Modelado y simulación del sistema de control cardiovascular en pacientes con lesiones coronarias

Abstract

Se presenta un modelo del sistema cardiovascular desarrollado con suficiente detalle para analizar la regulación del sistema nervioso central (snc) de control, cuando el sistema cardiovascular esta sometido a la acción de diferentes señales de las presiones intratoracica e intraabdominal. Como señales de salida a este sistema se consideran las señales que pueden ser medidas experimentalmente en las sesiones de cateterismo: presiones de la aurícula derecha y aortica, flujo sanguíneo coronario y frecuencia cardiaca. Se presenta una estructura compartimental del sistema hemodinámico, incluyendo las cuatro cámaras cardiacas y el sistema arteriovenoso, y se desarrolla un modelo del snc de control basado en el conocimiento fisiológico del mismo. Ambos modelos son descritos mediante ecuaciones diferenciales lineales y elementos no lineales, histéresis, retardos, etc. Se realiza la verificación de estos modelos y el análisis de sensibilidad de las variables de salida, que permite reducir la gran complejidad de dichos modelos para facilitar la estimación paramétrica, así como obtener un tiempo de cálculo menor. Cada uno de los controladores pertenecientes al snc de control se identifican mediante un modelo paramétrico no lineal (narmax), aplicando una metodología para realizar una búsqueda ortogonal rápida. El interés de este modelado esta en la obtencion de una estructura del snc mas simple que el planteado con ecuaciones diferenciales, pero sin perder rango de validez en los resultados, y con una estimación paramétrica mas rápida. Se realiza el ensamblaje del sistema hemodinámico con el snc de control el cual permite el análisis del sistema cardiovascular global. El modelo del sistema cardiovascular se evalúa bajo el criterio de validación, utilizándose registros clínicos de pacientes. Se estiman los parámetros del modelo para adaptar su comportamiento a cada paciente específico. Se comparan los resultados de la simulación del sistema cardiovascular con los dos modelos diferentes identificados del snc. Los modelos propuestos permiten analizar el comportamiento de los elementos de control que actúan en el sistema cardiovascular y clasificar los pacientes en diferentes grupos dependiendo del distinto comportamiento de su snc de control. La explotación del modelo permite estudiar la predicción de la relación entre el suministro y la demanda de oxigeno al miocardio, cuando los pacientes con lesiones coronarias realizan diferentes maniobras de aumento de las presiones intratoracica e intraabdominal. Los resultados obtenidos dan respuesta a la controversia existente sobre si resultan beneficiosos o no estos aumentos de presión, por otro lado tan frecuentes en la vida ordinaria. Se han identificado dos grupos de pacientes, con modelos diferentes para el controlador de la resistencia coronaria, de manera que para un grupo la realización de esta maniobra mejora la relación entre el suministro y la demanda de oxigeno, mientras que para los pacientes del otro grupo disminuye respecto a la zona de reposo, pudiendo provocar la muerte súbita de origen cardiaco.