Examinando por Materia "Viscoelasticidad"

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    PublicaciónAcceso abierto
    Dispositivo de viscoelasticidad variable para la simulación de la biomecánica respiratoria
    (Universidad EIA, 2021) Gómez Schrader, Nicolás; Montoya Goéz, Yesid; Ospina Muñoz, Walter
    Actualmente se conoce como viscoelasticidad o elasticidad imperfecta, aquella característica que tienen algunos materiales al resistir diferentes situaciones de esfuerzo. A pesar de que, en su mayoría de materiales de diseño, muestran tener un comportamiento lineal, estos materiales muestran no tener respuestas lineales respecto a una señal de la carga o la deformación que se aplique. Esta característica ha tomado mucho interés desde diversas disciplinas de investigación como lo es entender los tejidos biológicos. Un principal aspecto al estudiar el aparato respiratorio es su distensibilidad, esta característica se encarga de caracterizar y diagnosticar parte del funcionamiento pulmonar. En la actualidad comúnmente las patologías que se relacionan con la resistencia de tejidos, se diagnostican utilizando únicamente la distensibilidad pulmonar como herramienta de comprensión, a pesar de conocer la importancia de mantener los comportamientos que tienen estos tejidos. Por otra parte, en la actualidad existen diversas herramientas para evaluar el aparato respiratorio (Jiménez & López, 2018). Sin embargo, muchas de estas herramientas son aproximaciones centradas en evaluar la mecánica del pulmón, las fuerzas hísticas en el aparato respiratorio y su comportamiento viscoelástico (Gattinoni et al., 2016; Jiménez & López, 2018; Suki et al., 1994). No obstante, el estudio de sus propiedades elásticas y viscosas por separado ha sido escaso (Navajas et al., 1995). Estas últimas, son objeto de estudio, ya que son un componente principal de la matriz extracelular que permiten al pulmón tener características únicas que incluyen patrones de fluencia y de relajación (Birzle & Wall, 2019). Adicionalmente, el comportamiento viscoelástico del pulmón se ve afectado por diversas patologías. Como, por ejemplo, el enfisema pulmonar y el asma los cuales tienen un efecto negativo en la histéresis del pulmón (Navajas et al., 1995). Por lo que, evaluar las propiedades elásticas y viscosas del pulmón tendría un impacto positivo en los profesionales del área adquiriendo mayor conocimiento de ese fenómeno y permitiendo así menor sesgo en el tratamiento en pacientes con complicaciones asociadas (Kononov et al., 2001; Protti & Votta, 2018). Teniendo en cuenta todo lo anterior, se diseñó y fabricó un prototipo de un dispositivo mecánico capaz de simular y caracterizar eventos viscoelásticos, para su uso en un simulador de la mecánica respiratoria. Este prototipo aporta la posibilidad de simular las propiedades viscoelásticas del pulmón, reproducir curvas de relajación al ser sometido en pruebas de ventilación mecánica y reporta curvas de presión contra tiempo; todo esto de manera rápida y sin tener que dañar el prototipo ni utilizar experimentación in vivo. Por otra parte, este prototipo podría mejorar el entendimiento de este fenómeno sirviendo como una aproximación experimental de los comportamientos viscoelásticos. Finalmente, se evaluó un modelo para interpretar las curvas de presión contra tiempo obtenidas del prototipo y las variables obtenidas del modelo se compararon con las reportadas en literatura, teniendo en consideración como las pruebas de contraste de Kolmogórov-Smirnov. Por lo tanto, el prototipo y el modelo muestran un prometedor potencial para evaluar el comportamiento viscoelástico del pulmón.
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    Dispositivo para emular las propiedades viscoelásticas en el simulador de la mecánica respiratoria SAMI-SII
    (Universidad EIA, 2023) Castaño Betancur, Jacobo; Montagut Ferizzola, Yeison Javier; Giraldo Vázquez, Mario Alejandro; Jiménez Posada, León Darío
    RESUMEN: la viscoelasticidad es una característica que poseen los tejidos pulmonares. A pesar de ser una propiedad que está bien definida en la literatura, es difícil medirla, ya que tener acceso a estos tejidos implicaría usar técnicas invasivas que podrían ser lesivas para un paciente, además de las correspondientes razones éticas. Debido a esto, los médicos no tienen una comprensión clara del efecto de esta característica, no se conocen valores estándares de viscoelasticidad, ni patologías atribuidas a esta, a pesar de que se sepa que cumple un papel importante durante el movimiento pulmonar. Por tal motivo, es importante el desarrollo de simuladores de la mecánica respiratoria que permitan estudiar los cambios de las variables pulmonares, tanto en escenarios sanos como patológicos; sin embargo, en la actualidad no existen simuladores físicos que tengan la capacidad de representar el efecto de las propiedades viscoelásticas. El presente trabajo tuvo como finalidad desarrollar un dispositivo electromecánico que emule las fuerzas viscoelásticas para ser implementado en el simulador de la mecánica respiratoria SAMI-SII, que fue desarrollado en la Universidad EIA de Envigado, Colombia. Esto permitiría tener un mejor entendimiento de la biomecánica respiratoria y marcaría un nuevo punto de partida referente al estudio de la viscoelasticidad en términos fisiológicos. Para lograr este trabajo, se llevó a cabo un procedimiento basado en cuatro etapas: Una fase de diseño del dispositivo tomando como referencia la metodología de Ulrich y Eppinger, una segunda fase donde se desarrolló un prototipo inicial del dispositivo donde fue posible generar el efecto viscoelástico desde un enfoque de la resistencia del sistema respiratorio, mediante fuerzas generadas por la oposición de polos magnéticos y la medición de estos con un sistema de instrumentación basado en el efecto hall. Se observó una resistencia asociada a la disipación de presión viscoelástica (ΔR) de 12.75 cmH2O/l/min, 7.50 cmH2O/l/min, 4.92 cmH2O/l/min, 3.52 cmH2O/l/min y 0.8 cmH2O/l/min. En la tercera fase se implementó una segunda versión del dispositivo basado en técnicas electroneumáticas y se verificó su capacidad para reproducir el efecto viscoelástico en un escenario de ventilación mecánica mediante la comparación de los resultados con la respuesta de stress relaxation de un modelo Sólido Lineal Estándar. Los coeficientes de determinación R2 fueron superiores al 95 %. Finalmente, se realizaron las modificaciones mecánicas, electrónicas y de control necesarias para acoplar el dispositivo en la cavidad torácica del SAMI-SII y se verificó su funcionamiento mediante la comparación de los resultados con el modelo previamente mencionado. Los coeficientes de determinación R2 fueron superiores al 92 %. Hasta donde sabemos, este es el primer sistema electromecánico capaz de representar el efecto viscoelástico pulmonar en un escenario de ventilación mecánica.