BR102020021957A2 - Dispositivo eletroestimulador gástrico para controle de peso baseado na indução de saciedade - Google Patents

Abstract

A presente invenção se refere a um dispositivo gástrico eletroestimulador a fim de induzir o organismo a produzir hormônios responsáveis pela sensação de saciedade. o dispositivo atua primariamente no estômago e tem o principio de funcionamento baseado no acoplamento da atividade elétrica gástrica com as respostas hormonais do sistema nervoso central, promovendo a indução da sensação de saciedade. o dispositivo é constituído de uma unidade central responsável pelo controle e geração dos sinais necessários para sensoriamento e estimulação da parede gástrica, e de um ou mais cabos-eletrodos implantáveis para a condução dos sinais de atuação e medição.

Description

DISPOSITIVO ELETROESTIMULADOR GÁSTRICO PARA CONTROLE DE PESO BASEADO NA INDUÇÃO DE SACIEDADE Campo da Invenção

[001] A presente invenção se refere a um dispositivo eletroestimulador gástrico para controle de peso baseado na indução de produção hormônios responsáveis de saciedade.

[002] A área de aplicação da presente invenção é pertencente ao campo de tratamentos contra a obesidade, mais especificamente a tratamentos que utilizam a técnica de eletroestimulação gástrica, mais especificamente a dispositivos eletrônicos de estimulação gástrica para induzir a produção de hormônios responsáveis pela sensação de saciedade em indivíduos obesos, com subsequentes reduções na sensação de fome e apetite.

Fundamentos da Invenção

[003] A obesidade é considerada uma doença, e se define como uma quantidade de peso acima do normal. A forma de quantificação mais amplamente aceita é o índice de massa corpórea (IMC), sendo que pessoas com IMC > 40 são consideradas obesas mórbidas. O termo mórbido vem da alta taxa de mortalidade devido às comorbidades da doença que acompanha as pessoas nesta condição. A obesidade é um fator de risco para muitas doenças crônicas, como diabetes tipo II, doenças cardiovasculares, desordens reprodutivas, certos tipos de câncer, doenças na vesícula biliar, doenças respiratórias e outras comorbidades, como osteoartrite, edema, refluxo gastroesofágico, incontinência urinária e hipertensão. A obesidade é o maior fator de risco para o desenvolvimento do diabetes tipo II, e a mortalidade por doenças cardiorrespiratórias em obesos é 50% maior e 60% das pessoas obesas têm hipertensão.

[004] A obesidade também é considerada um dos mais prevalecentes problemas de saúde pública no mundo, principalmente nos Estados Unidos, sendo que um terço da população estadunidense (60 milhões de pessoas) é obesa. Em torno de 20% de todos os gastos anuais com saúde neste pais (190 bilhões de dólares) foram gastos com cuidados médicos relacionados à obesidade.

[005] No passado, o sucesso dos tratamentos contra a obesidade era medido pela quantidade e velocidade de peso perdida. Hoje se considera como sucesso a capacidade de se atingir uma perda de peso significante e mantê-la, bem como reduzir as comorbidades da obesidade. Atualmente o tratamento da obesidade pode ser classificado em três categorias: farmacoterapia, medidas gerais e tratamento cirúrgico.

[006] A restrição calórica e a atividade física são consideradas medidas gerais de tratamento. Os resultados são perceptíveis, mas a mudança de hábitos muitas vezes não é duradoura e há retomada de peso. A maior parte dos pacientes retomam seu sobre peso após um ano, e quase 100% retoma após cinco anos. Com relação aos tratamentos com farmacoterapia, a maioria dos fármacos com melhor resultado tem efeitos colaterais muito graves e foram proibidos, hoje em dia alguns deles são regulamentadas pela FDA. O tratamento cirúrgico pode resultar em 80% de excesso de peso perdido, porém a cirurgia é altamente invasiva e perigosa. Cerca de apenas 1% das pessoas obesas pode realizar a cirurgia, devido ao cobrimento de seguro-saúde em alguns países, ou riscos pós-operatórios iminentes.

[007] Uma outra solução emergente para tratamento da obesidade é a eletroestimulação gástrica (sigla GES). Nesta técnica são implantados eletrodos nas regiões de serosa ou intraluminal do estômago e intestino, que disparam sinais de estimulação na forma de corrente. As estimulações promovem o atraso da expulsão gástrica cancelando a atividade do marcapasso natural, e estimulam o antrum para criar contrações e promover uma maior resposta fisiológica ao alimento, estimulam o nervo vago, ou diretamente as ramificações do nervo vago para estimular a sensação de saciedade e o acomodamento gástrico, e tentam gerar maior produção de hormônios de saciedade estimulando as glândulas. A sensação de saciedade é produzida principalmente no hipotálamo, através da estimulação dos hormônios presentes na corrente sanguínea e pulsos elétricos aferentes do nervo vago.

[008] A região superior do estômago, também chamada de fundus é onde a maior parte das glândulas que produzem Grelina (hormônio que causa a fome) estão localizadas. Quando ele está vazio, a secreção aumenta, quando ele sofre distensão mecânica devido ao alimento, a secreção sessa. Quando acontece a ingestão de alimento, o fundus se dilata para acomodar mais alimento, induzido por estímulos eferentes provenientes do nervo vago, sendo que no fundus ficam alojados os gases provenientes da digestão.

