Dispositivo neuroprostético mantém a tensão arterial após lesão da medula espinhal, em estudo publicado pela Nature

A paralisia¹ e os déficits sensoriais são as consequências mais óbvias das lesões² da medula espinhal³ (SCI). Muitas pessoas com este tipo de lesão⁴ também sofrem de hipotensão⁵ ortostática – uma incapacidade de manter a tensão arterial quando se deslocam da posição deitada para ficarem sentadas ou de pé. A curto prazo, a condição pode impedir o enchimento normal do coração⁶ com sangue⁷, causando tonturas⁸ e vertigens⁹. A longo prazo, os episódios recorrentes de hipotensão⁵ ortostática aumentam a incidência¹⁰ de ataque cardíaco e AVC, que são as principais causas de morte em pessoas que tiveram uma SCI.

Escrevendo para a revista Nature, Jordan W. Squair do Center for Neuroprosthetics and Brain Mind Institute, School of Life Sciences, Swiss Federal Institute of Technology (EPFL), em Lausanne, na Suíça, e seus colaboradores relatam uma estratégia neuroprostética que minimiza a hipotensão⁵ ortostática causada por SCI. O dispositivo restabelece o controle da pressão sanguínea em roedores, macacos e humanos.

A gravidade provoca o acúmulo de sangue⁷ na parte inferior do corpo quando nos sentamos ou ficamos de pé. A hipotensão⁵ ortostática resulta principalmente do comprometimento dos reflexos que impedem esta acumulação. O mais crucial desses é o barorreflexo, que é iniciado pelos barorreceptores¹¹ – neurônios¹² que sentem a pressão arterial¹³ e o grau de enchimento das grandes veias¹⁴ e câmaras cardíacas. Nos mamíferos, estes sensores são ativos quando o corpo está em repouso. Uma redução da pressão arterial¹³ ou do volume de sangue⁷ reduz a atividade dos barorreceptores¹¹. Isto, por sua vez, ativa o ramo simpático¹⁵ do sistema nervoso¹⁶ autonômico, restaurando a pressão arterial¹³ através do aumento da resistência vascular¹⁷ e do fluxo de sangue⁷ de volta para o coração⁶. A SCI interrompe a ligação entre o tronco cerebral¹⁸ inferior, que recebe a informação dos barorreceptores¹¹, e os neurônios¹² simpáticos que inervam o sistema cardiovascular¹⁹, que têm origem nos segmentos da coluna torácica e lombar superior.

Squair e colaboradores conceberam um dispositivo neuroprostético que pode contornar este problema. Se a pressão arterial¹³ cair, o dispositivo fornece um estímulo elétrico chamado estimulação epidural²⁰ da coluna vertebral²¹ direcionada (TESS) para o lado posterior da medula²² torácica para ativar os neurônios¹² simpáticos (embora por uma via diferente da utilizada pelo barorreflexo natural). Os neurônios¹² simpáticos enviam sinais²³ ao coração⁶ e aos vasos sanguíneos²⁴ para aumentar o débito cardíaco²⁵ e a resistência vascular¹⁷, restaurando assim a pressão arterial¹³ normal.

A hipotensão⁵ ortostática é tipicamente gerida por mudanças no estilo de vida (como o uso de meias de compressão nas pernas) e drogas como a fludrocortisona (um expansor de volume de sangue⁷) ou a midodrina (que ativa os receptores que normalmente fazem a mediação do efeito dos nervos simpáticos no coração⁶ e nos músculos²⁶ vasculares²⁷). No entanto, estes medicamentos podem ter efeitos adversos. Outras abordagens incluem a estimulação elétrica dos músculos²⁶ esqueléticos nos membros inferiores, que ativa a bomba muscular e ajuda no enchimento cardíaco, e cintos de constrição²⁸ abdominal. Ambas estratégias têm sido utilizadas de forma terapêutica²⁹, mas a sua eficácia não foi claramente demonstrada.

Poderiam os dispositivos neuroprostéticos serem uma alternativa melhor? O princípio é restaurar a função, estimulando eletricamente as vias neurais que se tornaram insensíveis em resultado da SCI. Idealmente, a estimulação deveria aproximar-se do padrão de atividade que normalmente controla a função visada. Tal abordagem já foi utilizada para restaurar parcialmente a locomoção em primatas. Também tem sido utilizada para ativar os músculos²⁶ das pernas para melhorar o controle da pressão sanguínea em pessoas com um SCI, embora as razões para o seu aparente sucesso neste cenário não fossem claras.

