Saúde

O físico e o hospital
O professor associado Thomas Heldt encontra inspiração onde os princípios físicos fundamentais se cruzam com a saúde humana.
Por Daniel Ackerman - 17/03/2021


O professor Thomas Heldt do MIT utiliza a física e a ciência de dados para projetar dispositivos médicos que monitoram a fisiologia dos pacientes. Créditos: Imagem: Lillie Paquette

É difícil dizer que Thomas Heldt teve apenas uma carreira. Ele é assistido com cirurgia de coração aberto. Ele estudou a fisiologia das viagens espaciais humanas. Mais recentemente, ele projetou dispositivos médicos para ajudar pacientes com lesão cerebral. “Tem sido um caminho fortuito”, diz Heldt, um membro do corpo docente recém-titular do Departamento de Engenharia Elétrica e Ciência da Computação (EECS) do MIT.

Mas há um limite: Heldt opera na interseção da física e da medicina, onde os princípios físicos fundamentais se cruzam com a saúde humana. E por meio de sua carreira variada, Heldt é grato pela orientação que recebeu de cientistas e médicos.

O amor de Heldt pela física veio primeiro. Ele cresceu em Neuwied, Alemanha, não muito longe da fronteira francesa. No ensino médio, Heldt diz “estava claro para mim que minha preferência profissional seria em matemática e física”. Por isso, ele dá crédito a seus professores, que despertaram sua curiosidade por meio de experimentos práticos de mesa em sala de aula. Ele seguiu essa curiosidade até a faculdade na Universidade Johannes Gutenberg em Mainz, Alemanha. Selecionar seu curso foi um acéfalo. “Era a física”, diz Heldt. "Não havia nenhuma dúvida em minha mente."

Mas, uma vez na universidade, Heldt teve problemas para se especializar. Ele estava igualmente fascinado pela física de partículas elementares e pela astrofísica: "Os dois extremos", diz ele, "a escala muito pequena e a escala muito grande". No final das contas, Heldt encontrou inspiração em um campo completamente diferente: a medicina. Depois de assistir a algumas palestras de cardiologia e fazer uma aula de anatomia, “Fiquei realmente fascinado com a forma como o coração se forma”, diz ele. “Durante a embriogênese, ele começa como um tubo longo, depois se dobra diferencialmente sobre si mesmo, e então certas paredes desaparecem enquanto outras paredes aparecem, e” - voila! - “você tem as quatro câmaras do coração. Isso foi muito legal. ” Heldt adicionou medicamento como segunda especialidade.

Enquanto ainda era estudante de graduação, Heldt conseguiu um estágio observando cirurgia cardíaca pediátrica. Ele ficava em um pedestal, olhando por cima do ombro do cirurgião. “Foram procedimentos muito intensos - procedimentos de seis horas. Uma condição para entrar na sala de cirurgia era que eu tivesse vindo preparado. ” Heldt lia sobre os casos de antemão e o cirurgião ocasionalmente questionava Heldt enquanto ele trabalhava. Heldt também anotou o resto da sala de cirurgia. “Você tem toda essa tecnologia por aí”, diz ele, “como monitores de cabeceira, então você fala sobre pressão, fluxos e atividade elétrica do coração. Foi fantástico."

Um dia, Heldt chegou para uma observação. O cirurgião não o notou a princípio, mas logo se virou e disse: “Oh, eu não sabia que você estava aqui. Somos um [assistente] a menos. Você tem que vir para a mesa de operação. ” De repente, Heldt se viu segurando a incisão aberta com afastadores e aspirando o sangue do local da operação. Embora a experiência não tenha feito Heldt querer se tornar um cirurgião, estar na sala de cirurgia - cercado por monitores e outras máquinas - foi uma inspiração. “Isso me fisgou na interseção da física e da medicina”, diz ele. “Eu sabia que era para onde eu queria ir.”

