Introdução
A física quântica e a flebologia (medicina venosa) cruzam-se de forma mais visível através de tecnologias cujos princípios de funcionamento estão enraizados na ótica de derivação quântica e na teoria eletromagnética, nomeadamente lasers e a interação luz-tecido para ablação e imagiologia venosas[1–4]. Uma segunda ponte importante é a imagiologia venosa e a oximetria baseadas em ressonância magnética, onde a informação de fase de RM é interpretada como suscetibilidade magnética e utilizada para quantificar proxies de oxigenação venosa, ligando a física do spin quântico à fisiologia venosa[5–7]. Uma terceira ponte consiste em "tecnologias quânticas" emergentes em deteção e computação, incluindo o biomagnetismo baseado em SQUID e fluxos de trabalho de aprendizagem automática quântica/inspirada em quântica que visam sinais biomédicos relevantes para o fluxo sanguíneo e estados vasculares[8, 9].
Em toda esta literatura, os "aspetos comuns" raramente são o facto de as próprias veias exibirem fenómenos quânticos macroscópicos exóticos; em vez disso, a flebologia adota modalidades de medição e tratamento (lasers, imagiologia interferométrica, magnetometria, reconstrução de suscetibilidade por RM) cujos fundamentos físicos residem na teoria quântica, fotónica e modelação eletromagnética informada pela mecânica quântica[5, 8, 10].
Interseções terapêuticas
As abordagens com laser endovenoso ilustram a interseção translacional mais direta: a radiação laser coerente é entregue no interior de uma veia, sendo o objetivo clínico a oclusão de veias com refluxo ou incompetentes através de dano fototérmico controlado produzido pela absorção de luz e aquecimento[1–4]. O trabalho mecanístico enfatiza que a energia absorvida é frequentemente depositada no sangue intraluminal/coágulo em redor da ponta da fibra (e não apenas diretamente na parede da veia), de modo que as temperaturas de coagulação podem ser alcançadas independentemente de a hemoglobina ou a água serem o cromóforo alvo nominal[12]. Isto enquadra o EVLA/EVLT/EVLP não meramente como um "rótulo de comprimento de onda", mas como um processo acoplado de absorção de fotões, geração de calor e transferência de calor dependente de propriedades de dispersão e absorção no comprimento de onda utilizado[13].
O trabalho in vitro utilizando um laser de estado sólido a 1,885 μm e ~3 W examinou como a presença de suspensão de glóbulos vermelhos intraluminares versus solução salina, e a formação de uma camada carbonizada aquecida na face terminal da fibra, afeta a eficiência da ablação[1]. Nesse estudo, a presença da camada carbonizada aquecida aumentou a eficiência do EVLA, destacando uma via termoquímica que pode amplificar a deposição de energia na ponta para além da simples absorção ótica apenas no sangue[1]. Argumentos mecanísticos relacionados explicam por que razão a seletividade do comprimento de onda pode diminuir durante o procedimento: o coágulo pode formar-se em redor da ponta e ser parcialmente transformado em carbono a temperaturas superiores a 1.000 °C, e como o carbono absorve todos os comprimentos de onda do laser EVLA igualmente bem, a carbonização pode reduzir a dependência do comprimento de onda assim que o aquecimento da ponta é dominado pela absorção do carbono[13].
As comparações clínicas reforçam ainda mais o pipeline translacional da física para a flebologia. Numa série de doentes, a obliteração total da veia safena magna persistiu ao longo do seguimento, e o EVLA a 1560 nm e 1940 nm foi descrito como altamente eficaz e seguro para corrigir o refluxo venoso em varizes dos membros inferiores[11]. Os estudos de parâmetros óticos sustentam a razão pela qual a escolha do comprimento de onda continua a ser importante, mesmo que a carbonização possa atenuar a seletividade: as profundidades de penetração na parede da veia foram relatadas como ~1,3 mm a 980 nm versus ~0,22 mm a 1470 nm, implicando perfis de deposição de energia espacial muito diferentes e padrões potenciais de lesão colateral[14].
