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O corao promove a variao de seu dbitosistlico por aumento da sua pr-carga, aumentoda fora de contrao e aumento da frequnciacardaca. Destas trs variveis, a frequnciacardaca aquela capaz de ser modificada maisrapidamente durante uma nova situaometablica, como, por exemplo, correr. A corretaadequao deste mecanismo regulatrio permite

um incremento de at 40% do dbito cardaco em3 batimentos cardacos durante o exerccio fsicovigoroso 1.

A necessidade da modulao da frequncia cardacafoi, portanto, muito cedo percebida pela cincia daestimulao cardaca artificial. Uma excelentemaneira de lidar com esse problema foi o adventodos marcapassos bicamerais, capazes de sentir aresposta sinusal e promover a contrao ventricularcorrespondente. O problema que freqentementenos distrbios do rimo cardaco, o ndulo sinusalapresenta tambm disfuno, gerando respostas

inadequadas demanda metablica do organismo.Para tal era necessrio o desenvolvimento de umsensor, capaz de informar ao marcapasso anecessidade de alterao de sua frequncia deestimulao. acerca das caractersticas dessessensores que trataremos aqui.

Sistemas Biolgicos de Sinalizao

O corao, como qualquer componente de umsistema biolgico, necessita alterar sua respostafrente a uma srie de fatores. Os organismos

vivos desenvolveram complexos sistemas deregulao baseados em sensores para diversosparmetros e controles baseados em alas defeedbackpositivo e negativo 2.

Os sistemas biolgicos trabalham utilizando umsistema de controle chamado de ala fechada. Umsistema de ala fechada onde o prprio produtodesse sistema controla negativamente sua produo.Tomemos como exemplo a regulao da funotireoideana.

Nesse tipo de sistema de controle, o prprio produtofinal (hormnio tireoidiano) controla a suaproduo. Um sistema deste tipo requer muitopouca ou nenhuma interferncia externa.

A maioria dos marcapassos em uso atualmenteutiliza um sistema de ala aberta, em que o produtofinal desse sistema (freqncia cardaca) nocontrola o parmetro utilizado para determinar sua

alterao. Vejamos como exemplo o marcapassocom sensor de movimento ou atividade.

5Artigo de

Reviso

Sensores dos marcapassos cardacos artificiais

Nilson Araujo de Oliveira Junior, Washington Maciel,Eduardo Andra, Luiz Gustavo Belo de Moraes,

Hecio Carvalho e Jacob Ati

Hospital Universitrio Clementino Fraga Filho UFRJClnica So Vicente

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Como vemos, nesse sistema o movimento do corpodetectado pelo sensor informa ao marcapasso queele deve aumentar a freqncia cardaca, porm esteaumento de freqncia no inibe o sensor demovimento, ento, enquanto houver movimento,haver aumento progressivo da freqncia cardaca.Logo necessria a presena de interferncia externa

(mdico) que determina no programa do marcapassoqual a freqncia mxima que este atingir, mesmoque continue o estmulo (movimento) 3.

Apesar de um sistema de ala fechada serteoricamente ideal, por que a maioria dos sistemasutiliza a ala aberta? Para entender isso temos deentender um pouco sobre a modulao fisiolgicada freqncia cardaca.

Modulao Fisiolgica da FreqnciaCardaca

O corao tem como funo primordial promovero dbito cardaco adequado s demandasmetablicas do organismo. Para tal necessrio umsistema de monitorizao destas demandas e issose faz atravs de uma complexa interao entre osistema nervoso autnomo, o sistema nervosocentral e o sistema endcrino e parcrino.

Exerccio, mudanas posturais, emoo, estado psprandial, respostas vagais, alteraes circadianas efebre so situaes que modificam a resposta do

ndulo sinusal4

. Em ltima anlise, todos essesfatores regulatrios sinalizam algo em comum:alterao no consumo de oxignio pelos tecidos(VO2). fcil, portanto, intuir a dificuldade de seconstruir um sensor artificial ideal para substituirtodas essas aferncias de resposta regulatria 5.

O sensor artificial ideal

Um sensor artificial ideal para um marcapasso devesubstituir completamente a funo cronotrpica dondulo sinusal. Portanto ele deve exibirproporcionalidade s alteraes de VO

2, cintica da

resposta igual a do ndulo sinusal, sensibilidade atodos os fatores que alteram a VO2 e especificidade,sendo insensvel a fatores no relacionados sua

funo. Ainda h necessidade de se respeitar fatoresde ordem prtica, como tamanho, durabilidade,consumo de energia e preo.

Tendo esses conceitos em mente, vamos analisar ossensores mais comuns presentes nos marcapassosatuais, suas vantagens e limitaes.

