Ecuaciones matemáticas que sirven para estudiar enfermedades cardiacas

La sangre es el combustible del corazón, y éste, la máquina natural sin la cual el ser humano no existiría. Estudiar el origen de las enfermedades cardiacas desde la perspectiva de la física es el objetivo de un proyecto interdisciplinario desarrollado por el Instituto Venezolano de Investigaciones Científicas (IVIC) en el estado Mérida.

Para ello, es necesario entender el comportamiento de ese líquido rojo mientras circula por los vasos sanguíneos, analizando las propiedades que lo caracterizan como un fluido, explicó el investigador y jefe del Laboratorio de Fluidos del Centro Multidisciplinario de Ciencias del IVIC y coordinador de la propuesta, Alejandro Acevedo.

El fin es reproducir, con herramientas computacionales, el flujo de la sangre a través de las arterias adyacentes al corazón, tanto en personas sanas como en pacientes con daños cardiacos, utilizando ecuaciones matemáticas de la dinámica de fluidos. Esta subrama de la física se encarga de estudiar los medios continuos sin forma definida cuando se encuentran en movimiento.

El investigador del IVIC Alejandro Acevedo, afirmó que existe un programa informático desarrollado en software libre y código abierto (OpenFOAM) con el cual le gustaría trabajar la simulación del flujo de la sangre porque “es 100 por cien modificable para adaptarlo a los requerimientos del cálculo y está basado en volúmenes finitos, es decir, permite resolver las ecuaciones de Navier-Stokes que describen el movimiento de los fluidos”, dijo.

La sangre tiene dos fases: una sólida, donde se almacenan los glóbulos blancos, glóbulos rojos y plaquetas; y otra líquida, formada por el plasma sanguíneo. Las propiedades físicas de la sangre -tales como la densidad, temperatura, velocidad y pH- harán que la misma transite fácilmente por el cuerpo o, por el contrario, halle obstáculos a su paso.

El bombeo del corazón también es una variable a considerar al momento de modelar la fluidez de la sangre. Según Acevedo, es necesario definir el perfil de velocidades iniciales de la sangre en ese órgano vital.

“Cada movimiento de sístole (contracción) y diástole (relajación) impulsa sangre y ese impulso genera un determinado perfil de velocidades, el cual condicionará la evolución del flujo sanguíneo. Si la velocidad inicial es muy rápida y dependiendo de la geometría de las arterias, estas podrían atascarse o incluso romperse. Con una tomografía computarizada (TC) es posible obtener esta información”, aclaró el especialista del IVIC.

Rumbo al cerebro

Aunque en general es la misma en los individuos, la geometría arterial -la manera como se organizan las arterias- puede variar de acuerdo al régimen alimenticio, la actividad física y el grado de acumulación de grasa corporal que posea, entre otras variables.

Según la Organización Mundial de la Salud (OMS), los ataques al corazón ocurren frecuentemente como consecuencia de obstrucciones de los vasos sanguíneos que impiden el paso normal de la sangre; la más frecuente es la formación de depósitos de grasa en las paredes de esas cavidades.

De hecho, la OMS sostiene que la gran mayoría de las enfermedades cardiovasculares pueden prevenirse si se reduce o elimina el consumo de tabaco, se practica una dieta sana y se mejoran los índices de obesidad, ejercitación, hipertensión arterial, diabetes o lípidos.

Además del flujo sanguíneo que entra y sale del corazón, la dinámica de fluidos sirve para modelar otro tipo de patologías, como los accidentes cerebrovasculares, es decir, causados por la interrupción del flujo de la sangre al cerebro debido a rotura u obstrucción de las arterias. Esta constituiría la segunda fase del proyecto de investigación.

En vista de la importancia de este proyecto para la salud de la población, Acevedo invitó a expertos del área médica (específicamente cardiólogos), adscritos a los distintos centros u hospitales del país, a participar como colaboradores de su investigación.

(IVIC/DICYT)