A seleção do comprimento de onda também é explicitamente tratada na evolução do sistema EVLP, onde múltiplos comprimentos de onda são posicionados como tendo diferentes características de absorção; por exemplo, 810 nm é descrito como específico para a absorção da hemoglobina, e um grande estudo clínico propôs-se comparar a eficácia e a segurança do EVLP a 1064 nm versus 810 nm para a insuficiência venosa crónica (varizes)[2]. Análises óticas separadas defendem escolhas de infravermelhos médios potencialmente favoráveis, observando que "os melhores resultados até agora" foram obtidos com radiação de 1,56 mm, e que a comprimentos de onda de 1,68 e 1,7 mm a absorção em componentes sanguíneos não aquosos é muito mais fraca do que a absorção em água, motivando hipóteses de direcionamento dominado pela água nestes comprimentos de onda mais longos[15].
Uma interseção terapêutica não térmica distinta é a terapia venosa fotoquímica através de reticulação foto-colagénio, onde a riboflavina é utilizada como agente de reticulação e a luz azul atua como o ativador[16]. Em espécimes venosos, esta abordagem produziu uma retração rápida e significativa sem evidência histológica de dano endotelial e com alterações evidentes nas propriedades mecânicas das varizes, sugerindo um mecanismo de remodelação ativado por luz controlável em vez de uma ablação puramente térmica[16].
Interseções de diagnóstico óticas e fotónicas
O diagnóstico ótico na flebologia explora frequentemente o facto de a hemoglobina ter propriedades de absorção dependentes do comprimento de onda, permitindo a interrogação não invasiva da oxigenação venosa, da composição do trombo ou da estrutura vascular utilizando fotões como sondas[3, 4, 17]. Entre os métodos, a física comum é que os sinais medidos (atenuação, franjas de interferência, tranches de pressão fotoacústica, emissão de fluorescência) são, em última análise, impulsionados pela absorção e dispersão de fotões no sangue e nos constituintes da parede dos vasos[3, 10, 18].
Espetroscopia de infravermelho próximo
A espetroscopia de infravermelho próximo (NIR) é descrita como uma técnica não invasiva que utiliza as propriedades de absorção diferencial da hemoglobina para avaliar a oxigenação do músculo esquelético, e a monitorização de comprimentos de onda selecionados pode fornecer um índice de desoxigenação[3]. Um estudo mediu explicitamente a saturação de oxigénio venoso e a absorção a 760–800 nm durante o exercício do antebraço para testar se a banda de absorção ótica se correlaciona com a oxigenação venosa[3]. Um método separado utilizou NIRS com oclusão venosa para medir a saturação de oxihemoglobina venosa periférica (SvO2) de forma não invasiva no antebraço de adultos[19], e relatou uma correlação significativa entre a SvO2 do antebraço medida por NIRS e a SvO2 do sangue venoso superficial medida por co-oximetria (n=19, r=0,7, p<0,0001)[19].
Outro trabalho de validação examinou as relações entre os sinais de NIRS e a saturação de oxigénio da hemoglobina venosa (O2Hb%) e a concentração de oxigénio venoso (CvO2)[20]. Após normalização para o intervalo fisiológico, foram relatadas altas correlações lineares entre os sinais de hemo desoxigenado e oxigenado e a O2Hb% venosa (R≈0,92) e entre os sinais de hemo e a CvO2 (R≈0,89–0,90), indicando que as medições de NIRS baseadas na absorção de fotões podem monitorizar as métricas de oxigenação venosa em ambientes controlados[20]. Em contextos venosos centrais, foi relatado que o NIRAS fornece uma medição não invasiva precisa da saturação venosa cerebral, com a CSvO2 calculada por NIRAS e comparada com a co-oximetria direta do sangue da veia jugular interna[21].
