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Un equipo de científicos del Instituto Interuniversitario de Investigación en Bioingeniería y Tecnología Orientada al Ser Humano (I3BH) de la Universidad Politécnica de Valencia, dirigidos por los profesores José Mª Ferrero Loma-Osorio y Javier Sáiz Rodríguez, en colaboración con el Grupo de Estructuras y Modelado de Materiales de la Universidad de Zaragoza, ha desarrollado un corazón virtual –se trata de una simulación por ordenador en tres dimensiones- que permite analizar y estudiar los mecanismos básicos que generan las arritmias cardiacas. Los resultados de esta investigación fueron publicados el año pasado en la revista Annals of Biomedical Engineering.
El “corazón virtual”, reconstruido a partir de complejos sistemas de ecuaciones matemáticas, simula el comportamiento eléctrico del órgano vital. “El corazón es un tejido biológico, pero si lo analizas desde el punto de vista de la ingeniería, se trata de un aparato eléctrico y mecánico. De hecho, una arritmia no es más que un desorden eléctrico del funcionamiento del corazón”, apunta José Mª Ferrero, investigador del Grupo de Bioelectrónica del I3BH que ha coordinado este proyecto.
Así, con este corazón virtual se puede investigar hasta el más mínimo detalle lo que ocurre en cada célula del órgano, para determinar las causas que generan la arritmia y, a partir de ahí, intentar mejorar las terapias que existen contra estas anomalías cardiacas.
Ecuaciones y células
Con la ayuda de médicos, electrofisiólogos y cirujanos del Hospital Clínico Universitario de Valencia y del Hospital General Universitario de Valencia, los investigadores de la UPV estudiaron los principios básicos del funcionamiento del corazón, traduciéndolos a complejos sistemas de ecuaciones matemáticas. A partir de estas ecuaciones, generaron el programa que permite simular en tres dimensiones el corazón y los diferentes comportamientos anómalos en su funcionamiento. Gracias a él, se puede obtener una descripción totalmente detallada de cómo está funcionando cada célula del corazón, cuál es su potencial eléctrico, las corrientes iónicas, etc.
Los investigadores de la UPV han desarrollado un modelo matemático, geométrico y anatómico de las aurículas y ventrículos. Además, la herramienta informática incluye la programación de todos los sistemas de ecuaciones que expresan el funcionamiento eléctrico de las aurículas y ventrículos.
“Con un modelo de este tipo puedes relacionar lo que está pasando en lo microscópico, que es la célula, con lo que está pasando en lo macroscópico, que es el corazón.De este modo, podemos comprender mejor el origen, mantenimiento y fin de las arritmias, complementando la información que se obtiene en los experimentos en laboratorio realizados por los electrofisiólogos”, señala José María Ferrero.
Arritmias por reentrada
Su estudio se ha centrado fundamentalmente en las arritmias por reentrada. Estas aparecen casi siempre como consecuencia de una isquemia, que se produce cuando hay una parte del corazón a la que deja de llegarle sangre, justo lo que ocurre antes de un infarto de miocardio.
“Nosotros hemos estudiado cómo evoluciona la probabilidad de que un paciente sufra una arritmia desde el instante mismo en que se produce la oclusión coronaria y en los primeros diez minutos. Hemos observado con el corazón virtual algo que experimentalmente también se sabe: la probabilidad de que aparezcan arritmias sube y luego baja. Hemos estado investigando los mecanismos íntimos de por qué ocurre esto y por lo tanto viendo qué canales iónicos son los responsables de que aparezca esa probabilidad alta de sufrir una arritmia mortal”, explica José María Ferrero.
Por otro lado, los investigadores de la Politécnica están estudiando también el efecto de mutaciones en los genes. Según explica Ferrero, hay individuos que tienen determinadas mutaciones en sus genes que les hace ser más propensos a sufrir arritmias. “Lo que se puede hacer es coger las ecuaciones del funcionamiento eléctrico del corazón y meter modificaciones derivadas de mutaciones genéticas. De esta manera se puede simular las arritmias, ver qué mutaciones tienen un mayor efecto proarrítmico”, concluye José María Ferrero.
La Fundación BBVA ha galardonado al informático japonés, de la Universidad Carnegie Mellon (EE UU), por crear los algoritmos que permiten a las máquinas comprender las imágenes y procesar los movimientos. Sus técnicas están presentes en los coches autónomos, los drones y todos los robots con capacidad de visión, como los que se usan en cirugía.
Investigadores de la Universidad de León han aplicado redes neuronales artificiales a imágenes captadas con drones para reconocer, con un 95 % de acierto, la huella que dejaron las explotaciones auríferas de los romanos en el noroeste peninsular. El sistema se puede aplicar para reducir los riesgos asociados a las minas abandonadas, que causan pérdidas humanas y económicas en todo el mundo.