[009] As diferentes formas de experimentação já realizadas ao longo dos anos com eletroestimulação gástrica (GES) utilizaram diferentes princípios fisiológicos para justificar a perda de peso desejada, como a alteração do funcionamento natural das slow waves, a produção e estimulação de hormônios no trato gástrico e a modulação do sistema nervoso.

[010] Entretanto, a eletroestimulação gástrica, dependendo dos parâmetros utilizados pode causar efeitos negativos (em geral gastroparesias e queimações perceptíveis a olho nu) , também conhecido como eletrólise, e que são provocadas pelas corrente contínuas (DC) em tecidos, uma outra limitação é que um conjunto de parâmetros de estimulação ótimo que melhoraria o funcionamento dos dispositivos que utilizam a técnica de eletroestimulação ainda não foi identificado atualmente.

[011] Frente ao exposto e com a finalidade de solucionar os problemas técnicos associados a técnica de eletroestimulação gástrica (GES) e consequentemente o problema da obesidade, desenvolveu-se um dispositivo eletrônico eletroestimulador a ser implantado no estômago a fim de induzir o organismo a produzir hormônios responsáveis pela sensação de saciedade e um método associado ao dispositivo que melhoraria seu funcionamento. O dispositivo é constituído de uma unidade central responsável pelo controle e geração dos sinais necessários para sensoriamento e estimulação da parede gástrica, e de um ou mais cabos-eletrodos implantáveis para a condução dos sinais de atuação e medição.

[012] Dentre as vantagens do dispositivo em relação aos já existentes no estado da técnica, é possível citar a aplicação especializada e restrita à indução de saciedade e tratamento da obesidade, a possibilidade de análise dos dados por telemetria, topografia específica de implante dos eletrodos e o material implantado no estômago de menores dimensões (apenas eletrodos), apresentando portanto menores riscos de complicações mecânicas (migração, obstrução e perfuração). Ademais, a estratégia de estimulação é definida no que se refere a forma de onda aplicada (quadrada, bipolar), frequência de estimulação e alta energia (amplitude de corrente, 'duty-cycle' e tempo de descanço).

Estado da técnica

[013] O documento US8364269B2 protege um dispositivo de estimulação gastrointestinal para estimular o trato gastrointestinal a produzir uma sensação de saciedade ou controlar a fome e o consumo de alimentos. O objetivo do dispositivo está relacionado ao controle do apetite, saciedade, hábitos alimentares e/ou obesidade, tratar náuseas, dentre outros. Entretanto, a presente invenção utiliza uma proposta de sinal elétrico distinta, baseada em um sistema bipolar, utiliza uma corrente de alta intensidade (dispositivos existentes são na faixa de μΑ, e a presente invenção trabalha com mA) , e utiliza uma alta amplitude/voltagem (média deste produto 16 a 18 V), sendo que o implante de eletrodos é em local pré-estabelecido, na parede gástrica anterior, proximal ao piloro e objetiva verificar se há alteração nos entero hormônios que regulam a saciedade decorrente da eletroestimulação.

[014] O documento W02005007232A2 descreve um método e um aparelho que foram concebidos para o tratamento de pacientes, principalmente obesos. E que consiste basicamente em um sinal elétrico que é aplicado a pelo menos um local do estômago do paciente, o sinal elétrico é configurado para reduzir um aumento no nivel de glicose no sangue do indivíduo, a fim de tratá-lo. Porém, diferentemente da invenção proposta, este dispositivo tem por objetivo primário controlar a resistência à insulina e a glicemia, e não objetiva primariamente induzir saciedade. O documento aborda também dispositivos mais voltados para restrição mecânica do estômago (banda gástrica e balão gástrico).

[015] O documento US7738961B2 aborda um método e um dispositivo para estimular eletricamente uma ou mais estruturas no trato gastrointestinal. As estruturas são preferencialmente selecionadas a partir do esfíncter superior do esôfago, fundus gástrico. Entretanto, o documento mencionado objetiva primariamente atuar no esôfago, diminuindo ou retardando seu esvaziamento, a presente invenção utiliza uma proposta de sinal elétrico distinta, baseada em um sistema bipolar, utiliza uma corrente de alta intensidade (dispositivos existentes são na faixa de μΑ, e a presente invenção trabalha com mA) , e utiliza uma alta amplitude/voltagem (média deste produto 16 a 18 V) , sendo que o implante de eletrodos é em local pré-estabelecido, na parede gástrica anterior, proximal ao piloro e objetiva verificar se há alteração nos entero hormônios que regulam a saciedade decorrente da eletroestimulação.

[016] O documento US20030040804A1 aborda um dispositivo para induzir a perda de peso em pacientes e inclui uma prótese tubular auto-expansivel de uma posição colapsada na qual a prótese tem um primeiro diâmetro para uma posição expandida, e um segundo diâmetro maior. Entretanto, a função de eletroestimulação fica em segundo plano neste documento, visto que seu formato tubular objetiva principalmente proporcionar efeitos mecânicos de restrição à passagem do bolo alimentar e disabsorção.

