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El corazón humano es todavía uno de los grandes misterios de la medicina y anatomía.
El motivo principal de nuestra falta de comprensión
es la complejidad de la estructura del corazón y de su fenotipo.
Sin embargo, la tecnología moderna nos está ayudando a entender este órgano maravilloso.
En el Barcelona Supercomputing Center,
y en fuerte colaboración con médicos y bioingenieros,
estamos desarrollando un simulador del corazón humano a gran escala llamado:
Alya Red, el modelo cardíaco computacional.
Una descripción computacional del corazón
requiere información a escalas de tiempo y espacio muy diferentes:
desde los iones dentro de las células,
o el tejido muscular que forma los órganos,
hasta el individuo como un todo.
Como no es práctico computar todas las escalas al mismo nivel de detalle,
nuestro modelo cardíaco esta basado en la escala del órgano.
A este nivel, un latido es iniciado por un impulso eléctrico
que causa la contracción muscular,
que a su vez es responsable del bombeo de la sangre.
Por esta razón, decimos que el corazón es un sistema físico acoplado.
En nuestro simulador, podemos aplicar impulsos eléctricos en cualquier lugar del corazón,
tal como haría un marcapasos.
Estos impulsos iniciales generan una propagación coordinada
de electricidad a través de toda la estructura cardíaca.
Gracias a la organización optimizada de las fibras musculares,
este flash eléctrico hace contraer a los ventrículos
en el período que se conoce como sístole.
Para crear el mejor simulador cardíaco en términos de realismo y detalle,
utilizamos herramientas y datos que no estaban disponibles hasta hace poco.
La geometría y forma del corazón son medidas utilizando imágenes por resonancia magnética
con una resolución de hasta 36 micrómetros,
lo que nos permite construir una malla con cientos de miles de elementos computacionales.
La electricidad viaja mucho mas rápido a lo largo de las fibras que a través de ellas,
por lo que una descripción anatómica correcta de su disposición
es probablemente el elemento mas importante
para obtener un modelo electromecánico del corazón realista.
Las fibras cardíacas están organizadas especialmente para permitir
la contracción de las cavidades del corazón de manera coordinada, estable, y eficiente.
Hasta hace muy poco,
la única manera de describir la disposición de las fibras cardíacas
era con modelos simplificados, basados en secciones histológicas de corazones ex-vivo.
Ahora podemos obtener una descripción de las fibras mucho mas detallada
usando una técnica llamada Imagen por Difusión Tensorial,
en la que se mide con Resonancia Magnética la difusión de moléculas de agua en tejidos biológicos.
En nuestro simulador cardíaco podemos usar
información de la Difusión Tensorial así como modelos matemáticos,
permitiéndonos validar la teoría con experimentos y mejorar nuestros métodos numéricos.
Alya, el software desarrollado en el Barcelona Supercomputing Center,
ha sido diseñado desde cero para utilizar múltiples ordenadores de manera eficiente.
Una simulación precisa del corazón requiere considerable poder computacional.
Por esto realizamos nuestras simulaciones en el superordenador del BSC, Marenostrum,
donde los cálculos pueden ser distribuidos hasta en diez mil procesadores
trabajando con una coordinación firme.
Estas simulaciones ayudarán a los médicos a entender mejor como funciona nuestro cuerpo,
a diagnosticar patologías, a planear operaciones y tratamientos,
y a probar y diseñar nuevas drogas.
Hoy en día, una simulación a gran escala del cuerpo humano parece ciencia ficción,
pero tecnologías como la resonancia magnética también fueron ciencia ficción hace solo 50 años.
Con la ayuda de la tecnología, el futuro de la medicina esta siendo construido hoy.