Modelización matemática del cuerpo humano
Los métodos computacionales se emplean cada vez más para reconstruir sistemas biológicos complejos, a base de convertir segmentos de datos médicos relativos a vasos y vías respiratorias en modelos robustos y aptos para la simulación. Cabe esperar que esos modelos matemáticos aporten una percepción nueva y valiosa al abordar los problemas de manera distinta. Sin embargo, para modelizar la fisiología humana con exactitud es necesario realizar simulaciones a escala múltiple. Un equipo de investigadores financiado por la UE ha desarrollado recientemente unos modelos integrados que permiten simular problemas relativos a la circulación de fluidos, utilizando una amplia gama de recursos, desde clústeres hasta recursos de supercomputación. En el ámbito del proyecto MATCOMPHYS (Mathematical models and high performance computing for deposition and absorption in physiological flows), financiado por la UE, los investigadores han desarrollado herramientas numéricas que permiten simular el flujo del aire inspirado por el aparato respiratorio hasta alcanzar los pulmones, así como la microcirculación sanguínea. En concreto, estos investigadores han elaborado un modelo tridimensional de las vías respiratorias a partir de datos reales procedentes de tomografías médicas. Se han realizado simulaciones a gran escala utilizando este modelo exhaustivo y detallado en dos de los mayores superordenadores europeos: FERMI (Italia) y MareNostrum (España). La elevada resolución del modelo ha permitido poner al descubierto detalles muy intrincados del caudal de aire inspirado por las vías respiratorias superiores e inferiores. Se ha descubierto que el flujo por las fosas nasales queda restringido. Según el aire llega a la garganta alcanza una velocidad mayor y el flujo se convierte en turbulento. También se han realizado simulaciones numéricas para estudiar la circulación sanguínea por la red compleja de vasos ramificados que presentan longitudes de unos pocos micrómetros y por los que se distribuyen nutrientes, oxígeno y células por todo el cuerpo. Los resultados de dicho estudio revelan el movimiento intrincado de las células sanguíneas según colisionan entre ellas, con el efecto que ello supone sobre el proceso de transporte. La aplicación de la dinámica de los fluidos —o de cualquier otra disciplina técnica— a la medicina es relativamente nueva. La investigación llevada a cabo por el equipo del proyecto MATCOMPHYS en esta encrucijada entre la ingeniería, la biología y la medicina demuestra la importancia del trabajo interdisciplinar. Y la ingeniería todavía puede aportar mucho más al estudio del funcionamiento del cuerpo humano.
Palabras clave
Cuerpo humano, aparato respiratorio, modelos matemáticos, MATCOMPHYS, microcirculación