[017] O documento US20050021101A1 protege um método de regulação da ação gastrointestinal em um indivíduo usando um eletrodo estimulador e um sensor para fornecer controle de feedback retrógrado da estimulação elétrica no trato gastrointestinal. A invenção é ainda direcionada a um método para reduzir o peso em um sujeito, usando um eletrodo estimulador e um sensor para fornecer controle de feedback retrógrado da estimulação elétrica no estômago. No entanto, neste documento a administração da eletroestimulação é feita por quatro pares de eletrodos, ao passo que o dispositivo da presente invenção utiliza somente um par. Na presente invenção a unidade de eletroestimulação é implantada no subcutâneo, enquanto no experimento descrito no documento, a unidade foi externa.

[018] E por fim, o documento US9937344B2 descreve um método que inclui a aplicação de uma série de pulsos com polaridades de pulso alternadas no trato gastrointestinal de um paciente. Entretanto, como mencionado anteriormente, a presente invenção utiliza uma proposta de sinal elétrico distinta, baseado em um sistema bipolar, utiliza uma corrente de alta intensidade (dispositivos existentes são na faixa de μΑ, e a presente invenção trabalha com mA) , e utiliza uma alta amplitude/voltagem (média deste produto 16 a 18 V) , sendo que o implante de eletrodos é em local pré-estabelecido, na parede gástrica anterior, proximal ao piloro e objetiva verificar se há alteração nos entero hormônios que regulam a saciedade decorrente da eletroestimulação.

Breve descrição da invenção:

[019] A presente invenção se refere a um dispositivo eletrônico eletroestimulador a fim de induzir o organismo a produzir hormônios responsáveis pela sensação de saciedade. O principio do funcionamento baseia-se no acoplamento da atividade elétrica gástrica com as respostas hormonais do sistema nervoso central, promovendo a indução da sensação de saciedade. O dispositivo é constituído de uma unidade central responsável pelo controle e geração dos sinais necessários para sensoriamento e estimulação da parede gástrica, e de um ou mais cabos-eletrodos implantáveis para a condução dos sinais de atuação e medição.

Breve descrição das figuras:

[020] Na FIGURA 1 é mostrado o dispositivo eletroestimulador gástrico com destaque para cada uma de suas partes.

[021] Na FIGURA 2 é mostrado as três vistas do dispositivo eletroestimulador gástrico, mais especificamente da unidade central, com a vista frontal (a), a vista lateral (b) e a vista traseira (c) com destaque para cada uma de suas partes.

[022] Na FIGURA 3 é mostrado o cabo de eletrodo desenvolvido para o dispositivo eletroestimulador gástrico com destaque para cada uma de suas partes.

[023] Nos gráficos da FIGURA 4 é mostrado como se dá a relação de alimentação e saciedade natural, e como o dispositivo se propõe a alterar esta relação.

[024] Na FIGURA 5 é mostrado como o dispositivo eletroestimulador gástrico é inserido no estômago e onde fica localizado cada uma de duas partes.

[025] Na FIGURA 6 é mostrado os parâmetros de estimulação utilizados pelo dispositivo eletroestimulador gástrico, que foram essenciais para seu funcionamento e resultados obtidos.

[026] Na FIGURA 7 é mostrado o projeto 3D do dispositivo eletroestimulador gástrico com a matriz do invólucro de silicone e o molde do invólucro mecânico.

[027] Na FIGURA 8 é mostrado um esquema do circuito eletrônico desenvolvido para entregar a energia da eletroestimulação ao tecido, com os referidos módulos.

[028] No gráfico da FIGURA 9 é mostrado os resultados experimentais obtidos com a utilização do dispositivo eletroestimulador gástrico, com destaque para a variação de peso (em Kg) para cada um dos grupos analisados.

[029] No gráfico da FIGURA 10 é mostrado os resultados experimentais obtidos com a utilização do dispositivo eletroestimulador gástrico, com destaque as retas que representam a variação do peso corpóreo (em Kg) para cada um dos grupos analisados.

Descrição detalhada da invenção:

[030] A presente invenção se refere a um dispositivo eletroestimulador gástrico para controle de peso e adicionalmente ao método para controle de peso associado ao dispositivo.

[031] O dispositivo funciona baseado na técnica de eletroestimulação gástrica (GES) por meio da associação da atividade elétrica do estômago com o sistema nervoso central, mais especificamente com os hormônios produzidos no hipotálamo e relacionados a sensação de saciedade. O dispositivo é constituído basicamente de três partes principais, unidade central (1), cabos de eletrodo (2), eletrodos (3), e funciona por meio de um programa de computador (firmware) desenvolvido especificamente para o funcionamento do dispositivo. A unidade central fica alojada externamente ao estômago, enquanto os eletrodos (3) ficam localizados nas regiões desejadas do trato gastrintestinal (em geral porção inicial do intestino delgado, antrum, corpo ou fundus estomacal). A unidade central (1) e os eletrodos (3) são conectados por meio de cabos (2) que fazem a condução do estímulo elétrico da unidade central (1) para os eletrodos.

