Análisis Computacional Preliminar para el Desarrollo de un Mecanismo Pulsátil de Impulsión Sanguínea a Frecuencias No Fisiológicas

Abstract

La enfermedad cardiovascular (ECV) es la principal causa de morbilidad y mortalidad en los países occidentales y un problema de salud pública significativo en la mayoría de las naciones industrializadas. Si bien existen tratamientos para reducir los efectos de esta enfermedad frecuentemente a largo plazo la ECV deriva en insuficiencia cardiaca congestiva (ICC). Cuando se agotan las terapias farmacológicas y quirúrgicas, la alternativa terapéutica es el trasplante cuyo principal inconveniente es la ausencia de donantes. Una alternativa tecnológica al transplante a corto plazo es el soporte circulatorio mecánico temporal tanto para pacientes que aguardan el trasplante como para otros que necesitan soporte circulatorio por un periodo determinado. Desde hace más de una década se están desarrollando bombas sanguíneas de flujo axial de pequeño tamaño que hacen posible su implantación en el organismo del paciente. Estos dispositivos tienen un diseño simple, con pocas partes móviles, pequeña superficie de contacto con la sangre y además no poseen válvulas por lo cual no son oclusivos. Su fácil inserción facilita también la explantación. Por otra parte, el flujo al ser continuo no es fisiológico y ello podría devenir en nuevas patologías cardiovasculares. El hecho de no requerir válvulas en el sistema hace que una falla mecánica sea equivalente a una insuficiencia aórtica severa. Por otra parte, las bombas pulsátiles son en general de gran tamaño cuando impulsan con frecuencia fisiológica (1 Hz), lo que genera dificultades de implantación, no obstante si los dispositivos se diseñan para suministro de flujo de sangre a mayor frecuencia, esto redundará en tamaños más reducidos: podrían ser totalmente implantables, de bajo costo de fabricación y operación, suministrar un flujo más fisiológico y ser confiables y seguros. En este trabajo se analiza la interacción fluido-estructura entre un flujo sanguíneo newtoniano y un émbolo impulsor que se mueve con velocidad periódica dentro de un diseño en estudio de bomba pulsátil. El mecanismo es de doble efecto y consta de cuatro válvulas: dos de aspiración y dos de impulsión. A través de la simulación mediante un software comercial basado en elementos finitos, se resuelve el flujo en una configuración preliminar plana para determinar zonas de altas velocidades y elevados esfuerzos cortantes que pueden provocar hemólisis y agregación plaquetaria. El cierre y apertura de válvulas se modela mediante condiciones de contorno de flujo normal nulo y tracciones normales con una presión de referencia, respectivamente, impuestas en forma débil. Por último, se determina la fuerza con la que debe impulsarse el émbolo para lograr el trabajo de bombeo para cada frecuencia, particularmente aquellas no fisiológicas (mayores a 1Hz).