Sensores de Atividade e Acelermetros

Sem dvida o tipo de sensor mais utilizado. Vriosfatores contriburam para seu largo uso como: custo,baixo consumo de bateria, possibiliade de uso comqualquer tipo de cabo de estimulao, alm doconceito de um sensor de atividade ser de fcilcompreenso, tanto pelos mdicos como pelos

pacientes.

Existem vrios tipos de mecanismos para detectaratividade (entendemos aqui atividade pormovimento do corpo). O mais utilizado atualmenteso os sensores de cermica piezoeltrica 6. Ummaterial piezoeltrico aquele capaz de gerar umacorrente eltrica caso seja submetido a um esforomecnico. So muito utilizados em aparelhoseletrnicos e por isso tem baixo custo.

Os sensores piezoeltricos so colocados na carcaado marcapasso. Durante o movimento, ondas devibrao atingem o marcapasso, ocasionado pressosobre este sensor e este gerar uma quantidade decorrente proporcional 7(Figura 2).

Figura 2Marcapasso com sensor de atividade. O sensor montado nacarcaa do marcapasso sofre vibrao do tecido subjacentedurante o movimento, gerando corrente eltrica. A intensidade

da corrente gerada proporcional quantidade de vibrao(movimento).

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Um dos problemas deste tipo de sensor que aquantidade de presso exercida sobre o sensor irvariar dependendo da massa de tecido subjacentea este, logo a intensidade de resposta tambm

variar. Uma maneira de se minimizar esta varivelfoi adotada por alguns marcapassos, em que osensor est suspenso dentro da carcaa deste,acoplado a um peso de massa constante. Esse pesoexerce presso sobre o sensor durante o movimentodevido a sua fora inercial, porm, como a massaagora constante, a resposta torna-se proporcionalapenas acelerao do corpo. A este sistemachamamos acelermetro.

Apesar se todas essas vantagens, os sensores deatividade so tipicamente sistemas de ala aberta,

como j discutimos. A quantidade de movimentono totalmente proporcional demandametablica. Para adequar essa varivel medida correta resposta de freqncia do miocrdio necessria a interveno de um operador externo(mdico) atravs de parmetros programveis deresposta. Dizendo de outra forma, a resposta dosensor precisa ser traduzida para o estimuladorcardaco atravs uma curva sensor-resposta e essacurva tem de ser modificvel para permitir aadequao desta resposta para cada paciente emparticular. Os parmetros mais comuns deprogramao deste tipo de marcapasso so:8

Limiar (threshold) Define o nvel mnimo deestmulos sensados que devem ser excedidospara gerar a resposta do marcapasso. Se o limiarfor muito baixo, qualquer mnima atividadegerar resposta; se muito alto, somenteatividades vigorosas geraro resposta.

Frequncia mxima do sensor - Limita a respostaa uma frequncia mxima. Impede queestimulao muito vigorosa do sensor eleve afrequncia a nveis indesejados.

Resposta - Fator que correlaciona o nvel deresposta do marcapasso atividade mensurada

pelo sensor. Este parmetro controla aproporcionalidade da resposta do macapasso atividade exercida pelo paciente.

Tempo de Resposta - Determina quorapidamente o marcapasso atingir a frequnciaadequada atividade mensurada pelo sensor.Este parmetro garante uma resposta deacelerao gradual e fisiolgica.

Tempo de recuperao - Determina uma curvade reduo gradual da frequncia cardaca, umavez cessada a atividade. Este parmetro evitaquedas abruptas da freqncia cardaca.

Fica claro que devido a suas carcatersticas, o sensorde atividade pode apresentar respostasinadequadas, como, por exemplo, em pacientes

expostos a ambientes com intensa vibrao externa(operadores de mquinas pesadas), caractersticasdo terreno por onde o paciente se exercita (exercciocom bicicletas estticas geram menos resposta do

que andar de bicicleta na rua), colocao do sensorsubpeitoral por compresso da caixa torcicadurante a respirao, entre outros. A maioria destesproblemas pode ser superado com corretaprogramao do sensor.

Sensores de Volume-Minuto

Historicamente, a mensurao da respirao foireconhecida como um dos primeiros parmetroscandidatos a realizar o controle da freqncia demarcapassos definitivos. Em 1982, Rossi e

colaboradores desenvolveram um dos primeirosmarcapassos capazes de produzir uma resposta defreqncia por deteco dos movimentosrespiratrios. Em verdade, os sensores demovimento advieram de pesquisas para sensoresde movimento da caixa torcica, porm logo sedescobriu que o rudo gerado pelo movimentodo corpo era mais facilmente mensurvel e eficazcomo regulador da variao da freqncia cardaca.

