LA EVOLUCION DE LA TECNOLOGIA CARDIOVASCULAR A PARTIR DE LA INVESTIGACION INTERDISCIPLINARIA

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Introducción

En la actualidad no es posible que un profesional domine todas las áreas del conocimiento, como podía suceder en siglos anteriores. Dada la abrumadora cantidad de saberes, nos vemos abocados a la especialización y subespecialización. Por esto, dominamos muy bien sólo diminutas partes del conocimiento. Derivado de ello, hemos visto avanzar paralelamente algunas disciplinas, aunque perdiendo la perspectiva amplia del problema.¹

Los grandes progresos logrados en la medicina cardiovascular durante los últimos años han transformado de una manera u otra el contenido y la práctica de la profesión, permitiendo abordar gran cantidad de procesos patológicos inabordables hace apenas algunos años. Dichos progresos se deben en gran parte a la contribución de disciplinas básicas como la física, la química y las ciencias de la información, las cuales establecen entre sí vínculos cada vez más estrechos. Gracias a esta participación aparecen en el ámbito científico y profesional las ciencias interdisciplinarias, como la biofísica y la bioquímica, propiciando un acercamiento entre lo biológico y lo inorgánico; así como las técnicas interdisciplinarias como la bioingeniería, que incluye la bioinstrumentación, la biomecánica y la bioelectrónica.² Con dichas herramientas en conjunto se han podido ampliar los medios diagnósticos así como los objetivos terapéuticos en cardiología, mejorando sustancialmente la calidad de vida de la comunidad.³

En nuestros países ha existido un retraso evidente en este campo, que obedece a varios aspectos; por un lado, la situación social, que limita la inversión en programas de tecnología de punta, y por otro, la poca flexibilidad en los programas académicos, que dificulta la incorporación de nuevos sistemas de estudios dentro de un contexto tradicional, por lo que en el área biomédica sólo ahora viene a considerarse la formación interdisciplinaria.

Las técnicas introducidas inicialmente por la ingeniería en el desarrollo y la investigación en medicina cardiovascular, y en general en la biomedicina, han partido de tecnologías desarrolladas para aplicaciones generales y no para las ciencias biológicas. Por ello, esta introducción encontró dificultades de aplicación debido a la naturaleza compleja de los procesos biológicos y, por otra parte, al diferente lenguaje de comunicación entre los grupos.⁴ No es fácil simplificar la exposición del conocimiento de una disciplina para que otras especialidades puedan entenderla. Dada esta brecha, ha sido imprescindible generar y madurar el espacio académico para la formación interdisciplinaria en biomedicina, fortaleciendo este importante renglón de la salud, la cardiología, que cubre varias de las enfermedades con más alta incidencia de mortalidad en el mundo y en nuestra región.

Para cumplir esta meta se hace necesario la conformación de centros de investigación que agrupen equipos científicos cuyo campo de trabajo se trace en el área de la investigación básica y aplicada en el entorno biomédico cardiovascular, utilizando como herramienta las técnicas de la ingeniería y la física en el estudio de la fisiología y fisiopatología cardíaca, así como en el estudio en campos como la bioinstrumentación, dispositivos de diagnóstico, equipos de tratamiento y rehabilitación, biomateriales y demás aspectos relacionados del entorno médico.⁵ En su accionar deben discurrir por lo tanto profesionales de múltiples disciplinas: médicos cardiólogos, cirujanos cardiovasculares, ingenieros –biomédicos, mecánicos, electrónicos y de sistemas–, diseñadores industriales; aportando cada uno en su campo del saber, pero confluyendo hacia un mismo eje de acción.

El desarrollo consecutivo de dichos centros de investigación cardiovascular, y en conjunto con el ente universitario, puede y debe dar lugar a la consolidación de programas académicos en aplicaciones clínicas, así como de ingeniería biomédica, en el ámbito de maestrías y doctorados, constituyéndose en un eje importante de soporte a la educación y la formación de profesionales con un perfil orientado a la investigación; que a la vez que permitan acrecentar los diferentes proyectos de desarrollo, fortaleciendo y consolidando los grupos de trabajo en la línea cardiovascular, cumplan con el propósito educativo en los contextos nacionales e internacionales, como entes de formación, centros de creatividad y de irradiación del saber para bien de la comunidad; colaborando con la formación de profesionales de alta calidad, preparándolos para desempeñar funciones de responsabilidad ante la comunidad científica y la sociedad.

