Separador de costelas que evita quebra
de ossos, em estudo
A placa na porta de um armazém de tabaco diz "Physcient".
No interior há algumas salas que, dependendo de onde se
olha, parecem ateliês de arte, lojas de máquinas ou um
museu de história natural.
Um torno mecânico descansa ao lado de uma
grade de prensa; em outras paredes há morsas, enormes
braçadeiras em vermelho esmaltado, microscópios e tábuas
de compensado cobertas de eletrônicos. Mas há também
esculturas de insetos tecidas em tear, ao lado de caixas
envidraçadas abrigando lagartos voadores preservados.
Moldes de costelas humanas ficam espalhados em mesas. Um
enorme e assustador molde de mandíbula de peixe repousa
numa fileira de livros.
A Physcient é, de fato, uma empresa de tecnologia
médica. Mas a decoração se baseia nas excepcionais
carreiras de seus cofundadores, Hugh Crenshaw e Charles
Pell. Ambos começaram estudando biomecânica " como
criaturas voam, nadam e rastejam. Pell construiu modelos
de músculos e cabeças de peixe.
Crenshaw conseguiu seu doutorado descobrindo como
criaturas unicelulares nadam. Ao longo dos últimos 20
anos, eles transformaram lucrativamente seu conhecimento
de biomecânica em invenções, de submarinos robóticos a
classificadores de pílulas.
Agora eles estão se voltando ao mundo da cirurgia. Os
instrumentos atualmente usados por cirurgiões, dizem
eles, foram inventados antes que a biomecânica se
tornasse uma ciência madura " e trabalham contra a
física do corpo, em vez de com ela. "As tecnologias
permaneceram incrivelmente inalteradas", afirmou
Crenshaw. "Talvez possamos fazer melhor".
Crenshaw e Pell estão começando com um separador de
costelas mais suave e delicado. Cirurgiões costumam
enxergar as costelas quebradas, e outras dolorosas
consequências das cirurgias abertas de coração, como
inevitáveis.
Porém, Crenshaw e Pell inventaram um novo tipo de
separador de costelas que leva em conta como os ossos
podem se curvar, em vez de quebrar. Seus estudos
pré-clínicos em porcos sugerem que a técnica reduz
bastante os danos.
Caso funcione como o esperado, os inventores partirão
para outras ferramentas nesse campo. "Toda a bandeja
cirúrgica será transformada", declarou Pell.
Quando menino, Pell era, em suas próprias palavras, "um
nerd congênito".
Passava seu tempo livre construindo foguetes, carros e
máquinas de ondas.
Ele frequentou uma escola de artes e obteve mestrado em
escultura, mas suas obras estavam mais para robôs do que
para bustos de mármore. Após o doutorado, Pell foi para
a Califórnia, onde acabou sendo diretor de pesquisa e
desenvolvimento de uma empresa que construía dinossauros
robóticos para exposições em museus. Ele continuou
desenvolvendo projetos estranhos, como um arco cheio de
água por onde os peixes podiam atravessar de uma lagoa a
outra.
Para desvendar se um peixe poderia fisicamente
sobreviver à jornada pela ponte de água, Pell chamou
Stephen Wainwright, pioneiro em biomecânica da Duke
University. "Ele respondeu: 'Quem é você, e por que está
fazendo isso?"', recordou Pell. Apesar das incertezas
iniciais, no fim da conversa Wainwright se ofereceu para
trazer Pell a Duke para uma visita. Não muito tempo
depois, Pell se tornou diretor do BioDesign Studio, na
universidade.
No estúdio, Pell ajudou Wainwright e seus colegas a
construir modelos para testar ideias em biomecânica,
criando modelos de colunas vertebrais, músculos,
mandíbulas e dúzias de outras partes animais. "Esses
modelos podem surpreendê-lo fisicamente", afirmou Pell.
"Eles podem lhe mostrar coisas que você nem havia
pensado antes de construí-los".
Uma das maiores surpresas de Pell chegou enquanto ele
tentava produzir um simples modelo de peixe nadando.
Após construir um tubo de borracha com uma frente
arredondada, ele enfiou uma vareta nesse tubo até um
quarto de seu comprimento. Colocando o tubo na água e
agitando a vareta para frente e para trás entre seus
dedos, isso gerava uma onda com a cauda. Enquanto
construía uma nova versão do tubo, Pell acidentalmente
cortou a ponta da cauda. O novo formato, segundo
descobriu, fazia a água fluir num padrão diferente ao
redor do tubo, criando propulsão.
