Os pesquisadores estão desenvolvendo um novo dispositivo para medir de forma não invasiva a atividade do nervo cervical

Os pesquisadores estão desenvolvendo um novo dispositivo para medir de forma não invasiva a atividade do nervo cervical

Uma equipe de engenheiros e médicos da Universidade da Califórnia, em San Diego, desenvolveu um dispositivo para medir de forma não invasiva a atividade do nervo cervical em humanos, uma nova ferramenta que, segundo eles, poderia fornecer informações e melhorar o tratamento de pacientes com sepse, uma reação potencialmente fatal a infecções e doenças mentais, como transtorno de estresse pós-traumático (TEPT).

O dispositivo é descrito na edição de 14 de novembro de 2022 da Scientific Reports.

“Pela primeira vez, identificamos evidências eletroneurográficas cervicais de biótipos autônomos (luta ou fuga versus repouso e digestão) que são notavelmente consistentes em diferentes desafios do sistema nervoso autônomo ou involuntário”, disse o autor sênior Imanuel Lerman, MD, professor clínico de anestesiologia na Escola de Medicina da UC San Diego, com nomeações adicionais no Instituto Qualcomm da UC San Diego, na Escola de Engenharia da UC San Diego Jacobs e no Centro de Excelência para Estresse e Saúde Mental da UC San Diego.

A pesquisa baseia-se nas numerosas e fundamentais funções do nervo vago cervical, a parte superior do nervo vago que vai do intestino ao cérebro, fornece informações sobre o estado dos órgãos internos circundantes e monitora funções críticas do corpo, como resposta imunológica e digestão, e desempenha um papel nas principais doenças psiquiátricas, como transtornos de humor e ansiedade.

O novo dispositivo apresenta um conjunto flexível de eletrodos que se estendem da parte frontal inferior até a parte superior posterior do pescoço, permitindo aos pesquisadores registrar a atividade elétrica em diferentes nervos. Uma interface integrada permite a visualização de dados em tempo real e um algoritmo personalizado agrupa as pessoas de acordo com a resposta do sistema nervoso ao estresse.

No passado, a medição da atividade nervosa no pescoço frequentemente exigia a implantação cirúrgica de microeletrodos. Lerman, junto com o coautor Todd Coleman, PhD, professor do Departamento de Bioengenharia da Escola de Engenharia Jacobs da UC San Diego, decidiu desenvolver um método menos arriscado e menos invasivo, adaptando a tecnologia existente que Coleman desenvolveu com o colega Jonas Kurniawan. PhD, pós-doutorado na Universidade de Stanford. A matriz flexível resultante pode ser usada por até um dia e se move facilmente com os movimentos da cabeça e do pescoço do paciente.

Para estudar os biótipos autonômicos humanos, ou grupos de pacientes cujos sistemas nervosos involuntários responderam de forma semelhante ao estresse, os pesquisadores realizaram uma série de testes nos quais os participantes do estudo foram solicitados a colocar e segurar a mão em água gelada, seguido de um exercício respiratório cronometrado. A matriz registrou sinais nervosos cervicais ou eletroneurografia cervical, incluindo frequência cardíaca em indivíduos antes e depois do desafio com água gelada e durante o exercício respiratório.

Os investigadores descobriram que os participantes do estudo caíram consistentemente em dois grupos de biótipos distintos: aqueles cuja atividade neuronal e frequência cardíaca aumentaram durante ambos os testes, e aqueles que mostraram a tendência oposta. O algoritmo exclusivo do dispositivo identificou diferenças na resposta de grupos nervosos específicos a fatores estressantes, como dor causada pela água gelada e sintomas físicos, como suor e aumento da frequência cardíaca associados ao desafio respiratório cronometrado.

Os resultados são emocionantes. A matriz foi capaz de registrar a atividade do sistema nervoso autônomo, e ficamos agradavelmente surpresos ao observar uma resposta autonômica consistente em desafios de testes de estresse. No entanto, é necessário mais trabalho para demonstrar as nossas capacidades de detecção em populações maiores.”

Todd Coleman, PhD, professor, Departamento de Bioengenharia, UC San Diego Jacobs School of Engineering

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Embora o conjunto de eletrodos não tenha conseguido identificar os nervos exatos que disparam em resposta ao estresse e à dor do desafio da água fria, os pesquisadores esperavam que um dia ele ajudasse a diagnosticar e tratar doenças como TEPT e sepse. Por exemplo, o nervo vago desencadeia inflamação no corpo em resposta a lesão ou infecção, um mecanismo que pode ser interrompido no TEPT. Os autores disseram que seu novo dispositivo poderia eventualmente ajudar os médicos a medir a resposta dos pacientes à terapia para TEPT, como: B. Exercícios de respiração profunda usados ​​durante a meditação da atenção plena, monitorando o disparo neural no nervo vago.

Lerman já é um dos vários pesquisadores que utilizam a estimulação elétrica do nervo vago para testar se a estimulação dessas estruturas neurais pode reduzir a inflamação e a dor em pessoas com TEPT.

A matriz também poderia promover a segurança dos pilotos que operam aeronaves militares, detectando picos de atividade nervosa que provocam tonturas ou náuseas.

Nos hospitais, sugerem os autores, o dispositivo poderia ajudar a detectar pacientes suscetíveis a condições potencialmente fatais, 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 seu próprio tecido. O risco de mortalidade aumenta rapidamente ao longo do tempo, pelo que a tecnologia que ajuda a detectar e sinalizar pacientes de alto risco no hospital daria aos médicos um aviso precoce para administrar antibióticos e melhoraria as hipóteses de um paciente evitar ou sobreviver à sépsis.

Como próximo passo, os pesquisadores planejam integrar o conjunto com hardware adicional para um sensor vestível sem fio que pode ser usado fora do laboratório. Os pesquisadores estão atualmente desenvolvendo planos para um ensaio clínico para detectar sepse no hospital.

O estudo foi um esforço interdisciplinar envolvendo pesquisadores do UC San Diego Qualcomm Institute, da UC San Diego School of Medicine, da UC San Diego Jacobs School of Engineering (engenharia elétrica e da computação, ciência e engenharia de materiais, nanoengenharia e bioengenharia), do Departamento de Física e da Escola Herbert Wertheim de Saúde Pública e Ciência da Longevidade Humana, bem como professores da Universidade de Stanford e do VA San Diego Healthcare System.

Os coautores incluem: Yifeng Bu, Jonas F. Kurniawan, Jacob Prince, Andrew KL Nguyen, Brandon Ho, Nathan LJ Sit, Timothy Pham, Vincent M. Wu, Boris Tjhia, Tsung-Chin Wu, Xin M. Tu e Ramesh Rao, todos na UC San Diego; e Andrew J. Shin, Universidade de Stanford.

O financiamento para esta pesquisa veio em parte da Autoridade de Pesquisa e Desenvolvimento Avançado Biomédico (Grant 75A50119C00038) e do Fundo de Pesquisa de Sensor Neural David e Janice Katz em Memória de Allen E. Wolf.

Fonte:

Universidade da Califórnia, San Diego

Referência:

Bu, Y., et al. (2022) Um conjunto de eletrodos flexível com uma superfície adesiva capaz de eletroneurografia cervical durante um desafio de estresse autonômico sequencial. Relatórios científicos. doi.org/10.1038/s41598-022-21817-w.

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