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Un modelo matemático desarrollado por la UC3M podría ayudar a explicar cómo circula la sangre por el cerebro

Un modelo matemático desarrollado por la UC3M podría ayudar a explicar cómo circula la sangre por el cerebro

Una investigación de la Universidad Carlos III de Madrid (UC3M) puede ayudar a entender mejor las oscilaciones en el flujo sanguíneo que se producen en la red vascular cerebral, gracias a un modelo teórico que permite tener en cuenta el discurrir y las acumulaciones de fluido (de sangre en este caso).

Según ha explicado el centro en un comunicado, las redes de flujo están conformadas por un conjunto de conexiones que transportan un fluido. Habitualmente, la corriente que circula por estos "conductos" aumenta si se incrementa la diferencia de presión entre la entrada y la salida.

Sin embargo, en ciertas redes de flujo denominadas no lineales, como el sistema circulatorio, puede ocurrir que la corriente baje al aumentar la diferencia de presión. "Este comportamiento se llama resistencia diferencial negativa y se ha observado en los vasos sanguíneos y en dispositivos que conducen la electricidad", indica el investigador de CONEX-Plus en el Departamento de Matemáticas de la UC3M Miguel Ruiz García.

Los vasos sanguíneos se parecen más a órganos activos que a conductos rígidos. En concreto, las arterias están recubiertas por musculatura vascular que permite que tengan comportamientos como estrecharse o ensancharse en respuesta a distintos estímulos. Por ejemplo, cuando un vaso sanguíneo que alimenta a un órgano detecta que la presión a su entrada sube, puede responder a esa subida de presión estrechándose (comprimiendo sus músculos) para reducir el flujo y proteger así ese órgano.

"Este efecto se denomina mecanismo miogénico y existen efectos parecidos que provocan que el flujo que pasa a través de un vaso sanguíneo no sea una función lineal de la diferencia de presión, sino una función no lineal presentando a veces una resistencia diferencial negativa", ha añadido Miguel Ruiz García.

Este modelo teórico que permite estimar el tamaño de la red con un método que tiene en cuenta cómo son las conexiones entre los conductos y predecir así la frecuencia de las oscilaciones de presión se ha presentado recientemente en el Congreso Internacional sobre Redes Complejas y sus Aplicaciones.

"Pudimos observar fenómenos interesantes como la aparición de ondas viajeras en estas redes complejas. Resulta que la frecuencia de estas oscilaciones cambia a medida que cambiamos la estructura de la red de formas muy diferentes. Explicar por qué estos diferentes cambios estructurales conducen a un cambio similar en la frecuencia fue muy desafiante y solo fue posible usando una métrica topológica: un valor que mide el tamaño 'efectivo' de la red", ha indicado Miguel Ruiz García.

Las métricas topológicas se denominan así porque utilizan la topología de la red, es decir, tienen en cuenta cómo son sus conexiones internas.

"Nuestros resultados teóricos podrían ayudar a otros investigadores a entender mejor las oscilaciones que se observan en la sangre que riega nuestro cerebro, ya que estos vasos sanguíneos presentan las condiciones que estudia nuestro modelo", ha aseverado Miguel Ruiz García.

Asimismo, cree que su trabajo experimental podría llevar a desarrollar nuevos dispositivos que ayuden a controlar el flujo en dispositivos de microfluídica (unos dispositivos con tuberías muy pequeñas que se usan en la industria farmacéutica y en muchos dispositivos de laboratorio).

Esta investigación comenzó cuando Miguel Ruiz García trabajaba como investigador posdoctoral en la Universidad de Pensilvania (EEUU), junto a la profesora Eleni Katifori. Actualmente se ha podido desarrollar gracias a su incorporación a la UC3M como investigador del programa de atracción de talento CONEX-Plus, financiado por la Universidad y la Comisión Europea a través de la acción Marie Sklodowska-Curie COFUND (GA 801538) del Programa Marco Europeo Horizonte 2020.