Caracterización del flujo pulsante vascular mediante observaciones in vitro en modelos biológico y mecánico / Characterization of the vascular pulsatile flow through in vitro observations on biologic and mechanical models

Objetivo: Tras las evidencias acumuladas con el uso de dispositivos de asistencia circulatoria de flujo pulsante y continuo, surge la polémica sobre los efectos del tipo de flujo en el sistema circulatorio. Este artículo propone la caracterización del flujo pulsante en conductos elásticos, para analizar la influencia de la pulsación en el sistema y entender las peculiaridades del flujo en el lecho vascular. Métodos: Utilizando un dispositivo de bombeo tipo saco elástico de accionamiento neumático, se procedió a la observación visual e instrumental del flujo a través de conductos tanto flexibles (vaso venoso bovino) como rígidos (tubo plástico), y se analizaron las características biomecánicas de la pulsación en ambos. Resultados: Basado en la observación experimental y el análisis biomecánico del flujo pulsante en un conducto elástico, se caracterizó el patrón de la pulsación y se planteó un modelo que explica la influencia de la pulsación en el sistema vascular y los efectos de su ausencia. El modelo propuesto incluye la condición general de flujo (componente mecánico) y su aplicación al sistema vascular (componente fisiológico). Conclusiones: El modelo planteado permite determinar la relación entre las condiciones del flujo y la reacción de la pared, así como unificar la interpretación de factores fluido-dinámicos involucrados a la vez, que advierte sobre los efectos del cambio de flujo y su significado en lo que sería la operación de dispositivos de asistencia circulatoria.

Objective: The evidence accumulated on the use of pulsatile and non-pulsatile flow-dependent devices raises a controversy concerning the effects of the flow type on the Circulatory system. This paper proposes to characterize the properties of pulsatile flow in elastic conduits in order to determine how the pulse affects the system and to determine the specific details of the flow in the vascular bed. Methods: The biomechanical properties of pulsatile flow were measured on flexible (calf venous vessel), and rigid (plastic pipe) conduits in which the flow was implemented using a pneumatic elastic sack-like pumping device. Results: The experimental data and the biomechanical analysis of the pulsing flow was used to determine the flow pattern in order to develop a mechanical model explaining the effects of the pulse on the vascular system. The resulting model includes the flow's general condition (mechanical component) and its effects on the vascular system (biological/physiological component). Conclusions: The model proposed here allows determining the relationship between the flow conditions and the reaction on the wall; it also allows unifying the interpretation of fluid-dynamic factors affecting these phenomena and represents a warning system about the effects of flow changes on the operation of circulatory assistance devices.

Biomecánica de la asistencia cardiocirculatoria / Biomechanics of cardiac-circulatory assistance / Biomecânica da assistência cardio-circulatória

Desde que se estableció el trasplante cardíaco como procedimiento estándar para el tratamiento de la falla cardíaca terminal, la poca disponibilidad de donantes se convirtió en su mayor limitante ante la creciente demanda. Esta situación, concomitante con los acertados resultados obtenidos con los dispositivos de asistencia cardiocirculatoria mecánica (MCCAD, Mechanical Cardiac-Circulatory Assist Devices), promovió el uso de éstos como una opción, tanto para mejorar la tasa de sobrevida como la calidad de vida de los pacientes con insuficiencia cardíaca avanzada. La tecnología ofrece hoy una amplia gama de MCCAD, con diversas características y especificaciones de aplicación, que van desde los implantados por vía percutánea y quirúrgica, hasta los de uso transitorio de corto y largo plazo, los de soporte a un ventrículo y el reemplazo definitivo del corazón. Desafortunadamente, en este entorno terapéutico, los avances logrados con los dispositivos mecánicos se han evaluado desde un enfoque fisiológico, dejando de lado el aspecto biomecánico; este análisis limitado trae como consecuencia que la respuesta terapéutica no sea siempre exitosa o en algunos dispositivos hayan sido mayores sus impedimentos de aplicación que los beneficios. De esta manera, es fundamental hacer un análisis integral de estas técnicas, que incluya su entorno biomecánico, para comprender completamente su funcionalidad y aprovechar el potencial que han mostrado estos dispositivos médicos en la asistencia cardiocirculatoria.

