El ‘aleteo’ inestable predice el aneurisma aórtico con un 98% de precisión

Investigadores de la Universidad Northwestern han desarrollado la primera métrica basada en la física para predecir si una persona podría sufrir algún día un aneurisma aórtico, una afección mortal que a menudo no causa síntomas hasta que se rompe.

En el nuevo estudio, los investigadores pronosticaron un crecimiento aórtico anormal midiendo el “aleteo” sutil en el vaso sanguíneo de un paciente. A medida que la sangre fluye a través del aorta, puede hacer que la pared del barco se agite, de forma similar a como se ondula una pancarta con la brisa. Mientras que el flujo estable predice un crecimiento normal y natural, el aleteo inestable predice en gran medida un crecimiento anormal futuro y una posible ruptura, encontraron los investigadores.

Llamado “parámetro de inestabilidad del aleteo” (FIP), la nueva métrica predijo un aneurisma futuro con un 98% de precisión en promedio tres años después de que se midió por primera vez el FIP. Para calcular un FIP personalizado, los pacientes solo necesitan una única exploración por resonancia magnética (IRM) de flujo 4D.

Utilizando la métrica predictiva clínicamente mensurable, los médicos podrían recetar medicamentos para pacientes de alto riesgo intervenir y potencialmente evitar que la aorta se hinche a un tamaño peligroso.

La investigación fue publicada esta semana (11 de diciembre) en la revista Ingeniería Biomédica de la Naturaleza.

“A los aneurismas aórticos se les conoce coloquialmente como ‘asesinos silenciosos’ porque a menudo pasan desapercibidos hasta que ocurre una disección o ruptura catastrófica”, dijo Neelesh A. Patankar, de Northwestern, autor principal del estudio. “Se desconocía la física fundamental que impulsa los aneurismas. Como resultado, no existe ningún protocolo clínicamente aprobado para predecirlos. Ahora, hemos demostrado la eficacia de una métrica basada en la física que ayuda a predecir el crecimiento futuro. Esto podría ser transformador en la predicción cardíaca patologías.”

Patankar, experto en dinámica de fluidos, es profesor de ingeniería mecánica en la Escuela de Ingeniería McCormick de Northwestern. Codirigió el estudio con el Dr. Tom Zhao, que se especializa en biomecánica de primeros principios.

Peligro creciente

Un aneurisma aórtico ocurre cuando la aorta (la arteria más grande del cuerpo humano) se hincha hasta más de 1,5 veces su tamaño original. A medida que crece, la pared de la aorta se debilita. Con el tiempo, la pared se vuelve tan débil que ya no puede soportar la presión de la sangre que fluye a través de ella, lo que provoca la ruptura de la aorta. Aunque es poco común, una ruptura aórtica suele ser impredecible y casi siempre fatal.

Varias personas destacadas han muerto a causa de Aneurisma aortico, incluido Grant Wahl, un periodista deportivo que murió repentinamente hace un año en la Copa Mundial de la FIFA 2022. Otras muertes de celebridades incluyen a John Ritter, Lucille Ball y Albert Einstein.

“La mayoría de las personas no se dan cuenta de que tienen un aneurisma a menos que se detecte accidentalmente cuando reciben una exploración por un problema no relacionado”, dijo Patankar. “Si los médicos lo detectan, pueden sugerir cambios en el estilo de vida o recetar medicamentos para reducir presión arterial, frecuencia cardíaca y colesterol. Si no se detecta, puede romperse, lo que es un evento catastrófico inmediato”.

“Si se rompe cuando la persona está fuera del hospital, la tasa de mortalidad es cercana al 100%”, añadió Zhao. “El suministro de sangre al cuerpo se detiene, por lo que órganos críticos como el cerebro ya no pueden funcionar”.

Eliminando las conjeturas

Para el estándar de atención actual, los médicos estiman la probabilidad de ruptura basándose en factores de riesgo (como la edad o el historial de tabaquismo) y el tamaño de la aorta. Para controlar una aorta en crecimiento, los médicos la rastrean mediante exploraciones por imágenes periódicas. Si la aorta comienza a crecer demasiado rápido o se vuelve demasiado grande, entonces el paciente a menudo se someterá a un injerto quirúrgico para reforzar la pared del vaso, un procedimiento invasivo que conlleva sus propios riesgos.

