Análisis de sensibilidad de un modelo de comportamiento biomecánico del tórax durante una reanimación cardiopulmonar

Abstract

La reanimación cardiopulmonar (RCP) es una técnica de primeros auxilios que con demasiada frecuencia ignora la fisiología ósea del paciente. Los factores que afectan al riesgo de realizar una RCP fueron investigados utilizando un modelo de caja torácica humana mediante el Método de Elementos Finitos (MEF). Se evaluaron dos variables de respuesta del modelo: el desplazamiento del esternón y la tensión equivalente de Von Mises en la caja torácica. Basándose en el desplazamiento del esternón es posible determinar cuando la RCP es apropiada, según las directrices propuestas por la Asociación Americana del Corazón (AHA). El modelo de elementos finitos de la caja torácica incluyó tres tejidos: los tejidos óseos cortical y trabecular y el tejido cartilaginoso. En primer lugar, se examinó el rango habitual de variación de las propiedades elastoplásticas de estos materiales. En segundo lugar, el modelo fue sometido a un análisis de sensibilidad para evaluar la influencia de estas propiedades elastoplásticas en la RCP. El estudio reveló que las propiedades elásticas del tejido cartilaginoso son decisivas para realizar una RCP adecuada. Asimismo, las propiedades del tejido trabecular tienen una influencia significativa en la RCP, siendo menos importantes las propiedades del tejido cortical. Los resultados sugieren que el cambio en las propiedades mecánicas de estos tejidos con la edad y las enfermedades óseas deberían considerarse al realizar la RCP.

Cardiopulmonary resuscitation (CPR) is a first aid technique that too often ignores the bone physiology of the patient. Factors affecting the risk of performing a CPR were investigated using a full human ribcage FE-model, representing an average human adult. Two response variables of the FE-model were evaluated: the displacement of the sternum and the equivalent Von Mises stress in the ribcage. Based on the displacement of the sternum is possible to determine when the CPR is appropriate, according to the guidelines proposed by the American Heart Association (AHA). The ribcage FE-model included three tissues: cortical and trabecular bone tissue and cartilaginous tissue. First, the usual range of variation of the elastoplastic properties of these materials was examined. Secondly, the model was subjected to a sensitivity analysis to evaluate the influence of these elastoplastic properties on CPR. The study revealed that the elastic properties of the cartilage tissue are decisive to perform an adequate CPR. Likewise, the properties of the trabecular tissue have a significant influence on CPR, with the properties of the cortical being less important. The results suggest that the change in mechanical properties of these tissues with age and bone disease should be considered when performing CPR.

La reanimació cardiopulmonar (RCP) és una tècnica de primers auxilis que amb massa freqüència ignora la fisiologia òssia del pacient. Els factors que afecten el risc de realitzar una RCP van ser investigats utilitzant un model de caixa toràcica humana mitjançant el Mètode d'Elements Finits (MEF). Es van avaluar dues variables de resposta del model: el desplaçament de l'estèrnum i la tensió equivalent de Von Mises en la caixa toràcica. Basant-se en el desplaçament de l'estèrnum és possible determinar quan la RCP és apropiada, segons les directrius proposades per l'Associació Americana del Cor (AHA). El model d'elements finits de la caixa toràcica va incloure tres teixits: els teixits ossis cortical i trabecular i el teixit cartilaginós. En primer lloc, es va examinar el rang habitual de variació de les propietats elastoplàstiques d'aquests materials. En segon lloc, el model va ser sotmès a una anàlisi de sensibilitat per a avaluar la influència d'aquestes propietats elastoplàstiques en la RCP. L'estudi va revelar que les propietats elàstiques del teixit cartilaginós són decisives per a realitzar una RCP adequada. Així mateix, les propietats del teixit trabecular tenen una influència significativa en la RCP, sent menys importants les propietats del teixit cortical. Els resultats suggereixen que el canvi en les propietats mecàniques d'aquests teixits amb l'edat i les malalties òssies haurien de considerar-se en realitzar la RCP.