Artigo de atualização

A Evolução do Eletrodo no Registro dos Potenciais Elétricos Cardíacos: Um pouco de história

"The Development of the Electrode for Recording Cardiac Electrical Potentials: A brief history"

Autores: Paulo Ginefra


Introdução


No cotidiano do homem, nem sempre se presta atenção às coisas banais. É o que acontece com as tradicionais e velhas placas de metal que são usadas para registrar um eletrocardiograma.

Por trás da banalidade dessas placas, até hoje empregadas pelos mais sofisticados equipamentos de registro elétrico do coração, está toda uma história narrando como os antigos pesquisadores, físicos, fisiologistas e médicos que viveram nos dois últimos séculos, criaram a dupla de eletrodos para registrar as diferenças de potencial elétrico entre dois pontos de tecidos nervosos e do coração, constituindo a base de toda a eletrofisiologia atual.

O emprego do eletrodo para registro de potenciais elétricos em animais de laboratório e sua investigação no homem é conhecido desde a metade do século XIX, quando se publicaram os primeiros resultados dos experimentos sobre a atividade elétrica dos nervos periféricos e a contração de músculos esqueléticos.

Em 1856, Kollicker e Muller1 demonstraram a presença de correntes elétricas de ação que provocavam contraturas musculares em preparações nervo-músculo de rãs, estimuladas por fios elétricos, sendo observado também por outros investigadores da época.

Em 1887, Waller2,3, usando um instrumento denominado eletrômetro capilar criado anos antes por Lippmann, foi o primeiro a demonstrar a mensuração da quantidade de corrente elétrica que circulava no corpo humano, associada à contração do coração. O eletrômetro consistia num tubo de vidro contendo mercúrio embaixo e ácido sulfúrico diluído, que permanecia em cima, por ser mais leve que o mercúrio. (Figura 1). A mudança de carga elétrica que passava pelo sistema alterava a tensão superficial do mercúrio, deslocando-o para cima ou para baixo, indicando a diferença de potencial existente4 (Figura 2). Seria este um sistema químico de eletrodos de registro?

Somente em 1901, Einthoven5 registrou, pela primeira vez no homem, com acurácia e quantitativamente, a corrente elétrica gerada pelo coração e propagada pela superfície do corpo, empregando pares de eletrodos constituindo uma derivação bipolar e registrando os eventos obtidos, com galvanômetro de corda (Figura 3), assim denominado por ele, por ser constituído de um fino fio de quartzo que se deslocava à passagem de uma corrente elétrica, observado através de um microscópio acoplado ao aparelho.

Os eletrodos eram, na verdade, recipientes como potes de metal ligados por fios ao galvanômetro. Os potes continham solução de cloreto de sódio concentrado e neles o paciente mergulhava as duas mãos e o pé esquerdo; a solução salina servia como elemento condutor de eletricidade entre o metal e a pele do paciente (Figura 3). Os potes faziam três pares de eletrodos bipolares: os braços direito e esquerdo formavam a derivação a que chamou de lead I (D1); o braço direito com a perna esquerda lead II (D2) e o braço esquerdo com a perna esquerda lead III (D3); a perna direita que tinha o mesmo potencial da esquerda tinha a função de terra (Figura 4).

Com essas três derivações, Einthoven registrava as diferenças de potencial entre os braços e as pernas, resultantes da corrente elétrica gerada pelo coração que circulava por todo o corpo do indivíduo, considerado

um bom condutor de eletricidade. A passagem da corrente elétrica pelo galvanômetro movia o fio de quartzo para cima ou para baixo e lateralmente, registrando o impulso que era gravado em papel ou placa fotográfica de vidro usada na época.

Com as três derivações bipolares dos membros, e a partir da lei de eletricidade de Kirchhoff que estabelecia que “em um circuito fechado, a soma algébrica das diferenças de potencial é igual a zero”, e observando que em todos os indivíduos normais, o potencial registrado em D2 era sempre maior que o de D1 e de D3, Einthoven pôde formular sua famosa lei: “O potencial de D2 é igual ao de D1 menos o de D3, (D2 = D1-D3)”. O triângulo formado pelas três derivações era matematicamente correto e os registros sempre confirmavam sua teoria sobre os potenciais elétricos do coração do homem normal.