Squair e seus colegas propuseram-se a desenvolver uma neuroprótese mais precisa para o controle da pressão sanguínea. O seu ponto de partida foi o desenvolvimento de um modelo de rato da SCI. A análise da atividade neuronal no modelo confirmou que a tensão arterial e as respostas simpáticas eram instáveis nestes animais. Devido ao seu pequeno tamanho, os ratos não experimentaram hipotensão⁵ ortostática. No entanto, os autores utilizaram uma câmara de pressão negativa para reduzir a pressão de ar em torno da parte inferior do corpo; isto fez com que o sangue⁷ se acumulasse na parte inferior do corpo, replicando o fenômeno.

Em seguida, Squair e colaboradores perguntaram onde deveria ser aplicada a estimulação elétrica (chamada estimulação espinhal epidural²⁰ direcionada, ou TESS) para desencadear as respostas simpáticas que alteram a pressão sanguínea. Estimularam sistematicamente segmentos vertebrais nos ratos lesados e descobriram que a pressão sanguínea dos animais podia ser aumentada substancialmente através do fornecimento de impulsos elétricos perto do lado posterior da medula²² torácica inferior. Uma série impressionante de experiências - análises de imagem e anatômicas, combinadas com modelação computacional e manipulações para ativar ou inibir os neurônios¹² envolvidos na região – revelou que a TESS eleva a tensão arterial ativando um subconjunto de neurônios¹² aferentes sensoriais (que transmitem sinais²³ da pele³⁰, músculos²⁶ e órgãos internos em direção à medula espinhal³). Estes neurônios¹² aferentes excitam indiretamente os neurônios¹² simpáticos eferentes que controlam a circulação³¹ esplâncnica (os vasos sanguíneos²⁴ dos órgãos abdominais).

O passo seguinte dos autores foi conceber um dispositivo de controle biomimético que ajustasse continuamente a TESS para evitar qualquer queda de pressão sanguínea nos ratos feridos. Seguidamente, adaptaram com sucesso este conceito de “neuroprótese barorreflexa” para macacos rhesus. Isto implicava testar sistematicamente cada segmento espinhal mais uma vez, para identificar os segmentos que deveriam ser alvo da TESS e escalar a sua neuroprótese para corresponder à anatomia maior do macaco. Finalmente, e o mais notável, o grupo demonstrou que o barorreflexo protético podia restaurar a estabilidade da pressão sanguínea numa pessoa que experimentasse hipotensão⁵ ortostática incapacitante após uma SCI.

Este estudo é sem precedentes em muitos aspectos, e, como tal, levanta várias questões. Por exemplo, os neurônios¹² aferentes sensoriais que são estimulados pelo dispositivo protético não são identificados, e os efeitos a longo prazo da sua estimulação são desconhecidos. O circuito espinhal é reconfigurado após um traumatismo³² espinhal e os reflexos são exacerbados de tal forma que estímulos anteriormente inócuos podem desencadear episódios de tensão arterial perigosamente elevada. Será necessário tempo e mais experiências em animais para determinar se a ativação crônica destes neurônios¹² aferentes irá mitigar³³ ou agravar os reflexos hiperativos. De fato, ao contrário do verdadeiro barorreflexo, o barorreflexo protético é presumivelmente muito melhor na prevenção de crises de hipotensão arterial³⁴ do que na atenuação de aumentos da tensão arterial.

Além disso, é possível que a neuroprótese tenha efeitos adversos nas funções gastrointestinais e renais, que são reguladas por neurônios¹² simpáticos torácicos inferiores. Finalmente, é necessário um procedimento invasivo para a colocação de um eletrodo epidural²⁰ na coluna vertebral²¹, e a sua eficácia a longo prazo é desconhecida.

No entanto, esta última tentativa de tratar a hipotensão⁵ incapacitante que se segue à SCI é fundamentada em provas neurocientíficas pré-clínicas e é a estratégia mais sofisticada desenvolvida até o momento. Essa abordagem poderia eventualmente substituir os tratamentos atualmente disponíveis – embora seja demasiado cedo para se ter certeza disso.

Leia também “Tetraplegia”, “Paraplegia³⁵”, “Amiotrofia³⁶ espinhal”, “Poliomielite³⁷” e “Síndrome da cauda equina³⁸”.

Fonte: Nature, publicação de 27 de janeiro de 2021