Cell culture: a promising environment for research on cardiology / Cultivos celulares: un entorno promisorio para la investigación en cardiología

Abstract At present, tissue engineering is transforming the area of cardiovascular regenerative medicine, which combines the principles and methods of materials engineering and biological sciences, interacting with biochemical and physicochemical factors, for the understanding of their structure-function relationship. Thus, the course of diseases is reoriented by implementing methods and procedures involved in the regeneration of organs and tissues by means of the interaction with biocompatible matrices, pre-treated organs or stem cell management, among others, thus recovering the functionality in the system affected by acquired pathologies, alterations or congenital defects. Consequently, these procedures are increasingly becoming one the most promising treatment alternative for patients who suffer from any type of functional deficit. Known that all these possibilities make cell cultures a promising study environment to be used in biomedical applications, especially in tissue engineering and regenerative medicine, this manuscript presents a general reviews of established cell lines or primary tissue lines and how cell cultures serve as a model before experimental work on laboratory animals and human subjects which makes it a valuable tool for broad models of study in the research on cardiology.

Resumen En la actualidad, la ingeniería de tejidos está transformando el área de la medicina regenerativa cardiovascular, combinando los principios y métodos de la ingeniería de materiales y las ciencias biológicas, interactuando entre factores bioquímicos y fisicoquímicos, para la comprensión de su relación estructura-función. Así, el curso de las enfermedades se viene a reorientar mediante la implementación de métodos y procedimientos implicados en la regeneración de órganos y tejidos a través de la interacción con matrices biocompatibles, órganos pretratados o manejo de células madre, entre otros, recuperando así la funcionalidad en el sistema afectado por enfermedades adquiridas y alteraciones o defectos congénitos. En consecuencia, estos procedimientos se están convirtiendo en una de las alternativas de tratamiento cada vez más prometedoras para los pacientes que sufren de algún tipo de alteración funcional. Considerando que todas estas posibilidades hacen de los cultivos celulares un entorno de estudio prometedor para ser utilizado en aplicaciones biomédicas, especialmente en ingeniería de tejidos y medicina regenerativa, este manuscrito presenta una revisión general de las líneas celulares establecidas o líneas de tejido primario y cómo los cultivos celulares sirven como modelo de evaluación antes del trabajo experimental en animales de laboratorio y sujetos humanos, lo cual los convierte en una herramienta valiosa para amplios modelos de estudio en la investigación en cardiología.

Propuesta de modelo de trauma vascular mediante la caracterización mecánica de prótesis endovasculares (stents) a través del análisis estructural con técnicas FEA / Proposed model of vascular trauma by mean of mechanical characterization of endovascular prostheses (stents) based on structural analysis by FEA

Resumen Objetivo Tras las evidencias acumuladas mediante el uso de técnicas de angioplastia con stents, surge la polémica sobre los factores que inciden en la respuesta final, ya que hay estudios que reportan reestenosis de la luz en el 30-40% alrededor de 6 meses luego de ser implantados, vinculándose como una de las causas al diseño del dispositivo. Este artículo propone la caracterización funcional de stents endovasculares, analizando su influencia mecánica en el sistema vascular y prediciendo los factores de trauma implícitos en el lecho de los vasos. Métodos Utilizando modelos computacionales de prótesis endovasculares tipo stents, mediante técnicas Finite Elements Analysis, se procedió al análisis estructural de dichos dispositivos con el fin de predecir el comportamiento mecánico y el trauma vascular. Para ello, las prótesis fueron consideradas estructuras tubulares compuestas por múltiples eslabones que están sometidos a cargas de presión, que se reflejan como concentradores de esfuerzos. Resultados El estudio permitió visualizar cómo se ajusta la geometría del stent a las diferentes cargas, obteniéndose una aproximación a la respuesta de interacción "sólido-sólido" entre el stent y la pared arterial. Así, se caracterizó el patrón de esfuerzos y se planteó un modelo conceptual que explica su incidencia mecánica en la interacción stent-vaso, para inferir en la funcionalidad del diseño del dispositivo. Conclusiones El modelo conceptual planteado permite determinar la relación entre las condiciones de interacción mecánicas del stent, y advierte sobre los efectos en lo que sería la operación del dispositivo en el ambiente vascular.

Abstract Objective The accumulated evidence on angioplasty techniques with stents has raised a controversy about the factors that influence the final vascular response. Indeed, several studies have shown there might be re-stenosis between 30% to 40% about 6 months after placement, relating to the design of the device as one of the main causes. This paper proposes the functional characterization of endovascular stents, analyzing its mechanical influence in the vascular system and predicting implicit traumatic factors in the vessel. Methods A structural analysis was made for several computational models of endovascular stents using Finite Element Analysis in order to predict the mechanical behavior and the vascular trauma. In this way, the stents were considered as tubular devices composed of multiple links under radial pressure loads, reflecting stress concentration effects. Results The analysis allowed to visualize how the geometry of stents is adjusted under several load conditions, in order to obtain the response of "solid-solid" interaction between the stent and the arterial wall. Thus, an analysis was performed in order to calculate stress, and a conceptual model that explains its mechanical impact on the stent-vessel interaction, was raised, to infer on the functionality from the design of the devices. Conclusions The proposed conceptual model allows to determine the relationship between the conditions of mechanical interaction of the stents, and warns about the effects in what would be the operation of the device on the vascular environment.