Em 1902, Einthoven já havia obtido experiência com um galvanômetro mais sensível e com ele registrou o eletrocardiograma (ECG) de um paciente no Hospital Universitário a uma milha de distância de seu laboratório, por cabo telefônico, que já era usado na época em comunicações por cabos submarinos. A esta modalidade de registro, Einthoven chamou de “telecardiograma”6.

Em 1915, Lewis e Rothschild7 já correlacionavam a distribuição periférica das fibras de Purkinje nos ventrículos com seus achados, na seqüência da ativação elétrica cardíaca. Estes autores já usavam eletrodos de agulha em cães, para poder registrar potenciais elétricos em nível do miocárdio. De acordo com os resultados, eles preconizaram que a ativação elétrica dos ventrículos se fazia da base do coração para o ápice, e de maneira simultânea nos dois lados do septo interventricular, abrindo-se em leque para ambos os ventrículos (Figura 5), criando o conceito de que a ativação do coração se faria por igual do septo para as paredes livres ventriculares.

Em 1929, Gould8 já utilizara agulha-eletrodo inserida como pólo positivo no coração que fora estimulado eletricamente, durante uma parada cardíaca de uma criança. Teria sido o primeiro caso de ressuscitação cardíaca registrada na história da cardiologia.

Em 1933, a partir das três derivações bipolares de Einthoven, Wilson et al.9 neutralizaram dois dos eletrodos do sistema com uma resistência de 5.000Ohms, igualando o seu potencial próximo de zero, transformando o eletrodo que ficou livre em eletrodo-explorador, criando assim as derivações unipolares dos membros, as quais denominaram de R (right arm), L (left arm) e F (foot). A este sistema foi dado o nome de Central Terminal de Wilson, em homenagem ao autor, com o qual se demonstraram os potenciais elétricos isolados dos braços direito e esquerdo e da perna esquerda; a perna direita tinha função de terra. Contudo, os eventos registrados por este sistema eram de muito baixa voltagem, o que foi corrigido depois por Goldberger10, que modificou a central terminal ampliando a voltagem dos eventos registrados, denominando então as derivações em aVR, aVL e aVF (a=aumented; V=potential). Somente 10 anos depois, Wilson et al.11 comunicaram a obtenção do ECG precordial, distribuindo o eletrodo explorador nos pontos convencionais do precórdio, em número de seis (de V1 a V6).

Com a criação desses eletrodos já convencionados na década de 40, o ECG tornou-se um exame não-invasivo capaz de avaliar o estado do miocárdio por meio da análise dos potenciais elétricos gerados pelo coração, dando início a numerosas pesquisas clínicas e experimentais citadas na literatura nas décadas seguintes.

Em 1947, Sweet12 empregou com sucesso em duas paradas cardíacas durante cirurgia, agulhas-eletrodos na região do nodo sinusal para estimular o coração. Na mesma época, há citações de outros autores que empregaram agulhas para estimular o coração durante cirurgia, a tórax fechado ou mesmo aberto.

As agulhas foram e ainda são empregadas em trabalhos experimentais em animais de laboratório, devido à sua praticidade, introduzindo-as no tecido celular subcutâneo dos membros, ou no corpo do animal, evitando assim a raspagem de pêlo.

Em 1949, Ling e Gerard13 criam e empregam microeletrodo capilar de vidro fino, unipolar, com menos de 1|U de diâmetro, para registro de potenciais elétricos intracelulares, preenchidos com solução salina concentrada (Figura 6). Esse tipo de eletrodo foi largamente empregado por Hoffman e Cranefield14, em seus famosos estudos sobre o potencial de ação das células cardíacas.

