O antigo filósofo e polímata grego Aristóteles concluiu certa vez que o coração humano tem três câmaras e que é o órgão mais importante de todo o corpo, governando o movimento, a sensação e o pensamento.

Hoje, sabemos que o coração humano na verdade tem quatro câmaras e que o cérebro controla amplamente o movimento, a sensação e o pensamento. Mas Aristóteles estava certo ao observar que o coração é um órgão vital, bombeando sangue para o resto do corpo para alcançar outros órgãos vitais. Quando uma condição de risco de vida como insuficiência cardíaca ataca, o coração gradualmente perde a capacidade de fornecer a outros órgãos sangue e nutrientes suficientes para que eles funcionem.

Pesquisadores do MIT e da Harvard Medical School publicaram recentemente um artigo de acesso aberto na Nature Communications Medicine , introduzindo uma abordagem de aprendizado profundo não invasiva que analisa sinais de eletrocardiograma (ECG) para prever com precisão o risco de um paciente desenvolver insuficiência cardíaca. Em um ensaio clínico, o modelo mostrou resultados com precisão comparável ao padrão-ouro, mas procedimentos mais invasivos, dando esperança para aqueles em risco de insuficiência cardíaca. A condição viu recentemente  um aumento acentuado na mortalidade, particularmente entre adultos jovens, provavelmente devido à crescente prevalência de obesidade e diabetes.

“Este artigo é o ápice de coisas sobre as quais falei em outros locais por vários anos”, diz o autor sênior do artigo, Collin Stultz, diretor do Programa Harvard-MIT em Ciências da Saúde e Tecnologia e afiliado da  Clínica Abdul Latif Jameel do MIT para Aprendizado de Máquina em Saúde (Clínica Jameel). “O objetivo deste trabalho é identificar aqueles que estão começando a ficar doentes antes mesmo de apresentarem sintomas, para que você possa intervir cedo o suficiente para evitar a hospitalização.”

Das quatro câmaras do coração, duas são átrios e duas são ventrículos — o lado direito do coração tem um átrio e um ventrículo, e vice-versa. Em um coração humano saudável, essas câmaras operam em uma sincronia rítmica: o sangue pobre em oxigênio flui para o coração através do átrio direito. O átrio direito se contrai e a pressão gerada empurra o sangue para o ventrículo direito, onde o sangue é então bombeado para os pulmões para ser oxigenado. O sangue rico em oxigênio dos pulmões então drena para o átrio esquerdo, que se contrai, bombeando o sangue para o ventrículo esquerdo. Outra contração se segue, e o sangue é ejetado do ventrículo esquerdo através da aorta, fluindo para veias que se ramificam para o resto do corpo.

“Quando as pressões atriais esquerdas se elevam, o dreno de sangue dos pulmões para o átrio esquerdo é impedido porque é um sistema de pressão mais alta”, explica Stultz. Além de ser professor de engenharia elétrica e ciência da computação, Stultz também é cardiologista em atividade no Mass General Hospital (MGH). “Quanto maior a pressão no átrio esquerdo, mais sintomas pulmonares você desenvolve — falta de ar e assim por diante. Como o lado direito do coração bombeia sangue através da vasculatura pulmonar para os pulmões, as pressões elevadas no átrio esquerdo se traduzem em pressões elevadas na vasculatura pulmonar.”

O padrão ouro atual para medir a pressão atrial esquerda é o cateterismo cardíaco direito (RHC), um procedimento invasivo que requer um tubo fino (o cateter) conectado a um transmissor de pressão para ser inserido no coração direito e nas artérias pulmonares. Os médicos geralmente preferem avaliar o risco de forma não invasiva antes de recorrer ao RHC, examinando o peso, a pressão arterial e a frequência cardíaca do paciente.

Mas, na visão de Stultz, essas medidas são grosseiras, como evidenciado pelo fato de que  um em cada quatro pacientes com insuficiência cardíaca é readmitido no hospital em 30 dias . “O que estamos buscando é algo que lhe dê informações como as de um dispositivo invasivo, além de uma simples balança de peso”, diz Stultz.

Para reunir informações mais abrangentes sobre a condição cardíaca de um paciente, os médicos normalmente usam um ECG de 12 derivações, no qual 10 adesivos são colados no paciente e conectados a uma máquina que produz informações de 12 ângulos diferentes do coração. No entanto, máquinas de ECG de 12 derivações são acessíveis apenas em ambientes clínicos e também não são normalmente usadas para avaliar o risco de insuficiência cardíaca.

Em vez disso, o que Stultz e outros pesquisadores propõem é um Sistema de monitoramento de IA hemodinâmica cardíaca (CHAIS), uma rede neural profunda capaz de analisar dados de ECG de um único eletrodo — em outras palavras, o paciente só precisa ter um único adesivo disponível comercialmente no peito que ele pode usar fora do hospital, sem estar conectado a uma máquina.

Para comparar o CHAIS com o padrão ouro atual, RHC, os pesquisadores selecionaram pacientes que já estavam agendados para um cateterismo e pediram que eles usassem o adesivo de 24 a 48 horas antes do procedimento, embora os pacientes tenham sido solicitados a remover o adesivo antes do cateterismo ocorrer. “Quando você chega a uma hora e meia [antes do procedimento], é 0,875, então é muito, muito bom”, explica Stultz. “Assim, uma medida do dispositivo é equivalente e fornece a mesma informação como se você tivesse sido cateterizado na próxima hora e meia.”

“Todo cardiologista entende o valor das medições de pressão atrial esquerda na caracterização da função cardíaca e na otimização de estratégias de tratamento para pacientes com insuficiência cardíaca”, diz Aaron Aguirre SM '03, PhD '08, cardiologista e médico de cuidados intensivos no MGH. “Este trabalho é importante porque oferece uma abordagem não invasiva para estimar este parâmetro clínico essencial usando um monitor cardíaco amplamente disponível.”

Aguirre, que concluiu um PhD em engenharia médica e física médica no MIT, espera que, com mais validação clínica, o CHAIS seja útil em duas áreas principais: primeiro, ajudará na seleção de pacientes que mais se beneficiarão de testes cardíacos mais invasivos via RHC; e segundo, a tecnologia pode permitir o monitoramento serial e o rastreamento da pressão atrial esquerda em pacientes com doença cardíaca. “Um método não invasivo e quantitativo pode ajudar a otimizar estratégias de tratamento em pacientes em casa ou no hospital”, diz Aguirre. “Estou animado para ver onde a equipe do MIT levará isso a seguir.”

Mas os benefícios não se limitam apenas aos pacientes — para pacientes com insuficiência cardíaca difícil de controlar, torna-se um desafio evitar que sejam readmitidos no hospital sem um implante permanente, ocupando mais espaço e mais tempo de uma  força de trabalho médica já sobrecarregada e com falta de pessoal .

Os pesquisadores têm outro ensaio clínico em andamento usando CHAIS com o MGH e o Boston Medical Center que esperam concluir em breve para começar a análise de dados.

“Na minha opinião, a verdadeira promessa da IA na assistência médica é fornecer assistência equitativa e de última geração a todos, independentemente de seu status socioeconômico, histórico e onde vivem”, diz Stultz. “Este trabalho é um passo em direção à realização deste objetivo.”