Fotopletismografia
A fotopletismografia (PPG) baseia-se numa fonte de luz infravermelha e num recetor para aproximar as flutuações no volume sanguíneo, e estima as alterações de volume medindo a quantidade de luz absorvida e refletida de volta para o recetor[22]. Num contexto de avaliação de insuficiência venosa crónica, os valores hemodinâmicos venosos fornecidos pela PPG digital foram utilizados juntamente com a avaliação standard para investigar se a intervenção (EVLA) era necessária, e as correlações entre a ecografia Doppler e a D-PPG foram examinadas para avaliar se a D-PPG poderia ajudar na compreensão da patologia venosa e na avaliação das opções de tratamento[22]. O método é também contextualizado historicamente como tendo sido introduzido na década de 1930 como um meio de avaliar o sistema vascular, enfatizando o seu papel como um proxy ótico estabelecido para a hemodinâmica[22].
Tomografia de coerência ótica
A tomografia de coerência ótica (OCT) é descrita como uma modalidade de imagem poderosa baseada em interferometria de baixa coerência, permitindo imagens de alta resolução com profundidades de penetração nos tecidos de alguns milímetros e visualização quase histológica das paredes dos vasos[10, 23, 24]. A OCT endovascular tem sido apresentada como fornecendo "informação semelhante à histologia" da parede venosa[4], e uma aplicação enquadra a OCT endovascular como a técnica de imagem intravascular de maior resolução disponível, utilizando luz de infravermelho próximo a aproximadamente 1300 nm[25]. Na avaliação da terapia venosa, a OCT foi avaliada para a avaliação qualitativa da anatomia da parede venosa e das alterações tecidulares após a ablação por radiofrequência e a terapia a laser endovenoso em espécimes venosos bovinos, incluindo o relato de parâmetros ELT de um laser de diodo a 980 nm com densidades de energia de 15, 25 e 35 J/cm[4].
A OCT também está posicionada para aplicações venosas intracranianas: a adoção no seio venoso cerebral humano "poderia ajudar" no diagnóstico, tratamento e compreensão de fístulas arteriovenosas durais, trombose do seio venoso cerebral e hipertensão intracraniana idiopática[25]. Isto exemplifica como a imagem baseada em fotões interferométricos pode estender a flebologia para além das veias superficiais das pernas até à patologia do seio venoso, dependendo do acesso baseado em cateter e das restrições do sinal ótico[25].
OCT sensível à polarização
A OCT sensível à polarização (PS-OCT) estende a OCT medindo a birrefringência tecidular, fornecendo contraste para o colagénio e as células musculares lisas que estão presentes em coágulos mais antigos e crónicos[26]. Num modelo de TVP em rato, a PS-OCT intravascular foi investigada para avaliar a morfologia e a composição do trombo in vivo ao longo do envelhecimento do trombo[26]. A análise automatizada de imagens transversais de OCT diferenciou trombos agudos e crónicos com 97,6% de sensibilidade e 98,6% de especificidade utilizando um modelo discriminante linear que combina a polarização e as métricas de OCT convencional, apoiando a PS-OCT como uma abordagem sensível para a avaliação da composição da TVP e a diferenciação da idade do trombo[26].
Imagiologia fotoacústica e elastografia
A imagiologia fotoacústica (PAI) é descrita como permitindo medições remotas da absorção ótica dos tecidos, sendo o seu contraste gerado através do efeito foto/opto/termoacústico, no qual a absorção de um pulso eletromagnético curto produz uma onda acústica termoelástica[17, 27]. Na prática, os tecidos biológicos são irradiados com impulsos laser não ionizantes; a absorção aumenta a temperatura local (da ordem de alguns milikelvins), levando à expansão termoelástica e à emissão acústica[18]. Os glóbulos vermelhos, que contêm hemoglobina e absorvem significativamente a luz visível, aumentam rapidamente de temperatura e pressão ao absorverem energia luminosa, fornecendo um absorvedor endógeno clinicamente significativo para a imagem de coágulos e vasos sanguíneos[28].
