Modelos digitales del corazón

Uno de los elementos principales del sistema cardiovascular es la aorta, aquella arteria que destaca por ser la más grande del cuerpo, conectando el corazón con todas las demás partes del organismo. Dada su función de bombear grandes cantidades de sangre a los demás órganos del cuerpo, este vaso sanguíneo se ve sometido a una presión y fuerza mecánicas considerables de forma constante en todo su recorrido. Es la válvula aórtica, encargada de regular la salida de sangre desde el corazón hacia la aorta, quien se sitúa como uno de sus puntos más críticos y vulnerables, puesto que se ve afectada por enfermedades como la estenosis aórtica, la cual propicia que, con el paso del tiempo, el proceso de apertura de la válvula para permitir el paso a la sangre se vuelva más difícil.

La estenosis aórtica es una de las patologías cardíacas más frecuentes y su prevalencia aumenta a medida que los pacientes tienen más edad, de tal manera que afecta al 2% de los mayores de 65 años y hasta al 12% de los mayores de 75 años. Su presencia considerable en personas de edad avanzada causa que en España, dado el envejecimiento progresivo de la población, los profesionales de la salud estimen que en 2040 habrá 400.000 pacientes mayores de 65 años con una forma grave de la enfermedad.

Pacientes en los que, debido al estrés que pone sobre el flujo de sangre hacia otros órganos principales del cuerpo, causa que el corazón tenga que latir con más fuerza para vencer la resistencia adicional, propiciando consecuencias para la salud de esta patología «muy importantes». Con el tiempo pueden aparecer síntomas como la fatiga, el síncope de esfuerzo o dolor torácico y, si no se trata, «puede ser mortal en aproximadamente la mitad de los casos en pocos años», explica Carlos Baladrón, el coordinador de Investigación del Instituto de Ciencias del Corazón perteneciente al Hospital Clínico Universitario de Valladolid, e investigador del Centro de Investigación Biomédica en Red de Enfermedades Cardiovasculares (CIBER-CV).

Actualmente, el único tratamiento eficaz que existe para frenar esta disminución en la capacidad de la válvula para funcionar con normalidad es el reemplazo de ésta por un implante de válvula aórtica, un avance que ha contribuido a salvar la vida de muchos pacientes con estenosis inoperables o un riesgo quirúrgico alto. En este marco, Baladrón trabaja en un proyecto que busca facilitar la realización de este tipo de operaciones mediante la simulación de la implantación de la prótesis antes de llegar a quirófano, gracias a la realización de un biomodelado tridimensional de la aorta del paciente a partir de un TAC, algo que permite anticipar riesgos y adaptar el proceso clínico a la anatomía del paciente.

«Como muchas de las enfermedades que afectan a la aorta y a la válvula aórtica tienen un importante componente mecánico, creemos que desde el ámbito de la ingeniería podemos aportar soluciones en forma de estudios computacionales que nos permitan comprender mejor los procesos físicos que tienen lugar en esos puntos tan críticos del sistema cardiovascular. Y, a partir de ahí, ayudar a mejorar los métodos de diagnóstico y las terapias existentes actualmente, así como resolver problemas clínicos concretos que nuestros compañeros sanitarios enfrentan a diario», remarca.

Desde su equipo en el Vall3DLab, el laboratorio de cardiología computacional y nuevas tecnologías aplicadas a la cardiología del Hospital Clínico, el investigador trabaja para «identificar las necesidades clínicas de los pacientes y aprovechar las nuevas tecnologías para darles solución. Todo lo que hacemos está directamente orientado a desarrollar soluciones que puedan empezar a utilizarse con nuestros pacientes en el menor tiempo posible».

Así, están trabajando en dos líneas principales, una centrada en la inteligencia artificial con proyectos centrados en agilizar y afinar las herramientas de diagnóstico actuales, y otra centrada en biomodelado, abarcando el estudio e implementación de modelos y simulaciones personalizadas de los pacientes para identificar las mejores opciones de tratamiento.

Dentro de esta última se enmarca el proyecto HISTAVI, ‘Estudio de biomarcadores de riesgo de marcapasos permanente post-TAVI en función de la deformación de la raíz aórtica medida a partir de imágenes TAC’, que están liderando, en el cual están implicados hasta 15 grupos punteros de todo el país.