IDENTIFICACIÓN DE ZONAS SUSCEPTIBLES DE ABLACIÓN EN FIBRILACIÓN AURICULAR PERMANENTE IMPLEMENTANDO ENTROPÍA APROXIMADA EN UN MODELO 2D / IDENTIFICATION OF TARGET SITES FOR ABLATION DURING PERMANENT ATRIAL FIBRILLATION IMPLEMENTING APPROXIMATE ENTROPY IN A 2D MODEL / IDENTIFICAÇÃO DE ÁREAS SUSCETÍVEIS DE ABLAÇÃO PERMANENTE DE FIBRILAÇÃO ATRIAL NA IMPLEMENTAÇÃO ENTROPY APROXIMADO UM MODELO 2D

La fibrilación auricular (FA) es la arritmia cardiaca más común. La ablación con catéter se ha convertido en la principal estrategia terapéutica para el tratamiento de la FA paroxística, sin embargo, los resultados en FA permanente no son completamente satisfactorios. Se propone la ablación de los electrogramas auriculares complejos fragmentados (CFAE) para la terminación de un rotor como mecanismo de mantenimiento de FA permanente. El objetivo de este trabajo es caracterizar los CFAE mediante la implementación de entropía aproximada (ApEn) y correlacionarlos con el tip de un rotor simulado. Para esto, se desarrolló un modelo 2D de tejido de aurícula humana bajo condiciones de FA permanente; se registraron electrogramas unipolares durante la actividad del rotor y se desarrolló un algoritmo para la medida de ApEn. La ApEn permitió localizar los CFAE con una alta precisión y relacionarlos con el tip del rotor. Por lo que este índice podría ser muy eficaz en la identificación de zonas susceptibles de ablación.

Atrial fibrillation (AF) is the most common cardiac arrhythmia. Catheter ablation has become the main therapeutic strategy for the treatment of paroxysmal AF, however, results in permanent AF are not completely satisfactory. Ablation of complex fractionated atrial electrograms (CFAE) is proposed for the termination of a rotor as mechanism of permanent AF maintenance. The aim of this work is to characterize the CFAE by implementing approximate entropy (ApEn) and to correlate with the tip of a simulated rotor. For this, a 2D model of human atrial tissue under permanent FA conditions was developed. Unipolar electrograms were recorded during the rotor activity and an algorithm to measure ApEn was developed. The ApEn allowed locate the CFAE with high precision and relate them to the tip of the rotor. So this index could be very effective in identifying target sites for ablation.

A fibrilação atrial (FA) é a arritmia cardíaca mais comum. A ablação por cateter tornou-se a principal estratégia terapêutica para o tratamento da fibrilação atrial paroxística, no entanto, resulta em FA permanente não são completamente satisfatórios. Ablação de fones de ouvido eletrocardiogramas complexos fragmentada (CFAE) para a conclusão de um rotor como um mecanismo de manutenção da FA permanente, é proposto. O objetivo deste trabalho é caracterizar o CFAE através da implementação de entropia aproximada (ApEn) e correlacioná-los com a ponta de um rotor simulado. Para isso, um modelo em 2D do tecido atrial humano sob condições de FA permanente desenvolvido; unipolares electrogramas foram registados durante a actividade do rotor e um algoritmo para medir ApEn desenvolvido. O ApEn permitido CFAE localizar com precisão elevada e relacioná-los com a ponta do rotor. Portanto, esta taxa pode ser muito eficaz na identificação de áreas suscetíveis a ablação.

Redes neuronales: aplicación de una herramienta computacional en Cardiología clínica / Neural networks: Application of a computer tool in Clinical cardiology

Si inicialmente las ciencias computacionales y los programas informáticos se introdujeron en la práctica médica solo en procedimientos básicos que incluían recolección de datos y abordajes estadísticos, de donde de la disciplina computacional solo se especulaban nuevos roles de interacción entre las ciencias técnicas y médicas, es ya un hecho que estas herramientas vienen a establecer un lazo directo con la práctica clínica, en un esquema que se centra en obtener la mayor certeza para el tratamiento correcto del paciente. Entre múltiples técnicas computacionales usadas para la valoración e intervención de estados fisiológicos y patológicos, como «wavelet transform¼, «fuzzy logic¼, «approximate entropy¼, «artificial intelligence¼ y «model-based clustering¼, las redes neuronales artificiales nacen con la expectativa de obtener un diagnóstico más preciso y oportuno, ante el incremento en la capacidad de cálculo y la utilización de datos mediante máquinas y software más robustos, que ubican al profesional de la salud frente a nuevos espacios entre la clínica y la técnica, así como entre la medicina y la enfermedad. La clínica cardiológica plantea escenarios complejos que pueden ser vistos a la luz de estas nuevas herramientas, imponiendo a los cardiólogos el reto de ingresar en otros campos del saber, cubriendo tanto áreas de las ciencias básicas como de las ciencias aplicadas, siendo este el caso de las técnicas computacionales y las redes neuronales1. La enfermedad coronaria es la patología que conlleva mayor morbimortalidad e impacto en la salud pública mundial, de ahí que su adecuado diagnóstico y tratamiento se convierta en un objetivo de primera línea para las nuevas técnicas aplicadas al sector clínico. Las multivariables a considerar en dicha patología, hacen complejo discernir entre los diversos estadios a evaluar y entre las variadas opciones terapéuticas a seguir. Por esto técnicas como las redes neuronales pueden facilitar la interpretación de distintas rutas para su manejo.

