Tesis:
Estudio mecánico de las arterias coronarias humanas y sus sustitutos vasculares.
- Autor: CLAES, Els
- Título: Estudio mecánico de las arterias coronarias humanas y sus sustitutos vasculares.
- Fecha: 2010
- Materia: Sin materia definida
- Escuela: E.T.S. DE INGENIEROS DE CAMINOS, CANALES Y PUERTOS
- Departamentos: CIENCIA DE LOS MATERIALES
- Acceso electrónico: http://oa.upm.es/3859/
- Director/a 1º: GUINEA TORTUERO, Gustavo Victor
- Director/a 2º: ATIENZA RIERA,José Miguel
- Resumen: Las enfermedades coronarias son los problemas cardiovasculares más importantes y representan una de las primeras causas de muerte en los países desarrollados. Los problemas coronarios se originan básicamente por la obstrucción de las arterias coronarias. En muchos casos es necesario recurrir a procedimientos invasivos, como la angioplastia o la revascularización coronaria, para restablecer el flujo sanguíneo al corazón. En ambas intervenciones juega un papel decisivo el comportamiento mecánico de los materiales. Hasta ahora, la falta de datos sobre las propiedades mecánicas de los vasos sanguíneos y, en especial, de su rotura, ha dificultado el desarrollo de modelos numéricos que permitan predecir su comportamiento durante y después de intervenciones como las anteriormente citadas. El objetivo de esta tesis doctoral ha sido caracterizar y modelizar el comportamiento mecánico de las arterias coronarias humanas y los vasos más comúnmente utilizados en la revascularización coronaria (arterias radial y mamaria, y vena safena) con el fin de proporcionar parámetros mecánicos cualitativos y cuantitativos que ayuden a mejorar el diagnóstico y tratamiento de las enfermedades coronarias y el éxito de los procedimientos quirúrgicos. Se han realizado por primera vez ensayos mecánicos para caracterizar el comportamiento de la pared vascular de las arterias coronarias humanas, así como de otros vasos utilizados como injertos en la revascularización coronaria. Se hicieron ensayos de presurización y de tracción uniaxial y se midieron los ángulos de apertura en 8 arterias coronarias, 11 arterias radiales, 5 arterias mamarias y 9 venas safenas. También se prepararon muestras histológicas de los vasos ensayados para analizar su micro-estructura. Se han estudiado la geometría, la rigidez de los vasos y su comportamiento en rotura, buscando correlacionar sus valores con los datos microestructurales proporcionados por el análisis histológico de las paredes vasculares. En el ámbito de la modelización numérica, se implementaron dos modelos de material: el material isótropo de Yeoh y el material anisótropo mixto Holzapfel/Demiray. Una vez ajustados los dos modelos a los datos experimentales, se simularon los ensayos presión-diámetro comparando los resultados de la predicción numérica con el experimento para verificar su precisión. Una vez calibrado, el modelo numérico se utilizó para estudiar dos problemas clínicos reales que afectan a los procedimientos de la angioplastia y la revascularización coronaria. Durante una angioplastia es fundamental no generar un daño irreversible en la arteria nativa, ni llegar a provocar su rotura, sin embargo durante la intervención se suelen emplear presiones muy altas, varios órdenes de magnitud superiores a las presiones fisiológicas, para abrir la obstrucción de la coronaria. Los datos experimentales de rotura han permitido reproducir numéricamente el inflado del globo durante una angioplastia, estimándose las presiones y diámetros máximos que se pueden utilizar, en función de la rigidez del globo, para evitar el daño irreversible en la arteria nativa. En el caso de la revascularización coronaria, buena parte de su éxito depende de su similitud geométrica y mecánica, y del buen funcionamiento de la zona de unión. Se ha simulado el comportamiento de la zona de anastomosis en una revascularización coronaria término-terminal en función del tipo de vaso utilizado en el injerto, mostrando qué vasos se acoplaban mejor desde el punto de vista mecánico. Como conclusiones hay que resaltar que por primera vez se han obtenido datos experimen¬tales sobre el comportamiento mecánico y la rotura de arterias coronarias humanas, lo que ha permitido simular dos procedimientos clínicos de gran interés. Se ha observado que las arterias coronarias sufren una rigidización importante y una disminución de su resistencia durante el envejecimiento y que su pared arterial tiene un comportamiento moderadamente anisótropo con unas tensiones de rotura mayores en dirección longitudinal. El resto de vasos estudiados muestran valores de rigidez y de resistencia superiores a las arterias coronarias y presentan un comportamiento anisótropo mucho más acusado. En el estudio del estado general del vaso se ha constatado que, a diferencia de los demás vasos, el deterioro relacionado con la edad en las arterias coronarias es muy severo. Si bien los cambios observados con la edad (aumento de la rigidez, reducción de la resistencia y de la deformación residual) no se ven reflejados en una reducción de la cantidad de fibras elásticas, probablemente estén relacionados con la cualidad y la organización de dichas fibras. Las simulaciones numéricas de la angioplastia han mostrado que la flexibilidad del globo tiene una importancia decisiva en las tensiones y deformaciones producidas durante la intervención, siendo los globos rígidos los más agresivos desde este punto de vista. Además, se aporta una estimación de las presiones máximas a utilizar para evitar la rotura de la arteria coronaria nativa. En las simulaciones de la anastomosis término-terminal, si bien no se ha observado mucha diferencia entre las deformadas de los diferentes casos estudiados, se ha puesto de manifiesto que, dependiendo de los vasos utilizados como injerto, en la unión pueden desarrollarse tensiones elevadas. Atendiendo a la similitud con la arteria coronaria en las dimensiones y la rigidez, las arterias mamarias y las radiales son las más indicadas para el injerto. También las venas safenas poseen características geométricas y mecánicas compatibles, si bien su inestabilidad a medio y largo plazo, debido al fenómeno de arterialización, hace menos indicada su utilización desde el punto de vista mecánico.