Pell, Wainwright e colegas registraram patente do
projeto e abriram uma empresa, chamada Nekton, para
desenvolver produtos com ele. Primeiro, eles
transformaram a invenção num bem sucedido brinquedo de
banheira. Porém, quando a marinha dos EUA descobriu que
Pell e seus colegas podiam criar uma impulsão similar à
dos peixes sem usar quaisquer peças móveis, eles o
encorajaram a entrar no negócio de construir robôs
submarinos. Pell e seus colegas da Nekton acabaram
fabricando um robô altamente manobrável com um metro de
comprimento, chamado "Pilot Fish" ("peixe piloto", em
tradução literal).
"Começamos como fábrica de brinquedos e acabamos como
fornecedores da defesa nacional", resumiu Pell.
Uma das pessoas que encorajou Pell a entrar no negócio
foi Crenshaw. Na época, Crenshaw estava na Duke
estudando uma questão particularmente delicada na
biomecânica: como nadam os organismos marinhos
microscópicos. A maioria das criaturas marinhas com
tamanho entre 3 milímetros e 30 mícrons nada em espiral.
"É o padrão de movimento mais encontrado no mundo",
disse Crenshaw.
Apesar dos fortes movimentos giratórios, criaturas que
nadam em espiral conseguem se localizar muito bem. Para
descobrir o truque, Crenshaw construiu um tanque onde
pudesse filmar os organismos espiralando em três
dimensões. Ele descobriu que os organismos navegavam ao
sentir a intensidade de um estímulo " luz em alguns
casos, elementos químicos em outros. Se o organismo está
se movendo diretamente para o estímulo, o nível não
altera.
Se ele se desviar para a direção errada, o estímulo
enfraquece. O organismo pode simplesmente mudar a curva
de seu movimento para trocar de direção. "É uma regra
bem simples", disse ele.
Crenshaw e Pell descobriram que sua obsessão pela
biomecânica era igualmente profunda. "Se Chuck e eu
começávamos a conversar em alguma sala, uma tarde se
passava e o quadro-negro era apagado quatro vezes antes
que terminássemos", contou Crenshaw. Certa noite eles
esboçaram um projeto num guardanapo " de um robô que
nadava em espirais.
Eles venceram outra concessão do Departamento de Defesa
e começaram a construir um novo robô, apelidado de
MicroHunter. Era pequeno " o tamanho de um charuto " e
primorosamente simples. Crenshaw e Pell embutiram um
sensor de luz numa ponta, um propulsor na outra. O
propulsor era programado para empurrar o robô num
caminho em espiral, o que podia ser ajustado conforme
mudavam os níveis de luz.
Crenshaw testou o robô pela primeira vez numa piscinada
Duke. Ele apagou as luzes do ginásio e montou uma luz no
lado mais fundo da piscina. Então ele colocou o robô no
lado raso, apontado à outra direção. "Ele fez
meia-volta, percorreu a piscina e atingiu a luz do
fundo", disse ele. "Foi uma estreia perfeita".
Crenshaw e Pell ajudaram a abrir caminho para que outros
especialistas em biomecânica transformassem ideias em
tecnologia. Alguns pesquisadores estão construindo
âncoras que se auto-enterram, inspiradas numa espécie de
moluscos. Outros estão agregando saliências nas
extremidades de lâminas de moinhos, imitando barbatanas
de baleias.
Após as aventuras com o MicroHunter, Pell e Crenshaw
caminharam em direções distintas por alguns anos.
Crenshaw deixou a Duke em 2001, para trabalhar na
companhia farmacêutica GlaxoSmithKline. Ele projetou
labirintos de tubos microscópicos para uso em testes de
novas drogas. Enquanto isso, Pell continuou criando
novas invenções na Nekton, como um rápido robô
classificador de pílulas. Em 2008, a empresa de robótica
iRobot, em Massachusetts, comprou a Nekton por US$10
milhões.
Crenshaw saiu da GlaxoSmithKline em 2007, e começou a
montar os alicerces da Physcient. Decidiu trablhar em
tecnologia médica, esperando que sua experiência com
biomecânica lhe ajudasse a enxergar oportunidades para
novos dispositivos. Após arrancar Pell de sua
aposentadoria pós-Nekton, logo os dois inventores
descobriram um equipamento médico clamando por uma
reformulação biomecânica: o separador de costelas.
Anualmente, cirurgiões usam os separadores para abrir o
peito de aproximadamente 2 milhões de pessoas, consertar
seus corações e fechá-los novamente. Todos os
separadores em uso hoje são variações do modelo
inventado pelo cirurgião argentino Enrique Finochietto,
em 1936. Finochietto usou uma manivela entortada que
abria dois braços de metal.
O separador de costelas de Finochietto faz o serviço,
mas pode causar sérios efeitos colaterais. Pesquisas
indicam que de 10 a 34 por cento dos pacientes acabam
com costelas fraturadas. Algumas vezes, nervos são
esmagados e ligamentos podem se romper. Após a cirurgia,
alguns pacientes precisam de forte sedação contra a dor
e sua respiração rasa pode deixá-los propensos à
pneumonia. Mesmo depois de deixar o hospital, alguns
pacientes continuam com dores durante meses.