SISTEMA DE TOCOCARDIOGRAFÍA DIGITAL CON PROCESAMIENTO EN UNA FPGA PARA EL MONITOREO MATERNO-FETAL / DIGITAL CARDIOTOCHOGRAPHY SYSTEM WITH PARALLEL FPGA PROCESSING FOR MATERNAL FETAL MONITORING / SISTEMA DE TOCOCARDIOGRAFÍA DIGITAL COM PROCESSAMENTO EM UM FPGA PARA MONITORAMENTO MATERNO-FETAL

El estudio clínico fetal relaciona aspectos críticos como la intensidad de las contracciones uterinas, movimientos del feto y frecuencia cardiaca de manera simultánea para evaluar el bienestar fetal. Los cambios periódicos o transitorios de la frecuencia cardiaca son objeto de estudio y aparecen en relación a diversos estímulos fetales como movimientos espontáneos o provocados, contracciones uterinas, hipo fetal, etc. Con este propósito, en una valoración de los mismos es necesario disponer de una constante monitorización, en la que se exprese la frecuencia y la variabilidad cardiaca fetal de manera eficiente. En este artículo se presenta el desarrollo de un sistema de tococardiografía para el registro de la frecuencia cardiaca fetal y la intensidad de las contracciones uterinas compuesto por tres tarjetas electrónicas, una unidad de procesamiento digital paralela, una campana acústica y una pantalla para adquirir y procesar de manera no invasiva las señales tococardiográficas.

Clinical evaluation on fetuses is related to simultaneous critical aspects such as intensity of uterine contractions, fetal movements, and heart rate. Periodic or transient changes in heart rate are studied and appear in relation to various fetal stimuli as spontaneous or induced movements, uterine contractions, fetal hiccups, and so on. Thus, their evaluation is necessary to obtain constant monitoring in which the frequency and variability are expressed efficiently. This paper presents the development of a cardiotochography system for recording fetal heart rate and intensity of uterine contractions, which is composed by three electronic boards, a digital parallel processing unit, a sounds bell and a screen to acquire non-invasively and process tococardiography’s signals.

O estudo clinico fetal relaciona aspectos críticos, como a intensidade das contrações uterinas, movimentos fetais e batimentos cardíacos simultaneamente para avaliar o bem-estar fetal. As mudanças periódicas ou transitórias da frequência cardíaca são estudados e aparecem em relação a vários movimentos fetais espontâneas ou induzidas, as contrações uterinas, soluços fetais, etc. Para este efeito, em uma revisão do mesmo é necessário ter monitoramento constante, na que se exprese a freqüência e variabilidade do ritmo cardíaco fetal de forma eficiente. Este artigo é apresentado o desenvolvimento de um sistema de tococardiografía para registar o ritmo cardíaco fetal e intensidade das contrações uterinas composto por três placas eletrônicas, uma unidade de processamento digital paralelo, uma cabine acústica e uma tela para adquirir e processar de maneira não invasiva as sinais tococardiográficas.

Desarrollo y validación de un método verde para la extracion y cuantificación de residuos de cipermetrina en tejido animal / Fevelopment and validation of green method for the extraction and quantification of cypermethrin residues in animal tissue / Desenvolvimento e validação do método verde para a extração e quantificação dos resíduos da cipermetrina no tecido animal

En este trabajo se desarrolló y validó un método simple, ambientalmente amigable y efectivo, para la extracción y cuantificación de cipermetrina en muestras de bovino (hígado, grasa perirrenal y músculo) utilizando dispersión de matriz en fase sólida (MSPD) y cromatografía de gases con detector de ionización de llama (GC-FID). Diferentes parámetros del método se evaluaron, tales como el dispersante, solvente de extracción y volumen de solvente. Los mejores resultados para la extracción de cipermetrina por MSPD fueron: 0,20 g de muestra macerados con 0,80 g de silica gel y extraídos con 5,00 mL de acetona. El procedimiento propuesto fue validado mostrando comportamiento lineal en el intervalo de 10,20-400,40 µg/L (R²=0,9988). Los límites de detección y cuantificación fueron 2,00 y 5,70 µg/L respectivamente, con una desviación estándar relativa de 0,0875 (n=5). Este método permite determinar cipermetrina hasta niveles traza en muestras de tejido animal, con una recuperación de 98,96%.

