O Desafio de Mapear o Caos Elétrico
As arritmias cardíacas, como a fibrilação atrial, continuam sendo um dos grandes desafios da eletrofisiologia clínica. Para tratar essas condições — muitas vezes utilizando a ablação por cateter, que “queima” o foco do problema, é fundamental entender a dinâmica complexa da atividade elétrica do coração.
Atualmente, os médicos utilizam o mapeamento elétrico invasivo (com cateteres) ou não invasivo (como eletrodos no tórax). No entanto, esses métodos enfrentam obstáculos significativos: baixa resolução espacial, dependência da direção de propagação da onda e interferências de sinais distantes (efeitos far-field). O resultado é uma visão muitas vezes incompleta da eletrofisiologia real, o que pode reduzir o sucesso dos tratamentos.
Mas e se pudéssemos literalmente ver a eletricidade se propagando célula a célula?
A Solução: Luz, Câmeras e Eletricidade
Para superar as limitações das tecnologias atuais, pesquisadores do HEartLab (Universidade Federal do ABC), com apoio de parceiros internacionais, criaram uma plataforma experimental inédita, detalhada no periódico britânico The Journal of Physiology. O sistema integra três modalidades de mapeamento em corações isolados de coelhos:
- Mapeamento Óptico Panorâmico 3D: Utilizando corantes fluorescentes sensíveis à voltagem (Di-4-ANBDQPQ) e três câmeras de alta velocidade dispostas a 120 graus, o sistema captura os potenciais de ação transmembrana em alta resolução espacial (500 quadros por segundo) sem precisar encostar no tecido.
- Mapeamento Elétrico Epicárdico: Matrizes de múltiplos eletrodos (MEAs) customizadas e acopladas diretamente na superfície dos átrios e ventrículos.
- Modelo “Torso-Tanque” para ECGi: O coração é imerso em um tanque contendo uma solução que simula a condutividade do tórax, equipado com 60 eletrodos superficiais.
O Pulo do Gato Computacional: Resolvendo o “Problema Inverso”
Do ponto de vista de extração de dados e modelagem computacional, a plataforma é um prato cheio. O mapeamento óptico mede o potencial celular transmembrana de forma direta, enquanto os eletrodos clínicos medem o potencial extracelular.
Para interligar esses mundos, o estudo utiliza a Imagem Eletrocardiográfica (ECGi). Através do processamento de sinais do “torso-tanque”, a equipe reconstrói os eletrogramas epicárdicos resolvendo a equação de Laplace no volume condutor. Como esse é um problema inverso mal posto (onde pequenas variações nos dados podem causar enormes erros na reconstrução), os cientistas estabilizaram o sistema aplicando a regularização de Tikhonov de ordem zero, otimizada pelo método da Curva-L.
Além disso, a geometria 3D do coração foi reconstruída utilizando técnicas de segmentação interativa e algoritmos de Poisson, permitindo que a malha geométrica 3D fosse perfeitamente alinhada (projetada) com os dados ópticos 2D capturados pelas câmeras.
Resultados: Onde a Clínica Encontra a Célula
Os testes em ritmos sinusais, taquicardia ventricular e fibrilação atrial validaram a integração do sistema. Durante o ritmo sinusal e a taquicardia ventricular, a propagação da frente de onda elétrica e óptica apresentou grande concordância. A análise de Frequência Dominante (DF) extraída via transformada rápida de Fourier (FFT) também obteve alta correlação entre os sinais ópticos, elétricos invasivos e reconstruídos do tanque.
Contudo, durante arritmias atriais mais caóticas, surgiram pequenas divergências espaço-temporais entre as estratégias de mapeamento. E é exatamente aqui que reside o valor desta plataforma: ao cruzar a altíssima resolução do mapeamento óptico com a visão dos eletrodos convencionais, os pesquisadores conseguem entender as limitações dos sistemas comerciais de mapeamento, oferecendo uma bancada de testes (test bed) incrivelmente detalhada para avaliar novos fármacos antiarrítmicos e aprimorar as intervenções ablativas.
Para ler o artigo original (em inglês): An integrated platform for 2-D and 3-D optical and electrical mapping of arrhythmias in Langendorff-perfused rabbit hearts
DOI: https://doi.org/10.1113/JP287815