Investigação numérica do escoamento acústico e da tensão de cisalhamento induzidos por ultrassom para manipulação de coágulos sanguíneos

Por que romper coágulos sem medicamentos importa

Coágulos sanguíneos em veias e vasos cerebrais podem bloquear a circulação e causar AVC, infarto do miocárdio ou tromboembolismo pulmonar perigoso. Os tratamentos atuais dependem principalmente de medicamentos anticoagulantes ou trombolíticos, que podem salvar vidas, mas também aumentam o risco de sangramentos graves e nem sempre são adequados para todos os pacientes. Este estudo explora uma alternativa não invasiva e sem drogas: usar ultrassom cuidadosamente ajustado para agitar o fluido ao redor do coágulo de forma que o próprio coágulo comece a se fragmentar.

Usando som para empurrar uma obstrução oculta

Os pesquisadores se concentraram em um efeito sutil chamado escoamento acústico. Quando um feixe de ultrassom atravessa um fluido, ele não apenas propaga ondas; também pode impulsionar um fluxo lento porém constante, como um vento suave submerso. Perto de uma obstrução, como um coágulo, esse fluxo pode formar vórtices pequenos que arrastam a superfície do coágulo e geram uma força lateral conhecida como tensão de cisalhamento. Se essa tensão superar a resistência mecânica do coágulo, as fibras internas podem romper-se e a massa começa a fragmentar. Em vez de adicionar medicamentos para enfraquecer o coágulo, a equipe investigou se o escoamento acústico por si só, criado por parâmetros de ultrassom realistas, poderia atingir esses níveis de tensão.

Construindo um vaso sanguíneo digital

Para responder a isso, os autores construíram um modelo computacional detalhado de um vaso sanguíneo com um coágulo no interior, usando o software de simulação COMSOL Multiphysics. Eles representaram o vaso como um tubo bidimensional e o coágulo como uma região elíptica com comportamento viscoso e espesso semelhante a um fluido denso. Uma fonte de ultrassom, modelada como um transdutor plano acima do coágulo, emitia ondas sonoras contínuas no vaso. Ao acoplar dois conjuntos de equações — uma descrevendo a propagação das ondas sonoras e outra descrevendo o escoamento do fluido — eles calcularam como o campo de ultrassom gerava escoamento ao redor do coágulo e quanta tensão de cisalhamento surgia em sua superfície sob diferentes condições.

Encontrando as configurações sonoras corretas

A equipe variou sistematicamente três fatores-chave: a posição do coágulo em relação ao transdutor, a frequência do ultrassom e a intensidade (pressão) das ondas sonoras. Eles descobriram que o escoamento e a tensão de cisalhamento variavam de forma complexa e não linear conforme o coágulo se deslocava ao longo do vaso, assinatura de padrões de ondas estacionárias formadas pela sobreposição das ondas incidentes e refletidas. Em certas posições, vórtices fortes se formavam em ambos os lados do coágulo e geravam tensões intensas; em outras, o fluxo era muito mais fraco. A frequência também importou. Frequências muito baixas penetravam bem, mas apresentavam risco de efeitos indesejados como atividade de bolhas não controlada, enquanto frequências muito altas eram rapidamente absorvidas e em grande parte convertidas em calor. Em torno de 2 MHz, o modelo previu um ponto ideal em que o escoamento permanecia forte sem absorção excessiva, tornando essa faixa particularmente atraente para terapia.

Quão forte o som precisa empurrar

Ao aumentar gradualmente a pressão acústica, os pesquisadores mostraram que a tensão de cisalhamento na superfície do coágulo aumentava de forma contínua e depois tendia a se estabilizar quando a resistência viscosa do fluido equilibrava a força motriz. Em condições otimizadas — cerca de 2 MHz e 2 MPa de pressão acústica com o coágulo em uma posição favorável — a tensão de cisalhamento calculada atingiu um pico de aproximadamente 10,9 pascals, mais do que o dobro de um limiar estimado de 4,1 pascals necessário para iniciar a ruptura da rede interna do coágulo. O modelo também explorou um cenário mais realista em que a parede do vaso era mais espessa, como pode ocorrer em doenças. Nesse caso, mais som era perdido antes de alcançar o coágulo, e a tensão inicial caiu para cerca de 2,7 pascals. O aumento moderado da pressão poderia elevá‑la para cerca de 3,0 pascals, mas ainda abaixo do limiar de ruptura, ressaltando como os tecidos entre a pele e o vaso podem amortecer o efeito.

Próximos passos rumo a tratamentos de coágulos mais seguros

No geral, as simulações sugerem que o escoamento induzido por ultrassom pode, em princípio, gerar tensão mecânica suficiente para fragmentar coágulos sem o uso de fármacos trombolíticos, desde que as configurações sonoras e a geometria sejam favoráveis. Ao mesmo tempo, o trabalho destaca advertências importantes: o modelo atual usa estruturas simplificadas de vaso e coágulo, assume ausência de fluxo sanguíneo de base e até posiciona o transdutor dentro do vaso em vez de sobre a pele. Os autores argumentam que são necessários modelos tridimensionais mais realistas, paredes vasculares deformáveis, sangue em movimento e testes experimentais. Ainda assim, os resultados delineiam faixas promissoras de frequência, pressão e posicionamento, e apontam o escoamento acústico como um possível componente para futuras terapias por ultrassom mais seguras.

Citação: Hisham, A., Hassan, M.A. & Wahba, A.A. Numerical investigation of ultrasound-induced acoustic streaming and shear stress for blood clot manipulation. Sci Rep 16, 12891 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-44521-5

Palavras-chave: terapia de coágulos por ultrassom, escoamento acústico, trombo sanguíneo, tensão de cisalhamento, modelagem computacional