Entenda como a engenharia muda realidades atuando na saúde

Próteses, biomateriais, análises de resistência ou equipamentos hospitalares são alguns exemplos da importância da Engenharia na Medicina. Atrelada e aplicada na Bioengenharia e Engenharia Biomédica, a construção de soluções para a saúde é a base para melhorar a qualidade de vida dos indivíduos, e está em constante desenvolvimento.

Devido à necessidade de reabilitar soldados e criar melhores sistemas de saúde, foi em meados do século XX, na Segunda Guerra Mundial, que a Engenharia Mecânica foi melhor aplicada para auxiliar no campo da Medicina. Nessa mesma época também surgiu, no Brasil, a Sociedade Brasileira de Engenharia Biomédica (SBEB).

Mas em quais áreas a Engenharia atua na Saúde?

São vários os contextos que a Engenharia pode atuar na Saúde, desde a área de próteses, órteses, implantes e equipamentos. Por meio da cooperação de vários ramos da engenharia, permite-se cada vez mais pesquisas e avanços inimagináveis na Medicina.

Ao longo deste artigo, será abordada as ramificações que a Engenharia pode atuar na Saúde, o quanto isso se torna essencial para a qualidade de vida das pessoas e a importância de ser economicamente viável para todas as classes sociais.

Próteses

É importante salientar a diferença entre as próteses e as órteses para uma melhor compreensão. Enquanto as próteses são usadas para substituir membros ou órgãos do corpo, as órteses tem finalidade de corrigir e regular uma parte ou função do organismo.

Pernas mecânicas e implantes dentários podem ser classificados como próteses externas, já exemplos como coração artificial ou ligamentos artificiais são próteses internas.

No caso das órteses, as muletas, aparelhos auditivos e óculos são externos, enquanto um marca passo ou bombas de infusão, por exemplo, são órteses internas.

O desenvolvimento de uma mão mecânica é muito mais complicada do que se parece, já que necessita se assemelhar à função de uma mão biológica. A aderência necessária para detectar o peso de, por exemplo, um copo, é um fator determinante e complexo para a construção da mão mecânica por um engenheiro. 

Desse modo, as pesquisas e análises do funcionamento do corpo se tornam peça chave antes de projetar uma prótese, diferenciando o mecanismo de um braço mecânico usado nas grandes indústrias com o de finalidade fisiológica.

Além disso, a construção dos membros superiores são menos complexos que a de inferiores, gerando desafios na confecção de pernas mecânicas que, por exemplo, tenham uma resposta assertiva em relação aos sinais cerebrais.

A evolução das Próteses

Felizmente, a tecnologia permitiu o desenvolvimento de próteses de alta qualidade, diferenciando completamente as usadas na Segunda Guerra Mundial com as atuais. 

No começo do século XX, as próteses eram de madeira, e, embora tivessem facilitado a rotina de muitos soldados que tiveram algum membro amputado, eram pouco anatômicos e de má qualidade, possuindo erros até no dimensionamento.

Desse modo, o progresso no desenvolvimento das próteses foi lento e constante. Apenas depois da década de 1950 que a eletricidade começou a ser usada na confecção das próteses. Foi então, na década de 1990, que houve um grande salto, depois da disponibilidade de microprocessadores para esse contexto.

Atualmente, muito se avançou na tecnologia das próteses, como engenharia neural, sinterização a laser, miniaturização e microprocessadores ainda mais avançados.

Nesse contexto, o desenvolvimento de próteses que pudessem ser controladas pelo cérebro ofereceram uma melhor qualidade de vida. Além disso, há grandes esforços para diminuir os custos e oferecer essa tecnologia para classes menos privilegiadas. 

Mesmo assim, ainda há lacunas na construção das próteses, já que um dos maiores problemas são os ruídos que provocam. Diante disso, engenheiros da Escola de Engenharia de São Carlos — USP, como tema de doutorado, propuseram o desenvolvimento de um motor elétrico linear para acionamento de próteses de mão e antebraço em amputados.

Desse modo, o uso de um motor elétrico linear dispensa adequações mecânicas como roldanas e engrenagens, que provocam ruídos, eliminando o barulho gerado pelas próteses.

O teste do funcionamento do motor linear consistiu na prototipagem de um dedo, feito no Instituto de Máquinas Elétricas da Universidade de Aachen, na Alemanha. As funcionalidades do motor foram atingidas, mas ainda seria necessário aprimorar o dispositivo para o uso em um membro superior.

A Engenharia nos Biomateriais

Amplamente utilizados na área da saúde, os biomateriais se encontram em dispositivos médicos, materiais implantáveis, curativos e até órgãos artificiais.

A constituição do biomaterial pode ser de origem sintética ou natural, e são pensados e projetados para entrar em contato com algum sistema biológico.

Biossensores, tubos de circulação sanguínea e sistemas de hemodiálise são construídos de biomateriais, assim como suturas, placas, substitutos ósseos, tendões, válvulas cardíacas e dentes. No mesmo contexto, os órgãos artificiais também necessitam ser constituídos de biomaterial, de modo que não agridam o organismo em que estão inseridos.