[032] Conforme mostrado na FIGURA 1 e descrito anteriormente, o dispositivo é composto por uma unidade central (1) que gera um estímulo elétrico desejado para a terapia, cabos de eletrodo (2) e eletrodos (3) que transmitem o estímulo até o órgão induzido.

[033] A unidade central (1) é onde fica localizado a placa eletrônica, sendo selada por um invólucro biocompatível. A unidade central (1) é capaz de gerar sinais elétricos de estimulação utilizados para tratamento de desordens no trato gastrintestinal e fica implantada na camada subcutânea da região abdominal do paciente. Os cabos de eletrodo (2) partem da unidade central (1) até a camada mais externa do órgão a ser estimulado. Os cabos de eletrodo (2) tem a função de conduzir o estímulo da unidade central (1) até os eletrodos (3).

[034] Os eletrodos (3) são as partes do dispositivo que realizam a interface entre os estímulos vindos do cabo e o tecido, em que após a implantação, fica alojado ao órgão e entrega o estímulo, sendo que o eletrodo (3) pode ficar alojado sob a serosa ou de forma intramuscular. O irídio e a platina são exemplos de materiais biocompatíveis possíveis para fabricação dos eletrodos. Os eletrodos (3) são formados pelos eletrodos de estimulação (3.1), que são os contatos elétricos com o tecido a ser estimulado. Os eletrodos de estimulação (3.1) têm formato tubular com meio milímetro de diâmetro por dois centímetros de comprimento, porém podem adotar outros formatos, dependendo da forma de propagação das correntes desejada, sendo que um ou mais eletrodos podem ser utilizados.

[035] Conforme mostrado na FIGURA 2, a unidade central (1) é composta por uma bateria recarregável (1.1), por uma placa eletrônica (1.2), um invólucro biocompatível (1.3), bloco conector (1.4) e bobina de carregamento sem fio da bateria (1.5) . A bateria recarregável (1.1) pode ser baterias de íon-lítio ou lítio-polímero, ou de qualquer outro material que permita o recarregamento sem fio, alta densidade de carga, forneça a tensão desejada e possua uma estabilidade na alimentação até a descarga quase total. A placa eletrônica (1.2) é responsável por gerar os sinais de estimulação exatamente com os parâmetros necessários. O invólucro biocompatível (1.3) é projetado para ser inerte na interação com o tecido ao seu redor. Pode ser fabricado em qualquer tipo de material biocompativel, utilizando preferencialmente titânio, que é um material já empregado em marcapassos cardíacos. O bloco conector (1.4) é onde se conectam os cabos-eletrodos (2) e a bobina de carregamento sem fio da bateria (1.5) tem a função de receber a energia sem fio de fora do dispositivo e a armazenar na bateria.

[036] Conforme a FIGURA 3, o cabo de eletrodo (2) é composto pelo conector (2.1), que é o plug para conexão do cabo com a unidade central (1), e que possui uma ou mais superficies condutoras elétricas expostas. Pelo corpo (2.2) que é a parte longa que atravessa a distância necessária da unidade central (1) até o órgão a ser eletroestimulado. Sendo que, o corpo (2.2) pode conter uma ou mais bifurcações para que o mesmo sinal possa ser entregue para mais de um local do órgão. Pelo setor de implantação (2.3), que é a extremidade dos eletrodos que é acoplada a um fio de sutura e uma agulha atraumática. No processo de implantação, a agulha atravessa a região desejada para a eletroestimulação e estica o eletrodo até que o mesmo fique alocado na região desejada, sendo que após a implantação ser concluída, este setor é removido. Pelo condutor elétrico (2.4), correspondente a um fio condutor elétrico localizado no centro do cabo pelo qual o sinal se propaga. O material do condutor elétrico (2.4) pode ser irídio, platina ou outro material condutor. Pelo isolante elétrico (2.6), sendo que o isolante previne contato entre o meio condutor e o ambiente externo. O material do isolante é silicone biocompatível ou outro material biocompativel. Pelo fio de sutura (2.7) e pela agulha (2.8), que em geral possui um formato curvo para facilitar a implantação na camada desejada, mas podendo dispor de outros formatos.

[037] Um dos cabos de eletrodo (2) conectados à unidade central (1) pode não ser utilizado para eletroestimulação, mas sim como uma antena para a comunicação do equipamento com um sistema de telemetria externo e algum dos cabos de eletrodo (2) pode ser utilizado como sensor de impedância de tecido além de ser utilizado como eletroestimulador. O canal de estimulação é definido como um par de eletrodos, cada um conectado ao seu respectivo condutor elétrico (2.5). Eles são isolados eletricamente e podem passar dentro do mesmo cabo de eletrodo (2) ou diferentes cabos. Cada canal (que é constituído por dois eletrodos separados) permite que a eletroestimulação seja bipolar, ou seja, a corrente hora flui pelo tecido de um eletrodo para outro, ora flui no sentido inverso, sendo que os condutores elétricos do corpo podem estar dispostos de forma concêntrica ou paralela.