Su objetivo con este nuevo proyecto es ayudar a comprender las causas anatómicas de esta complicación, algo gracias a lo cual podrán saber antes de la intervención qué pacientes tienen más riesgo de requerir un marcapasos. Además de diseñar nuevos procedimientos y dispositivos que eliminen o reduzcan la necesidad de marcapasos tras la sustitución valvular.

Actualmente, se encuentran en las primeras fases del estudio, analizando cómo varían anatómicamente las aortas de 100 pacientes intervenidos durante el proceso de implante, y cómo mejora el flujo de sangre tras la intervención. Para ello están construyendo en el ordenador biomodelos tridimensionales de la aorta obtenidos a partir de un TAC. «Superponiendo y comparando el modelo pre-intervención con el post-intervención localizamos las zonas anatómicas en las que se apoya la prótesis», apunta Carlos Baladrón.

Tras esto, procederán a analizar los datos de esos 100 pacientes, algunos de los cuales han necesitado marcapasos y otros no, «tratando de identificar si existe alguna zona anatómica de la aorta que sistemáticamente se encuentra alterada en aquellos pacientes que sí han necesitado marcapasos». La información obtenida de dicho proceso se empleará para mejorar los resultados de los reemplazos valvulares, proponiendo nuevos procedimientos o diseños de dispositivos que permitan disminuir la presión sobre las zonas identificadas.

«El desarrollo de esas nuevas terapias, lógicamente, llevará tiempo, pero los resultados del proyecto podrían utilizarse mucho antes para seleccionar de forma personalizada qué modelos o tamaños de prótesis de los ya disponibles son más adecuados para cada paciente».

Además, el software de análisis que han desarrollado ya ha sido testado en 15 pacientes, en los cuales han identificado algunas zonas que parecen estar alteradas en las personas con marcapasos. «Al tratarse de un número de pacientes tan reducido, obviamente son todavía indicios e hipótesis, por eso necesitamos seguir estudiando más casos hasta que tengamos evidencia estadística definitiva que nos permita asegurar la relación causal entre los parámetros que estudiamos y la necesidad de marcapasos post reemplazo».

«Si tenemos éxito los pacientes tendrán menos riesgo de necesitar un marcapasos»

El proyecto liderado por el centro vallisoletano forma parte de un ensayo clínico multicéntrico que arrancó en 2022 y cuenta con financiación de la Gerencia Regional de Salud de Castilla y León y del Instituto de Salud Carlos III.

Tras finalizar su fase de investigación, por la cual han reclutado cerca de 300 pacientes, de los cuales 160 provenían del Hospital Clínico Universitario de Valladolid; obtendrá sus primeros resultados durante este año, en los que esperan «demostrar de forma concluyente sus beneficios frente a los procedimientos convencionales», explica Carlos Baladrón, el coordinador de Investigación del Instituto de Ciencias del Corazón perteneciente al Hospital Clínico Universitario de Valladolid, e investigador del Centro de Investigación Biomédica en Red de Enfermedades Cardiovasculares (CIBER-CV).

«Si tenemos éxito, habrá un beneficio directo para los pacientes que se sometan a un reemplazo valvular percutáneo, ya que tendrán menos riesgo de necesitar un marcapasos tras la intervención».

Pero además, estos resultados «podrían influir indirectamente en muchos más pacientes, puesto que, al mejorar la relación riesgo/beneficio de esta terapia, se podría aplicar en casos en los que actualmente no está indicada cómo pacientes más jóvenes, formas más precoces de la enfermedad, pacientes con sistemas de conducción vulnerables, etc».

«Siempre me he sentido muy orgulloso de dedicarme a la investigación y a la ciencia como una forma de poder aportar mi esfuerzo al avance de la sociedad. Desde que me dedico al ámbito sanitario, además, tengo la enorme satisfacción adicional de ver cómo los proyectos en los que trabajamos ayudan directamente a las personas».

«La investigación consiste en hacerse preguntas constantemente, y en buscar las respuestas en la evidencia, el intercambio de ideas con los que piensan diferente, el conocimiento y el pensamiento crítico. Poder dedicarme a esto y hacerlo rodeado de profesionales excelentes que cada día se esfuerzan al máximo para mejorar la vida de los demás, es un auténtico privilegio», remarca.