Modernamente, os marcapassos medem o volumeminuto atravs de medidas de bio-impedncia. Otrax apresenta-se eletricamente como um meioresistivo corrente eltrica; como a impedncia deum sistema eltrico inversamente proporcional aovolume do meio condutor, as alteraes nestaimpedncia, no caso da caixa torcica, estaroligadas ao movimento respiratrio. Logo possivelaferir estas mudanas de impedncia geradas porsinais eltricos deflagrados pelo marcapasso, semnecessidade de eletrodos ou sensores especiais.

Apesar de confiveis, simples e de baixo consumo,os sensores de volume minuto apresentamalgumas caractersticas que limitam seu uso. 10

Primeiramente, possuem um tempo de respostalento, o que os tornam pouco adequados durante oincio de um exerccio; depois a variao dafreqncia respiratria e da freqncia cardaca nopossuem uma correlao linear, necessitando deuma correo atravs do software interno dosmarcapassos; ltimo, pacientes com doenasrespiratrias podem ter respostas no fisiolgicas(embora alguns autores relatem que isto no seriaum problema) e por fim, em raros pacientes,respostas anmalas de mecanismo no bemestabelecido podem ocorrer.

Por estes motivos, tem havido uma tendncia ao usode marcapassos com sensores mistos,principalmente de atividade e de volume minuto.

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Atravs de software, h tanto o cross-checkingda resposta de cada sensor, gerando correes a

eventuais respostas indevidas, como o peso decada sensor durante o exerccio varia (ver figura 3),gerando uma resposta mais fisiolgica aoexerccio 11.

Programando marcapassos com controlede freqncia

O uso de testes ergomtricos muito til paraavaliar a adequao da resposta de freqncia demarcapassos. Esta aferio tanto pode ser realizadade uma maneira formal com uso de protocolosestandartizados, com estimativa do limiaranaerbico, etc. Apesar desta ser a maneira maiscientfica, freqentemente as clnicas demarcapasso utilizam avaliaes informais,usando diferentes protocolos capazes de seremutilizados no prprio ambulatrio de marcapasso,ou uso de critrios empricos.12

Qualquer que seja o critrio utilizado, importantedurante o seguimento destes pacientes acessar ahabilidade para execuo das tarefas dirias einterpretar os histogramas de ativao.13 A presenade uma concentrao de batimentos em zonasextremas de freqncia pode ser indicativo deover ou undersensing do sensor modulador da

freqncia.

Tabela 1

Parmetro Marcapasso Fabricante

Resposta ventricular evocada Precept Guidant

Diplos, Inos2 BiotronikQT evocado TX, Quintech, Vitatron

RhytmxTemperatura Kelvin 500 Cook

Thermos Biotronik

Delatatrax 2503 MedtronikSvO2 Oxypace Medtronik

Outros Sensores Moduladores daFreqncia Cardaca

Muitos tipos diferentes de sensores foram testados,porm no ganharam grande aceitao devido aocusto elevado, baixa confiabilidade, ao consumoelevado de bateria e a outros fatores. A Tabela 1mostra alguns dos tipos de sensores testados 14.

Atualmente, algum interesse tem sido despertadopelos sensores de resposta ventricular evocada.Modernos marcapassos dotados destes sensores tmdemonstrado ser confiveis e com consumoadequado da bateria. Como baseado na captao

da resposta evocada ventricular, o que guardacorrelao com o potencial de ao cardaco, estetipo de sensor permite o uso de uma tecnologia demalha fechada 15. Em teoria, desnecessriaqualquer programao e permite uma adequaoindividulizada automtica para cada paciente. Estesistema possui ainda a vantagem de reagirrapidamente a alteraes autonmicas do corao,sendo capazes de reagir a emoes, testes de clculoe de memria de maneira muito prxima fisiolgica. A tecnologia de malha fechada veiosolucionar o problema de programao destessensores, que em geral resultava trabalhoso edemorado.

Concluso

A resposta de freqncia veio acrescentar um ganhode qualidade estimulao cardaca artificial,permitindo uma substituio fisiolgica da funodo sistema excitocondutor do corao. Aincorporao de novos softwares confiveis e cadavez mais prximos aos sistemas de controlefisiolgicos do organismo acarretaro respostas de

freqncia cada vez mais adequadas s demandasmetablicas do organismo, com programabilidadee seguimento cada vez mais simples e rpidos. Sem

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dvida a tecnologia dos sensores ir evoluir para amensurao fiel de parmetros do estado inotrpicoe autonmico do corao. Quem sabe, em um futuroprximo, ultrapassem a mera funo de alterar a

freqncia de estimulao dos marcapassos,tornando-se armas diagnsticas para o seguimentoda teraputica da insuficincia cardaca, da rejeiode transplantes e de outros estados mrbidos docorao.

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