Quando uma pessoa desenvolve uma pedra nos rins ou na vesícula - fortes acúmulos de minerais e outros compostos criados pelo corpo - ela pode sentir muita dor e desconforto. Em casos mais avançados, essas pedras podem ter efeitos graves para a saúde.

Se o corpo não consegue expelir essas pedras por conta própria, freqüentemente é necessária intervenção médica. Por muitas décadas, isso significava que o paciente precisaria de cirurgia para remover as pedras, mas na década de 1980, surgiu uma nova forma de tratamento:a litotripsia.

Litotripsia é a prática de quebrar pedras na vesícula ou nos rins em pequenos pedaços dentro do corpo usando ondas de choque produzidas por uma máquina chamada litotritor. Essas ondas de choque de alta intensidade são transmitidas para o abdômen e focadas na pedra, que é quebrado pela energia das ondas em pedaços menores que podem ser expelidos pelo corpo.

Embora a litotripsia tenha sido uma alternativa bem-vinda à cirurgia, ele tem suas próprias desvantagens. Para um, os litotritores são grandes e caros. Mais preocupante com o paciente, no entanto, é que o procedimento é tão doloroso que requer o mesmo nível de sedação que a cirurgia.

Uma nova forma de litotripsia que elimina esses problemas está sendo desenvolvida com a ajuda de Tim Colonius, Frank e Ora Lee Marble, professor de Engenharia Mecânica da Caltech.

Recentemente, conversamos com Colonius para discutir essa nova tecnologia de litotripsia, como sua experiência no estudo das interações entre fluidos e sons informou sua compreensão da tecnologia, e os benefícios que pode oferecer aos pacientes.

Como você descreveria sua principal área de pesquisa?

Eu estudo dinâmica de fluidos computacional. Fluidos referem-se a materiais que fluem, principalmente líquidos ou gases; a dinâmica dos fluidos está preocupada em prever os movimentos dos fluidos e as forças que eles criam. Pode parecer um voo de abelha, turbinas eólicas, ou sangue fluindo em suas veias.

A dinâmica dos fluidos computacional refere-se à tentativa de resolver as equações para o movimento dos fluidos por meio de simulação de computador.

Este projeto de litotripsia tem uma longa história. Você pode nos contar um pouco sobre como tudo começou?

Brad Sturtevant [MS '56, Ph.D. '60] foi a figura central da Caltech trabalhando neste projeto. Brad era professor de aeronáutica, um pesquisador incrível, e uma figura querida no campus que faleceu no início dos anos 2000. Ele fez muitas pesquisas sobre ondas de choque [alta energia, ondas de alta velocidade que viajam através de um material], e seus interesses abrangiam tudo, desde vulcões a outros fenômenos naturais que envolvem ondas de choque.

Ele ficou com um cientista chamado Andy Evan, da Universidade de Indiana. Andy reuniu uma grande equipe de pesquisadores para estudar a litotripsia, e ele realmente colocou o assunto no mapa acadêmico. Brad se envolveu porque o grupo estava usando ondas de choque para quebrar pedras nos rins, mas as pessoas não entendiam como as máquinas funcionavam, como as ondas de choque foram geradas, propagado através do corpo, e interagiu com pedras nos rins.

Como você se envolveu?

Como muitas coisas na Caltech, foi uma conversa de corredor. Eu era um jovem professor na época, e eu estava tentando construir ferramentas computacionais para cavitação, a formação de bolhas em um líquido.

Muitas pessoas em nossa equipe pensaram que a cavitação é um mecanismo importante de como as pedras nos rins são pulverizadas por ondas de choque. Ironicamente, Brad estava cético sobre isso, mas ele reconheceu que a hipótese deve ser investigada, então ele perguntou se eu queria estar envolvido.

Como sua experiência informa seu trabalho sobre isso?

Algumas áreas em que trabalhei anteriormente eram aeroacústica, que é o estudo de como os fluxos produzem som, e fluxos borbulhantes. Quando as bolhas oscilam, eles são muito eficientes na produção de som. Então, quando você vai para a praia e ouve uma onda quebrando e você ouve todo aquele tilintar, são bolhas produzindo som.

Este projeto foi interessante porque reuniu essas duas áreas - bolhas e acústica. Não foi difícil para Brad me convencer a trabalhar nisso - é tecnicamente interessante e tem um enorme potencial para beneficiar as pessoas.

Como este trabalho difere da litotripsia tradicional?

A coisa nova aqui, que chamamos de litotripsia de onda de explosão, é o uso de ultrassom focalizado em vez de ondas de choque. Podemos pensar na litotripsia tradicional como uma série de explosões, e cada explosão vai destruir uma pedra nos rins, um tiro de cada vez.

Acho que quando esse tipo de litotripsia foi desenvolvido, houve muitas oportunidades perdidas de sintonizar a frequência para ressoar com as pedras. Em vez disso, o que estamos fazendo é ultrassom focalizado de alta intensidade. Você tem uma série de elementos ultrassônicos que podem disparar independentemente, então você tem muita flexibilidade para projetar ondas. Quando você faz ondas de choque da maneira tradicional, há muito menos oportunidade de adaptar a onda de choque a diferentes condições, a diferentes tipos de pedras de diferentes formas e diferentes materiais.

Quais são os benefícios da litotripsia por ondas explosivas em comparação com a litotripsia tradicional?

Há um conjunto completo deles, o que eu acho que o torna muito emocionante. Como a amplitude das ondas é menor, há menos perigo de dano colateral ao tecido próximo, portanto, o procedimento é muito menos doloroso. Então, está previsto que você não precisa de anestesia.

Há também o fato de que este dispositivo é muito mais barato de fazer do que um litotritor de ondas de choque completo. Um urologista poderia comprar isso para seu consultório, considerando que um litotritor tradicional pode custar centenas de milhares de dólares; esses instrumentos são freqüentemente encontrados em hospitais ou clínicas especializadas. Isso poderia ter uma barreira de entrada muito menor.

O que vem a seguir para o trabalho?

Estamos apenas agora no ponto em que temos um modelo de simulação realmente bom que podemos usar para otimizar a tecnologia. Estamos descobrindo formas de onda ideais que criam ressonâncias que maximizam a quantidade de energia de deformação que podemos induzir na pedra. É semelhante a como um cantor de ópera pode estilhaçar uma taça de vinho cantando no tom certo. Também estamos começando a criar feedback para esses dispositivos para que possam ser mais autônomos e se adaptar, em vez de o médico ter que confiar em sua própria intuição.

Existe uma pequena empresa chamada SonoMotion que é uma derivação da equipe da Universidade de Washington que está construindo esses dispositivos e fazendo testes clínicos com dezenas de pacientes. Os resultados parecem promissores até agora.

Como é trabalhar em algo que pode melhorar tão diretamente a vida e a saúde das pessoas?

É humilhante. Não consigo conectar a ciência que faço diretamente aos pacientes, mas eu trabalho com pessoas que fazem. Estou simplesmente surpreso com a forma como médicos e cientistas do mundo da saúde pegam a ciência básica e a aplicam para ajudar as pessoas.