Since the transplant as standard procedure for heart failure treatment was established, the few donors' availability turned into biggest limitation in view of the increasing demand. This situation, concomitant with the relevant results obtained with mechanical cardiac-circulatory assist devices (MCCAD), promoted the use of these devices as an option so much to improve the survive as the quality of life of the patients with advanced heart failure. The medical technology offers nowadays a wide range of MCCAD, with diverse characteristics and specifications of application. Which go from the fixings for percutaneous way up to the surgical one, those of transitory use of shortly up to long term, and those of support to a ventricle up to the definitive substitution of the heart. Unfortunately, the advances achieved in the treatment of the heart failure with the mechanical devices have been evaluated only in the physiological environment, leaving of side the biomechanical aspect, for what seems that its therapeutic results not always are successful or are its impediments of application major than the benefits. It is fundamental to do an integral analysis of this cardiac therapy, which includes the biomechanical environment, to understand its functionality and to make use of the potential that these medical devices have showed in the cardiac-circulatory assistance.

Desde a criação do transplante, como procedimento padrão para tratamento da insuficiência cardíaca terminal, a limitada disponibilidade de doadores tornou-se seu maior limitação à demanda crescente. Esta situação, concomitante com os bons resultados obtidos com os dispositivos de assistência circulatória mecânica (MCCAD, Mechanical Cardiac-Circulatory Assist Devices) promoveu o uso desses dispositivos como uma opção, tanto para melhorar a sobrevida como a qualidade de vida dos pacientes com insuficiência cardíaca avançada. A tecnologia hoje oferece uma ampla gama de MCCAD, com diferentes características e especificações de aplicação, que vão desde aquelas implantadas por via percutânea e cirúrgica, até o uso transitório de curto e de longo prazo, aqueles de assistência ventricular, e a substituição definitiva do coração. Infelizmente, nesse ambiente terapêutico, os progressos no tratamento da insuficiência cardíaca com os dispositivos mecânicos têm sido avaliados a partir de uma abordagem fisiológica, deixando de lado o aspecto biomecânico; isso resulta em uma análise limitada que a resposta terapêutica nem sempre é bem sucedida ou em alguns dispositivos ter sido maior a sua deficiente aplicação que os benefícios. É fundamental fazer uma análise integral desta terapia cardíaca o que inclui o ambiente biomecânico, para compreender a sua funcionalidade e fazer uso do potencial que têm demonstrado estes dispositivos médicos na assistência cardio-circulatória.

Evaluación hidromecánica de venas yugulares bovinas frescas y fijadas en glutaraldehído para uso como bioimplante cardiovascular / Hydromechanical evaluation of bovine jugular veins fixed in glutaldehyde for its use as cardiovascular implant

Muchas de las enfermedades cardiovasculares congénitas pueden intervenirse mediante cirugía, con implantes biológicos o artificiales, lo cuales permitirán restablecer la funcionalidad del sistema cardiovascular. Por sus propiedades, los injertos biológicos procedentes de donantes cadavéricos (homoinjertos) son los más apropiados para cirugías reconstructivas del tracto de salida ventricular, pero infortunadamente son difíciles de adquirir ya que se obtienen de donantes con pocas semanas de nacidos, pretendiendo que se correlacionen con las dimensiones y geometría de la estructura nativa a reparar. Con este proyecto se evaluó el comportamiento hidrodinámico de tramos valvulados de venas yugulares bovinas, obtenidas en la Central Ganadera de Medellín, montando el segmento venoso de estudio en un banco de pruebas que emulaba las condiciones del tracto de salida del ventrículo derecho y tronco de la pulmonar, con el fin de analizar su comportamiento en condiciones similares a las que debe afrontar el vaso como bioimplante en la corrección de alteraciones cardiovasculares congénitas en neonatos y niños.

Many congenital heart diseases may be treated surgically with biological or artificial implants that will allow the restoration of cardiovascular system functionality. Due to its properties, the biologic implants obtained from dead donors (homografts) are the most appropriate for ventricular output reconstructive surgeries. Unfortunately, these are difficult to acquire, because they are obtained from newborn donors and may be correlated to the dimensions and geometry of the native structure to be repaired. This project evaluated the hydrodynamic behavior of valvular segments of bovine jugular veins (obtained from the Livestock Central in Medellin), mounting the venous segment on a test bank that simulated the right ventricle output tract and the pulmonary trunk, in order to analyze its behavior in similar conditions to those that the vessel must face as bio-implant in the correction of congenital cardiovascular alterations in newborns and infants.