In the present study a simple, effective and environmentally friendly method was developed and validated for the extraction and quantification of cypermethrin in animal tissue (meat, fat and liver) based on matrix solid-phase dispersion (MSPD) and gas chromatography with flame ionization detector (GC-FID). Different parameters of the method were evaluated, such as dispersant, extractive solvent and solvent volume. The best results for the extraction of cypermethrin by MSPD were 0.20 g of sample with 0.80 g of silica gel and 5.00 mL of acetone as eluting solvent. The proposed procedure was validated showing linear behavior in the interval of 10.20 to 400.40 µg/L (R²= 0.9988). Detection and quantification limits ranged from 2.00 and 5.70 µg/L respectively, with a standard deviation of 0.0875 (n=5). This method enables to determine cypermethrin at trace level in animal tissue samples, with a recovery of 98.96%.

Neste trabalho foi desenvolvido e validado um método verde para extração e quantificação de cipermetrina em amostras de fígado, gordura perirrenal e músculo em gado bovino, por meio da técnica de dispersão de matriz em fase solida (MSPD) e cromatografia de gases com detecção de ionização de chama (GC-FID). Foram avaliados diferentes parâmetros do método, como dispersante, extração com solvente e volume de solvente. Os melhores resultados para a extracção da cipermetrina por MSPD foram 0.20 g da amostra macerada com 0.80 g de gel de sílica e extraiu-se com 5.00 mL de acetona. O método proposto foi validada mostrando um comportamento linear na gama testada (10.20-400.40 µg/L) com R² de 0.9988. Os limites de detecção e de quantificação foram 2.00 e 5.70 µg/L, respectivamente, com um desvio padrão de 0.0875 (n = 5). O método proposto neste trabalho permitiu determinar níveis traça da cipermetrina em amostras de tecidos animai, com uma recuperação de 98.96%.

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.

Desarrollo de un modelo generalizado para realimentación de fuerza y torque en cirugía cardiotorácica robótica mínimamente invasiva: determinación de condiciones y restricciones / Development of a generalized model for force and torque feedback in robotic minimally invasive cardiothoracic surgery: identification of conditions and restrictions

INTRODUCCIÓN: los procedimientos de cirugía cardiotorácica mínimamente invasiva (MICS, su sigla en Inglés) buscan reducir las complicaciones de las grandes disecciones. No obstante, ante la falta de contacto directo con el tejido por parte del cirujano, éste recibe una sensación parcial de tacto y fuerza, lo que puede originar errores de procedimiento, inadecuada fuerza aplicada al tejido y fatiga durante el acto quirúrgico. La inclusión de dispositivos robóticos con la técnica MICS ha potencializado las habilidades del cirujano para la manipulación de los tejidos, y aunque los desarrollos del mercado no cuentan aún con retroalimentación táctil, se trabaja en prototipos robóticos que incorporan realimentación de fuerza y torque. OBJETIVO: proponer las condiciones y restricciones relacionadas con la incorporación de realimentación de fuerza y torque en MICS robótica, aplicables a diferentes configuraciones de manipuladores, y analizar la implementación de dichas condiciones en un simulador quirúrgico. MATERIAL Y MÉTODOS: partiendo del análisis de necesidades durante procedimientos cardiotorácicos y las condiciones de cirugía mínimamente invasiva, se identificaron los requerimientos para garantizar reflexión de fuerza y se realizó un análisis matemático de dichas consideraciones. Finalmente, se verificaron los análisis matemáticos mediante técnicas de modelización y simulación utilizando la plataforma computacional Matlab®. RESULTADOS: se argumentaron tres tipos de consideraciones: a) Cinemático: la existencia de un punto fijo, las formas de garantizarlo durante procedimientos MICS robóticos, y las trayectorias de movimiento que el manipulador sigue en aplicaciones de cirugía cardiotorácica; b) Dinámico: la repercusión de fuerzas externas en el manipulador y la manera de considerarlas en el desarrollo de controladores que permitan al cirujano percibir una sensación de contacto con el tejido; c) Sensorial: requerimientos de los sensores de fuerza y relación necesaria entre el número de sensores y actuadores para realimentar fuerza en MICS robótica. Posteriormente se implementaron dichas consideraciones en un simulador y se verificó el cumplimiento de las mismas. CONCLUSIONES: las condiciones relacionadas con la incorporación de un sensor de fuerza y la percepción del cirujano en cuanto al tacto y la fuerza aplicada, resultan ser importantes en procedimientos de MICS robótica y requiere la inclusión de un sistema de control que permita la optimización de procedimientos por telepresencia.

