Una mirada ingeniera sobre el cuerpo humano ve la sangre como un líquido viscoso, que atiende a la mecánica de fluidos; observa los huesos como si fueran las vigas y los pilares de un edificio; identifica los nervios —conductores de impulsos eléctricos— con el complejo cableado de una casa; o ve en la red neuronal del cerebro el circuito impreso de una computadora. Y del mismo modo que la ingeniería civil puede calcular cómo se comportará un puente antes de construirlo, la ingeniería biomédica predice cómo lo hará el sistema circulatorio. Un pronóstico muy útil para resolver con éxito algunos de los problemas médicos más complejos, como la evolución de un aneurisma, el resultado de un operación a corazón abierto o los pasos a seguir ante un ictus.
“Es posible modelizar el aparato circulatorio gracias al avance de las teorías de cálculo y al desarrollo de potentes ordenadores. Por tanto puede simularse su comportamiento, lo que ayudará a los cardiólogos a tomar decisiones más precisas”, asegura a OpenMind Fermín Navarrina, catedrático y doctor ingeniero de la Escuela Técnica Superior de Caminos, Canales y Puertos de la Universidad de A Coruña (España).
Aunque la simulación personalizada del flujo sanguíneo de un paciente todavía está empezando, ya es útil en múltiples escenarios. Por ejemplo, permite saber cómo se comportará un implante vascular o los lugares con mayor probabilidad de generar trombos tras una cirugía de bypass. También, guía a un cirujano, para indicarle cuál es la mejor solución frente a una operación cardíaca compleja.
Simulación del flujo sanguíneo
La primera intervención quirúrgica del mundo en usar la simulación computerizada del flujo sanguíneo tuvo lugar en 2015, gracias a los cálculos de Alberto Figueroa, profesor de Ingeniería Biomédica y Cirugía Cardiovascular en la Universidad de Michigan (EE.UU). Desde entonces su equipo ha participado en decenas de operaciones experimentales similares. “Las intervenciones más habituales en las que trabajamos son en pacientes que nacieron con un solo ventrículo, a los que en su momento se les practicó una cirugía de urgencia. Lo que suele ocurrir es que a los 15-20 años vuelven a presentar síntomas de su problema congénito. Así que lo que hacemos en el quirófano es una corrección de aquella cirugía original, porque entonces no había ni el conocimiento, ni la tecnología, ni la técnica para planificar esa operación de la manera más óptima”, explica Figueroa a OpenMind.
Para poder hacer las simulaciones del sistema circulatorio de una persona es fundamental la toma de datos previa. «Los datos que necesitamos son sobre la anatomía y la hemodinámica del paciente. La anatomía se obtiene con un TAC (Tomografía Axial Computerizada) o con una resonancia magnética; que en esencia proporcionan algo muy parecido, es decir, una foto tridimensional del interior de la persona. Sobre la hemodinámica, necesitamos información de la velocidad sanguínea, que nos la da la resonancia magnética, y de la presión, que se consigue con la introducción de un catéter en el paciente», detalla Figueroa.
Tras la obtención de esos números, el siguiente paso, el más complejo, es desarrollar un modelo informático que se comporte igual que el sistema circulatorio del paciente. Una vez conseguido, empieza la planificación virtual de la operación. “El cirujano cardíaco que va a operar es el que nos indica las diferentes alternativas en las que ha pensado, y nosotros las probamos en nuestro modelo para determinar cuál se comporta mejor desde el punto de vista hemodinámico”, relata Figueroa. Aunque insiste: “Todo esto todavía es un proceso experimental”.
En un intento de diseminar conocimiento y que sus trabajos sean usados por la mayor cantidad de investigadores posibles, Figueroa está desarrollando un software de código abierto llamado CRIMSOM (Cardiovascular Integrated Modeling and Simulation). “Queremos hacerlo público a finales de 2018”, dice. El objetivo último es lograr que los cirujanos realicen operaciones quirúrgicas virtuales para elegir la mejor opción posible antes de llevar a cabo la intervención real.
Modelos del corazón
El desarrollo de una aplicación informática que simule de forma específica el corazón de un paciente es un reto que el equipo de trabajo de Navarrina tiene en mente. “Llevamos trabajando casi 30 años en resolver problemas que se denominan de electrocinética, es decir, de electricidad en movimiento. Uno de los proyectos de investigación que estamos poniendo en marcha pretende aprovechar ese conocimiento”, informa el catedrático. “El corazón funciona a partir de impulsos eléctricos que se pueden registrar en un electrocardiograma. Aunque todavía estamos en una fase muy temprana, el objetivo final de nuestro proyecto sería averiguar cuáles son las zonas dañadas de un corazón enfermo a partir de su electrocardiograma, gracias a la realización de modelos de comportamiento de ese órgano”, cuenta Navarrina.
Figueroa tiene claro que el futuro de la medicina pasa por la simulación del comportamiento del cuerpo humano antes de tomar muchas decisiones médicas: “Yo no tengo ningún tipo de duda de que dentro de 50, 100, 150 años… mirarán atrás a cómo hacemos las cosas ahora con un poco de horror. Parecido a como nosotros miramos a la Edad Media, cuando intentaban curar al paciente con sangrías. En parte, porque todavía estamos desarrollando todas estas herramientas, pero también porque aún hay una desconexión grande entre la forma en que la ingeniería y la medicina afrontan los problemas”. Navarrina concluye: “Estamos ante un campo infinito que apenas acaba de empezar”.
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