| TAZ-TFG-2017-3358 |
Análisis del metabolismo en lechos vasculares en un modelo respiratorio/hemodinámico detallado
Díaz Pérez, María
Murillo Castarlenas, Javier (dir.)
Universidad de Zaragoza,
EINA,
2017
Departamento de Ingeniería Mecánica, Área de Máquinas y Motores Térmicos
Graduado en Ingeniería Mecánica
Resumen: En este trabajo de fin de grado, a través de la simulación numérica, se evalúan y cuantifican las necesidades metabólicas en diferentes tejidos del cuerpo humano, integrados a través de una modelización de los lechos capilares adaptada a las necesidades específicas de cada tejido. Los indicadores metabólicos son: pH, presión parcial de oxígeno y de dióxido de carbono, saturación de oxígeno y concentración de dióxido de carbono y de oxígeno tanto en la región sanguínea como en la región de ventilación. Para poder representar estos indicadores metabólicos en función de los ciclos respiratorios se requiere de un modelo matemático integrado que describa las interacciones cardiopulmonares. La realización de este proyecto fin de grado ha sido posible a través de la lectura y comprensión de modelos previos que desarrollaran el sistema cardiorrespiratorio. En estos modelos se detallan numerosos modelos matemáticos respiratorios (flujo de gases pulmonar, intercambio alveolar, transporte y metabolismo basal) y hemodinámicos (flujo sanguíneo, pulmonar, arterial, capilar y venoso). Una vez ideado el modelo que establece las interacciones entre el sistema cardiovascular y el sistema respiratorio, una parte esencial es la de analizar su fiabilidad. Para ello, se representaron los indicadores metabólicos en función de los ciclos respiratorios y se compararon con los datos obtenidos de una exhaustiva búsqueda bibliográfica. El principal problema encontrado a la hora de realizar esta comparación, fue la escasez de valores de referencia verosímiles. El metabolismo junto a la ventilación, constituyen los sumideros y fuentes del sistema. Una parte del trabajo de fin de grado, corresponde a la estimación del metabolismo basal y a su posterior corrección. Esta corrección consiste en alcanzar el mínimo error entre los consumos de oxígeno simulados en cada región con los obtenidos de la literatura. La demanda metabólica basal es el oxígeno que necesitan consumir cada una de las regiones del sujeto en reposo. Esta demanda se ha calculado en los tejidos de los músculos esqueléticos, esplácnicos, extraesplácnicos, cerebrales y coronarios, como un producto entre el reparto de flujo sanguíneo en cada tejido y la diferencia de concentraciones de oxígeno arterial y venoso. Calculadas las diferencias entre los resultados del consumo de oxígeno obtenidos de la simulación y los de la literatura, se analizaron las regiones donde estas diferencian eran mayores. Se hicieron diversas pruebas con la herramienta computacional, ajustando las concentraciones de oxígeno venoso en distintas regiones hasta conseguir que el error fuera mínimo. A este trabajo de fin de grado le acompañan una serie de anexos que desarrollan con detalle el modelo matemático integrado necesario para describir las interacciones cardiopulmonares. Para su completo análisis se necesita la descripción de la circulación cardiovascular que involucra un modelo multiescala global para la circulación humana y considera la circulación arterial, el sistema venoso, el corazón, la circulación pulmonar y la microcirculación en los lechos capilares. Además, se hace especial énfasis en la circulación venosa. También se modela en detalle la circulación coronaria, que requiere de un modelo propio. El modelo de circulación pulmonar se acopla con el sistema respiratorio a través de la descripción de la mecánica pulmonar y los músculos respiratorios, que afectan a la circulación en la región coronaria, intratorácica y abdominal. La interacción/intercambio de los gases incluye el modelado de espacio muerto fisiológico, alvéolos y capilares pulmonares.
Tipo de Trabajo Académico: Trabajo Fin de Grado
Notas: Anexos en inglés.
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