Concepção e teste de eléctrodos para pacemaker de estimulação diafragmática

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Biomédica

Existem actualmente diversos mecanismos de ventilação artificial que, ao funcionarem a pressão positiva, forçam a entrada de ar para dentro dos pulmões, apresentando-se como a principal forma de ventilação utilizada. Existem ainda outras alternativas no que toca a promover a respiração artificial, nomeadamente estimulação do nervo frénico por eléctrodos, com a consequente contracção do diafragma; contudo, estes acabam por provocar irritação ou mesmo lesões na pele e no próprio nervo frénico ou, em casos extremos, conduzir a arritmias cardíacas. A insuficiência respiratória apresenta-se principalmente como consequência de patologias do foro respiratório, por exemplo a doença pulmonar obstrutiva crónica. Nesta, existem trocas inadequadas de gases no sistema respiratório, existindo uma incapacidade de manter os níveis normais de oxigénio e dióxido de carbono. O trabalho desenvolvido incidiu sobre o desenho e construção de um protótipo de eléctrodos de estimulação diafragmática e encontra-se inserido noutro mais vasto, que teve por objectivo a construção de um pacemaker diafragmático fisiológico. Para a execução do trabalho foi necessária a consolidação de conhecimentos na área da fisiologia respiratória e engenharia biomédica. De modo a atingir os objectivos propostos foram construídos diversos eléctrodos de estimulação, com diversos materiais e formas, sendo efectuada uma modulação constante do sinal, tentando que a respiração fosse o mais semelhante possível à respiração fisiológica normal. Para a escolha dos materiais a utilizar na construção destes eléctrodos, foi tida em conta a sua condutibilidade, maleabilidade e biocompatibilidade, uma vez que estes eléctrodos serão implantados na superfície diafragmática. Nesse âmbito tiveram-se, também, em atenção a forma e localização relativa dos eléctrodos na superfície diafragmática. Para isso foi feito o mapeamento eléctrico do diafragma e foram simulados diferentes sinais para a sua estimulação eléctrica. Numa segunda fase, trataram-se as combinações de forma, localização e estimulação eléctrica mais favoráveis em modelos animais; tendo sido testados eléctrodos de cobre, alumínio, estanho e latão. Foram obtidos resultados compatíveis com o padrão de ventilação normal. No entanto diversos assuntos ficaram por explorar, nomeadamente a difícil adesão dos eléctrodos à musculatura diafragmática e aumento do tempo de ventilação útil, uma vez que a fadiga diafragmática impedia a contracção eficaz do mesmo ao fim de algum tempo.