Válvula De Corazón

Modelización, diseño y construcción de un prototipo de prótesis de válvula cardiaca

Introducción

El corazón humano está compuesto por dos pares de cámaras, conectadas entre sí por válvulas unidireccionales que controlan el flujo de sangre. Las válvulas cardíacas tienen la función de permitir el paso de fluido en una sola dirección y, su cierre y apertura es accionado directamente por el flujo de sangre. Estas válvulas cardíacas pueden ser atingidas por diversas patologías que provocan estenosis y/o insuficiencia de las mismas, siendo, en muchos casos necesaria la substitución por prótesis valvulares cardíacas. Las prótesis de válvulas cardíacas más utilizadas son las denominadas prótesis mecánicas “bivalvas” las cuales tienen una alta durabilidad, aunque no tienen tan buena hemodinámica como las válvulas nativas y requieren el uso constante de anticoagulantes. En el diseño de una válvula cardíaca es necesario aprovechar el flujo de sangre lo mejor posible e introduciendo una mínima perturbación en el flujo de sangre y en el funcionamiento del corazón y zonas aledañas. Los métodos computacionales que resuelven las ecuaciones de Navier-Stokes, expresiones matemáticas que describen el flujo de fluidos, empleando técnicas de discretización y métodos numéricos para resolución de sistemas de ecuaciones pueden ser utilizadas para realizar el diseño de estas prótesis

Materiales y métodos

Se construyó un modelo trivalva tridimensional, surgido del análisis de los resultados de la simulación de modelos desarrollados previamente. Se realizaron simplificaciones basados en análisis de simetría, confeccionando un modelo tomando 1/2 de la sección transversal cilíndrica. Esto permitió reducir el número de elementos y también el esfuerzo de cálculo. Se utilizaron programas de simulación por Elementos Finitos para el cálculo y la visualización de los resultados. Se empleó un modelo matemático previamente validado para prótesis bivalvas y empleado para la simulación de un diseño anterior de prótesis trivalva esférica. El fluido se discretizó con elementos tetraédricos isoparamétricos, de segundo orden.

Los modelos se estudiaron en condiciones de régimen estacionario, colocando a la válvula en el centro de una arteria cilíndrica recta de paredes rígidas, esto permite estudiar la interferencia de la válvula en el flujo de sangre, estudiando el perfil de velocidades en secciones transversales antes y después de la válvula. Se realizaron simplificaciones respecto a las propiedades de la sangre, considerándola incompresible, Newtoniana y en flujo estacionario e isotérmico. Las condiciones de velocidad del flujo de sangre se parametrizaron mediante el número de Reynolds (Re) en función del diámetro de la arteria. Las propiedades de la sangre y valores característicos que se usaron fueron: viscosidad = 0,004 Pa.s (a 37 ºC), densidad de la sangre = 1,050 g/cm3, caudal promedio = 5000 cm3/min, diámetro interno la arteria =

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