INTRODUCTION: the procedures in minimally invasive cardiothoracic surgery (MICS) aim to reduce the complications of major dissections. However, in the absence of direct contact of the surgeon with the tissue, he receives a partial sense of touch and strength, which can lead to procedural errors, inadequate force applied to the tissue and fatigue during surgery. The inclusion of robotic devices with the MICS technique has enhanced the technical skills of the surgeon to manipulate tissue, and although the market devices still do not have tactile feedback, research in robotic prototypes that incorporate feedback of force and torque is being done. OBJECTIVE: to propose the conditions and restrictions related to the integration of force and torque feedback in robotics MICS applicable to different configurations of manipulators and analyze the implementation of those conditions in a surgical simulator. MATERIAL AND METHODS: from the analysis of needs during cardiothoracic procedures and conditions of minimally invasive surgery, we identified the requirements to ensure reflection of force and performed a mathematical analysis of such considerations. Finally, mathematical analysis were verified by modeling and simulation techniques using the Matlab® computing platform. RESULTS: three types of considerations were argued: a) Kinematic: the existence of a fixed point; the way to guarantee it for robotic MICS procedures, and the trajectories of motion followed by the controller in the applications of Cardiothoracic Surgery, b) Dynamic: the impact of external forces on the manipulator and the way to consider them in the development of controllers that allow the surgeon to feel a sense of contact with the tissue, c) Sensory: requirements of the force sensors and necessary relationship between the number of sensors and actuators to feedback force in MICS robotics. Subsequently these considerations were implemented in a simulator and were checked for compliance. CONCLUSIONS: the conditions related to the incorporation of a force sensor and the perception of the surgeon in terms of touch and force applied turns out to be important in robotics MICS procedures and requires the inclusion of a control system that enables the optimization of telepresence procedures.

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.

Determinación de la factibilidad técnica y seguridad de un abordaje endoscópico transgástrico a la cavidad peritoneal en un modelo porcino / Determination of the technical feasibility and safety of transgastric peritoneal approach in a pig model

La viabilidad de un abordaje transgástrico para realizar peritoneoscopia y biopsia hepática ha sido demostrada en estudios previos en animales. Objetivo. Nuestro objetivo fue determinar la viabilidad y seguridad de un abordaje transgástrico peritoneal en una experiencia local. Resultados. El abordaje transgástrico con modelo similar a PEG (gastrostomía endoscópica percutánea) se realizó en 3 cerdos de la especie suis scrofa domesticus; el tiempo promedio del procedimiento fue de 102 minutos, no hubo complicaciones relacionadas con el acceso, y la necropsia no evidenció ningún daño de órganos adyacentes al estómago, aunque el cierre de la pared gástrica no fue exitoso en 2 cerdos. Conclusiones. Este estudio reporta la experiencia local con un abordaje transgástrico peroral a la cavidad peritoneal, técnicamente viable. El abordaje similar a PEG es simple y seguro, el cierre de la pared gástrica requiere destreza y mejor tecnología

Background. The feasibility of peroral transgastric peritoneoscopy and liver biopsy has been demonstrated in prior animal studies.Objective. Our purpose was to determine the feasibility and safety of transgastric peritoneal approach in local experience. Designs. Animal experimental feasibility study. Results. The peritoneal transgastric approach with PEG- like model was used in 3 pigs suis scrofa domesticus specie. The average procedure was 102 minutes, it did no have complications related to the access, and the necropsy did not reveal any damage to organs adjacent to the stomach. Nevertheless the gastric wall close was not successful in 2 pigs. Conclusions. This study report the local experience with peroral transgastric approach to peritoneal cavity, it’s technically feasible, a PEG- like transgastric model is simple and safe, the close of gastric wall requires skill and best technology.

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.

Uso de pericardio bovino para la corrección de cardiopatías congénitas / Use of bovine pericardium for correcting congenital cardiopathies

El parche de pericardio bovino se ha utilizado como una alternativa para diferentes patologías quirúrgicas, entre las que se incluyen las malformaciones cardiacas congénitas. Pese a ello, hay pocos artículos que reportan la experiencia con este tipo parche. El objetivo de este estudio es evaluar la experiencia con el uso de pericardio bovino para la reconstrucción de cardiopatías en la Clínica Cardiovascular Santa María, desde 1994.Materiales y métodos: se sometieron 520 pacientes a un procedimiento quirúrgico correctivo o paliativo de alguna cardiopatía congénita en la que se utilizó el parche de pericardio bovino. De éstos, 163 tenían un seguimiento de por lo menos dos años. Se evaluó la localización del parche, el tipo de procedimientos, la supervivencia, las calcificaciones, los aneurismas y las fugas. Así mismo, se evaluó la clase funcional y se comparó la supervivencia de los pacientes de acuerdo con la localización y el tipo de parche.