[038] Nos gráficos da FIGURA 4 é mostrado como se dá a relação de alimentação e saciedade natural, e como o dispositivo se propõe a alterar esta relação. Em que o eixo 1 representa a quantidade de quilocalorias ingerida antes do implante, e o eixo 2 representa a quantidade de quilocalorias ingerida depois da implantação. A curva 3 representa os picos de ingestão durante cada refeição. A curva 4 representa a sensação de saciedade. O segmento 5 representa a duração da refeição. O segmento 6 representa o atraso entre a ingestão de alimento e a sensação de saciedade proporcionada. E a curva 7 representa o tempo de antecipação da saciedade, devido à eletroestimulação.

[039] A FIGURA 4 demonstra as consequências diretas esperadas da eletroestimulação. A primeira, consiste na antecipação da saciedade, representada pela curva 4 no eixo 2, ou seja, a indução de saciedade será iniciada e mantida antes mesmo da ingestão alimentar. A segunda consequência consiste na redução da quantidade de alimento ingerida, ilustrada pela diminuição da amplitude da curva 3 no eixo 2 .

[040] Conforme mostrado na FIGURA 5, o dispositivo é inicialmente implantado no paciente através de um processo cirúrgico de duração aproximada de 1h. A unidade central (1) é implantada no compartimento extraperitoneal, na porção interna da parede abdominal. Os eletrodos (3) são implantados um a um nas regiões desejadas do trato gastrintestinal (em geral porção inicial do intestino delgado, antrum, corpo ou fundus estomacal). Os eletrodos (3) podem ser implantados em diferentes níveis de profundidade, dependendo do efeito desejado (sub serosa, intermuscular ou intramuscular). Após um período de recuperação do processo cirúrgico do paciente, que pode ser entre 15 e 30 dias, o dispositivo é ligado através de um comando externo.

[041] Cada canal poderá entregar um estimulo elétrico independente aos tecidos, e os estímulos elétricos serão em forma de corrente quadrada bipolar. Os parâmetros configuráveis possíveis para o pulso são mostrados na FIGURA 6. Sendo que 1 representa a frequência principal, definida como o período dos pulsos de estimulação durante o período de estimulação, sendo que a frequência pode variar entre 1 e 100 Hz. O período de descanso é representado pelo espaçamento 2, que é o período em que o dispositivo para de eletroestimular, com o objetivo de permitir que o tecido se recupere, sendo que este período é, em geral, entre O e 10s. O período de estimulação é representado pelo espaçamento 3, e pode variar entre alguns milissegundos até alguns segundos, correspondente ao período em que é aplicada a frequência principal. A amplitude do sinal é representada pelo espaçamento (4), que varia entre 3 e 20 mA. É bipolar, o que significa que hora a corrente flui em um sentido, hora em outro. O implante pode estar ligado ou desligado dependendo dos períodos do dia (estimulação programada), ou da detecção precoce de ingestão alimentar (estimulação por demanda). Também pode ser acionado por uma combinação dos dois modos (mix programada e por demanda).

[042] Parte das atividades de programação/codificação da presente invenção é o desenvolvimento do firmware embarcado no eletroestimulador. As principais funcionalidades implementadas foram: realizar o controle interno das tensões de estimulação do eletroestimulador, de forma tal que estejam conforme os parâmetros definidos via programação pelo usuário, realizar a monitoração continuada de alguns parâmetros para telemetria do equipamento, tais como impedância dos cabos eletrodos, tensão e corrente de estimulação, realizar a comunicação com o programador, respondendo às requisições daquele dispositivo ou atualizando seus parâmetros de estimulação, possuir consumo elétrico tão baixo quanto possível. O sistema eletrônico microprocessado, juntamente com o seu programa interno, deve garantir um funcionamento que consuma o mínimo possível de energia, ou seja, devem ser utilizados componentes de baixo consumo e técnicas de redução de consumo para garantir que a energia presente na bateria seja em sua grande maioria entregue ao tecido estimulado, e minimamente ao consumo do dispositivo.

[043] Dessa forma, foram implementadas técnicas de segurança de forma que os sinais liberados pelos eletrodos para o tecido gástrico não fossem distorcidos daqueles parametrizados pelo usuário. Adicionalmente, através dos exemplos de concretização, foi certificado que o firmware desenvolvido garante a comunicação com o programador e entrega o sinal desejado em termos dos parâmetros de eletroestimulação. Existe também uma biblioteca de comunicação sem fio para aplicações de baixa potência, tendo como principal motivação de desenvolvimento, o seu uso como parte de um software para acesso às informações do eletroestimulador. São duas as finalidades principais do software desenvolvido: programação remota dos parâmetros de estimulação do inibidor de apetite, tais como frequência do trem de pulsos e amplitude do sinal, e a possibilidade de download dos dados de telemetria do dispositivo embarcado, tais como o histórico de impedância do equipamento e tensão de eletroestimulação.

