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Dec 05, 2023

Un estudio revela la mecánica de la cirugía ideal

Investigadores de la EPFL han publicado un primer estudio sobre la

Los investigadores de EPFL han publicado un primer estudio sobre la mecánica de los nudos quirúrgicos, con resultados que podrían usarse para capacitar a los cirujanos para atar suturas más fuertes y seguras, una habilidad que generalmente requiere años de práctica para dominar.

Escuela Politécnica Federal de Lausanne

imagen: Nudo quirúrgico atado sobre un soporte rígidover más

Crédito: Alain Herzog/EPFL

Piense en la última vez que se ató el zapato: tal vez lo ató con fuerza o hizo varios nudos para asegurarse de que los cordones no se deshicieran. Probablemente confió en la intuición para saber cuánta tensión aplicar para evitar que los cordones se desataran, sin tirar lo suficiente como para romperlos.

Quizás sorprendentemente, los cirujanos también adoptan un enfoque intuitivo para anudar las suturas. Si bien los nudos corredizos cuadrados y granny simples se usan a menudo en cirugía, lleva años dominarlos para que permanezcan en su lugar sin aflojarse ni romperse. Se ha realizado mucha investigación matemática sobre la topología y la geometría de los nudos, pero se sabe poco sobre la mecánica de los nudos en el contexto de las variables físicas, como las propiedades materiales de los filamentos anudados.

“Es asombroso pensar cuánto confiamos en los nudos, cuando realmente no entendemos cómo funcionan”, dice Pedro Reis, jefe del Laboratorio de Estructuras Flexibles de la Escuela de Ingeniería (Instituto de Ingeniería Mecánica). Reis y el estudiante de doctorado Paul Johanns se asociaron con la cirujana plástica de Lausana Samia Guerid para dirigir un primer estudio basado en la física, publicado recientemente en Science Advances, sobre la mecánica de los nudos quirúrgicos y exactamente qué propiedades influyen en su fuerza.

"Comprender la mecánica de los nudos quirúrgicos puede crear conciencia entre los cirujanos experimentados, incorporarse a los programas de capacitación y avanzar en la cirugía robótica al permitir capacidades de atado de nudos más efectivas", dice Guerid. "Tal conocimiento también podría influir en el desarrollo de materiales de sutura que mejoren la resistencia al deslizamiento en los nudos deslizantes".

El poder de la plasticidad

Reis, un ávido escalador, tiene un interés personal en los nudos seguros y ha realizado varios estudios previos sobre la mecánica de los nudos. Explica que muchos nudos se pueden describir como estructuras de extremos libres que proporcionan una fuerza de sujeción, con su funcionalidad dictada por las variables de topología, geometría, elasticidad, contacto y fricción. Pero para el estudio de los nudos quirúrgicos, Reis y sus colegas consideraron un sexto factor clave: la plasticidad del polímero del filamento de sutura.

La resistencia de las suturas de filamentos de polipropileno utilizadas en cirugía depende de la tensión aplicada durante el atado del nudo (pretensión). Esta pretensión deforma o estira permanentemente el filamento, creando una fuerza de sujeción. Muy poca pretensión hace que el nudo se deshaga; demasiado rompe el filamento.

El equipo analizó entre 50 y 100 nudos atados por Guerid y descubrió que la cirujana podía, gracias a sus años de experiencia, identificar intuitivamente el "punto óptimo" de la pretensión. Utilizando experimentos de precisión, tomografía microcomputarizada de rayos X y simulaciones por computadora, los científicos definieron un umbral entre nudos 'flojos' y 'apretados', y descubrieron relaciones entre la fuerza del nudo y la pretensión, la fricción y el número de lanzamientos.

"Sorprendentemente, a pesar de la compleja interacción entre los seis factores, observamos un comportamiento emergente simple y robusto con respecto a la fuerza del nudo. Pero aún no tenemos un modelo predictivo para explicar completamente la relación entre la pretensión y la fuerza del nudo, que parece ser consistente, incluso fuera de los nudos quirúrgicos. Ya estamos analizando esta cuestión".

Una herramienta de formación para cirujanos... y robots

Los hallazgos del equipo podrían ser una herramienta valiosa para capacitar a los cirujanos, ya que podrían permitir que los parámetros de un nudo seguro se traduzcan en pautas prácticas. Si bien la experiencia seguiría siendo importante, la idea es que se podría enseñar a hacer nudos de forma segura utilizando modelos predictivos, en lugar de la intuición obtenida solo a través de años de práctica.

"Nuestros datos nos brindan una receta para determinar la pretensión ideal y el número de lanzamientos, por ejemplo, según el tipo de filamento utilizado", dice Reis.

"La falta de análisis basados ​​en la física ha sido una limitación", agrega Guerid. "Los datos cuantificables sobre la mecánica de los nudos podrían integrarse en los programas de capacitación para evaluar la resistencia a la tracción de cada nudo, asegurando que los alumnos adquieran las habilidades necesarias para una cirugía exitosa. Los datos también podrían facilitar el desarrollo de la cirugía robótica a través de la programación de sistemas robóticos".

Avances de la ciencia

10.1126/sciadv.adg8861

La fuerza de los nudos quirúrgicos implica una interacción crítica entre la fricción y la elastoplasticidad.

7-jun-2023

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