Hasta hace pocos años, los niños que nacían con un solo ventrículo —cardiopatía congénita ventricular— tenían pocas probabilidades de sobrevivir. Ahora, gracias a los recientes avances diagnósticos y quirúrgicos, estos niños “con medio corazón” no sólo sobreviven sino que además pueden llevar una vida perfectamente normal. La cirugía preventiva a largo plazo es hoy una realidad que salva muchas vidas y la simulación de ingeniería tiene un papel relevante a la hora de incrementar su eficacia.
La simulación dinámica de fluidos computacional de ANSYS permite determinar los puntos óptimos de conexión vascular en cada pequeño paciente, basándose en la anatomía de su corazón. Esto permite individualizar cada intervención y maximizar el porcentaje de éxito.
En un corazón sano, el ventrículo izquierdo bombea sangre oxigenada al cuerpo y el ventrículo derecho bombea sangre pobre en oxígeno a los pulmones. Pero dos de cada mil bebés nacen con un solo ventrículo, de manera que la sangre rica y pobre en oxígeno se mezclan en el ventrículo único y esa mezcla es bombeada al resto del cuerpo, provocando síntomas como falta de aire, baja energía y un característico color azulado en las uñas y los labios (cianosis). Y si no se corrige mediante cirugía, esta excesiva carga en el ventrículo acabará provocando la muerte del bebé en menos de un año por una insuficiencia cardíaca.
Reconfigurar el corazón
Corregir los defectos de un corazón univentricular supone reconfigurar el sistema circulatorio para aliviar la carga sobre el ventrículo. El corazón seguirá bombeando sangre al cuerpo, pero la sangre que regresa después de oxigenar el organismo viajará directamente a los pulmones a través de conexiones entre arterias y venas, sin entrar en el corazón defectuoso. Este proceso de reconstrucción del área cardiaca se realiza en tres fases:
- En la primera fase, se equilibra el flujo sanguíneo de forma que una misma cantidad de sangre llegue al cuerpo y a los pulmones, uniendo la aorta con la arteria pulmonar para aumentar el flujo mediante una derivación. Esta operación (procedimiento Norwood) es paliativa y se realiza en recién nacidos.
- En la segunda fase, cuando el bebé tiene aproximadamente un año, las venas que drenan la sangre de la cabeza y la parte superior del cuerpo —vena cava superior izquierda y derecha— son desconectadas del corazón y se suturan directamente a la arteria pulmonar, que provee de sangre a los pulmones. Es el llamado proceso bidireccional de Glenn.
- En la última fase, denominada conexión cavopulmonar total o procedimiento Fontan, es la vena cava inferior la que se desconecta del corazón y se conecta a la arteria pulmonar, evitando que la sangre venosa pase por el ventrículo.
La simulación como solución para una cirugía individualizada
No obstante, los estudios clínicos han detectado una amplia variación en los índices de supervivencia a largo plazo y en los niveles de calidad de vida de estos pacientes. Una de las causas es la dificultad de hallar los puntos de conexión de los vasos óptimos en cada paciente, ya que depende de la fisonomía de cada corazón y de otras variables que afectan a su flujo sanguíneo.
La solución que encontraron en el Shanghai’s Children Medical Center fue utilizar el software de simulación de ANSYS. Mediante la simulación dinámica de fluidos computacional (CFD), los científicos de este prestigioso centro médico pueden realizar operaciones virtuales específicas para cada paciente, con sus particulares flujos sanguíneos y anatomía del corazón, para evaluar diferentes puntos de conexión entre las venas y la arteria pulmonar. Y, tras analizar los efectos de unas y otras conexiones, poder determinar con precisión qué configuración proporciona la máxima eficiencia para ese paciente concreto.
El proceso comienza con una serie de resonancias magnéticas del corazón del niño, a partir de las cuales se realiza una exacta reconstrucción en 3-D de su anatomía vascular. Sobre este corazón tridimensional se practican las distintas operaciones virtuales para conectar venas y arterias. En este paso del proceso, el software de simulación de ANSYS permite ir probando diferentes puntos de conexión y su comportamiento ante distintas variables (potencia y velocidad del flujo sanguíneo, niveles de presión en venas y arterias, etc.). Tras un análisis exhaustivo de los resultados, ya se puede determinar la configuración óptima de las conexiones vasculares para el paciente, con un alto grado de efectividad. Una labor preventiva que está ayudando a muchos niños con esta cardiopatía a llevar una vida normal. Se ha conseguido no sólo que vivan, sino que además mejoren su calidad de vida.