[044] A biblioteca foi otimizada para o uso de energia, de forma tal que não utiliza mais energia do que o necessário para cumprir com uma dada tarefa de comunicação que o usuário tenha requerido, por exemplo, avaliar o histórico de medições de corrente elétrica no tecido gástrico ao longo do tempo. A tecnologia bluetooth foi escolhida para sua utilização devido a alguns fatores, como a sua abrangência de uso em computadores pessoais e celulares, tornando prático o seu uso para os experimentos, a maior facilidade de implementação do que a tecnologia necessária para a aplicação embarcada (utilizando MICS -medical implant communication service) , ο seu menor custo dos estudos pré clínicos, uma vez que os componentes eletrônicos para comunicação MICS são substancialmente mais onerosos, e devido ao fato de não haver a exigência de uma comunicação padronizada para a avaliação dos estudos pré-clínicos por parte dos órgãos regulatórios.

[045] Conforme mostrado na FIGURA 7, o invólucro biocompativel (1.3) pode utilizar uma carcaça fabricada em titânio e ser soldada segundo as técnicas necessárias para a fabricação de marcapassos cardíacos. Entretanto, pode ser utilizado também uma alternativa muito mais barata em termos de custo de material e fabricação, juntamente com a possibilidade da utilização do método de carregamento wireless de bateria. Dessa forma, a carcaça biocompativel, juntamente com o seu processo de fabricação, também pode ser projetada utilizando uma resina biocompativel de grau médico, a qual possibilita a transmissão de dados via telemetria e carregamento wireless da bateria segundo um acoplamento magnético de bobinas. É importante ressaltar que a redução nos custos de fabricação do invólucro biocompativel (1.3), permite a produção de vários dispositivos, e não somente um protótipo, o que aumenta as possibilidades dos testes in vivo.

[046] Depois de definido o sinal de estimulação a ser aplicado no tecido, foi desenvolvido um circuito eletrônico, conforme mostrado na FIGURA 8, capaz de entregar toda essa energia ao tecido. Para isso, foram implementados os seguintes módulos: Wireless Power: que é o módulo de carregamento wireless, onde é acoplada a bobina para carregamento sem fio da bateria, ou seja, sem a necessidade de acesso interno à eletrônica; Battery Charger: que é o módulo de carregamento da bateria, com a função de implementar o ciclo necessário para o carregamento da bateria de li-ion, utilizando a energia proveniente da Wireless Power; Fuel Gauge: que é o módulo de medição da carga da bateria; Conversor Boost de Tensão: que é o módulo que eleva a tensão da bateria para a tensão necessária para estimulação correta do tecido; LDOs: que são reguladores lineares de tensão para fornecimento de energia adequada às partes digitais do circuito; Mícrocontrolador: que é o módulo programável do circuito, onde é inserido o programa (firmware) que comanda todo o restante do circuito; Bluetooth: que é o módulo de comunicação wireless para telemetria do dispositivo; ICSP: que é o módulo de gravação do mícrocontrolador; LEDs: utilizados para sinalização de eventos; Gerador de Pulsos: que é a parte do circuito capaz de transformar a tensão DC proveniente da bateria em um sinal bipolar em corrente capaz de estimular o tecido.

Exemplo de concretização (1) :

[047] Realizou-se um teste de eletroestimulação em estômago de suínos obtidos de um frigorífico comum, que estava pré-congelado. Após o descongelamento aplicou-se um padrão de corrente e os pulsos de corrente foram sempre aplicados durante um tempo de aproximadamente 110ms, com intervalos de descanso de 1,7 segundos. A corrente aplicada foi desbalanceada propositalmente, de modo que se pudesse também verificar qual o efeito de uma corrente DC sobre o tecido. A corrente tem um duty cycle de 0.6, o que causa uma corrente desbalanceada no sentido negativo ao longo do tempo. Durante 24h estimulou-se o estômago do suíno com o padrão de corrente definido e após o fim do teste se observaram os efeitos causados ao tecido. A temperatura durante o teste não foi controlada, variando entre 25 e 35°C. Utilizou-se também um osciloscópio para monitorar a tensão sobre o tecido.

[048] Devido à impedância do tecido e eletrodos, a forma de onda de tensão necessária para impor a onda de corrente quadrada desejada ficou deformada. Devido ao duty cycle reduzido (0.6), causou-se propositalmente, além da corrente AC, uma corrente DC, induzida pela média de tensão resultante (aproximadamente 500mV). Observa-se que as impedâncias das junções tecido-eletrodo causa um arredondamento da onda de tensão. Ao final de 24h de estimulação, a aparência externa do tecido ficou com um enegrecimento em torno dos eletrodos inoxidáveis, e houve um enferrujamento do eletrodo positivo da ponteira de medição do osciloscópio, que deu um tom avermelhado. Isto indica que houve uma corrente fluindo pelo terra do aparelho de medição, que causou a corrosão do eletrodo não-inoxidável. Após a remoção dos eletrodos do osciloscópio, a região avermelhada deve-se à corrosão da ponteira de medição e as regiões enegrecidas são possivelmente regiões onde houve a eletrólise do tecido.