Asimismo, en los proyectos acometidos por dichos centros se deben vincular instituciones y gremios de la producción. Dichos proyectos deben enmarcarse dentro de convenios de colaboración en programas conjuntos de investigación y desarrollo, en la búsqueda del aprovechamiento de los recursos físicos y tecnológicos, tanto como humanos, que poseen las partes, con el fin de que los proyectos no se queden supeditados a planes académicos y su final sea los anaqueles de las bibliotecas universitarias, sino que promuevan el desarrollo de la industria en esta materia. De esta forma, se podrán abrir nuevas puertas y posibilidades a los pacientes a través de distintos desarrollos tecnológicos, a los que de otra forma no les sería posible acceder, sea por razones económicas o técnicas, y gracias a los cuales muchos pacientes tendrán la posibilidad de prolongar su vida o ganar calidad de vida, cuando posiblemente ya no veían otras esperanzas.

En conjunto, un centro multidisciplinario cardiovascular debe emprender las siguientes acciones: establecer alianzas estratégicas en desarrollo tecnológico biomédico con los sectores académico e industrial para la solución de problemas que aquejan la especialidad; participar en la formulación de la reglamentación en lo que respecta al control de calidad, la producción y el desarrollo de procesos en el campo de la ciencia y la tecnología cardiovascular; capacitar y mantener una formación continuada de las personas que trabajan en el área, por medio de reuniones académicas y cursos de actualización, y tras todo ello, promover la investigación en el campo biomédico con aplicación a la medicina cardiovascular.

En estos términos es posible que en nuestros países se logre alcanzar los planes trazados en programas de fomento a la investigación en el área de la tecnología cardiovascular, programas en los que debe participar y comprometerse la comunidad académica y científica:¹ los centros interdisciplinarios proporcionarán a la sociedad nuevos conocimientos, confluyendo las conquistas de la ciencia y la tecnología en la perspectiva de la especialidad cardiovascular, y conservando el sentido de la trascendencia de este sistema vital para el bienestar del individuo.

Figura 1. Los nuevos métodos de procesamiento y preservación de tejidos de donantes cadavéricos permiten disponer de bioimplantes para la corrección de estructuras cardiovasculares.

La tecnología en la medicina cardiovascular

Se puede decir que durante los últimos años la incursión de una vía interdisciplinaria para el estudio cardiovascular orienta la especialidad por una nueva senda de la ciencia, en la que hasta entonces solamente se había distinguido una etapa cualitativa, netamente descriptiva. La aplicación de leyes físicas en la bioelectrónica y la biomecánica cardiovascular, y la capacidad de realizar medidas y de intervenir en el ente biológico mediante sofisticadas técnicas de instrumentación, llevan a establecer una etapa cuantitativa, que indica que se pasa de una práctica profesional considerada hasta entonces como un arte, a una práctica considerada como ciencia.⁴

Desde esta perspectiva, el tratamiento y el estudio de la medicina cardiovascular se pueden incluir en dos grandes categorías: la primera, enfocada al estudio de los aspectos biomecánicos y bioeléctricos del sistema cardiovascular, considera las respuestas y fenómenos endógenos y exógenos, resumido en lo que es la investigación básica. La segunda, enfocada al estudio de los medios para evaluar o tratar los trastornos que afectan el sistema cardiovascular; entre los que se encuentran la fabricación de instrumentos y aparatos para el diagnóstico, el tratamiento y la rehabilitación; resumido en lo que es la investigación aplicada. En este contexto, las áreas de desarrollo tecnológico cardiovascular se pueden circunscribir a: estudio del sistema en aspectos de su función como bomba sanguínea;^6-8 desarrollo de prótesis, implantes y demás dispositivos utilizados como sustitutos o soportes para la operación cardiocirculatoria;^9-13 aplicación de técnicas de procesamiento y análisis de señales e imágenes cardiovasculares; empleo de técnicas de modelización y simulación;^14-21 desarrollo de la telemática y la telemetría cardiovascular; estudio y desarrollo de nuevos biomateriales para usos e implantes en el sistema cardiovascular.

Figura 2. La disponibilidad de bioprótesis valvulares cardíacas permite corregir la falla valvular en aquellas personas en las que no pueden implantarse prótesis mecánicas.

Mediante el empleo de técnicas de mecánica de fluidos se ha ampliado el estado del arte en los dispositivos que deben ser interpuestos a la corriente sanguínea, propendiendo a mejores perfiles de flujo, caudales y dinámica en general; la introducción de nuevos materiales, en los que se considera la biocompatibilidad, así como características de resistencia y trombogenicidad; los microprocesadores y dispositivos microelectrónicos que permiten la miniaturización instrumental, son algunos ejemplos de los logros obtenidos a través de la interdisciplinariedad. A continuación se enuncian numerosos tópicos de la cardiología y cirugía cardiovascular, sus avances y desarrollos, logros del trabajo conjunto interdisciplinario.