Nos conceitos de estadiamento da TVP, a reorganização do coágulo pode diminuir a concentração de hemoglobina e, assim, reduzir a absorção ótica, motivando a utilização de alterações do sinal fotoacústico para estadiar os trombos de forma não invasiva[27]. Um estudo especifica ainda que pode ser utilizada radiação laser pulsada com comprimento de onda sintonizado para a absorção de GR, e propõe que os coágulos sanguíneos agudos devem emitir sinais fotoacústicos mais fortes do que a TVP crónica devido a uma absorção ótica mais forte[27]. Empiricamente, foi relatado que a ecografia combinada e a imagiologia fotoacústica fornecem informação sobre a estrutura e a idade dos trombos de TVP, enquanto revisões mais amplas destacam a promessa da PAI devido à sua resolução espacial e alto contraste ótico[17, 29].
Além do estadiamento baseado na absorção, a tomografia fotoacústica elástica vascular (VE-PAT) conecta a deteção da absorção ótica à inferência de propriedades mecânicas. A PAT atinge uma alta resolução espacial além do limite de difusão ótica através da deteção ultrassónica da absorção ótica, destacando-se por possuir um forte contraste de absorção baseado na hemoglobina nos eritrócitos e por ser capaz de fornecer propriedades estruturais, funcionais e mecânicas dos vasos sanguíneos em animais e humanos[30]. Foi relatado que a VE-PAT é capaz de medir propriedades elásticas vasculares em humanos[30], detetar a diminuição da complacência vascular devido a trombose simulada em fantomas de grandes vasos (validadas por testes de compressão padrão)[30] e detetar uma diminuição na complacência vascular num sujeito humano quando ocorreu oclusão a jusante, demonstrando potencial para a deteção de trombose venosa profunda[30].
Fluorescência no infravermelho próximo e imagem hiperespetral
A imagem de trombos por fluorescência no infravermelho próximo (NIRF) utiliza fluoróforos direcionados para converter eventos de ligação molecular em emissão detetável de fotões NIR; por exemplo, um péptido direcionado à fibrina foi conjugado ao fluoróforo de infravermelho próximo Cy7 (FTP11-Cy7) para desenvolver e validar um agente de imagem que permite a imagem NIRF de alta resolução de trombose venosa profunda[31]. Em fluxos de trabalho pré-clínicos, foi realizada uma tomografia molecular de fluorescência integrada não invasiva com TC (FMT-CT) em ratinhos com DVT da veia jugular subaguda, ilustrando uma abordagem ótico-radiológica combinada para a localização e quantificação de trombos[31]. Trabalho relacionado enfatiza que a imagem de fluorescência na segunda janela do infravermelho próximo (NIR-II, 1.000–1.700 nm) é favorável devido à menor complexidade do equipamento e operação mais fácil, e que um transportador de fármacos teranósticos foi desenvolvido para permitir a monitorização em tempo real do processo trombolítico direcionado de DVT[32].
Na extremidade da imagem de superfície do espetro, a imagem visível–NIR hiperespetral delinea veias varicosas explorando assinaturas de reflexão difusa dependentes do comprimento de onda. Num estudo de sistema, os voluntários foram iluminados com luz policromática abrangendo 400–950 nm[33], e os espetros de reflexão difusa atingiram o pico a 530 nm para veias varicosas versus 780 nm para veias das pernas[33]. As imagens hiperespetrais em comprimentos de onda selecionados foram normalizadas e filtradas antes da>(-se) delinear usando análise de fase quantitativa e agrupamento de k-médias, ligando espetros óticos à segmentação computacional para o mapeamento de veias sem contacto[33].