[049] Como conclusões desse primeiro experimento, pode-se citar: a corrente DC decorrente do desbalanceamento do sinal de eletroestimulação é capaz de, em pouco tempo, causar eletrólise no tecido. As ponteiras de medição do osciloscópio causaram um grande dano ao tecido, possivelmente devido à um fluxo de corrente do tecido para o terra do equipamento de medição. Os eletrodos de aço inoxidável sofreram uma leve corrosão ao final do experimento e para a aplicação de 20mA de corrente pico a pico, o equipamento precisou de um valor Vpp de aproximadamente 14V, evidenciando que a parte real da impedância do tecido, para os eletrodos utilizados de aço inoxidável (aproximadamente lmm x 2cm), posicionados paralelamente no estômago do suino na região do antro à aproximadamente lcm de distância, é de, aproximadamente 700Ω.

Exemplo de concretização (2):

[050] O primeiro experimento mostrado no exemplo de concretização (2) foi agora refeito utilizando-se dois eletroestimuladores, um com capacitor de saida e outro sem capacitor. A mesma onda quadrada de corrente foi utilizada, porém agora com um duty cycle tal que a tensão média da onda de tensão ficasse em torno de 50mV. Estima-se que, sob estas condições, a corrente DC que atravessou o tecido foi 0,lmA. O experimento se deu durante três dias, com uma frequência de estimulação de 50Hz (mesma à frequência do primeiro experimento) e corrente alternada simétrica de cerca de +-5 mA. Os eletrodos de aço inoxidável dos dois eletroestimuladores foram implantados no tecido do mesmo estômago suino.

[051] Neste experimento, o estômago ficou selado dentro de uma caixa de plástico, e dentro de um refrigerador, abaixo de 10°C. Após os três dias de experimento, o estômago ainda não apresentou odores de apodrecimento, como ocorreu no primeiro experimento que se deu ao ar livre. A quantidade de energia entregue ao tecido neste segundo experimento foi substancialmente menor que no primeiro. Portanto, optou-se por realizá-lo durante três dias. Após os três dias de eletroestimulação, foi documentado as tensões aplicadas pelo eletroestimulador, a forma da corrente que estava sendo aplicada, a aparência do tecido exterior e interior após remoção dos eletrodos, e possíveis oxidações nos próprios eletrodos.

[052] Deste segundo experimento, é constatado que: as regiões estimuladas não apresentaram eletrólise visível a olho nu. No eletroestimulador com capacitor de saída, houve um acúmulo de 2,4V sobre o mesmo durante o tempo de experimento. Sendo esta uma carga que possivelmente estaria alojada no tecido causando danos, caso o capacitor não estivesse presente, segundo os estudos teóricos realizados. As correntes dos dois eletroestimuladores manteve-se simétrica em +-5mA do início ao fim dos experimentos. Ao final dos experimentos as tensões fornecidas pela fonte de corrente estavam diferentes (6,4Vpp no estimulador com capacitor, e 6Vpp no estimulador sem capacitor), porém isto pode estar relacionado também à uma diferença de impedância do tecido entre as duas regiões implantadas. Após realizada a descarga do capacitor, a tensão fornecida pelo eletroestimulador caiu para de 6.4 para 5,6Vpp. Estima-se que o consumo de energia caiu 15% a partir deste descarregamento.

[053] Como conclusões desse segundo experimento, podemos citar: como não houve danos ao tecido devido à baixa corrente DC, não se pode concluir sobre a eficácia do capacitor de salda. O eletroestimulador mostrou-se muito eficaz na geração de onda de corrente, pois conseguiu entregar a onda desejada até o fim do experimento, mesmo com carga acumulada no capacitor de saída. O descarregamento do capacitor de saída alivia a tensão necessária para a fonte de corrente. Realizar o descarregamento continuo pode economizar energia, pois após apenas três dias de atuação o sistema já estava consumindo 14% a mais de energia (de 6.4Vpp para 5.6Vpp com l0mApp). A tensão é parte muito importante no consumo de energia do eletroestimulador. Quanto menor a tensão, menor o consumo. Para uma maior área de estimulação uma tensão maior será necessária. O tecido estimulado tem uma impedância e resistência característica. É necessário observar se estas propriedades elétricas se alteram ou não com o tempo e com a eletroestimulação.

Exemplo de concretização (3):

[054] O terceiro experimento foi realizado de forma análoga ao exemplo de concretização 2, porém utilizando-se mais energia, para que se pudesse observar diferenças entre os dois estimuladores (com e sem capacitor de saída) . Os períodos de estimulação foram durante 200ms, com pausas de descanso de 400ms (no experimento 2 foi 1700) . A corrente foi simétrica em +- 8mA (anteriormente +-5mA). A tensão média de desbalanceamento (devido ao duty cycle) foi de l00mV (anteriormente 50mV). Estima-se que a corrente DC que passou pelo tecido inicialmente era de 0,2mA. Neste último experimento, os eletrodos de ambos os eletroestimuladores foram colocados manualmente a lcm de distância com maior exatidão possível, para que se possa obter uma comparação entre as tensões de estimulação. Após 24h de estimulação, observou-se indiretamente a corrente do eletroestimulador sem capacitor de saída, e do eletroestimulador com capacitor de saída, sendo que ambos os eletroestimuladores estavam aplicando a corrente programada ao final do experimento.