Los recursos terapéuticos cardiovasculares incluyen dispositivos que permiten regular y definir la actividad eléctrica cardíaca. Los marcapasos actuales son elementos programables por vía transparietal, lo que permite variar las posibilidades terapéuticas en una amplia gama de situaciones, sin necesidad de reintervenir al paciente. La nueva tecnología de carga de las baterías permite una duración más prolongada, optimizando la calidad de vida del enfermo. Los cardiodesfibriladores implantables son novedosos dispositivos que revierten el ritmo cardíaco de forma automática, esto permite tratar instantáneamente la fibrilación ventricular, la mayor causa de mortalidad en la enfermedad cardíaca. La miniaturización y la nanotecnología permitirán el acceso a componentes cada vez más pequeños para abordar la implantabilidad de equipos sofisticados como los monitores de eventos cardíacos, que por vía inalámbrica pueden transmitir información del paciente a centros remotos.

La técnica instrumental para la ablación de vías de conducción anómalas por medio del ultrasonido permite aliviar gran cantidad de pacientes utilizando la técnica transpercutánea, sin necesidad de una cirugía a corazón abierto. Las técnicas de procesamiento de señales permitieron el desarrollo de software para el análisis de trazados electrocardiográficos, que posibilitan diagnósticos imposibles de realizar por sola observación del trazado, debido a la posibilidad de hacer filtrados, y análisis frecuencial y temporal de la señal, así como también por la gran cantidad de señal que pueda haber almacenada.

La enfermedad coronaria se ve también beneficiada de los logros tecnológicos. La posibilidad de intervenir por vía endovascular las arterias coronarias afectadas por placas ateroscleróticas, por medio de balones de angioplastia y stents que soportan la pared del vaso para ampliar la permeabilidad, hace posible reperfundir grandes zonas del corazón. La técnica se ve optimizada por la construcción de elementos cada vez más pequeños y de mayor navegabilidad que posibilitan intervenir vasos sanguíneos más distales y de poco calibre; así como la introducción de sustancias que limitan la reestenosis posterior.

La disfunción valvular es una causa importante de insuficiencia cardíaca en nuestros países, la reparación de la válvula puede ser posible sólo en algunos casos, por ello la disponibilidad de prótesis valvulares artificiales con mejores perfiles de flujo viene a satisfacer un pronóstico que la mayoría de las veces es muy negativo.^22,23 El procesamiento de implantes biológicos valvulares, homoinjertos y xenoinjertos, es también una importante opción en estos pacientes, permitiéndoles llevar un ritmo de vida casi normal. El desarrollo de técnicas que posibilitan la implantación de prótesis valvulares por vía transpercutánea, en pacientes que se encuentran en condiciones desfavorables para una cirugía ha ampliado los recursos terapéuticos en este tipo de pacientes. Los anillos para anuloplastia, elementos mecánicos que devuelven la arquitectura normal del anillo valvular y la contención de las valvas, permite una adecuada función valvular evitando en muchas ocasiones la necesidad de recambio valvular. La técnica de valvuloplastia con balón evita la necesidad de cirugía a corazón abierto para practicar la dilatación del área valvular, reduciendo la resistencia al paso sanguíneo con un procedimiento que representa un mínimo riesgo y alta tasa de éxito.

Figura 3. Se desarrollaron numerosos modelos de prótesis valvulares buscando obtener una adecuada dinámica del flujo a través del corazón.

Las imágenes diagnósticas son importantes para la adecuada evaluación y planificación de los procedimientos terapéuticos, así como para el seguimiento de los pacientes y evaluación del curso de una enfermedad cardiovascular. La técnica de ultrasonido, cada vez más depurada, brinda altas posibilidades diagnósticas con el ecocardiograma y el Doppler, ahora con mejores resoluciones que permiten obtener alta definición de imágenes con sus nuevas posibilidades: eco-Doppler color, Doppler tisular, tratamiento de armónicos, y vías de acceso: ecotransesofágico e incluso ecointravascular; así como con los nuevos desarrollos en la técnica de ecotridimensional que permite una reconstrucción espacial del órgano. La imagenología por resonancia magnética es un método diagnóstico recientemente aplicado a la medicina cardiovascular, hecho posible por procesadores más rápidos que permiten el tratamiento de imágenes en tiempo real. La medicina nuclear también aporta un renglón importante en métodos diagnósticos cardiovasculares, con técnicas que además de registrar las estructuras anatómicas permiten registrar cambios metabólicos y funcionales. La imagenología se enriquece también de las técnicas de angiografía digital mediante el desarrollo de la sustracción digital, la cual permite diagnósticos más precisos y confiables.

Figura 4. Los simuladores cardiovasculares permiten emular las características funcionales del sistema cardiovascular haciendo posible evaluar in vitro dispositivos intracardíacos o intravasculares.

