La mayoría de las personas no se paran a pensar en el acto propio de respirar, puesto que es un acto natural que hacemos de forma automática y por puro instinto. Sin embargo, se trata de un proceso en el que intervienen numerosos músculos de nuestro cuerpo, entre los cuales se encuentra el diafragma, cuya labor resulta fundamental. El diafragma es un músculo en forma de cúpula que divide la cavidad torácica de la abdominal; al contraerse - en la inspiración- expande la cavidad torácica para facilitar la entrada de aire a los pulmones a través de la tráquea; cuando se relaja -en la exhalación- llenando el vacío resultante, ya que este adopta su posición de reposo dando lugar a la contracción de los pulmones y a la salida del aire.
Dada su importancia, cuando el funcionamiento del diafragma no es el correcto, el proceso de respirar se torna en una tarea laboriosa. Esta disfunción crónica del diafragma puede presentarse en personas que acarrean alguna patología como ELA, distrofia muscular y otras enfermedades neuromusculares, así como en pacientes con parálisis y daño al nervio frénico, el cual estimula la contracción del diafragma. Para abordar estos casos, el Massachusetts Institute of Technology (MIT) ha sacado a la luz un nuevo diseño en pruebas con el objetivo de poder sustituir la función de soporte vital del diafragma y mejorar la capacidad pulmonar de las personas con limitación en este músculo.
En el momento que se inflan con una bomba externa, los tubos actúan a modo de músculos artificiales para empujar hacia abajo el diafragma y ayudar a que los pulmones se expandan
Este diseño llevado a cabo por el equipo de investigadores del MIT consiste en un ventilador suave, robótico e implantable que está concebido para aumentar las contracciones naturales del diafragma. En el núcleo del sistema hay dos tubos blandos con forma de globo que se pueden implantar para colocarse sobre el diafragma. En el momento que se inflan con una bomba externa, los tubos actúan a modo de músculos artificiales para empujar hacia abajo el diafragma y ayudar a que los pulmones se expandan. Así, este inflado se puede ajustar a una frecuencia que coincida con el ritmo natural del diafragma.
Los investigadores ya pusieron a prueba con éxito el ventilador implantable en animales, demostrando que, en casos de verse comprometida la función del diafragma, el sistema permitía mejorar significativamente la cantidad de aire que podían aspirar los pulmones. Los investigadores testaron el sistema en cerdos anestesiados, implantaron los tubos sobre el diafragma de los animales y unieron quirúrgicamente los extremos de los tubos a las costillas en cada extremo del músculo. Supervisaron los niveles de oxígeno de los animales y observaron la función de su diafragma mediante imágenes de ultrasonido.
“La biomecánica de este diseño está más cerca de la respiración normal, en comparación con los ventiladores que empujan el aire hacia los pulmones, donde tiene una máscara o una traqueotomía".
De este modo, el equipo descubrió que, en general, el ventilador implantable aumentaba el volumen de corriente de los porcinos, o la cantidad de aire que los pulmones podían aspirar con cada respiración. La mejora más significativa se observó en los casos en los que las contracciones del diafragma y los músculos artificiales estaban sincronizadas. En estos casos, el ventilador ayudó al diafragma a aspirar tres veces la cantidad de aire que lo haría sin asistencia. Sin embargo, todavía resta mucho trabajo por llevar a cabo hasta que este tipo de sistema de ventilación pueda ser aplicado al tratamiento con humanos con problemáticas del diafragma. Aún así, los resultados preliminares han sido positivos y permiten abrir un nuevo camino en la tecnología de respiración asistida que los investigadores están entusiasmados por optimizar.
“Esta es una prueba de concepto de una nueva forma de ventilar”, aclara Ellen Roche, profesora asociada de ingeniería mecánica y miembro del Instituto de Ingeniería y Ciencias Médicas del MIT. “La biomecánica de este diseño está más cerca de la respiración normal, en comparación con los ventiladores que empujan el aire hacia los pulmones, donde tiene una máscara o una traqueotomía. Hay un largo camino antes de que esto sea implantado en un ser humano. Pero es emocionante que podamos demostrar que podemos aumentar la ventilación con algo implantable”.
“La bomba y el sistema de control podrían usarse en un cinturón o mochila, o incluso potencialmente implantarse por completo. Hay bombas cardíacas implantables, por lo que sabemos que es factible"
El equipo está trabajando ahora para optimizar varios aspectos del sistema, con el objetivo de implementarlo algún día en pacientes con disfunción diafragmática crónica. “La visión es que sabemos que ciertas partes de este sistema podríanminiaturizarse”, afirma Roche. “La bomba y el sistema de control podrían usarse en un cinturón o mochila, o incluso potencialmente implantarse por completo. Hay bombas cardíacas implantables, por lo que sabemos que es factible. Por ahora, estamos aprendiendo mucho sobre la biomecánica y el trabajo de la respiración, y cómo podemos aumentar todo eso con este nuevo enfoque”.
Esta investigación fue financiada en parte por CIHR, la Asociación de Distrofia Muscular, el Instituto Nacional de Salud, la Fundación SICPA y el Fondo de Mejoramiento del Hospital Universitario de Lausana, la Beca SMA2 Brown y la Fundación Nacional de Ciencias. Roche y el resto de su equipo publicaron los resultados de su trabajo en Nature Biomedical Engineering . Entre los coautores del MIT se incluyen la primera autora y ex estudiante de posgrado Lucy Hu, así como a Manisha Singh y Diego Quevedo Moreno; junto con Jean Bonnemain del Hospital Universitario de Lausana en Suiza, y Mossab Saeed y Nikolay Vasilyev del Hospital Infantil de Boston.