[055] É notado uma deformação maior da tensão com capacitor de saída. Possivelmente devido ao acúmulo de carga no capacitor. A tensão de pico-a-pico (Vpp) com o capacitor ficou em 9V, e sem o capacitor em 7.6V, consideravelmente menor. É observado que na estimulação sem o capacitor há um dano grave ao tecido, enquanto na região estimulada com o capacitor não apresenta dano aparentemente. O eletrodo sem capacitor de saída ficou visivelmente oxidado, e o outro com capacitor de saída não sofreu oxidação visível a olho nu.

[056] Como conclusões deste terceiro experimento, é possível citar: o capacitor de saída (capacitor de desacoplamento) se mostrou essencial, protegendo o tecido eletroestimulado. Há um acúmulo de carga no capacitor de saída que causou uma deformação na tensão e precisaria ser descarregada para que haja um alivio da tensão e, consequentemente, economia de energia. A presença do capacitor de saída não alterou a corrente de eletroestimulação, nem quando estava descarregado, nem quando estava carregado. O capacitor de saída protegeu também o próprio eletrodo da corrosão, pois bloqueou a corrente DC, e as correntes DC acima de 0.2mA mostraram-se altamente prejudiciais ao tecido. Danos devido à corrente AC não foram observados para as correntes utilizadas (até 16mApp).

Exemplo de concretização (4):

[057] Estudo experimental controlado utilizando modelo animal (15 suínos machos da linhagem Large-white) foi realizado para avaliar o efeito do eletroestimulador gástrico desenvolvido na presente invenção com relação ao ganho de peso. Os animais submetidos a procedimento cirúrgico e observação durante período de 28 dias, foram aleatoriamente divididos em 3 grupos. Oito (08) animais do grupo eletroestimulador gástrico (GEG), que foram submetidos à laparotomia, implante e fixação dos eletrodos no estômago e do eletroestimulador na parede abdominal. O eletroestimulador gástrico foi ligado no dia seguinte ao procedimento cirúrgico e permaneceu desta maneira durante todo o experimento. Quatro (04) animais do grupo sham (GS), nos quais o eletroestiulador foi emplantado mas permaneceu desligado durante todo o experimento. E 03 animais do grupo controle (GC), que não foram submetidos a procedimento de implante. Os animais de todos os grupos tiveram livre acesso à ração e água durante todo o período do experimento.

[058] Conforme demonstrado pela FIGURA 9, a média do incremento de peso diário entre os animais, foi menor no grupo da eletroestimulação, resultando ao término do experimento, em uma média de peso inferior dentre os animais em que foi utilizado o eletroestimulador. Os animais do grupo controle apresentaram média de peso de 38,3 Kg ao término do experimento. Dentre os animais do grupo sham, a média dos pesos ao término do experimento foi de 39,7 Kg. Já a média de peso no momento da eutanásia dos animais do grupo com eletroestimulador gástrico foi de 35,4 Kg.

[059] A evolução da variação de peso dos animais ao longo do experimento encontra-se representada na FIGURA 10. Portanto, pode-se concluir que a utilização da eletroestimulação gástrica resultou em significativo menor ganho de peso nos últimos 21 dias do experimento nos animais do grupo GEG quando comparados aos animais dos grupos GS e GC.

Claims (8)

1. Dispositivo eletroestimulador gástrico para controle de peso, caracterizado pelo fato de compreender a geração de estímulos elétricos para indução de hormônios de saciedade e compreender:

   • - unidade central (1) que compreende bateria recarregável (1.1), placa eletrônica (1.2), invólucro biocompatível (1.3), bloco conector (1.4) e bobina de carregamento sem fio da bateria (1.5) ;
   • - cabo de eletrodo (2) que compreende conector (2.1), corpo (2.2), setor de implantação (2.3), condutor elétrico (2.4), isolante elétrico (2.6), fio de sutura (2.7) e agulha (2.8); e
   • - eletrodos (3) que compreendem eletrodos de estimulação (3.1).
   • - programa de computador embarcado para controlar as tensões de estimulação; monitorar continuamente a impedância dos cabos eletrodos, tensão e corrente de estimulação para telemetria; atualizar os parâmetros de estimulação.
2. Dispositivo, de acordo com reivindicação 1 caracterizado pelo fato de os eletrodos e os condutores elétricos (2.4) serem constituídos preferencialmente irídio ou platina.
3. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o invólucro biocompatível (1.3) ser constituído preferencialmente por resina epóxi biocompatível de baixa viscosidade.
4. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o corpo (2.2) conter pelo menos uma bifurcação.
5. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de os cabos de eletrodo (2) serem opcionalmente antena de comunicação com um sistema de telemetria externo e/ou como sensor de impedância de tecido.
6. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de os estímulos elétricos serem preferencialmente em forma de corrente quadrada bipolar.
7. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de a frequência principal variar de 1 a 100 Hz, sendo preferencialmente 50 Hz, o período de descanso variar de 1 a 20s, sendo preferencialmente 20s, o período de estimulação ser de preferencialmente 300ms e amplitude do sinal variar de 3 a 20 mA.
8. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de a amplitude do sinal ser preferencialmente de 5 mA.

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