Las modernas técnicas de instrumentación lograron disminuir el número de cirugías para practicar correcciones en el corazón, y por lo tanto disminuyó el riesgo quirúrgico de los procedimientos correctivos. Muchas de las intervenciones que anteriormente requerían una exposición directa del corazón pueden realizarse hoy por medio de instrumental, el cual puede ser aproximado al sitio de intervención por vía endovascular mediante catéteres. Estos procedimientos, además de ser más económicos, consumen menor tiempo, tienen menos riesgos, y el paciente se puede reincorporar más pronto a sus actividades. Diversas técnicas utilizan la vía endovascular para aproximar y manipular dispositivos y alambres que permiten el cierre de aneurismas situados en áreas de difícil acceso quirúrgico. Asimismo, la corrección de defectos congénitos como ductus persistentes, o la comunicación anormal de las cámaras del corazón, pueden ser realizados por vía transpercutánea por medio de diferentes elementos como alambres y amplatz con diversas características. También, como se comentó anteriormente, la valvuloplastia y la angioplastia transpercutáneas son una opción cada vez más elegida por las bondades de su técnica.

La tecnología de materiales cubre una amplia gama de necesidades: suturas, parches y prótesis vasculares, stents, válvulas mecánicas; considerando la introducción de excelentes características y cualidades de los materiales, como resistencia a los esfuerzos, resistencia química, biocompatibilidad, atrombogénesis, etc.^24,25

Además de contar con los logros tecnológicos que permiten reparar diferentes defectos y estructuras cardiovasculares, también se desarrollaron diversos equipos de asistencia cardiocirculatoria, con los cuales es posible reemplazar la función de bombeo cardíaco cuando éste se debilita.^26,27 Estos incluyen desde dispositivos de asistencia corta, como la utilizada luego de la cirugía o mientras el paciente sale de una insuficiencia transitoria, hasta los de asistencia prolongada o permanente, como la utilizada en casos extremos de enfermedad. Mediante las técnicas de mecánica de fluidos se amplió el estado del conocimiento de estos dispositivos, propendiendo a mejores perfiles de flujo, caudales y dinámica en general, que disminuyen la aparición de daño sanguíneo y formación de trombos. Por lo que, en este sentido, el corazón artificial está cada vez más cerca.

Figura 5. La técnica de métodos computacionales, como los elementos finitos, hacen posible definir las condiciones de operación y el comportamiento de diversos dispositivos de uso cardiovascular.

Conclusiones

Con las novedades que se vienen propiciando en el actual entorno técnico-científico, la práctica y la asistencia cardiológica gestan nuevas realidades y dimensiones. El cardiólogo actual, de una manera u otra, ha de acostumbrarse a convivir con equipos, máquinas, cálculos, técnicas y diferentes programas. De este modo, está llamado a encontrarse en ese gran complejo “medicina-técnica”, creado por el engranaje científico altamente especializado; producto de ello, es evidente el encuentro médico-ingeniero, acrecentando el diálogo entre ambas disciplinas. No en vano en la obra de David Fishlock sobre la relación entre el hombre y la máquina (Man Modified, Cape, Londres, 1969), el autor ya analizaba la colaboración entre el médico y el ingeniero bajo los siguientes epígrafes: el hombre medido, el hombre ampliado, el hombre imitado y el hombre trasplantado.

No ha sido fácil reunir dos ramas de la ciencia sin que surjan dificultades, comenzando incluso por lograr un lenguaje unificado, y de ello no ha sido exento el tratamiento multidisciplinario de la cardiología; aun así, ya es un hecho que la ingeniería y la cardiología tienden cada vez más a acercarse. Ello conlleva la necesidad de capacitar al profesional del área de las ciencias médicas a comprender el lenguaje matemático empleado en la descripción de sistemas biológicos, así como introducirlo en diferentes conceptos y principios de la ingeniería y de la física. Asimismo, introducir al profesional con formación en ingeniería y física en diferentes conceptos biológicos, así como de morfología y fisiología humana. Ello permite abordar conjuntamente por parte de las dos disciplinas diversos fenómenos que tienen su haber en el sistema cardiovascular: fenómenos biomecánicos, bioeléctricos y biomagnéticos; al igual que el tema de la instrumentación necesaria para su detección y medición, como son diferentes sensores y transductores; a la vez que se introduce en la fundamentación técnica de equipos de diagnóstico y terapéuticos, utilizados en el área.

Fruto de esta vía interdisciplinaria se logró satisfacer necesidades de miles de pacientes, muy especialmente al clomar sus expectativas con respecto a la calidad de vida que se les ofrece ante el diagnóstico de una enfermedad cardíaca o vascular, que muchas veces deteriora progresivamente su estado de salud hasta limitar la posibilidad de realizar las actividades de la vida cotidiana, y a quienes de no recibir un manejo adecuado sólo les resta esperar que se produzcan problemas cardíacos mayores y se agrave su estado funcional, hasta llegar a la muerte. Ello nos lleva a reconfirmar que la investigación, para que tenga frutos en este campo, necesita tener una perspectiva amplia de los problemas y de las soluciones.

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