O microeletrodo de vidro era introduzido na fibra miocárdica para registro do potencial elétrico intracelular, medindo-se as fases de despolarização, repolarização e períodos refratários da fibra cardíaca, em condições normais e patológicas (Figura 6). O eletrodo era obtido de um tubo fino de ensaio com suas extremidades fixas em um aparelho distensor e aquecido. Uma vez que o vidro atingia o ponto de fusão, o distensor esticava o vidro incandescente até o ponto mais fino, sendo então avaliado para menos de 1 micron de diâmetro, o que se fazia levando-o ao microscópio15. Ao colocar-se então no interior do tubo a solução salina como condutor elétrico, posicionava-se a ponta do eletrodo no interior da célula com o auxílio do microscópio e registrava-se seu potencial elétrico15.

No final da década de 50, já surgiam eletrodos em seqüência, em pares (eletrodo bipolar), dispostos em um trocater, para registro simultâneo de uma área determinada do coração (Figura 7)16. O trocater media cerca de 0,5cm de diâmetro, dotado de uma extremidade perfurante, e no seu interior passavam os fios que ligavam cada eletrodo a um terminal de um eletroencefalógrafo de alta velocidade ou de um pré-amplificador. Deste modo, o trocater, atravessando o septo interventricular ou uma parede livre do coração, posicionava cada par de eletrodos em uma área a ser explorada e os potenciais se registravam simultaneamente no aparelho (Figura 8).

Foi com este tipo de eletrodos que Sodi-Pallares et al.16 desenvolveram no México os famosos trabalhos experimentais sobre o processo de ativação do coração de cão em condições normais e em presença de bloqueios de ramo, realizados no mesmo animal16,17. Esses trabalhos demonstraram a validade da teoria vetorial de Wilson, lançada na década anterior, e constituíram a base de toda a eletrocardiografia moderna, estabelecendo a existência de três vetores básicos da ativação ventricular do coração: o do septo interventricular, o vetor resultante da ativação dos ventrículos e o da porção póstero-basal, explicando as configurações das derivações periféricas e precordiais do ECG de repouso em condições normais e nas patologias cardíacas. O emprego dos vetores permitiu a rápida compreensão do processo de ativação cardíaca e das morfologias do ECG, permitindo ao cardiologista o diagnóstico imediato de uma anormalidade e nas situações de risco.

A partir de 1951, desenvolveram-se eletrodos acoplados a extremidades de cateteres para estimular o coração internamente durante uma parada cardíaca18. Nesse tipo de procedimento, a energia procedia de corrente elétrica alternada. Foi o início do marca-passo artificial, havendo na literatura várias citações sobre os vários procedimentos. Somente em 1961, Zoll et al.19 empregaram pela primeira vez o marca-passo provido de bateria própria, com um gerador implantado no abdômen, entre a pele e o tecido celular subcutâneo. Um cabo provido de um eletrodo bipolar na ponta era conectado ao gerador e a ponta com o eletrodo era alojado na zona trabecular do ventrículo direito. Surgia, assim, o primeiro marca-passo implantado.

No final da década de 50 e nos anos 60, eletrodos bipolares e unipolares foram implantados em cateteres para registro invasivo através de cateterismo cardíaco, sendo notáveis os trabalhos de Alaniz et al.20 no México, que estudaram a atividade elétrica do sistema atrioventricular do cão, dando início aos primeiros estudos sobre o eletrograma do feixe de His21,22. Os estudos sobre a condução hisiana foram objeto de numerosos trabalhos nas décadas de 70 e 80, mudando, inclusive, vários conceitos antigos existentes sobre a condução elétrica cardíaca até então vigentes na eletrocardiografia clínica. Foi quando se criaram os primeiros cateteres-eletrodos amplamente empregados então, cabendo a Scherlag et al.23 o primeiro registro da atividade elétrica do feixe de His no homem, com cateter-eletrodo multipolar.

Já nas décadas de 80 e 90, desenvolveram-se os estudos invasivos eletrofisiológicos, empregando-se cateteres-eletrodos de vários pares de eletrodos em seqüência, para o mapeamento de áreas arritmogênicas, atriais e ventriculares. O mapeamento indicava a área provável da origem da arritmia, que era estimulada com o objetivo de se reproduzir a arritmia do paciente. Uma vez posicionado o cateter-eletrodo na área, o cateter era substituído por outro provido de um pólo positivo na ponta, com o qual se deflagrava a fulguração, procedendo-se assim, a ablação do foco arritmogênico.

