La mayoría de las personas están familiarizadas con las turbulencias en la aviación: ciertas condiciones del viento provocan un vuelo irregular de pasajeros. Pero incluso dentro de los vasos sanguíneos humanos, el flujo sanguíneo puede ser turbulento. La turbulencia puede aparecer cuando la sangre fluye a lo largo de las curvas o bordes de los vasos, causando un cambio bruscovelocidad del flujo: el flujo sanguíneo turbulento genera fuerzas adicionales que aumentan las probabilidades de que se formen coágulos sanguíneos. Estos coágulos crecen lentamente hasta que pueden ser transportados por el torrente sanguíneo y causar un derrame cerebral al bloquear una arteria en el cerebro.
Las válvulas cardíacas mecánicas producen flujos sanguíneos turbulentos
Los pacientes con válvulas cardíacas artificiales tienen un mayor riesgo de formación de coágulos. El riesgo elevado se conoce por la observación de pacientes después de la implantación de una válvula artificial. El factor de riesgo de coagulación es particularmente grave para los receptores de válvulas cardíacas mecánicas, dondelos pacientes deben recibir anticoagulantes todos los días para combatir el riesgo de accidente cerebrovascular. Hasta ahora, no está claro por qué las válvulas cardíacas mecánicas promueven la formación de coágulos mucho más que otros tipos de válvulas, por ejemplo, válvulas cardíacas biológicas.
Un equipo de ingenieros del Grupo de Ingeniería Cardiovascular del Centro ARTORG de Investigación de Ingeniería Biomédica de la Universidad de Berna ha identificado con éxito un mecanismo que puede contribuir significativamente a la formación de coágulos. Usaron métodos matemáticos complejos de la teoría de la estabilidad hidrodinámica, un subcampode mecánica de fluidos, que se ha utilizado con éxito durante muchas décadas para desarrollar aeronaves de bajo consumo de combustible. Esta es la primera traducción de estos métodos, que combinan física y matemática aplicada, en medicina.
Utilizando complejas simulaciones por computadora en supercomputadoras emblemáticas en el Centro Svizzero di Calcolo Scientifico en Lugano, el equipo de investigación pudo demostrar que la forma actual de las aletas reguladoras del flujo de la válvula cardíaca conduce a una fuerte turbulencia en el flujo sanguíneo ".Al navegar a través de los datos de la simulación, descubrimos cómo la sangre incide en el borde frontal de las aletas de las válvulas, y cómo el flujo sanguíneo se vuelve rápidamente inestable y forma vórtices turbulentos ", explica Hadi Zolfaghari, primer autor del estudio." Las fuerzas fuertesgenerado en este proceso podría activar la coagulación de la sangre y hacer que se formen coágulos inmediatamente detrás de la válvula. Las supercomputadoras nos ayudaron a capturar una causa raíz de turbulencia en estas válvulas, y la teoría de la estabilidad hidrodinámica nos ayudó a encontrar una solución de ingeniería para ello ".
Las válvulas cardíacas mecánicas que se utilizaron en el estudio consisten en un anillo de metal y dos aletas que giran sobre las bisagras; las aletas se abren y cierran en cada latido del corazón para permitir que la sangre fluya fuera del corazón pero no vuelva a entrar. En el estudio, el equipo también investigó cómo podría mejorarse la válvula cardíaca y demostró que incluso un diseño ligeramente modificado de las aletas de la válvula permitía que la sangre fluyera sin generar inestabilidades que condujeran a turbulencias, más como un corazón sano.la turbulencia reduciría significativamente la posibilidad de formación de coágulos y accidentes cerebrovasculares.
¿Vida sin diluyentes de la sangre?
Más de 100,000 personas por año reciben una válvula cardíaca mecánica. Debido al alto riesgo de coagulación, todas estas personas deben tomar anticoagulantes, todos los días y por el resto de sus vidas. Si se mejora el diseño de las válvulas cardíacasdesde el punto de vista de la mecánica de fluidos, es concebible que los receptores de estas válvulas ya no necesiten anticoagulantes. Esto podría llevar a una vida normal, sin la carga duradera de recibir medicamentos anticoagulantes ".apenas se ha adaptado desde su desarrollo en la década de 1970 ", dice Dominik Obrist, jefe del grupo de investigación en el Centro ARTORG." Por el contrario, se ha realizado mucha investigación y desarrollo en otras áreas de ingeniería, como el diseño de aviones.muchas personas tienen una válvula cardíaca artificial, es hora de hablar sobre optimizaciones de diseño también en esta área para darles a estas personas una vida mejor ".
Grupo de investigación Ingeniería cardiovascular
El grupo de Ingeniería Cardiovascular CVE de ARTORG estudia los flujos y enfermedades cardiovasculares, como la enfermedad cardíaca valvular y el ataque cardíaco. Su investigación tiene como objetivo mejorar la durabilidad a largo plazo y la biocompatibilidad de dispositivos e implantes terapéuticos y desarrollar nuevas herramientas de diagnósticopara la práctica clínica. Los proyectos de investigación traslacional de CVE abordan necesidades clínicas inmediatas que se identificaron junto con socios clínicos en Angiología, Cardiología y Cirugía Cardiovascular en Inselspital, quienes están estrechamente integrados en los equipos del proyecto de principio a fin. El equipo opera un laboratorio de flujo experimental contecnología de medición moderna y un laboratorio de computación para modelar flujos en el corazón y los vasos sanguíneos. Sus instalaciones experimentales incluyen cámaras de alta velocidad y métodos basados en láser para la cuantificación de flujo tridimensional. El grupo desarrolla y utiliza modelos de computadora y supercomputadoras personalizadas paraestudiar sistemas de flujo biomédico con interacción fluido-estructura.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Berna . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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