"Ali havia espaço para algo diferente", declarou Peter
Smith, chefe de cirurgia torácica da Escola de Medicina
da Duke University e conselheiro da Physcient.
Dados todos os efeitos colaterais, Crenshaw e Pell
estranharam a quantidade mínima de pesquisas sobre as
forças geradas pelo separador. "Não conseguimos entender
por que as pessoas não mediram as forças sobre a costela
quando havia calibradores de tensão para isso", disse
Pell.
Crenshaw e Pell colaboraram com Greg Buckner, engenheiro
da North Carolina State University, e o Dr. Gil Bolotin,
chefe de cirurgia cardíaca do Rambam Health Care Campus,
em Haifa, Israel. Buckner e Bolotin haviam desenvolvido
uma tecnologia para mensurar as forças geradas pelo
separador de costelas. A Physcient licenciou a
tecnologia.
Em seguida, a equipe da Physcient começou a medir a
força do separador em porcos, animais biomecanicamente
similares aos humanos, e descobriram que o separador de
costelas de Finochietto aplicava golpes de força que se
intensificavam até igualar o peso total do porco. "Seria
quase o equivalente a pendurar o paciente pela costela
depois de aberta, simplesmente suspendê-lo no ar",
afirmou Pell.
"Eu disse: 'Bem, se eu entendo alguma coisa do assunto,
aqui temos um projeto de biomecânica", completou
Crenshaw.
Ossos podem ser duros, mas não são quebradiços como giz.
Fibras de colágeno e outras proteínas elásticas permitem
que eles se flexionem, como um galho verde de árvore.
Dobre um galho rápido demais, e ele se quebrará; aplique
a mesma força lentamente, e as fibras do galho ganharão
tempo suficiente para se esticar e deslocar.
Crenshaw, Pell e seus colegas iniciaram a construção de
um separador de costelas que aproveitasse a física dos
ossos e outros tecidos. Em sua oficina, eles construíram
um protótipo que era suavemente aberto por um motor " em
vez de empurrado como uma alavanca manual. No lugar das
duas barras retas, eles conceberam duas fileiras de
ganchos curvos de metal, cada um dos quais podendo
embalar uma única costela ou parte do esterno.
Seus primeiros testes foram conduzidos em porcos
comprados num açougue, onde registraram a tensão das
costelas em diferentes velocidades. Eles notaram que,
alguns segundos antes de uma costela se fraturar, era
possível detectar pequenos estalos. O som vinha de
fibras individuais se rompendo dentro do osso. Crenshaw
e Pell perceberam que poderiam usar os estalos para
evitar fraturas ósseas.
"Se você pegar um galho e começar a dobrá-lo, poderá
ouvir algo estalando mesmo antes de perceber qualquer
dano real ao galho em si", explicou Crenshaw. "Estamos
fazendo algo parecido aqui".
Crenshaw e seus colegas programaram o computador de
bordo do separador para interromper o avanço um quarto
de segundo após sentir um desses estalos.
Isso permite que as fibras e ligamentos do osso se
desloquem e estiquem antes que o equipamento volte a se
mover.
Recentemente, Crenshaw e Pell colaboraram com colegas da
N.C. State University para testar a invenção, num estudo
financiado pelo Instituto Nacional de Saúde e pela
Fundação Nacional de Ciência dos EUA. Os veterinários
abriram a caixa torácica de 10 porcos vivos - metade com
o novo projeto, metade com o dispositivo convencional. O
tempo para abrir os porcos foi praticamente o mesmo nos
dois grupos. Porém, o separador tradicional fraturou
costelas de quatro dos cinco porcos. O separador da
Physcient quebrou apenas uma costela, no segundo porco
aberto pelos cirurgiões, quando o dispositivo emperrou
acidentalmente. Os inventores aprimoraram o projeto e
nenhum dos porcos restantes sofreu fraturas.
Os pesquisadores também descobriram que, nos
experimentos com o dispositivo da Physcient, os porcos
apresentaram níveis mais altos de oxigenação no sangue
do que com o separador tradicional " simplesmente porque
podiam respirar mais profundamente. Os porcos também
usaram menos analgésicos e se recuperaram mais
facilmente.
"Atingimos todos os pontos pré-clínicos que estávamos
buscando", explicou Crenshaw. Ele e seus colegas
pretendem lançar seu separador de costelas no mercado no
final de 2012.
Se tudo correr conforme o planejado, os inventores devem
examinar outras ferramentas cirúrgicas que puxam e
empurram os corpos de pacientes. "Temos anos e anos de
produtos para reformular", disse Pell.
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