Bovine pericardial patch has been utilized as an alternative for different surgical pathologies, including congenital heart malformations. Nevertheless, there are only few articles that report the experience with this kind of patch. The objective of this study is to evaluate the experience with the use of bovine pericardium for the reconstruction of cardiopathies in the Santa Maria Cardiovascular Clinic Medellín since 1994. Materials and methods: 520 patients underwent a corrective or palliative surgical procedure of a congenital heart disease in which the bovine pericardial patch was utilized. 163 of these patients had at least two years follow-up. The localization of the patch, as well as the kind of procedures, the survival, calcifications, aneurysms and leaks, were evaluated. The functional class was evaluated as well and the patients’ survival was compared according to the localization and the kind of patch. Results: 520 procedures were realized using the bovine pericardial patch. Prevalent malformations were septal defects (58%) followed by the tetralogy of Fallot (16%).The patch was also used in total or partial anomalous venous connections, and pulmonary atresia among others. 50.9% was localized in a systemic way and 49.7% in the pulmonary circulation. According to the localization, 50.3% were intracardiac and 49.7% extracardiac. Two leaks, two bleedings and three re-interventions were reported during the implantation. During the follow-up only three leaks were reported. Global survival was 95%. There were no significant differences in survival with intra or extracardiac patches or in those that supported pulmonary or systemic circulation. No calcifications were reported. 95% of patients were in functional class I or II, and the rest in III and IV.Conclusions: bovine pericardial patch is a useful tool for the correction of congenital heart diseases. Tissue characteristics offer advantages to the surgeon, such as the easy molding...

Monitor de eventos electrocardiacos implementado en plataforma PDA / Monitor of cardiac events implemented in PDA platform

El monitoreo ambulatorio de eventos electrocardiacos es una herramienta valiosa en el diagnóstico de arritmias cardiacas, involucradas en procesos patológicos como miocardiopatías, estadios post-infarto, lesiones del sistema autónomo cardiaco, etc.; infortunadamente aún no es posible su uso extensivo debido a los altos costos que implica la adquisición de estos equipos. Con este propósito, se diseña y desarrolla mediante el uso de asistentes digitales personales, un monitor de eventos cardiacos con capacidad de grabación pre-sintomática y post-sintomática, visualización de señal electrocardiográfica en tiempo real, grabación automática de bradicardias y taquicardias, y posibilidad de anotación de síntomas por parte del paciente. Para ello se desarrolló un componente de hardware para la adquisición y tratamiento de las señales, un software para el monitoreo en plataforma Palm OS (marca registrada) y una aplicación para la descarga y análisis de los datos almacenados. Las validaciones del prototipo se realizaron mediante un simulador electrocardiográfico, un simulador de arritmias basado en registros de la base de datos de arritmias del Massachusetts Institute of Technology y Beth Israel Hospital, y pruebas piloto con personas sanas y pacientes con arritmias. En este reporte preliminar se enseña cómo el prototipo desarrollado, constituye una alternativa viable para el monitoreo ambulatorio de arritmias aprovechando las capacidades de almacenamiento, procesamiento y visualización con que cuentan los asistentes digitales actuales, con la ventaja adicional de que su uso no está restringido a una sola utilidad y su accesibilidad económica se facilita debido a su amplia...

Ambulatory monitoring of electro-cardiac events constitutes a valuable tool in the diagnosis of cardiac arrhythmias involved in pathologic processes such as myocardiopathies, post-infarction stages, autonomous cardiac system injuries, etc.; unfortunately, its extensive use is not possible yet, due to the high costs that imply the acquisition of these equipments. For this purpose, through the utilization of personal digital assistants, a monitor of cardiac events with pre and post-symptomatic recording capacity, electrocardiographic signal visualization in real time, automatic recording of bradycardias and tachycardias and the possibility of annotation of symptoms by the patient, is designed and developed. It consists of a hardware component for the acquisition and treatment of the signals, a software for the monitoring in Palm OSÒ platform and an appliance for the discharge and analysis of the stored data. Prototype validations were realized through an electrocardiographic simulator, an arrhythmia simulator based on arrhythmia data base registers of the Massachusetts Institute of Technology and Beth Israel Hospital and on pilot tests of healthy people and of patients with arrhythmias. In this preliminary report, we show the way in which the developed prototype constitutes a viable alternative for ambulatory monitoring of arrhythmia, taking advantages of the storage capacity, processing and visualization that have the actual digital assistances with the additional advantages that its use is not restricted to only one utility and its economic accessibility is facilitated due to its wide commercial availability.

Bioimplantes de donantes cadavéricos para uso cardiovascular: el valor de una oportunidad / Bioimplants of cadaveric donors for cardiovascular use: value of an opportunity

La alteración anatómica del corazón, trae como consecuencia anormalidades en su funcionalidad; dependiendode la severidad de la lesión llega a ser necesario el reemplazo de algunas estructuras con un implante que puede ser de tipo biológico. Las posibilidades establecidas para el procesamiento de tejidos biológicos de uso cardiovascular, permiten disponer en la actualidad de una variedad de bioimplantes para el manejo quirúrgico de pacientes con diversas patologías. En este sentido se han desarrollado técnicas para el procesamiento, conservación y almacenamiento de tejidos, llamados homoinjertos, los cuales se obtienen de donantes cadavéricos, en los que aún se conserva viabilidad celular. Desafortunadamente, de otro lado, queda el sinsabor de ver frustrada la vida de miles de personas que por violencia u otras causas accidentales pierden su vida; aunque ello incremente las oportunidades de alivio para gran cantidad de pacientes que esperan por un implante biológico producto de un donante; es la ambivalencia que existe entre las oportunidades de salvar vidas y el costo social que representan las víctimas de la violencia que se ofrecen como donantes.

