Análisis y simulación del proceso de aspiración de un trombo mediante el dispositivo GP

Abstract

Las enfermedades del corazón representan uno de los principales problemas de salud en la actualidad, afectando no sólo a los países desarrollados, donde es la primera causa de mortalidad, sino también en aquellos donde compite con otras enfermedades infecciosas. El infarto agudo de miocardio es la principal causa de enfermedad cardíaca y representa más del 25% de la mortalidad global.
Esta afección aporta más del 80% de los casos de enfermedad cardíaca isquémica y es el de mayor letalidad, aunque la patología que más riesgo de muerte supone es el ictus isquémico.
Estas enfermedades se producen por la oclusión de las arterias que irrigan estos órganos vitales, el corazón en primer lugar y el cerebro en el caso del ictus. Esta oclusión se puede producir por numerosas causas, pero las más comunes son dos. El crecimiento de la placa de ateroma formada en una arteria dañada por aterosclerosis. En otras palabras, la placa de ateroma es un parche formado por plaquetas y otros componentes del flujo sanguíneo que se agrupan para taponar alguna lesión interna de los vasos sanguíneos y de esta forma impedir la hemorragia. Este incremento de materia en el interior de las venas o arterias puede crecer hasta alcanzar un tamaño crítico en el que se hace imprescindible la intervención clínica para preservar la vida del paciente.
Otra de las causas de oclusión vascular es la embolia. La embolia se produce cuando una fracción de la placa de ateroma u otra materia coagulada en el interior de los vasos, se desplaza por el sistema circulatorio hasta llegar a un vaso con un diámetro inferior a su tamaño bloqueando el paso de la sangre que irriga el órgano en cuestión.
Por tanto, las enfermedades cardíacas no sólo afectan al corazón sino que pueden dañar otros órganos vitales como el cerebro, el riñón o el sistema vascular en general. Las personas mayores de 60 son el grupo con más riesgo a contraer la enfermedad, aunque los hábitos perniciosos populares en los países desarrollados, provocan que superados los 45 años se considere un grupo propenso a contraer estos síntomas, siendo estas dolencias las principales causantes de muerte prematura.
Existen múltiples tratamientos para estas afecciones, los más populares hasta la fecha son los consistentes en la infusión de fármacos trombolíticos. Este tratamiento no es muy exitoso para, por ejemplo, casos de ictus graves, siendo incapaces de superar el 20% de personas a las que devuelven su independencia. Con esto se quiere decir, que a pesar de que el material que compone el coágulo se disuelva al actuar el fármaco, este se vuelve a generar y el tiempo que tarda en actuar puede causar lesiones neurológicas irreversibles.
Por tanto, los avances tecnológicos llevan a estudiar nuevas formas de tratamiento. Las más eficaces son las consistentes en catéteres y microcatéteres (para el caso de los vasos cerebrales). Frente al 25% de los vasos que se descongestionan con la técnica de infusión química, el cateterismo mecánico abre paso al flujo sanguíneo en caso un 90% de las aplicaciones. El porcentaje restante se debe a roturas arteriales que causan hemorragia, causadas por la elevada presión en el vaso o la dilatación elevada de las paredes arteriales o venosas.
El margen de mejora que presenta esta técnica puede ser reducido mediante el empleo de los conocimientos adquiridos en el ámbito ingenieril. Esto es así, teniendo en cuenta que las fuerzas que gobiernan el proceso de extracción son fundamentalmente de naturaleza mecánica o fluidomecánica.
Así mismo, la ingeniería mecánica tiende una ruta hacia un estudio no invasivo, con potencia para gestionar el gran volumen de datos que convergen en un sistema fisiológico y resolver los cálculos y relaciones de dependencia que dan sentido al sistema físico global. Todo esto es posible gracias a la simulación computacional.
La simulación en la rama médica está aún en vías de desarrollo, pues hacer un modelo completo conlleva tener en cuenta muchas variables relacionando los campos eléctrico, hidráulico y mecánico. Este estudio se puede simplificar acotando las variables de estudio y creando entornos generalistas en los que se estudie la variación de propiedades concretas.
En el caso de la trombectomía mecánica existen múltiples tipos de catererismos. La elección de cualquiera de ellos a la hora de simular cambiará las consideraciones tenidas en cuenta para elaborar el modelo.
Uno de los catéteres más seguros es el que emplea la técnica de succión para eliminar el material trombótico. El extremo que se introduce a través del sistema vascular tiene formas redondeadas y su contacto con las paredes no supone una sobrepresión crítica. Otros instrumentos de intervención presentan pinzas o diversas partes punzantes que disminuyen la eficacia de la técnica.
A pesar que la simulación del flujo succionado es de una elevada complejidad, el estudio de la técnica como un sistema de desplazamiento lineal facilita el estudio del sistema. Bien es cierto que se pierde información, como el comportamiento del vórtice que forma el fluido a la entrada del catéter o el desplazamiento circunferencial del trombo, pero sirve para predecir el comportamiento esperable ante variaciones de presión, fuerza de rozamiento o rigidez interna del mismo material trobólitico.
Utilizando un software académico como es Matlab® se elaborará un modelo en una dimensión que este compuesto de los principales elementos de interés en la técnica de intervención por tombectomía mecánica. Estos elementos serán una bomba con un volumen de fluido impulsado fijo, un catéter, una arteria y el trombo. Se fijará el estudio en el comportamiento de este último, prestando especial interés al modelo ideado para representar con la mayor fidelidad las variables que se modifican al variar la fuerza de succión en primera instancia y también la naturaleza del entorno en el que se encuentra alojado y la propia naturaleza del coágulo.