Modelización de las repercusiones de los traumatismos craneoencefálicos
Uno de los principales retos de las ciencias médicas y la mecánica consiste en predecir y tratar los traumatismos craneoencefálicos (TCE, o TBI por sus siglas en inglés). Un TCE es provocado por una fuerza externa repentina ejercida sobre la cabeza que daña el cerebro, como una agresión física o un accidente de tráfico. Constituye una de las principales causas de discapacidad y muerte en adultos. «Es importante mejorar la comprensión de los TCE, ya que esto nos podría ayudar a diseñar soluciones para prevenir las lesiones», explica Harold Berjamin, investigador posdoctoral en la Universidad de Galway e investigador principal del proyecto TBI-WAVES. A pesar de los diferentes estudios efectuados por la comunidad científica de la mecánica para simular y comprender los efectos de los TCE, varios aspectos básicos se han subestimado u omitido en la modelización de los TCE como, por ejemplo, la inercia, la inflamación y el contenido de fluidos. En el proyecto financiado con fondos europeos TBI-WAVES, Berjamin y sus colaboradores se propusieron mejorar la modelización mecánica e informática de los TCE. El equipo del proyecto, que contó con el apoyo de las acciones Marie Skłodowska-Curie, tuvo en cuenta primero los efectos previamente subestimados en la modelización de los TCE para, a continuación, crear herramientas avanzadas de simulación de impactos en la cabeza.
Mejora de la modelización mecánica e informática de las lesiones cerebrales
A fin de colmar la brecha del conocimiento en este ámbito, los investigadores crearon diferentes modelos matemáticos para estudiar la influencia de diversos efectos relacionados con la fricción en los TCE, a saber: el efecto de la viscosidad del material y del contenido líquido en el movimiento del tejido cerebral. Gracias a la investigación efectuada en el proyecto, se demostró que estos efectos podrían tener una gran importancia en los TCE. «Nuestro principal resultado es que los movimientos violentos resultantes de los impactos son muy sensibles a varias propiedades del material, sobre todo a la rigidez y la viscosidad», comenta Berjamin. «Por lo tanto, estos efectos no se deberían subestimar a la hora de estudiar los TCE».
Simulación del movimiento del cerebro tras un impacto
El equipo desarrolló herramientas de simulación específicas para mejorar los conocimientos básicos de los TCE. La investigación actual se encuentra aún en la fase de establecer los vínculos entre la causa de una lesión y sus repercusiones, una tarea que no se puede acometer a través de experimentos por razones éticas obvias. Por tanto, las herramientas de simulación de impactos en la cabeza son fundamentales. Estas herramientas, códigos informáticos de gran precisión que simulan el movimiento del cerebro tras un impacto, podrían utilizarse en el contexto de lesiones deportivas, accidentes automovilísticos y otros accidentes de circulación para comprender qué tipo de traumatismo se puede haber producido. «Esas simulaciones se pueden utilizar además de forma preventiva, a fin de estimar las fuerzas y las distensiones que se producen en el cerebro durante un impacto y, así, diseñar mejores protocolos o medidas de protección», explica Berjamin.
Inspirar la modelización futura de los procesos físicos y biológicos tras un traumatismo
Berjamin prevé que los resultados de su proyecto sirvan para seguir mejorando la modelización y simulación de tejidos, así como la comprensión de los procesos físicos y biológicos que tienen lugar en los TCE. «De este modo, espero que los avances en matemáticas e ingeniería ayuden a reducir la carga que suponen los TCE para los sistemas sanitarios, por ejemplo gracias a nuevos dispositivos de seguridad», añade el investigador. El marco de simulación de TBI-WAVES aún no está listo para el análisis de supuestos reales de TCE, pero el equipo espera lograr avances rápidos en este sentido. Los modelos informáticos coherentes del tejido cerebral se podrían emplear en otras aplicaciones distintas a los TCE como, por ejemplo, en los ensayos de materiales, el diagnóstico médico por imagen, las intervenciones quirúrgicas y los simuladores. «He mantenido algunas colaboraciones de investigación relacionadas con los TCE, y espero dedicarme a este tema de nuevo en el futuro», comenta Berjamin.
Palabras clave
TBI-WAVES, cerebro, lesión, traumática, cabeza, investigación, modelos informáticos, cirugía, inercia