Os biomateriais podem ser obtidos tanto de forma sólida ou em gel e líquida. Não precisam ser necessariamente fabricados, como válvulas cardíacas feitas de tecidos pertencentes ao pericárdio dos porcos, tratados para uso como implantes.

Ao longo do tempo, diversos materiais foram pensados e projetados, e cada categoria de matéria-prima pode ser indicada para um uso específico.

Alguns desses biomateriais serão abordados a seguir, mas uma descrição mais completa pode ser acessada aqui.

Metais

Destacam-se pelo desempenho mecânico, já que possuem alta resistência.

Desse modo, são utilizados de maneira estrutural, substituindo ou reforçando tecidos rígidos. Parafusos, placas para fixação e implantes dentários são alguns exemplos.

Válvulas cardíacas e endopróteses expansíveis também possuem metal em sua constituição, possibilitando a visualização por meio de raios X. 

Além disso, a característica de alta condutividade elétrica dos metais permite projetar dispositivos de estímulo neuromuscular, como é o caso dos marca-passos.

Outro fator positivo é a facilidade de esterilização desse material. Podendo ser aplicado na confecção de instrumentos cirúrgicos, como tesouras, pinças, entre outros. 

Os aços inoxidáveis e as ligas de titânio estão entre os metais mais utilizados na área da saúde, e necessitam seguir intensos requisitos para serem aplicados no organismo, como apresentar mínima reatividade.

Em relação à corrosão, determinados contextos exigem metais que sejam resistentes. Já em situações em que se necessita de um material biodegradável, pode ser utilizado o magnésio, que possui baixa resistência corrosiva.

Por outro lado, existem pontos negativos para os metais. Um deles é a baixa elasticidade quando comparado aos tecidos ósseos. Desse modo, o metal recebe a carga ao invés do osso, deixando de o estimular e inviabilizando o uso desse material para essa situação.

Outro fator desfavorável é o ruído causado pelo atrito entre dois metais. Isso pode ser observado em, por exemplo, implantes de quadril, que podem também ser constituídos de um metal de alta densidade, implicando em uma demasiada massa.

Cerâmicas

Tiveram papel essencial no desenvolvimento dos biomateriais. Desde termômetros, fibras para endoscopia, próteses ortopédicas, até traqueias artificiais e preenchimentos ósseos são algumas das aplicações. 

A vasta aplicação se deve às propriedades cristalográficas e a compatibilidade química da cerâmica com o organismo. Esse material é um composto inorgânico, formado de elementos metálicos e não-metálicos, caracterizando baixa condutividade elétrica e térmica.

As cerâmicas possuem menor densidade que os metais, e têm boa estabilidade dimensional, tendo mais resistência ao desgaste e à compressão. Por outro lado, são caracterizados por serem frágeis a rachaduras e fraturas, sendo pouco recomendados para usos em que há maiores cargas de tensão.

Polímeros

Os biomateriais poliméricos, em comparação com os materiais cerâmicos ou metálicos, incluem a facilidade de fabricação. Produzidos em materiais como impressão 3D ou Injeção Plástica, podem ser confeccionados com formas variadas e com as propriedades mecânicas desejadas.

Polímeros como o PVC podem ser usados na constituição de tubos de circulação sanguínea, e o polietileno pode ser utilizado para, por exemplo, implantes de queixo. Já o poli(HEMA) constitui lentes de contato do tipo gel.

A engenharia das máquinas hospitalares

É certo que o desenvolvimento de maquinários voltados para a área da saúde necessitam ser extremamente precisos e seguros.

Desse modo, a manutenção e análise são feitas pelos engenheiros clínicos, e as máquinas são majoritariamente projetadas por engenheiros mecânicos e elétricos.

No Brasil, é a Anvisa (Agência Nacional de Vigilância Sanitária) que regulamenta os equipamentos hospitalares permitidos, garantindo alta tecnologia e saúde para a população.

Nesse contexto, são projetados dispositivos como mesas cirúrgicas, monitores, ultrassons, eletrocardiógrafos, desfibriladores, entre outros equipamentos para raio-x e ressonância magnética, que seguem rígidos requisitos e necessitam de segurança.

A ressonância magnética é um exemplo de projeto de engenharia que necessita de alta precisão. Sua função consiste no mapeamento do corpo, fornecendo visualizações e análises mais completas. 

O funcionamento se dá pelo campo magnético gerado pelos átomos de hidrogênio. Ondas de rádio atravessam o corpo, produzindo uma vibração que é detectada pelo computador.

Afinal, a engenharia na saúde é essencial?

A engenharia presente na área da saúde é uma das mais importantes para a sociedade, necessitando estar em constante evolução de acordo com os avanços tecnológicos. Esse contexto atinge diversos âmbitos sociais, e permite cada vez mais que haja uma melhor qualidade de vida, ao passo que se desenvolva tecnologias com um custo mais acessível. 

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