• Mié. May 22nd, 2024

Combinan mecánica de fluidos con medicina para predecir comportamiento de aneurismas

El doctor Carlos Escobar del Pozo, investigador de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica (FIME) de la Universidad de Colima, explicó la relación entre el estudio de la corriente de un río y el torrente sanguíneo, así como la conexión entre la ingeniería mecánica y la medicina, específicamente en el caso de los aneurismas. Según el doctor Escobar, ambos fenómenos comparten la propiedad de la viscosidad; es decir, el movimiento y la resistencia que presentan los fluidos, lo cual los convierte en temas de investigación en el campo de la mecánica.

La viscosidad, que es una propiedad fundamental de los fluidos, se refiere a la resistencia que presentan las sustancias para fluir y sufrir deformaciones.

Durante su conferencia: “También hay ingeniería mecánica en medicina”, que dictó como parte del 40 aniversario de realizar investigación en la Universidad de Colima, el doctor Escobar explicó que la mecánica se ocupa del estudio del movimiento, lo cual puede aplicarse a diversos objetos, como una taza de café o un avión, para mejorar su rendimiento. En el ámbito de la medicina, la mecánica de fluidos es útil para mejorar aspectos como el tiempo de natación o el flujo sanguíneo.

Para comprender cómo se relaciona la mecánica de fluidos con la medicina y los aneurismas, el investigador explicó 3 conceptos clave: el esfuerzo cortante, que se produce cuando un cuerpo se opone al paso de otro (por ejemplo, en los sólidos, una persona que prepara raspados genera este esfuerzo al usar una herramienta que va en sentido opuesto al hielo); el flujo laminar, que se refiere a una sustancia que fluye como sobre un hilo; y el flujo turbulento, que se asemeja a un remolino. Distinguir estos conceptos resulta fundamental para comprender cuestiones biológicas relacionadas.

El Dr. Carlos Escobar explicó cómo funciona la sangre. Dijo que los glóbulos rojos, los glóbulos blancos y las plaquetas son los componentes responsables de su funcionamiento. Estos elementos viajan a través de las arterias, que pueden tener dimensiones que van desde 2 centímetros hasta 5 micras (es decir, 0.005 milímetros).

Para que la sangre pueda fluir de espacios más amplios a otros más pequeños, como ocurre con los glóbulos rojos, que tienen un diámetro de 8 micras, éstos se alinean y deforman. La viscosidad de la sangre es lo que permite que fluya constantemente sin importar el tipo de vía por la que circule. Sin este comportamiento, habría graves problemas de presión arterial. Por lo tanto, los glóbulos rojos se reacomodan y deforman a medida que pasan por las diferentes vías del cuerpo.

La labor del investigador, comentó, de sus estudiantes y colaboradores, consiste en comprender no sólo la composición de la sangre, sino también describirla matemáticamente mediante la reología, una rama de la física que estudia el modo en que los materiales se deforman o fluyen en respuesta a fuerzas o tensiones aplicadas. Este tipo de estudios se realizan en el Laboratorio de Termofluidos de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica.

Para este equipo de investigación es importante aplicar sus conocimientos en beneficio de la salud, por lo que su principal objetivo es el estudio de los aneurismas, que son abultamientos o hinchazones en una arteria causadas por problemas de elasticidad en las paredes; “nos interesan los aneurismas aórticos e intracraneales, que se asocian con derrames cerebrales. Las personas que los padecen presentan una tasa de supervivencia estimada del 50 por ciento, y aquellos que sobreviven quedan con una calidad de vida deteriorada”.

Explicó que en su laboratorio solicitan tomografías y angiografías a los médicos para reconstruir los órganos mediante técnicas de modelado en 3D y simulación numérica. Utilizan modelos transparentes para visualizar lo que ocurre dentro de los aneurismas y aplican diversas técnicas de administración de flujo, como el uso de tinta para medir la velocidad y el comportamiento del flujo dentro del aneurisma. Estudian aspectos como la dirección del flujo, la interacción con las paredes y las características hemodinámicas, ya que se ha observado que estos se relacionan con el crecimiento y la ruptura de los aneurismas.

“Determinar si el flujo dentro del aneurisma es laminar o turbulento es de gran importancia, ya que esto tiene implicaciones en la formación de vórtices, que pueden erosionar, arrastrar o depositar material en las paredes del aneurisma”, agregó. Además, a través de la simulación numérica, pueden observar lo que ocurre dentro del aneurisma sin la necesidad de intervenir directamente en pacientes, lo cual resultaría complicado y costoso. Esta simulación permite explicar lo que sucede en el interior del aneurisma y proporciona información valiosa para los médicos, como el esfuerzo cortante ejercido por la sangre en las paredes y otras variables relacionadas con la velocidad y el flujo.

El doctor Carlos Escobar resaltó la importancia de determinar la probabilidad de ruptura de un aneurisma, lo cual brinda una visión más completa a los médicos sobre la situación de sus pacientes; “hasta ahora, el laboratorio universitario ha logrado una precisión del 82 por ciento en la predicción de rupturas de aneurismas, lo cual es prometedor, pero aún buscamos mejorar esta cifra. El objetivo es proporcionar datos basados en la mecánica a la comunidad médica, para contribuir en la toma de decisiones clínicas”.

En resumen, la investigación en el Laboratorio de Termofluidos de la FIME se enfoca en comprender la relación entre la mecánica de fluidos y los aneurismas, utilizando técnicas de modelado y simulación para analizar el comportamiento del flujo sanguíneo y predecir la probabilidad de ruptura de los aneurismas. Este enfoque multidisciplinario permite combinar los conocimientos de la ingeniería mecánica con la medicina, con el fin de mejorar el diagnóstico y tratamiento de estas condiciones médicas.

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