Depois de obter o título de mestre em física pela Universidade de Yale, Heldt chegou ao MIT para buscar um doutorado em física médica pelo Programa Harvard-MIT em Ciências da Saúde e Tecnologia. Ele pesquisou a resposta cardiovascular à microgravidade, com o objetivo de identificar por que os astronautas tendiam a desmaiar ao retornar do espaço. Ele desenvolveu um modelo matemático do sistema cardiovascular e comparou-o com dados coletados de astronautas reais. Heldt gostou de trabalhar com uma equipe que incluía médicos e cientistas interessados ​​em pesquisa básica. “Foi realmente estimulante intelectualmente”, diz ele.

Depois de terminar seu doutorado, ele estava procurando outra oportunidade de usar dados e computadores para melhorar os resultados de saúde. “Então, eu perguntei, 'Onde você tem muitos fluxos de dados da fisiologia dos pacientes?' E isso está na terapia intensiva ”, diz ele.

Heldt permaneceu no MIT, primeiro como pós-doutorado, depois como cientista pesquisador no Laboratório de Pesquisa de Eletrônica. Em 2013, ele se tornou membro do corpo docente do EECS e do recém-formado Instituto de Engenharia e Ciências Médicas. Seu foco de pesquisa mudou do coração para o cérebro.

“Estamos tentando entender a fisiologia do cérebro lesado”, diz Heldt. “A missão central do laboratório é trabalhar com anestesiologistas, neurologistas, neurocirurgiões e neurointensivistas, nossos colaboradores, para ajudar a medir a saúde do cérebro e ajudar os médicos a cuidar melhor de pacientes com problemas neurológicos.”

No início, a pesquisa neurológica de Heldt tinha como objetivo compreender melhor o desenvolvimento do cérebro em bebês prematuros, que têm maior probabilidade de lesão cerebral do que bebês nascidos a termo. Ele coletou e analisou dados para descobrir por que bebês prematuros sofriam esse risco e como reduzi-lo. “Se você conseguir descobrir alguns desses mecanismos, poderia prevenir parte dessa lesão cerebral?” ele medita.

O grupo de Heldt também usa dados neurológicos de pacientes mais velhos para trabalhar no desafio de longa data de medir a pressão intracraniana de forma não invasiva. Lesões cerebrais e certas doenças podem causar inchaço no cérebro, uma situação perigosa que pode causar danos a longo prazo ou até a morte. Mas as técnicas atuais para monitorar o inchaço do cérebro são invasivas e arriscadas, exigindo um orifício feito no crânio para a inserção do cateter. Portanto, o procedimento geralmente é reservado para os pacientes de maior risco.

Heldt está desenvolvendo uma abordagem baseada em modelo para monitorar a pressão intracraniana (PIC) que pode permitir que a PIC seja estimada com mais segurança. Com colaboradores em Harvard, Boston Children's Hospital, Boston Medical Center e Beth-Israel Deaconess Medical Center, ele está trabalhando em um modelo de ICP que se baseia em dois fluxos de dados: medições de ultrassom do fluxo sanguíneo cerebral e medições contínuas da pressão arterial.

Um dia, o monitoramento não invasivo da PIC poderá ser usado em uma variedade maior de pacientes, não apenas naqueles de maior risco. Por exemplo, pode ajudar os médicos a determinar se um paciente que chega ao pronto-socorro sem resposta teve uma lesão cerebral traumática ou está embriagado - duas possibilidades que justificariam diferentes cursos de tratamento. Embora a tecnologia ainda esteja emergindo, “os resultados até agora são muito promissores”, diz Heldt, que tem projetos relacionados com foco em perfusão cerebral e monitoramento de carga embólica. “Estamos prestes a desenvolver um conjunto de algoritmos e tecnologias que nos permitirão monitorar o cérebro muito melhor.”

Tem sido uma carreira tortuosa para Heldt. Mas deu certo, em grande parte graças a mentores fantásticos ao longo do caminho, diz ele. “Estou muito grato porque, quando essas bifurcações e pontos de decisão foram feitos, sempre houve alguém que me cutucou em uma direção com uma notável falta de interesse próprio”, diz ele.

Agora é a vez de Heldt bancar o mentor. “Acho que minha maior conquista são os alunos com quem trabalho”, diz ele. “Vê-los ter sucesso e encontrar seu próprio nicho - na medida em que posso ter desempenhado um pequeno papel nisso é uma sensação muito satisfatória.”

 

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