Interseções de diagnóstico por ressonância magnética
O mapeamento de suscetibilidade quantitativa (QSM) fornece uma ponte de ressonância magnética entre a física de rotação quântica e a fisiologia venosa, utilizando a evolução da fase de RM para inferir a suscetibilidade magnética local. O QSM “examina dados de fase de eco de gradiente” para determinar a suscetibilidade magnética do tecido local[5], e é relatado que a medição de diferenças de suscetibilidade a partir do QSM torna possível quantificar valores de SvO2 com base na relação entre a diferença de suscetibilidade e a SvO2[6]. A sensibilidade à oxigenação é apoiada por relatórios de que o QSM pode quantificar alterações na saturação da desoxihemoglobina induzidas por um desafio de gás hiperóxico tanto em modelos animais quanto em humanos[7], e por uma excelente concordância relatada entre a ShvO2 medida num analisador de gases no sangue e a ShvO2 calculada a partir de medições de QSM[7].
A especificidade venosa das métricas baseadas na suscetibilidade baseia-se no contraste de propriedades magnéticas entre os estados de oxigenação: a oxihemoglobina é descrita como diamagnética (suscetibilidade negativa), enquanto a desoxihemoglobina é paramagnética (suscetibilidade positiva)[28]. Nos trechos da literatura de QSM fornecidos, o QSM também é enquadrado como um método não invasivo que pode fornecer uma medida indireta da saturação de oxigénio venoso cerebral (CSvO2), reforçando o seu potencial para aplicações de oximetria venosa onde a amostragem direta é impraticável[5].
Mecanismos biofísicos quânticos
A nível molecular, o estado de oxigenação da hemoglobina está ligado a propriedades magnéticas que são diretamente relevantes tanto para interações de campo magnético quanto para imagens de suscetibilidade de RM. A oxihemoglobina é descrita como diamagnética, enquanto a desoxihemoglobina é paramagnética, implicando suscetibilidade dependente da oxigenação e interações de força magnética a nível molecular/eletrónico[28]. A hemoglobina também é descrita como uma proteína alostérica que sofre alteração conformacional durante as transições tensa (desoxigenada) para relaxada (oxigenada) e vice-versa, enfatizando que a ligação do oxigénio está acoplada ao estado estrutural da proteína[28].
Uma ponte mecanística proposta entre campos eletromagnéticos e a fisiologia do sangue é que os campos magnéticos afetam cargas em movimento e, portanto, a transformação alostérica da hemoglobina, que é descrita como envolvendo desvios de populações em vez de uma conversão unidirecional de uma estrutura quaternária para outra[28]. No contexto da medicina venosa, este conjunto de afirmações conecta conceitos de magnetismo informados pela mecânica quântica (suscetibilidade, interações campo-carga) à função da hemoglobina, que está na base do conteúdo de oxigénio venoso e da dinâmica de descarga de oxigénio que os métodos óticos (NIRS, PAI) e de RM (QSM) tentam medir[3, 6, 28].
Interseções emergentes e conceituais
Várias linhas de trabalho vão além dos dispositivos de flebologia clínica estabelecidos, mas ainda articulam princípios derivados da física quântica aplicados a sinais vasculares ou venosos. Na EVLA, a modelação computacional é explicitamente motivada pela representação da fibra laser como uma fonte pontual num tubo venoso cilíndrico e pela modelação da redistribuição radial da luz através de um processo de difusão regido pela dispersão e absorção do sangue no comprimento de onda considerado, ilustrando uma abordagem orientada para a física para a otimização de parâmetros na ablação venosa[13].
Dispositivos bioelectrónicos comercializados como “Quantum Molecular Resonance” (QMR) também são discutidos como ferramentas potenciais em flebologia: um “novo tipo de bisturi elétrico” é descrito como utilizável para tratar capilares dérmicos e varicosidades, com potência ajustável e temporização precisa destinada a reduzir o dano térmico[34]. No mesmo enquadramento, a escleroterapia é descrita como o tratamento primário para veias varicosas, telangiectasias e veias em teia, posicionando o QMR como um adjuvante no ecossistema terapêutico mais amplo da gestão de doenças venosas superficiais[34].