“Nuestra falta de comprensión colectiva dificulta el seguimiento de la progresión del aneurisma”, afirmó Zhao. “Los médicos necesitan realizar un seguimiento regular del tamaño de un aneurisma mediante imágenes de su ubicación cada uno a cinco años, dependiendo de qué tan rápido creció anteriormente y si el paciente tiene alguna enfermedad asociada. Durante este período de ‘esperar y ver’, un aneurisma puede estallar fatalmente. “.

Para eliminar las conjeturas a la hora de predecir aneurismas futuros, Patankar, Zhao y sus colaboradores intentaron captar la física fundamental que subyace al problema. En extensos trabajos y análisis matemáticos, descubrieron que surgen problemas cuando el aleteo pared del vaso pasa de estable a inestable. Esta inestabilidad causa o indica un aneurisma.

“El aleteo es una señal mecánica del crecimiento futuro”, dijo Patankar.

Capturando la física subyacente

Para cuantificar la transición de la estabilidad a la inestabilidad, los investigadores combinaron la presión arterial, el tamaño de la aorta, la rigidez de la pared aórtica, la tensión de corte en la pared y la frecuencia del pulso. El número resultante (o FIP) caracteriza la interacción exacta entre la presión arterial y la rigidez de la pared que, en última instancia, desencadena la inestabilidad del aleteo.

“Los médicos sabían que estos factores (presión arterial, frecuencia de los latidos del corazón y tamaño de la aorta) estaban involucrados, pero no sabían cómo cuantificarlos”, dijo Patankar. “Resulta que lo importante es la combinación de los factores. Un paciente puede tener una pared inestable pero una aorta de tamaño normal, por lo que su médico ni siquiera se daría cuenta de que hay un problema”.

Sorprendentemente, los investigadores descubrieron que la inestabilidad tiende a surgir cuando la pared es más flexible. Este hallazgo contradice directamente el conocimiento común de que la rigidez aórtica es un signo de enfermedad.

“Demostramos que cuanto menos rígido es, mayor riesgo corre el paciente de sufrir crecimiento y ruptura en el futuro”, dijo Zhao. “Esto se debe a que una vez que la aorta alcanza cierto tamaño, el cuerpo intenta endurecerla para aparentemente protegerla del crecimiento futuro. Pero las que todavía están creciendo son menos rígidas. La aorta aleteará si la pared es más flexible”.

Validando la métrica

Para probar la nueva métrica, los investigadores revisaron datos de resonancia magnética de flujo 4D de 117 pacientes que se sometieron a imágenes cardíacas para monitorear enfermedades cardíacas y de 100 voluntarios sanos. Basándose en esta resonancia magnética, los investigadores asignaron a cada paciente un FIP personalizado. En esta métrica, el cero marca el umbral entre estable e inestable.

Para los pacientes con un FIP por debajo de cero, era poco probable que su aorta experimentara un crecimiento anormal. Sin embargo, los investigadores predijeron que los pacientes con un FIP superior a cero experimentarían un crecimiento anormal y una ruptura futura.

“Al establecer el valor pronóstico de esta métrica cuantitativa para la resonancia magnética de flujo 4D cardiovascular, podemos mejorar significativamente el valor de las imágenes ofrecidas como estándar de atención a los pacientes con aneurismas”, afirmó el Dr. Ethan Johnson, coprimer autor del estudio y becario postdoctoral. en imágenes cardiovasculares en la Facultad de Medicina Feinberg de la Universidad Northwestern.

Cuando los investigadores compararon estas predicciones con resonancias magnéticas de seguimiento o diagnósticos médicos, descubrieron que sus predicciones eran precisas en el 98% de los casos. Aunque el FIP predijo el crecimiento futuro en promedio tres años después de la resonancia magnética inicial (cuando se calculó el FIP), los investigadores dicen que esta métrica puede incluso ofrecer una visión más granular de la salud del corazón a diario o mensualmente.

“El período de uno a ocho años es el rango de tiempo en el que se encuentran nuestros datos clínicos”, dijo Zhao. “No es el intervalo de tiempo total en el que el FIP es necesariamente efectivo”.

A continuación, Patankar, Zhao y su equipo planean explorar si el FIP puede proporcionar pistas sobre cómo se desarrollan otras enfermedades cardíacas. También están estudiando si la FIP específica del paciente puede indicar qué métodos de prevención son más efectivos para detener aneurisma progresión.

La investigación se titula “La inestabilidad de las paredes sanguíneas como fisiomarcador de la progresión de la enfermedad torácica”. aneurismas aórticos“.