vida, comparado com o tratamento clínico medicamentoso. Fonte: Sociedade Brasileira de Cardiologia, 2016. 2. DESAFIOS DOS DISPOSITIVOS DE ASSISTÊNCIA VENTRICULAR (DAV) O DAV pode ser implantado para assistência ao ventrículo esquerdo (DAVE), figura 1, situação mais comum, com canulação do ápice do ventrículo esquerdo (Ve) para a aorta (Ao), ou para assistência do ventrículo direito (DAVD), com canulação do átrio direito para a artéria pulmonar. Ou ainda, ser biventricular promovendo assistência a ambos os ventrículos (KRISHNAMANI; DENOFRIO; KONSTAN, 2010). 16 Neoplasia é o nome dado ao crescimento anormal, acelerado e descontrolado de um tecido ou de uma célula gerando o que comumente se chama de tumor. Esse tumor tanto pode ser maligno quanto pode ser benigno. 73 Revista Processando o Saber – Ano 11 – nº 11 – 2019 Um dos tipos de dispositivos de DAV é o de fluxo contínuo, diferentemente das precursoras bombas de sangue pulsáteis. Isto porque o coração natural possui o comportamento de uma bomba pulsátil. Por esta razão, as primeiras bombas que começaram a ser desenvolvidas também eram pulsáteis, acreditando-se que o sistema vascular era todo adaptado para este pulso (MARINI, 2015). A vantagem da bomba de fluxo contínuo está nos seus componentes e na sua construção, que são mais simples e de menor dimensão, do ponto de vista da engenharia (SILVA, 2012). Porém, a natureza contínua dessas bombas foi apontada como possível causa de insuficiência na válvula aórtica em mais de 30% dos pacientes estudados com DAV por mais de um ano (SOLEIMANI et al., 2012). Uma dessas insuficiências é a estenose, que ocorre quando duas cúspides começam a se calcificar e diminuem a passagem do sangue. Desta forma é necessário o controle adequado da velocidade do rotor do dispositivo e, em consequência, o controle da vazão da bomba e respectivo fluxo sanguíneo, isto porque em caso de velocidade muito baixa pode ocorrer fluxo reverso, ou se a rotação estiver muito alta pode haver esvaziamento completo do ventrículo, ou seja, duas características que podem prejudicar a saúde do assistido. Deve-se Figura 1 - Desenho esquemático apresentando DAVE - Dispositivo de Assistência Ventricular Esquerda. Fonte: Livre de uso “Marcada para uso não comercial” 74 Revista Processando o Saber – Ano 11 – nº 11 – 2019 também, diminuir a chance de calcificação das valvas naturais do coração, diminuindo a velocidade da bomba para causar uma diferença de pressão adequada (JOHN et al., 2010). Outra questão a ser observada é que o funcionamento natural dos órgãos humanos tem diversos processos fisiológicos que realizam o controle das suas funções. Muitos processos são desconhecidos, inclusive. A frequência cardíaca, por exemplo, depende da pressão arterial, das atividades físicas, da postura e até das emoções. Além disto, existe uma relação entre a frequência cardíaca e a demanda corporal (OHUCHI et al., 2001), esta relação pode vir a ser considerada para o ajuste da velocidade do motor. Há ainda, outro fator importante a ser considerado no controle destes dispositivos, que é o princípio da individualidade da fisiologia do paciente. Conceito que explica que as pessoas respondem de maneira diferente aos estímulos (HOFFMAN, 2014). Os pacientes que utilizam DAVs são indivíduos diferentes entre si (dentro dos parâmetros estudados). Por esta razão o ajuste da velocidade do DAV deveria considerar um DAV inteligente que aprenda com cada paciente e em cada situação qual a melhor velocidade para a exigência física do paciente assistido. Uma questão ainda a considerar é a característica da assistência médica ao longo da vida do paciente com DAV implantado e a obtenção de informações para a tomada de decisões clínicas, bem como o ajuste da velocidade do dispositivo. As informações são obtidas, acerca do estado do paciente e do dispositivo, por meio de consulta médica pré-agendada, conforme a necessidade, e pela baixa do histórico de eventos (data log) registrado no controlador do dispositivo, durante a realização da consulta. Neste momento o médico tem acesso as informações do comportamento do dispositivo, porém trata-se de um conjunto de dados, que é basicamente um registro na ordem de ocorrência dos fatos. O médico precisa interpretar esses dados para tirar deles informação útil para tomar decisões, juntamente com o exame clínico do paciente. A partir deste conjunto de informações, o médico passa a ter um prognóstico para o paciente, resultando em ações que podem ser de: a) ajuste do fluxo sanguíneo, por meio da mudança da velocidade do dispositivo; se necessário; b) indicação de uso de medicamentos; ou ainda c) de comportamento do paciente com relação a postura de uso e cuidados com o DAV. 75 Revista Processando o Saber – Ano 11 – nº 11 – 2019 3. OBJETIVOS Apresentar um ensaio de um novo ambiente de coleta de informações, do sistema dicotômico: composto de “Coração/DAV”, para ajustar a velocidade do rotor do DAV, e desta forma atuar em sintonia com o coração visando responder as necessidades teciduais do organismo humano, com DAV implantado, considerando as particularidades fisiológicas desses pacientes assistidos. Transformando dados, provenientes da data log do controlador do DAV, em informações úteis para tomada de decisão médica. Para atingir ao objetivo proposto, se faz necessário o uso da aplicação dos conceitos e de recursos associados a Saúde 4.0 (Telemedicina, m-Health, e-Saúde), para prover qualidade de vida a paciente assistido com Tecnologias médicas ou Dispositivos Médicos no sentido Amplo (DMAs), dos quais envolvem: a aplicação de conhecimento organizado e de práticas médicas sob a forma de aparelhos, procedimentos e sistemas desenvolvidos para identificar, prevenir e solucionar um problema de saúde (ABIIS, 2015). A possibilidade de uso destes conceitos e recursos permite a configuração de um ambiente inteligente de assistência médica, para ajustar o sistema “Coração/DAV” com as particularidades fisiológicas, considerando que há um processo de envelhecimento orgânico, ao longo do tempo, que altera o entendimento de normalidade para cada um dos assistidos (FONSECA; FIGUEIREDO, 2014). Este ambiente deve permitir a tomada de decisões médicas reduzindo as incertezas da característica complexa deste sistema “Orgânico / Mecatrônico”. 4. MÉTODO O método proposto para este artigo se enquadra na pesquisa exploratória, pois este tipo de pesquisa tem como objetivo proporcionar maior familiaridade com o problema, com vistas a torná-lo mais explícito ou a construir hipóteses. A grande maioria dessas pesquisas envolve: a) levantamento bibliográfico e b) análise de exemplos que estimulem a compreensão (GIL, 2008). As entrevistas com pessoas que tiveram experiências práticas com o problema pesquisado, apesar de fazer parte deste tipo de pesquisa, não será aplicado a proposta deste artigo. Os termos utilizados seguem aqui identificados com o seguinte entendimento: 82 Revista Processando o Saber – Ano 11 – nº 11 – 2019 GORDIS, L. Epideomologia. 5. ed. Rio de Janeiro: Thieme Revinter, 2016. HELITO, A. S.; KAUFFMAN, P. Saúde: entendendo as doenças, enciclopédia médica da família. 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