Um dos primeiros procedimentos de ablação elétrica por cateter-eletrodo com o emprego dessa metodologia no Brasil, foi realizado no Hospital Universitário Pedro Ernesto da UERJ, em 1991, por Barbosa et al.24, em um caso de fibrilação atrial e síncope, em uma paciente com síndrome de Wolf-Parkinson-White de alto risco. A paciente tinha tido vários episódios de síncope, tendo sido ressuscitada de morte súbita e que após a ablação não mais teve surtos de arritmia.

Com a evolução dos cateteres e com a obtenção de novos métodos de mapeamento de áreas arritmogênicas, e com o emprego da radiofreqüência em lugar da fulguração, o tratamento das arritmias cardíacas tornou-se um método muito mais seguro para o tratamento das mesmas. Atualmente empregam-se cateteres-eletrodos multipolares, como o cateter de 24 pólos (12 pares de derivações bipolares) fabricado pela Cordis – Webster Inc., USA.

Um cateter deste tipo, denominado duodecapolar, está posicionado no átrio direito de um paciente com flutter atrial, através da veia cava inferior (Figura 9). Ele dispõe de 12 pares de eletrodos numerados de 1-2 (situado na extremidade distal do cateter à altura da veia cava inferior), até o número 23-24, na porção média-proximal do cateter (situada próximo ao forame ovale)25. Os eletrodos (ORB 1-2 até ORB 23-24) são os que registram os potenciais elétricos locais da área que está em contato com o eletródio sobre o endocárdio (são os pares a partir da terceira linha de registros). Ao lado da figura, observam-se os registros eletrofisiológicos que cada par de eletrodo inscreve. Na parte inferior da figura, vê-se outro cateter com dois pares de eletrodos sobrepondo-se ao istmo, entre a veia cava inferior e o anel tricúspide, junto à válvula tricúspide. Este é o cateter que fará a ablação elétrica nessa área, cujos pares de eletrodos 1-2 e 3-4 estão no início dos registros eletrofisiológicos (nas duas primeiras linhas de registro).

No presente caso, a onda de ativação do átrio durante o flutter é inicialmente registrada no par de eletródios ORB 21-22, ou seja, na porção alta do átrio junto ao septo e acima do forame ovale; faz um giro anti-horário, desce pela parede direita do átrio direito, passa pelo istmo e alcança outra vez o ponto inicial, perpetuando o flutter atrial anti-horário.

A ablação então se faz ao nível do istmo onde está posicionado o cateter da ablação, dispara-se a radiofreqüência e ablaciona-se a área; com isto interrompe-se o circuito, cessando a arritmia25.

Observar, no registro eletrofisiológico, que a ativação elétrica inicia-se na órbita 21-22 (porção alta do átrio, parte médio-proximal do cateter), inscrevendo o primeiro complexo elétrico e à medida que a onda de ativação progride para completar o ciclo, vão se inscrevendo os demais complexos, um após o outro, até reiniciar o circuito.

Portanto, o flutter do presente caso, é istmo-dependente, propaga-se para o átrio em sentido anti-horário e tem seu circuito eliminado por ablação elétrica por radiofreqüência.

Cateteres-eletródios multipolares cada vez mais sofisticados têm sido criados pela indústria especializada, como o cateter-eletrodo tipo cesto, com 64 pólos de eletrodos, que se abre como se fora um “guarda-chuva” na cavidade cardíaca a ser estudada (basket catheter). Aberto, tem a forma de um cesto com cabos providos de eletrodos que fazem contato com a área ou áreas a serem ablacionadas.

Atualmente, os eletrofisiologistas têm muitas opções para o tratamento das arritmias cardíacas, empregando cateteres ideais para cada caso, tratando com sucesso não só as arritmias como também os distúrbios da condução atrioventricular.

Pode-se concluir assim que, coisas aparentemente banais, podem, na verdade, serem consideradas de grande valia em tudo o que nos cerca e muito especialmente na prática médica diária e, mais ainda, na própria cardiologia, para obter-se maior acurácia nos métodos de estudo.

 

Referências

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