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Multi-scale computational hemodynamics in obese children and adolescents: enabling personalised prediction of cardiovascular disease

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Los niños obesos podrían beneficiarse del control avanzado del flujo sanguíneo

La obesidad, con todos sus riesgos para la salud, ha cobrado protagonismo en todo el mundo y de forma alarmante entre los niños. El proyecto CALLIRHEO desarrolló la modelización avanzada en 3D para analizar el flujo sanguíneo en arterias jóvenes y ayudar a identificar los primeros signos de enfermedad cardiovascular.

Salud

La obesidad infantil se considera uno de los principales retos de nuestro tiempo. Solo en Europa, según el Plan de Acción de la UE contra la Obesidad Infantil 2014-2020, el 33 % de los menores de entre seis y nueve años de edad eran obesos o presentaban sobrepeso en 2010, lo que supone un incremento del 8 % en solo dos años. Los niños obesos tienen mayor probabilidad de ser adultos obesos, lo que aumenta su riesgo de padecer una serie de enfermedades no transmisibles y de muerte prematura. Tienen altos niveles de colesterol con mayor frecuencia que los niños de peso normal y presentan signos tempranos de enfermedades cardiovasculares (ECV). Además, se piensa que la hemodinámica, que está íntimamente conectada con las ECV, se ve afectada negativamente por la obesidad. El proyecto CALLIRHEO, desarrollado con el apoyo de las Acciones Marie Skłodowska-Curie (MSCA), utilizó datos 3D continuos de escaneo múltiple para crear, por primera vez, modelos muy precisos de toda la vasculatura arterial específica de un paciente, desde la raíz aórtica hacia las pequeñas arterias del brazo. Esto permitirá a los investigadores analizar la relación entre el flujo sanguíneo y los marcadores de enfermedades relacionadas con el flujo. El proyecto también adquirió datos de IRM con contraste de fase específicos del paciente en pacientes normales y obesos, lo que proporcionó mediciones de la velocidad del flujo sanguíneo. Al combinar dichos datos con varios métodos de dinámica de fluidos computacional (DFC), se obtuvieron modelos multiescala personalizados que pueden ser útiles para las prácticas clínicas. «Esta es la primera vez que la investigación se ha fijado en la obesidad infantil desde una perspectiva hemodinámica mediante DFC avanzada», afirma Asimina Kazakidi, beneficiaria de una beca individual de investigación MSCA. «Es probable que el impacto científico de CALLIRHEO sea grande, tanto en los ámbitos de modelización numérica como de ingeniería biomédica».

La importancia de la hemodinámica

Se considera que la hemodinámica es el mecanismo subyacente responsable de la formación temprana de lesiones ateroscleróticas, en las que la arteria se estrecha debido a la acumulación de placas compuestas por grasa, colesterol y calcio. Estas acumulaciones dañan las paredes arteriales, comprometiendo sus funciones. Este es uno de los indicadores tempranos de la mayoría de ECV. CALLIRHEO utilizó métodos de DFC por ser los únicos que permitieron la creación de simulaciones específicas del paciente de las complejas redes de arterias para el análisis de los cambios vasculares inducidos por la obesidad. «La DFC es un método atractivo porque puede cuantificar variables que son difíciles de medir en personas o cultivos celulares. En la actualidad, este tipo de modelización numérica está bien aceptado para el tratamiento predictivo y la planificación quirúrgica ya que contempla posibles resultados y mejora la toma de decisiones», explica Kazakidi. Para probar su método, el equipo examinó alrededor de veinte conjuntos de datos específicos de pacientes del Hospital Universitario Queen Elizabeth en Glasgow (Escocia). Estas pruebas indicaron una fuerte relación entre el comportamiento del flujo sanguíneo y los marcadores de enfermedades relacionadas con el flujo. Los resultados se han presentado en varios congresos nacionales e internacionales y en publicaciones en revistas.

Reducción de las enfermedades cardiovasculares

Aunque la obesidad se puede caracterizar como una enfermedad relacionada con la alimentación causada por una elevada ingesta de calorías y grasas, las causas subyacentes se deben a múltiples factores, que incluyen una combinación de elecciones ambientales, culturales y de estilos de vida. Mediante oportunidades de participación pública, como visitas a colegios de primaria y centros científicos, el proyecto aumentó la sensibilización de los niños y adultos sobre las implicaciones en la salud de la obesidad, incluido el mayor riesgo de ECV. «La investigación podría tener un impacto social significativo en una mejor comprensión de los cambios vasculares inducidos por la obesidad en niños y para la industria sanitaria y la ciencia médica en el avance de metodologías novedosas», señala Kazakidi. El equipo del proyecto se encuentra ahora en proceso de establecer colaboraciones con universidades canadienses y británicas para lograr acceso a un mayor número de conjuntos de datos específicos de pacientes. Esto les permitirá seguir confirmando la veracidad del modelo y ampliar el análisis a grupos de diferente sexo, edad e IMC.

Palabras clave

CALLIRHEO, obesidad infantil, enfermedad cardiovascular, dinámica de fluidos computacional, vascular, hemodinámica, colesterol, arteria, modelos

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