Do lado computacional, foi relatada uma abordagem de aprendizagem automática quântica-clássica híbrida para a imagem de contraste de speckle a laser (LSCI) do fluxo sanguíneo: em vez de usar uma camada de agrupamento global 3D padrão para comprimir mapas de características, o modelo substitui-a por um circuito quântico variacional, e afirma-se que o circuito preserva as relações espaciais e temporais nos dados para manter a precisão preditiva[9]. Embora não seja específico para doenças venosas no excerto, a interseção reside no facto de que os fluxos de trabalho de imagem do fluxo sanguíneo relevantes para a avaliação vascular podem ser modificados por componentes de circuitos explicitamente quânticos, ligando o processamento de informação quântica à análise de sinais hemodinâmicos[9].
Um conceito de modelação separado propõe uma técnica “inteiramente baseada na Mecânica Quântica e na Eletrodinâmica Clássica” para abordar o crescimento anómalo de vasos durante a angiogénese, e afirma utilizar cálculos de mecânica quântica para prever com maior precisão a localização e deter o crescimento anómalo de vasos[35]. Embora isto esteja mais próximo da biologia vascular e da angiogénese do que da gestão clássica de veias varicosas, ainda representa uma tentativa direta de utilizar a modelação quântica/eletrodinâmica como um guia para intervenções na formação de vasos patológicos[35].
Finalmente, a deteção quântica conecta-se aos estados venosos através do biomagnetismo. Os SQUIDs são descritos como baseados na quantização do fluxo magnético e no efeito Josephson[8], e sensores quânticos relacionados detetam a precessão de spins atómicos num campo magnético com sensibilidades próximas de fentoteslas por [8]. Numa aplicação que envolve explicitamente a isquemia venosa, estudos relataram que ocorrem alterações antes de alterações patológicas e podem ser registadas de forma não invasiva usando um SQUID[36], e os SQUIDs são descritos como medindo campos magnéticos criados pela atividade elétrica do músculo liso gastrointestinal, demonstrando a viabilidade de capturar assinaturas bioeletromagnéticas fracas relevantes para estados de compromisso vascular[36].
Síntese
Em toda a literatura amostrada, vários "aspetos comuns" transversais ligam consistentemente a física quântica à flebologia através de quantidades mensuráveis partilhadas, parâmetros controláveis e física dos instrumentos.
A tabela abaixo resume pontes recorrentes de princípios físicos derivados da quintica para aplicações venosas concretas.
Tomados em conjunto, estes temas mostram que a "linguagem" partilhada entre a física quântica e a flebologia é essencialmente uma linguagem de contrastes mensuráveis e parâmetros controláveis: espetros de absorção e comprimento de onda, coerência e interferência, estado de polarização, suscetibilidade e limites de sensibilidade dos sensores[3, 5, 8, 10].
Limitações e conclusão
Na literatura amostrada aqui, as interseções dominantes são aplicadas e translacionais: os lasers são implementados para ablação endovenosa e comparados entre comprimentos de onda quanto à eficácia e segurança, a espetroscopia e a imagem ótica são utilizadas para inferir a oxigenação venosa ou caracterizar trombos, e a reconstrução de suscetibilidade de RM é utilizada para quantificar proxies de oxigénio venoso[3, 6, 11, 17]. As ligações mais próximas à física molecular mais "fundamental" são (i) a suscetibilidade magnética dependente da oxigenação da hemoglobina (oxihemoglobina diamagnética vs desoxihemoglobina paramagnética) e (ii) os métodos de QSM baseados na suscetibilidade que exploram estas diferenças para quantificar alterações na oxigenação, juntamente com alegações de que os campos magnéticos podem afetar as transformações alostéricas da hemoglobina através de interações de cargas em movimento[7, 28].
No geral, os aspetos comuns da física quântica e da flebologia documentados neste corpus são melhor compreendidos como a implementação clínica da fotónica fundada na física quântica e da ciência de medição eletromagnética para diagnosticar, imagear e tratar a doença venosa, servindo a hemoglobina como uma "molécula ponte" central que atua simultaneamente como um absorvedor terapêutico, um repórter ótico e uma fonte de suscetibilidade magnética[3, 12, 28].