The structural alteration of the heart, entails a functional damage; depending on how severe is the lesion can benecessary the replacement of the structure with an implant that can be of a biological type. The opened possibilities to biological tissue processing for cardiovascular use, allow to have at the present time a variety of bioimplants for the surgical treatment of patients with diverse pathologies. In this sense it has been developed techniques for processing, conservation and storage of tissues, called homografts, which are obtained from cadaveric donors, in which still cellular viability is conserved. Unfortunately, of another hand, it is left the sadness to see frustrated the life of thousands of people who by violence or other accidental causes are death; although it increases the opportunities of relievement for great amount of patients who wait by biological implants derived of a donor; it is the ambivalence that exist between the opportunities to save lives and the social cost that represent the victims of the violence which they are offered like donors.

Estudio anatomopatológico de válvulas aórticas porcinas para la elaboración de bioprótesis cardíacas / Anatomopathologic study of aortic swine valves for heart bioprothesis

En el ámbito mundial, las investigaciones sobre la patología valvular porcina se limitan casi enteramente a la válvula mitral y existe muy poca información sobre alteraciones   de la válvula aórtica. Las válvulas aórticas porcinas son utilizadas comúnmente como bioimplantes en humanos. Por esta razón en este estudio se propusieron los siguientes objetivos: caracterizar la patología valvular aórtica en cerdos seleccionados para la elaboración de bioprótesis valvulares cardíacas, discutir los mecanismos involucrados en el desarrollo de dichas lesiones y analizar los criterios de selección para determinar la confiabilidad del implante. Para esto se recolectaron al azar 50 corazones con lesiones evidentes de la válvula aórtica y 50 sin lesiones evidentes. Las válvulas se procesaron por el método histopatológico de rutina y se realizaron las tinciones de Hematoxilina-Eosina y azul alciano-PAS. Los resultados se evaluaron mediante estadística descriptiva e inferencia estadística; además, se realizó un análisis mediante la prueba de Chi-cuadrado utilizando el programa SPSS versión 1.0 para determinar asociaciones entre las variables macroscópicas y microscópicas. Las lesiones microscópicas y su frecuencia en los dos grupos estudiados fueron, respectivamente, las siguientes: trastornos vasculares 84 por ciento y 38 por ciento; endocardiosis 80 por ciento y 4 por ciento; fenestraciones 48 por ciento, únicamente en las que tenían lesiones obvias; valvulitis 42 por ciento y 24 por ciento. Se presentan y se correlacionan las principales alteraciones macro y microscópicas; así como los posibles mecanismos implicados en su desarrollo. Este estudio es el primero, en Colombia, que caracteriza las alteraciones patológicas de la válvula aórtica porcina.

Expresión diferencial de proteínas cardiacas en ratas diabéticas tipo Sprague-Dawley / Differential heart protein expression in diabetic type Sprague-Dawley rats

Se purificaron proteínas cardiacas a partir de ratas diabéticas y sanas de tipo Sprague-Dawley. Las proteínas fueron fraccionadas por medio de gel de electroforesis de dos dimensiones (2D-PAGE). La separación resultante fue visualizada por tinción con Coomassie azul. Luego de ser convertidas en imagen digital, las proteínas del grupo diabético y del grupo control fueron comparadas y correlacionadas para determinar los niveles de expresión diferenciada. Sesenta de las ciento ochenta proteínas en el gel fueron removidas y digeridas en fragmentos pequeños de péptidos, los cuales se analizaron por medio de espectrometría de masas para determinar la estructura primaria de los péptidos resultantes (secuencia de los aminoácidos). Esta información se registró en una base de datos (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/) para determinar la identidad de las proteínas precedentes a los péptidos. Se determinó la identidad de las proteínas expresadas diferencialmente en el tejido cardiaco de ambos grupos; se encontraron varias proteínas expresadas en diferentes niveles a los normales cuando se analizaron los corazones de ratas diabéticas, incluyendo fosfatasa de tiroxina (PTP, Q60998), receptores de lipoproteínas de muy baja densidad (VLDL-R, P98156), perioxidasa de glutation (PHGPx, O70325), transferasa de serina hidroxilamina (SHMT, P50431), adenylyl cyclasa proteína 1 asociada (CAP1, P40124) y teletonina (TELT, O70548).

Cardiac proteins were isolated from diabetic and wild type Sprague-Dawley rats, then fractionated by two dimensional gel electrophoresis (2D-PAGE) using isoelectric focusing and molecular weight. The resulting protein spots were stained to facilitate detection. After being converted into a digital image, the proteins on the diabetic and wild type gels were matched to each other then compared to determine levels of expression. Sixty of the one hundred and eighty proteins on the gel were removed and digested to produce peptide fragments, which were analyzed by mass spectrometry to determine their amino acid sequence. This information was entered into a protein database (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/) to determine the identity of the corresponding proteins. The identity of proteins differentially expressed in cardiac tissue of both groups was determined: several proteins were found to be expressed at different levels than normal in the hearts of diabetic rats, including protein tyrosine phosphatase (PTP, Q60998), very low-density lipoprotein receptor (VLDL-R, P98156), glutathione peroxidase (PHGPx, O70325), serine hydroxymethyl transferase (SHMT, P50431), adenylyl cyclase-associated protein 1 (CAP1, P40124), and telethonin (TELT, O70548).

Modelo físico del sistema cardiovascular -DYNASIM- / Physical model of the cardiovascular system - DYNASIM-

El modelo físico del sistema cardiovascular ®Dynasim¼ pretende simular varios aspectos del sistema cardiovascular. Determinados parámetros del dispositivo se controlan desde un computador. Con sensores electrónicos se adquieren datos de presión en diferentes puntos, los cuales se procesan y analizan vía software; para ello se desarrolló una interfaz que comunica los componentes de hardware y software con el dispositivo simulador. El modelo es de accionamiento hidráulico y trabaja con un sistema de bombeo neumático. Sus materiales son transparentes, lo que permite la visualización de los fenómenos. El objetivo principal es su utilización en docencia e investigación, ya que puede simular diferentes situaciones fisiológicas y patologías.

Una aproximación a la tecnología cardiovascular a través de la interdisciplinariedad: una necesidad latinoamericana / An approach to the cardiovascular technology through the interdisciplinary: a latin american necessity

Los progresos logrados en la medicina cardiovascular durante los últimos años vienen a transformar el contenido y la práctica de la profesión médica. Dichos adelantos se deben en mucho a la contribución de disciplinas básicas como la física, la química y lasciencias de la información. Gracias a esas disciplinas, las cuales establecen entre sí estrechos vínculos, aparecen en el ámbito científico las ciencias transdisciplinares como la biofísica y la bioquímica, referenciando un acercamiento entre lo biológico y lo inorgánico; así como también las técnicas interdisciplinares de la ingeniería biomédica, cuyo campo de trabajo se traza en el entorno médico empleandoherramientas de la ingeniería, como la bioinstrumentación, la biomecánica, la bioelectrónica y los biomateriales. Con estas herramientas enconjunto se han podido ampliar los medios diagnósticos así como los terapéuticos en el área cardiológica, mejorando sustancialmente la calidad de vida de los pacientes. Producto de ello, se hace imperante el encuentro médico-ingeniero, acrecentando el diálogo entre ambas disciplinas; en el que deben discurrir profesionales de diversas áreas: médicos cardiólogos, cirujanos cardiovasculares, ingenieros mecánicos, ingenieros electrónicos, ingenieros de sistemas, físicos, diseñadores industriales, entre otros; aportando cada uno en su campo del saber, pero confluyendo hacia un mismo eje de acción.

Diseño y desarrollo de un nuevo anillo de soporte para bioprotesis valvular cardiaca, porcina y/o humana -BioSTENT- / Designe and develop of new support ring for bioprothetic cardiac valves -BioSTENT-

Introducción: la experiencia clínica ha demostrado que el anillo de soporte de la bioprótesis valvular cardíaca (ASBVC) ejerce un importante papel en la operatividad del implante. Los resultados tras la utilización de múltiples modelos, han ampliado el estado del arte en el diseño y desarrollo de dichos anillos; aún así, no se logra un anillo que opere como el soporte natural. Dada la importancia del ASBVC, la fabricación en el ámbito nacional de bioprótesis valvular cardíaca (BVC) se ve limitada porque los fabricantes multinacionales sólo ponen a disposición el conjunto valvular bioprotésico, por lo que no se cuenta con el ASBVC aislado; además, pesa sobre éstos una patente que impide su réplica y prohibe su producción industrial. Objetivos: desarrollar un nuevo modelo de ASBVC, con mejores prestaciones, considerando los aspectos funcionales más relevantes para un soporte de alto comportamiento. Evaluar los diseños mediante técnicas computadorizadas y máquinas de pruebas especialmente construidas. Materiales y métodos: mediante técnicas de estática y dinámica, considerando variables de flexibilidad, distribución de cargas y tensión, y condiciones de operación, se hace un diseño conceptual de ASBVC. Luego se realiza un diseño geométrico dimensional teniendo en cuenta los aspectos anatómicos y el montaje del tejido biológico. Se selecciona un material que cumpla con los requerimientos de compatibilidad biológica, resistencia química y esfuerzos mecánicos a los que estará sometido el soporte de la BVC. Se evalúa la procesabilidad del material con tecnologías de fabricación rápida de prototipos, así como mediante técnicas de extrusión, maquinado o inyección de termoplásticos...